Ekonomizerler
- Kazan besleme suyunun ön ısıtılmasında,
- Taze kazan besleme suyunun ısıtılmasında, degazör ısı ihtiyacının karşılanmasında,
- Tesiste herhangi bir amaçla kullanılan sıcak suyun ısıtılmasında,
- Tesiste herhangi bir mahallin ısıtılması amacıyla kullanılan kalorifer sistemi suyunun ısıtılmasında veya ısı takviyesinde.
- Tesisat dönüş suyunun ön ısıtılmasında,
- Taze sistem besleme suyunun ısıtılmasında, degazör ısı ihtiyacının karşılanmasında,
- Tesiste herhangi bir amaçla kullanılan sıcak suyun ısıtılmasında,
- Tesiste herhangi bir mahallin ısıtılması amacıyla kullanılan kalorifer sistemi suyunun ısıtılmasında veya ısı takviyesinde.
- Tesiste herhangi bir amaçla kullanılan sıcak suyun ısıtılmasında,
- Tesiste herhangi bir mahallin ısıtılması amacıyla kullanılan kalorifer sistemi suyunun ısıtılmasında veya ısı takviyesinde.
- Tesiste ihtiyaç duyulacak 2-4 atü gibi düşük basınç ve kapasiteli buhar ihtiyacının sağlanmasında.
- Bugüne kadar uyguladığımız veya önerdiğimiz ekonomiler sistemlerinde, sürekli çalışan tesislerde geri kazanılan ısının bedelinin yapılacak ekonomizer sistemi yatırımını 4 ile 6 ay arasında amorti ettiği görülmüştür.
Bir ekonomizerde geri kazanılabilecek ısının büyüklüğü, kazan duman gazı çıkış sıcaklığına bağlı olduğu gibi duman gazının ekonomizerden çıkış sıcaklığına da bağlıdır. Ekonomizere giren ve çıkan duman gazları sıcaklıkları farkı ne denli büyük olursa geri kazanılan ısı, dolayısıyla verim artışı da o denli büyük olur. Ancak korozyona sebep olabilecek asit gazlarının yoğunlaşmasını önlemek için atık gazların sıcaklıklarının belli bir derecenin altına indirilemeyeceği göz önüne alınmalıdır. Bir ekonomizerde, doğalgaz ve benzeri gaz yakıtlı kazanlarda 140°C, motorin, fuel oil ve kömür yakıtlı kazanlarda 220°C ve daha büyük duman gazı sıcaklıklarından ekonomik olarak yararlanmak olanaklıdır. Bir duman gazı ısı geri kazanım sisteminde ulaşılabilecek baca gazı sıcaklığının minimum seviyesi, kullanılan yakıtın cinsine bağlıdır. Ekonomizer gaz çıkış sıcaklığı, fuel oil yakıtlı kazanlarda 180ºC, motorin yakıtlı kazanlarda 150ºC, doğal gaz ve LPG yakıtlı kazanlarda 110ºC’ye kadar düşürülebilir.
Isı, buhar veya güç üretim tesislerinde ekonomizer kullanılmasıyla sağlanacak yararlar şunlardır; Kazan duman gazı çıkış sıcaklığı ve yakıt cinsine bağlı olarak kazan veya tesis veriminde % 3 ile % 7 arasında verim artışı sağlanır. Sağlanan verim artışına bağlı olarak, aynı kapasite için daha az yakıt harcanması veya aynı miktarda yakıt harcanması için daha fazla ısı üretimi gerçekleşir. Kazanılan ısının kazan besleme suyuna verilmesi halinde, kazanın maksimum yüklerde dahi zorlanmadan çalışması, değişik yüklere daha iyi bir şekilde uyum sağlaması ve kazan veriminin değişik yüklerde nispeten yüksek ve sabit kalması sağlanır. Optimal kapasitesinin üzerinde çalışan veya yapısı itibarıyla düşük verimli olan kazanlara ekonomizer ilavesi ile kazan kapasitesi ve verimi optimum düzeylere çıkarılabilir. Ekonomizer uygulama alanları, oldukça çeşitlidir. Önemli olan, sistemden geri kazanılan ısının, sistemin çalışma süresi boyunca kullanılmasıdır.
2. Çok Geçişli Isı Değiştirgeçleri:
b) Çapraz Paralel Akımlı Isı Değiştirgeçleri:
Bu düzenleme, bir önceki düzenlemeye çok benzer, sadece akışkanların birbirlerine göre genel akışı paraleldir.
c) Kovan Akışkanının Karıştığı, Paralel-Ters Akımlı Düzenleme:
Bu düzenleme, kovan-borulu ısı değiştirgeçlerinde en çok kullanılan tiptir. En basit olarak, bir kovan iki geçişli olarak yapılabilir. Sistemde borular bir uçlarından tespit edildiğinden ısıl gerilmeler çok azdır. Kovan tarafındaki akışkan karıştığından, herhangi bir kesitteki kovan akışkanının sıcaklığı sabittir.
f) n-Paralel Levha Geçişli
Düzenleme:
Hesaplama Yöntemleri
Suda metal korozyonu
“Suda Metal Korozyonu” her işletmede yaşanan çok genel bir sorundur. “Korozyon”; çok karmaşık bir elektro-kimyasal olaydır ve suya değen metallerin bazı şartlar altında formül değiştirmesine veya çözünerek yer değiştirmesine denir.
Ege’de bulunan bir sanayi kuruluşu, su soğutma sistemindeki boruların delindiğinden şikayetçiydi. İşletmenin teknik müdürü bizi işletmeye davet etti ve sorunlarını anlattı. Su soğutma kulesi ile soğutulacak sistem arasında bulunan su devridaim boruları delik-deşik olmuş. Önce boru fabrikasına müracaat edip boruların kalitesinden şikayet etmişler. Boru fabrikası yetkilileri borudan örnek almışlar ve üniversite laboratuarlarında testler yapılmış. Test sonuçlarında demir boruların standartlara uygun olarak imal edildiğine ait üniversite rapor vermiş. Daha sonra, su kimyasalları satan bir şirkete müracaat etmişler. İyi bir kimyasal şirketine denk gelmemişler ki, soğutma suyuna katılan birçok kimyasala rağmen boruların delinmeleri devam etmiş. Sonunda bu işletme bizi de davet etti ve ziyarete gittik. İşletme teknik müdürü ve yardımcıları hararetle dertlerini ve o güne kadar başlarına gelenleri anlattıktan sonra biz kendilerine şu soruyu sorduk: "Soğutma suyunuzun iletkenliği nedir?"
İşletme yetkilileri bu soruyu ilk kez duymuşlardı. Maalesef, bizden önce bu sorunu çözmeye gelenler bu soruyu hiç sormamışlar. Bu sebeple sorumuza cevap alamadık. Derhal gidip soğutma suyundan bir örnek aldık, işletmecilerin gözü önünde suyun iletkenliğini ölçtük. İletkenliğin 18000 mikroS/cm olduğunu hayretle gördük. İnanamadık, bir daha ölçtük: 18000 mikroS/cm. İşletmenin teknik yetkililerine önce iletkenliğin anlamını anlattık, 18000 mikroS/cm değerinin soğutma suyu için neden yüksek olduğunu ve "Elektro-Korozyon"un, diğer adı ile "Galvanik Korozyon"un nasıl oluştuğunu anlattık. Soğutma suyunun iletkenliğinin düşük değerlerde (maks. 3000 microS/cm.) tutulması ile elektro-korozyonun oluşmayacağı konusunda işleticileri ikna ettik.
İletkenlik birimini hatırlatalım: İletkenlik suyun elektrik iletme yeteneğidir; ölçü birimi mikroSiemens /cm (veya kısaltılmış olarak mikroS/cm veya mS/cm). İletkenlik miktarını daha iyi anlayabilmek için şu örneği verebiliriz: 1000 kg çok saf su içinde 0,1 kg sofra tuzu (NaCl ) koyup çözünmesini sağlarsak, bu suda çözünmüş madde miktarı 100 mg/litre olur ve bu suyun iletkenlik değeri 212 mS/cm olur. Baraj sularının iletkenliği 500 - 1000 mS/cm gibi düşük değerlerdeyken, Akdeniz suyunun iletkenliği yaklaşık 58000 mS/cm'dir.
Diğer bir korozyon örneğine değinelim: Ege'de deniz kenarına kurulmuş olan bir turistik tesis, işletmenin gerektirdiği su miktarını kuyulardan temin edemeyince, deniz suyundan iyi su üreten bir ters ozmoz cihazı satın almış. Bu cihaz ile elde edilen su turistik tesis için yeterli kalitedeymiş. Tesiste ters ozmoz suyu kullanılmaya başladıktan bir süre sonra musluklardan sarı renkte sular akmaya başlamış. Bize müracaat eden tesiste yaptığımız incelemede musluklardan akan suyun içinde demir pası bulunduğunu gözlemledik. İletkenliği 500-600 mS/cm civarında ve sertliği çok düşük olan bu iyi su galvanizli boruların galvaniz kaplamalarını çözmüş ve şimdi de galvaniz kaplama altındaki demir boruyu çözüyordu, yani halk dili ile boruyu yiyordu.
Bu turistik tesisin teknik sorumluları bu sorunun çözümü için bizi davet ettiklerinde çok geç kalınmıştı. İşletmede kullanılan ters ozmoz suyunun iletkenlik ve pH değerleri normal olmasına rağmen, su sertliğinin 2 Fransız civarında olması nedeni ile su "Doymamış" veya "Aç" tabir edilen durumdaydı. Bu nedenle "Aç Su" metalleri çözüyordu (eritiyordu).
Bu turistik işletmeye iki çözüm önerdik:
- Demir boruların tamamını sentetik borular ile değiştirmek.
- Ters ozmoz suyu içine kimyasallar vererek suyun korozif olmasını önlemek.
Çapraşık bir şekilde ve ayni anda birçok sebep ile meydana gelen "Metal Korozyon"unun dört şekilde oluştuğunu anlatmak mümkün:
- Metal Oksidasyonu
Suda bulunan çözünmüş oksijen gazı bazı şartlar oluştuğunda metali okside eder. Bu olayı "metalin tabiatta bulunduğu şekle dönüşmesi" şeklinde yorumlayanlar da vardır. Örneğin, demir borular oksitlenip pas meydana getirirler ve bu pas, demirin tabiatta bulunduğu demir oksit şekilleridir, yani FeO, Fe2O3 ve Fe3O4.
- Asit Korozyonu
Suyun pH derecesi nötr olan 7,0 değerinin altında ise, su "asit" özelliği taşır ve metalleri çözer. pH derecesi ne kadar düşük ise korozyon o derece hızlı olur.
- “Aç Su”yun Korozyonu
Tabiatı gereği "Su", bazı maddelere açtır ve bu maddelere doyasıya kadar metalleri çözer. Su kimyası ile ilgilenenler "Doymuş Su" veya "Doymamış Su" olarak suyun Kalsiyum Karbonat'a (CaCO3) doyumundan söz ederler. Bazı kitaplarda "doymuş" kelimesi yerine ithal kelime olan "Satüre" ve doyum kelimesi yerine "Satürasyon" kelimesine rastlayabilirsiniz. Su örneğinin analizi laboratuarda yapılıp suyun pH değeri, alkalinite değeri ve suyun sertliği saptandıktan sonra suyun korozif olup olmadığı anlaşılır. Bu iş için hazırlanmış olan bir çizelge sayesinde suyun özel bir değeri olan "Doyum noktasındaki pH değeri" (Satürasyon pH değeri), yani "pHs" bulunur. Bu değer bulunduktan sonra suyun hangi sıcaklıklarda korozif olduğu anlaşılır. Bu konudaki geniş yazımız Su ve Çevre Teknolojileri Dergisi'nin Eylül 2007 sayısında yayınlandı: "Su Ne Zaman Korozif, Ne Zaman Kireç Yapıcıdır?
- Yüksek Çözünmüş Madde Korozyonu (Galvanik Korozyon):
Lise kimya derslerini hatırlayalım. Kimya derslerinde öğrendiğimiz gibi, bir kap içine konan bakır ve kalay çubuklarına kablo ve ampul bağladığımızda, su içinde bulunan birbirinden farklı iki metal arasında bir elektrik akımı oluşur ve ampulü yakar. Su içinde bulunan, H2O molekülü dışındaki çözünmüş maddeler suyun elektrik iletkenliğini arttırırlar ve "iletkenlik değeri yükseldikçe Galvanik Korozyon miktarı da yükselir". Örneğin, bir su tesisatında bulunan sarı vanalar ile galvanizli boru arasında elektrik akımı oluşur. Suyun iletkenliği yüksekse kısa zamanda borularda Galvanik Korozyon başlar. Su iletkenliğinin çok yüksek olduğu durumlarda, yalnızca demir borular ile yapılmış su sisteminde, boruların değişik noktaları arasında dahi Galvanik Korozyon oluşur. Bu yazının başında anlattığımız korozyon olayı da Galvanik Korozyon için güzel bir örnektir.
- Korozyonu Artırıcı Diğer Unsurlar:
- Suyun sıcaklığı korozyonu artırır. Bilindiği gibi su sıcaklığı arttıkça kimyasal reaksiyon hızları artar. Korozyon olayı da biraz kimyasal bir olay olduğundan su sıcaklığının her 8°C artışı için korozyon hızı iki katına çıkar.
- Klorür (Cl ) ve Sülfat (SO4+) iyonlarının çok olması korozyonu çok etkiler. Su içinde bulunan çözünmüş maddelerin hepsi iletkenliği artırır, fakat Cl¯ ve SO4+ iyonlarının korozyonu arttırıcı ayrı bir özelliği vardır. Özellikle Cl¯ iyonunun miktarının yüksek olması sonucunda, sıcak sularda 316 kalitede paslanmaz çelikte dahi korozyon oluşur.
- Suda çözünmüş karbondioksit (CO2) suyun pH derecesini düşürür. Örneğin, buhar kondens borularının korozyonuna sebep kondens içine karışan ve kondens suyunun pH derecesini düşüren CO2 gazıdır. Buhar kazanı besi suyunda Alkalinite (HCO3¯ iyonu) miktarı yüksekse, bunun kazan içinde oluşturduğu CO2 gazı buhar ile beraber hareket eder. Kondens oluştuğunda CO2 gazı kondens içinde çözünür ve oluşan düşük pH derecesi sonucunda kondens boruları delinir.
Korozyon her işletmenin az veya çok yaşadığı bir olaydır
İşletmelerde bulunan ve "Su" konuları ile ilgilenen teknik kişilerin, bizim yazılarımız ile yetinmeyip "Metal Korozyonu" konularında kendilerini eğitmelerini öneririz. Bizim yararlandığımız kitapların üçüne ait bilgiler aşağıdadır. Küçük ve orta boy işletmelerde bizlerin ve su kimyasalı satan kuruluşların ele aldığı "Korozyon" konusu, petro-kimya ve gemi inşa gibi sektörlerde "Korozyon Mühendisleri" tarafından incelenir ve çözümlenir. Korozyon konusu özel bir mühendislik dalını destekleyecek kadar derin bir konudur.
Korozyon ile mücadele
Kullanılan suyun özellikleri, pH, alkalinite, sertlik, iletkenlik gibi çok önemli değerler; suyun kullanım yeri, suyun temas ettiği yüzeylerin sıcaklıkları ve suyun sıcaklığı, suyun hava ile temas etme durumu, suyun basıncı gibi birçok değişkenler Metal Korozyonu mücadelesinde etkendir. Bu nedenle, işleticilerin işletme şartlarını çok iyi tetkik etmeleri, kendi araştırmaları ve kendi yaptıkları bazı tecrübeler sonucunda en uygun korozyon mücadele yöntemine ulaşmaları doğru olur.
* The NALCO Water Handbook
* Water Treatment Fundamentals, WQA (www.wqa.org)
* Basic Chemistry for Water and Wastewater Operators - AWWA yayını (www.awwa.org).
Sistem Çözümleri (Örnek Proje)
1-) Tasarım Yapılan v Kurulmuş Sistem Kanatlı Borulu
Hesaplama Sonucu Çıkan Değerler
Gaz Tarafı
Baca gazı debisi = 230.000m³/h
Hız= 2,82m/s
Giriş sıcaklığı = 240 ºC
Çıkış sıcaklığı = 166 ºC
Basınç kaybı = 60,95 Pa
Su Tarafı
Debi = 37,03m³/h
Hız = 0,28m/s
Giriş sıcaklığı = 100 ºC
Çıkış sıcaklığı = 180 ºC
Basınç kaybı = 3,28 kPa
Toplam kapasite = 3.262.340 W
Toplam ısı transfer yüzeyi= 2380m²
Fiyatı : 392.600 TL
2-) Tasarım Yapılan ve Kurulmuş Sistem Borulu
Hesaplama Sonucu Çıkan Değerler
Gaz Tarafı
Baca gazı debisi = 230.000m³/h
Hız= 2,82m/s
Giriş sıcaklığı = 240 ºC
Çıkış sıcaklığı = 207 ºC
Basınç kaybı = 6,62 Pa
Su Tarafı
Debi = 37,30m³/h
Hız = 0,29m/s
Giriş sıcaklığı = 100 ºC
Çıkış sıcaklığı = 134,78 ºC
Basınç kaybı = 3,53 kPa
Toplam kapasite = 1.444.381 W
Toplam ısı transfer yüzeyi= 466,18 m²
Yaklaşık Birim Fiyatı : 221.000 TL
3-) Önerimiz
Hesaplama Sonucu Çıkan Değerler
Gaz Tarafı
Baca gazı debisi = 230.000m³/h
Hız= 2,79m/s
Giriş sıcaklığı = 240 ºC
Çıkış sıcaklığı = 136,56 ºC
Basınç kaybı = 74,13 Pa
Su Tarafı
Debi = 51,82m³/h
Hız = 1,38m/s
Giriş sıcaklığı = 100 ºC
Çıkış sıcaklığı = 180 ºC
Basınç kaybı = 204 kPa
Toplam kapasite = 4.567.991 W
Toplam ısı transfer yüzeyi= 1.888 m²
Yaklaşık Birim Fiyatı : 383.500 TL
Paslanmaz AISI 316L olması durumunda yıkamalı sistem
Gaz Tarafı
Baca gazı debisi = 230.000m³/h
Hız= 2,79m/s
Giriş sıcaklığı = 240 ºC
Çıkış sıcaklığı = 150,70 ºC
Basınç kaybı = 88,25 Pa
Su Tarafı
Debi = 44,74m³/h
Hız = 1,38m/s
Giriş sıcaklığı = 100 ºC
Çıkış sıcaklığı = 180 ºC
Basınç kaybı = 158,1 kPa
Toplam kapasite = 3.943.504 W
Toplam ısı transfer yüzeyi= 1.888 m²
Yaklaşık Birim Fiyatı : 637.000 TL
Sistem katı yakıt ve fueloil olması nedeni ile bacada 170 ºC altına düşmesi sonucunda yoğuşma su açığa çıkacaktır. Bacada da SO4 az miktarda olsa da açığa çıkacaktır. Kimyasal tepkime sonucu H2SO4 (sülfürik asit ) oluşacaktır. Bu nedenle sistemin asitik ortamlara dayanıklı paslanmaz malzemeden imal edilmesi daha uygun olacaktır. Eski sistemlerin uygulamasında ise buru tarafı (Su tarafı) hız düşüktür. Bu nedenle kolektör sisteminin yeniden düzenlenmesi gerekmektedir. Hesaplamalarda verilemeyen değerler yaklaşık olarak alınmış ve yukarıda belirtilmiştir. Değerlerin değişmesi durumunda tarafımıza bildirilmesini ve hesaplamaların tekrar yapılarak daha uygun ve sağlıklı çalışmasını sağlayacaktır.