Eşanjörlerde Kireçlenme Nasıl Önlenir?

Eşanjörlerde Kireçlenme Nasıl Önlenir?

Eşanjörler; ısıtma, soğutma ve proses uygulamalarında iki farklı akışkan arasında enerji transferi gerçekleştiren temel ekipmanlardır. Endüstriyel tesislerde plakalı, gövde borulu, spiral ve farklı tiplerde eşanjörler yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ancak özellikle su kullanılan sistemlerde zamanla eşanjör yüzeylerinde kireç tabakası oluşabilir.

Kireçlenme ilk aşamada fark edilmese bile zaman içerisinde:

• Isı transfer performansının düşmesine,

• Enerji tüketiminin artmasına,

• Basınç kaybının yükselmesine,

• Pompa yükünün artmasına,

• Proses sıcaklıklarının istenilen seviyeye ulaşamamasına,

• Üretim kapasitesinin düşmesine,

• Eşanjörün daha sık temizlenmesine,

• İşletme ve bakım maliyetlerinin yükselmesine

neden olabilir.

Bu nedenle eşanjörlerde kireçlenmenin yalnızca temizlik yapılarak giderilmesi yerine, oluşum nedenlerinin kontrol altına alınması daha doğru bir yaklaşımdır.

Eşanjörlerde Kireçlenme Nedir?

Kireçlenme, su içerisinde çözünmüş durumda bulunan bazı minerallerin sıcaklık, basınç veya kimyasal denge değişimi sonucunda çözeltiden ayrılarak ısı transfer yüzeylerine çökelmesidir.

Özellikle:

• Kalsiyum karbonat,

• Kalsiyum sülfat,

• Magnezyum bileşikleri,

• Silikatlar

kireç oluşumunda önemli rol oynayabilir.

Spirax Sarco, su içerisindeki kalsiyum ve magnezyum karbonat ve sülfatlarının ısıtıldıklarında kireç oluşturmaya eğilimli çözünmüş katılar arasında bulunduğunu belirtmektedir.

Kireç tabakası çoğunlukla sıcak yüzeylerde oluşur. Bunun nedeni sıcaklık yükseldikçe bazı minerallerin sudaki çözünürlüğünün azalabilmesidir.

Eşanjör Neden Kireçlenir?

Eşanjörde kireç oluşumunun tek bir nedeni yoktur. Su kalitesi ve işletme koşulları birlikte değerlendirilmelidir.

Suyun sertliğinin yüksek olması

Sert su içerisinde yüksek miktarda kalsiyum ve magnezyum iyonları bulunabilir.

Bu mineraller özellikle yüksek sıcaklıklarda eşanjör plakaları veya boruları üzerinde çökelerek sert bir tabaka oluşturabilir.

Su sertliği arttıkça sistemin kireçlenme riski de genel olarak yükselir.

Yüksek yüzey sıcaklığı

Eşanjör yüzey sıcaklığı yükseldikçe bazı mineral tuzlarının çökelme eğilimi artabilir.

Özellikle buhar-su eşanjörlerinde sıcak yüzeyler nedeniyle kireçlenme daha hızlı gelişebilir.

Yüksek konsantrasyon

Kapalı veya yarı açık sistemlerde suyun sürekli buharlaşması veya tekrar kullanılması, çözünmüş mineral konsantrasyonunun artmasına neden olabilir.

Bu durumda doygunluk sınırı aşılır ve mineraller çökelmeye başlayabilir.

Düşük akış hızı

Eşanjör içerisindeki akış hızının yetersiz olması, tortuların yüzey üzerinde daha kolay birikmesine neden olabilir.

Uygun akış hızı yüzeydeki kirlenmeyi azaltmaya yardımcı olur. Alfa Laval da eşanjörlerde optimum debinin korunmasının ısı transfer performansı ve kirlenmenin kontrolü açısından önemli olduğunu belirtmektedir.

Su kimyasının kontrol edilmemesi

pH, sertlik, alkalinite, iletkenlik ve toplam çözünmüş katı madde gibi değerlerin kontrol edilmemesi kireç oluşum riskini artırabilir.

Bu nedenle eşanjörün bağlı olduğu su sisteminin düzenli olarak analiz edilmesi gerekir.

Kireçlenme Eşanjör Performansını Nasıl Etkiler?

Kireç tabakası metal yüzeye göre çok daha düşük ısı iletkenliğine sahiptir.

Eşanjör plakasının veya borusunun üzerinde oluşan tabaka, sıcak ve soğuk akışkan arasına ek bir termal direnç oluşturur.

Sonuç olarak aynı miktarda ısı transferi için daha yüksek sıcaklık veya daha fazla enerji gerekir.

Alfa Laval, eşanjörlerde fouling ve kireçlenmenin termal verimi düşürdüğünü, enerji ihtiyacını ve basınç kaybını artırabildiğini belirtmektedir.

Örneğin temiz bir eşanjörde istenen çıkış suyu sıcaklığı 70°C iken, yüzeyler kireçlendikten sonra sistem aynı çalışma koşullarında yalnızca 62–65°C seviyelerine ulaşabilir.

Operatörler bu kaybı telafi etmek için:

• Buhar basıncını yükseltebilir,

• Sıcak su sıcaklığını artırabilir,

• Pompa debisini yükseltebilir,

• Kazan yükünü artırabilir.

Bu uygulamalar sorunun temel nedenini çözmez ve enerji tüketimini daha da artırabilir.

Eşanjörlerde Kireçlenme Belirtileri Nelerdir?

Kireçlenmenin erken tespit edilmesi bakım maliyetlerini azaltabilir.

Dikkat edilmesi gereken başlıca belirtiler şunlardır:

Isı transfer kapasitesinin düşmesi

Eşanjör çıkış sıcaklığı zaman içerisinde düşmeye başlıyorsa yüzeylerde kireç veya başka bir kirlenme oluşmuş olabilir.

Sıcaklık farkının değişmesi

Tasarım değerlerine göre giriş ve çıkış sıcaklıklarında beklenmeyen değişimler oluşabilir.

Basınç kaybının artması

Plaka kanallarında veya borularda birikinti oluştuğunda akış kesiti daralır.

Bu durum eşanjör giriş ve çıkışındaki basınç farkının yükselmesine neden olabilir.

Pompa enerji tüketiminin artması

Artan basınç kaybını karşılamak için pompa daha yüksek yükte çalışabilir.

Proses süresinin uzaması

Isıtma veya soğutma süresinin giderek artması eşanjör performansındaki bozulmanın önemli göstergelerinden biridir.

Eşanjörlerde Kireçlenme Nasıl Önlenir?

Kireç oluşumunu önlemek için sistemin tamamı birlikte değerlendirilmelidir.

En etkili yöntemler aşağıdaki şekilde sıralanabilir.

1. Su Analizi Yapılmalıdır

Kireç önleme çalışmasının ilk adımı kullanılan suyun özelliklerini bilmektir.

Düzenli su analizinde aşağıdaki parametreler kontrol edilebilir:

• Toplam sertlik,

• Kalsiyum sertliği,

• Magnezyum,

• pH,

• Alkalinite,

• İletkenlik,

• Toplam çözünmüş katılar,

• Klorür,

• Sülfat,

• Silika,

• Demir.

Bu veriler kullanılarak suyun kireç oluşturma veya korozyon eğilimi değerlendirilebilir.

Yalnızca şebeke suyu analizinin bir kez yapılması yeterli olmayabilir. Proses koşulları ve besleme suyu kaynağı zaman içerisinde değişebilir.

2. Su Yumuşatma Sistemi Kullanılabilir

Sertliğin yüksek olduğu sistemlerde iyon değiştirici su yumuşatma sistemleri kullanılabilir.

Bu sistemlerde kalsiyum ve magnezyum iyonları reçine üzerinden geçirilerek sudan uzaklaştırılır veya sodyum iyonlarıyla değiştirilir.

Bu sayede eşanjöre ulaşan sertlik minerallerinin miktarı azaltılır.

Su yumuşatma özellikle:

• Buhar kazanı besi sistemlerinde,

• Sıcak su üretiminde,

• Buhar-su eşanjörlerinde,

• Kapalı devre sistemlerde

kireç oluşumunun azaltılmasına yardımcı olabilir.

Ancak yumuşatma sistemi tek başına her su problemi için yeterli değildir.

Su içerisinde yüksek miktarda silika, klorür veya diğer çözünmüş maddeler bulunuyorsa ek arıtma yöntemleri gerekebilir.

3. Ters Ozmoz Sistemi Değerlendirilebilir

Yüksek saflıkta su gerektiren proseslerde ters ozmoz sistemleri kullanılabilir.

Ters ozmoz, sudaki çözünmüş minerallerin önemli bir bölümünü membran sistemiyle ayırabilir.

Bu yöntem:

• Kireç oluşum riskini,

• Toplam çözünmüş katı miktarını,

• İletkenliği

önemli ölçüde azaltabilir.

Özellikle yüksek sıcaklıkta çalışan kritik proseslerde ters ozmoz ve uygun kimyasal şartlandırma birlikte kullanılabilir.

4. Kimyasal Su Şartlandırması Yapılmalıdır

Bazı sistemlerde kireç inhibitörleri ve diğer su şartlandırma kimyasalları kullanılabilir.

Kimyasal şartlandırmanın amacı:

• Mineral çökelmesini engellemek,

• Kristal oluşumunu kontrol etmek,

• Tortuların yüzeye yapışmasını azaltmak,

• Korozyonu sınırlandırmak

olabilir.

Ancak kullanılacak kimyasalın tipi ve dozajı mutlaka su analizine ve proses koşullarına göre belirlenmelidir.

Kontrolsüz kimyasal dozlama:

• Korozyona,

• Köpürmeye,

• Proses kontaminasyonuna,

• Atık su problemlerine

neden olabilir.

Spirax Sarco da su arıtma stratejilerinde kireç, korozyon ve fouling kontrolüyle birlikte doğru kimyasal dozajının önemini vurgulamaktadır.

5. Eşanjör Girişinde Filtrasyon Kullanılmalıdır

Kireç ile partikül kirlenmesi aynı problem değildir.

Sudaki:

• Kum,

• Pas parçacıkları,

• Tortu,

• Elyaf,

• Askıda katı maddeler

eşanjör kanallarında birikebilir.

Bu maddeler yüzey üzerinde ilk kir tabakasını oluşturarak mineral çökelmesini hızlandırabilir.

Plakalı eşanjörlerde özellikle küçük kanal aralıkları bulunduğundan filtre veya pislik tutucu kullanılması önemlidir.

Alfa Laval, plakalı eşanjörlerde partikül kirlenmesini azaltmak için eşanjör öncesinde filtre ve strainer kullanılmasını önermektedir.

6. Doğru Akış Hızı Sağlanmalıdır

Eşanjör tasarımında akış hızı önemli bir parametredir.

Çok düşük akış hızları yüzeyde tortu birikimini artırabilir.

Çok yüksek hızlar ise:

• Basınç kaybını,

• Pompa enerji tüketimini,

• Erozyon riskini

artırabilir.

Bu nedenle debi, üreticinin ve termal tasarımın öngördüğü çalışma aralığında tutulmalıdır.

Sistem kapasitesi sonradan değiştirilmişse mevcut eşanjörün yeni debiye uygunluğu yeniden kontrol edilmelidir.

7. Gereksiz Yüksek Sıcaklıktan Kaçınılmalıdır

Kireç oluşumu sıcaklıkla yakından ilişkilidir.

Proses için 70°C yeterliyken sistemin sürekli 85°C’de çalıştırılması:

• Enerji tüketimini artırabilir,

• Kireç oluşumunu hızlandırabilir,

• Conta ve ekipman ömrünü azaltabilir.

Bu nedenle sıcaklık set değerleri gerçek proses ihtiyacına göre belirlenmelidir.

Özellikle buhar kontrollü eşanjörlerde kontrol vanasının ve sıcaklık sensörlerinin doğru çalışması gerekir.

8. CIP Temizleme Sistemi Kullanılabilir

CIP, yani Cleaning in Place, eşanjör sökülmeden kimyasal solüsyon dolaştırılarak yapılan temizleme yöntemidir.

Plakalı eşanjörlerde periyodik CIP uygulaması birikintilerin sertleşmeden uzaklaştırılmasına yardımcı olabilir.

CIP sırasında:

• Temizleme kimyasalı,

• Konsantrasyon,

• Sıcaklık,

• Dolaşım süresi,

• Akış yönü

eşanjör malzemesine ve birikinti türüne göre belirlenmelidir.

Alfa Laval, CIP yönteminin plakalı eşanjörlerin açılmadan temizlenmesine olanak sağladığını ve düzenli temizliğin performansın korunmasına yardımcı olduğunu belirtmektedir.

Her kireç için aynı kimyasal kullanılmamalıdır.

Özellikle paslanmaz çelik plakalar, bakır lehimli eşanjörler, titanyum ve farklı conta malzemeleri kullanılan sistemlerde kimyasal uyumluluk mutlaka kontrol edilmelidir.

9. Periyodik Ters Yıkama Uygulanabilir

Akış yönünün belirli aralıklarla ters çevrilmesi gevşek tortu ve partiküllerin uzaklaştırılmasına yardımcı olabilir.

Ancak ters yıkama, sertleşmiş kireç tabakasını gidermek için yeterli değildir.

Alfa Laval, backflush yönteminin gevşek tortuyu uzaklaştırabileceğini ancak sert scaling tabakasının kimyasal olarak çözülmesi gerektiğini belirtmektedir.

Bu nedenle ters yıkama daha çok önleyici bakım yöntemi olarak değerlendirilmelidir.

10. Eşanjör Performansı Sürekli İzlenmelidir

Kireçlenme çoğu zaman eşanjör tamamen performans kaybettiğinde fark edilir.

Bunun yerine sistem performansı düzenli olarak izlenmelidir.

Takip edilebilecek değerler:

• Sıcak taraf giriş sıcaklığı,

• Sıcak taraf çıkış sıcaklığı,

• Soğuk taraf giriş sıcaklığı,

• Soğuk taraf çıkış sıcaklığı,

• Her iki tarafın debisi,

• Giriş basınçları,

• Çıkış basınçları,

• Fark basınç,

• Pompa elektrik tüketimi.

Temiz eşanjör devreye alındığında alınan değerler referans olarak kaydedilebilir.

Zaman içerisinde:

• Isı transferinin düşmesi,

• Fark basıncın artması,

• Pompa tüketiminin yükselmesi

kirlenmenin erken göstergesi olabilir.

Kireç ve Fouling Arasındaki Fark Nedir?

Endüstride tüm kirlenme problemleri çoğu zaman “kireç” olarak tanımlanır.

Ancak fouling daha geniş bir kavramdır.

Eşanjör yüzeylerinde şu kirlenme türleri oluşabilir:

Mineral kireçlenmesi

Kalsiyum karbonat ve benzeri mineral çökeltileridir.

Partikül kirlenmesi

Kum, pas, lif ve askıda katı maddelerden kaynaklanabilir.

Biyolojik kirlenme

Bakteri, yosun ve mikroorganizmaların yüzeylerde gelişmesiyle oluşabilir.

Kimyasal reaksiyon kirlenmesi

Akışkanların sıcak yüzeylerde reaksiyona girerek tortu oluşturmasıdır.

Yağ ve organik birikinti

Gıda, petrokimya, tekstil ve farklı proseslerde görülebilir.

Doğru temizlik yönteminin seçilmesi için öncelikle birikintinin türü belirlenmelidir.

Plakalı Eşanjörlerde Kireçlenme Nasıl Önlenir?

Plakalı eşanjörlerin dar ve yüksek türbülanslı akış kanalları yüksek ısı transferi sağlar.

Ancak su kalitesi uygun değilse plaka yüzeylerinde kireç birikebilir.

Önleme için:

• Eşanjör öncesinde su şartlandırılmalı,

• Filtre kullanılmalı,

• Tasarım debisi korunmalı,

• Sıcaklık gereksiz yükseltilmemeli,

• Fark basınç izlenmeli,

• Düzenli CIP yapılmalı,

• Conta ve plaka durumu kontrol edilmelidir.

Kireçlenme çok ilerlemişse eşanjör açılarak plakaların ayrı ayrı temizlenmesi gerekebilir.

Gövde Borulu Eşanjörlerde Kireçlenme Nasıl Önlenir?

Gövde borulu eşanjörlerde özellikle suyun boru içerisinden geçirildiği uygulamalarda borular zamanla kireçlenebilir.

Kireç tabakası borunun iç çapını daraltarak:

• Akış direncini,

• Basınç kaybını,

• Pompa yükünü

artırabilir.

Bakım yöntemleri arasında:

• Mekanik boru temizliği,

• Fırçalama,

• Yüksek basınçlı su,

• Kimyasal sirkülasyon,

• Uygun durumlarda CIP

bulunabilir.

Tasarım aşamasında boru tarafının temizlenebilir olması önemli bir avantajdır.

Kireçlenmiş Eşanjör Nasıl Temizlenir?

Temizlik yöntemi birikintinin türüne ve eşanjör malzemesine göre belirlenir.

Kimyasal temizlik

Mineral kireç tabakasını çözmek için uygun asidik veya özel formüle edilmiş temizleme kimyasalları kullanılabilir.

Alfa Laval, sert mineral scaling tabakasının asitle çözülmesi gerektiğini belirtmektedir.

Ancak asit türü ve konsantrasyonu rastgele seçilmemelidir.

Yanlış kimyasal:

• Plakaları aşındırabilir,

• Lehim malzemesine zarar verebilir,

• Conta ömrünü azaltabilir,

• Eşanjörde korozyona yol açabilir.

Mekanik temizlik

Özellikle gövde borulu eşanjörlerde borular mekanik olarak temizlenebilir.

Plakalı eşanjörlerde ise plakalar sökülerek düşük basınçlı su ve uygun fırçalarla temizlenebilir.

Metal yüzeye zarar verecek sert ekipman kullanılmamalıdır.

Eşanjör Temizliği Ne Zaman Yapılmalıdır?

Her tesis için sabit bir temizlik süresi belirlemek doğru değildir.

Temizlik sıklığı şu faktörlere bağlıdır:

• Su kalitesi,

• Çalışma sıcaklığı,

• Debi,

• Proses tipi,

• Eşanjör tipi,

• Yıllık çalışma süresi,

• Kirlenme miktarı.

Takvime dayalı bakım yerine performansa dayalı bakım daha etkili olabilir.

Örneğin temiz durumda eşanjör fark basıncı 0,3 bar iken zamanla 0,7 bar seviyesine çıkıyorsa temizlik ihtiyacı oluşmuş olabilir.

Benzer şekilde çıkış sıcaklığının sürekli düşmesi de bakım göstergesi olarak kullanılabilir.

Kireçlenme Enerji Tüketimini Artırır mı?

Evet.

Kireç ve diğer birikintiler ısı transfer yüzeyinde termal direnç oluşturduğu için aynı proses sıcaklığını sağlamak amacıyla daha fazla enerji gerekebilir.

Alfa Laval, kirlenmiş eşanjörlerin tasarım performansını korumak için daha yüksek enerji girdisine ihtiyaç duyduğunu ve artan kirlenmenin bakım maliyetlerini yükselttiğini belirtmektedir.

ABD Enerji Bakanlığı da ısı transfer yüzeylerindeki scale ve diğer birikintilerin proses ısıtma verimini düşürebildiğine dikkat çekmektedir.

Bu nedenle düzenli bakım sadece ekipmanı korumak için değil, enerji tasarrufu açısından da önemlidir.

Eşanjör Kireçlenmesini Önlemek İçin Kontrol Listesi

İşletmeler aşağıdaki kontrolleri periyodik olarak gerçekleştirebilir:

• Su sertliği ölçülüyor mu?

• pH ve iletkenlik takip ediliyor mu?

• Su yumuşatma sistemi düzgün çalışıyor mu?

• Reçine rejenerasyonu doğru yapılıyor mu?

• Filtreler temiz mi?

• Eşanjör debisi tasarım değerinde mi?

• Giriş ve çıkış sıcaklıkları kayıt altında mı?

• Fark basınç ölçülüyor mu?

• Kimyasal dozaj sistemi kalibre mi?

• CIP programı uygulanıyor mu?

• Plaka veya borular periyodik kontrol ediliyor mu?

• Sistem gereğinden yüksek sıcaklıkta mı çalışıyor?

Bu verilerin düzenli izlenmesi, kireçlenmenin ciddi performans kaybına dönüşmeden tespit edilmesini sağlar.

En doğru yaklaşım, kireç tabakası oluştuktan sonra sürekli temizlik yapmak yerine kireç oluşumunun nedenini belirleyerek kaynağında önlemektir.

Alfa Enerji; endüstriyel proseslere özel plakalı, gövde borulu ve farklı tip eşanjör çözümleri geliştirirken akışkan özellikleri, sıcaklık, basınç, kirlenme riski ve bakım gereksinimlerini birlikte değerlendirmektedir.

Mevcut eşanjörünüzde performans düşüşü, yüksek basınç kaybı veya sık kireçlenme problemi yaşanıyorsa sistemin çalışma koşullarının analiz edilmesi ve uygulamaya uygun eşanjör çözümünün belirlenmesi için Alfa Enerji ile iletişime geçebilirsiniz.

Sıkça Sorulan Sorular

Eşanjör neden kireçlenir?

Sudaki kalsiyum, magnezyum ve diğer mineraller sıcaklık ve kimyasal koşullar nedeniyle yüzeylerde çökelebilir. Yüksek su sertliği, yüksek sıcaklık ve düşük akış hızı kireçlenmeyi hızlandırabilir.

Eşanjörde kireç olduğu nasıl anlaşılır?

Isı transfer performansının düşmesi, çıkış sıcaklığının değişmesi, fark basıncın yükselmesi ve pompa enerji tüketiminin artması kireçlenme belirtileri arasında olabilir.

Plakalı eşanjör kireci nasıl temizlenir?

Uygun bir CIP kimyasalıyla sirkülasyon yapılabilir veya eşanjör sökülerek plakalar ayrı ayrı temizlenebilir. Kimyasal seçimi plaka ve conta malzemesine uygun olmalıdır.

Eşanjör temizliğinde asit kullanılır mı?

Mineral kireçlerin çözülmesinde uygun asidik temizleyiciler kullanılabilir. Ancak asit türü, konsantrasyonu ve temas süresi eşanjör malzemesine göre belirlenmelidir.

Eşanjör ne sıklıkla temizlenmelidir?

Sabit bir süre yoktur. Su kalitesi, sıcaklık, çalışma süresi ve kirlenme seviyesine göre bakım aralığı belirlenmelidir. Performans ve fark basınç takibi daha doğru bir bakım planı oluşturur.

Su yumuşatma eşanjör kireçlenmesini önler mi?

Su sertliğinin neden olduğu kalsiyum ve magnezyum kaynaklı kireçlenmeyi önemli ölçüde azaltabilir. Ancak suyun diğer kimyasal özellikleri nedeniyle ek şartlandırma gerekebilir.

Kireçlenme enerji tüketimini artırır mı?

Evet. Kireç tabakası ısı transferine karşı direnç oluşturduğu için aynı proses sıcaklığına ulaşabilmek amacıyla sistem daha fazla enerji tüketebilir.