ISI DEĞİŞTİRİCİLER

ISI TRANSFERİ

Isı, sıcak bir cisimden soğuk bir cisime geçer. Eğer birçok cisim değişik ısılarda bir arada birbirine değer vaziyette bulunursa, sıcak olan cisimler soğur, soğuk olan cisimler ısınır ve sonunda her biri aynı ısıya ulaşırlar. Bu ısı dengelenmesi üç yolla gerçekleşir: Conductıon ( Kondaksin – Temas ) -  Covectıon ( Konveksin – İletişim ) Radıatıon             ( Radiasyon- ışınım )

   

Kazanlarda ısı transferi sayesinde elde edilen sitimle ( Buharla ) pistonlu buhar makinelerinde, türbinlerde iş sağlanır. Isı transferinin sağlanabilmesi için iki cisimden birisinin sıcaklık hararetinin düşük olması gerekir. Bir diğer ısı transferi gereği de; yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa ısı transferi olabileceği, fakat aksinin olamayacağıdır. İşte bu ısı transferi yukarıda da bahsettiğimiz gibi üç şekilde Conductıon – Convectıon – Radiation veya her üçü birlikte olarak ısı transferleri gerçekleştirilir. Bu 3 ısı transfer metodu kazanlarda birlikte kullanılarak yakıt enerjisinin faydalı iş ortamına çevrilmesi sağlanmış olur.

CODUCTION ( TEMAS ):

           Bir cismin, bir tarafından diğer tarafına veya bir cisimden temasta olduğu diğer bir cisme ısının transferine Conductıon ( Temas ) ile geçiş denir. Isı o cismin, molekül hareketliliği olarak belirlenir.  Diğer bir deyimle ‘ MOLEKÜL TİTREŞİMİ ‘ cismin bir kısmı ısınınca orada molekül titreşimleri artar. Bu hareketlilik en yakın moleküllerde de hareketliliği artırarak, ısı yayılması sıcak kesimden soğuk kesime yayılarak ısı akımı sağlanmış olur. Kazanlarda ( Alev borulu/su borulu ) sıvı ile demir maddesi büyük bir yüzeyde temas halindedir. Mesela kazanlarda “SU” borular ve ocak mahalli ile temas halindedir, borulardan ve ocak mahallinden yakıt enerjisinin ısınan demir vasıtası ile suya geçmesi bir ‘CONDUCTION ‘ olayıdır.

CONVECTION ( İLETİŞİM ):

Aynı kazanda, conduction ile ısınan suyun özgül ağırlığı azalarak yukarı doğru hareketlenip yerine aşağıdan özgül ağırlığı daha yüksek su kitlesi gelerek kazan içinde bir sirkülâsyonu başlatır ve su buharlaşır. İki türlü covection vardır;

A-    Tabii convectıon, ısınan suyun özgül ağırlığı farkı ile sirkülâsyonu.

B-    Sirkülâsyonun mekanik olarak bir pompa vasıtası ile yapılması

RADIATION ( IŞINIM ):

      Isı dalgalarının kazan ocak mahallinden etrafa yayılmasıdır.

HEAT EXCHANGERS – ISI DEĞİŞTİRİCİLER

DENİZ SUYU İLE SOĞUTULAN ISI DEĞİŞTİRİCİLER (KULERLER) (COOLERS)

Gemilerde kullanılan bütün soğutucularda (Coolers), sıcak akışkandan (Hot Fluid), soğuk akışkana (Deniz suyuna), bir ısı akımı olur. Motorlu gemilerde, ana makine ceket soğutma suyu , (Jacket Water), (Sulzer motorlu makinede piston kafası soğutması, ana makine yağlama yağı, Man BW Diesel motorda piston kafası soğutma yağı) kulerlerde ısıları düşürülerek kullanıma girer. Yine ana makine ve yardımcı diesellerin, supercharge havaları air cooler tabir edilen hava soğutucusunda aşırı sıcaklıkları, boruların içinden geçen deniz suyuna bırakılarak, süpürme havası olarak kullanılır. Türbin gemilerde, yatak yağlama yağları ve dişli kutusu yağlama yağları, kulerlerde soğutularak devreye tekrar verilir.Soğutucularda ısı değişiklikleri aşağıdaki gibi olabilir:

Ana makine ceket suyu soğutması kulere giriş 80/85 derece, kulerden çıkış 50/55 derece

yağ kulerine giriş 60/65 derece, Kulerden çıkış 40/45 derece süpercharge havası kulere giriş 80/85 derece Kulerden çıkış 36/40 derecedir.

 ŞEKİL 1: Su ve Yağ kuleri Coolling Water / Oil Cooler

ISITICILAR – HEATERS

Ana makine enjektörlerinde kullanılan ağır yakıtın ( Heavy Fuel Oil) ısıtılmasında kullanılır. Fuel Oil, vizkozite değerine göre 125 dereceye kadar ısıtılabilir. Servis tankından gelen 50/60 drecedeki yakıt, 125 dereceye kadar ısıtılabilir.

Tankerlerde, akaryakıt tanklarının yıkanmasında kullanılan Butterworths Heaters. Burada deniz suyu 70/80 dereceye kadar sitimle ısıtılır. Deniz suyunun buharlaştırılarak tekrar damıtılması ile elde edilen tatlı su, gemilerde Evaporeyter tabir edilen bir ısı değiştiricide gerçekleşir. Evaporeyter bahsini distile su (Damıtık) elde etmede ayrıca okuyacaksınız.

ISI DEĞİŞTİRİCİLER TEORİ:

Sıcak akışkandan soğuk akışkana veya soğuk akışkandan sıcak akışkana bir ara aracı (duvar),vasıtası ile ısı alışverişi yapılır. (İntermediate Heat Conductive Wall). Hepiniz biliyorsunuz ısı transferi üç şekilde gerçekleşir.

 Conduction- temasla / Convection- iletişimle / Radiation – Isı dalgaları ile bu konuda ısı transferi bahsine bakın.

ISI DEĞİŞTİRİCİ ÇEŞİTLERİ:

-          Düz borulu ve aynalıklı ısı değiştiriciler: (Shell and tube exchangers.)

-          Plakalı ısı değiştiriciler: (Plate type Heat Exchangers)

BORULU VE AYNALIKLI ISI DEĞİŞTİRİCİLER: (SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGERS):

ŞEKİL (1) Saçtan yapılan bir gövde (shell)sıcak akışkanın (soğutma suyu yağlama yağı ), bulunduğu yer. Düz boruların dizildiği boru aynalıkları(tube plate) ve boru demetleri    (tube stack / tube bandle). Boruların arasına yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya konulmuş perdeler(Baffles). Bunların konuş sebepleri soğutulacak akışkanın bafıllar vasıtası ile soğutucunun içinde daha uzun müddet dolaşarak soğutulmasının sağlanması ve boru sarsıntılarının önüne geçilmesi ŞEKİL (1) de, boru aynalıklarının diğer ucu serbest olarak, ısınmadan dolayı uzamasını karşılar. Bu suretle, boru aynalıkları ve borular zorlanmamış olurlar. Şekilde görülen bu tür siyillemeye “elastomer”siyilleme denir. Burada görülen “Leaking” kaçırma ringinin her iki tarafında bulunan”O”ringler kaçırmazlığı sağlarlar. Sızıntı olursa içten (Soğutulacak akışkan –soğutma suyu, yağlama yağı), dıştan olursa deniz suyu hemen görülüp önlem alınır. “O”ringler yenilenir.ŞEKİL (3) de bir Fuel oil ısıtıcısı görülüyor. Burada düz borular yerine “U” boruları kullanılmıştır. Bu suretle boruların ısıdan dolayı serbest genişlemeleri sağlanmış olur.             

SOĞUTUCULARI MEYDANA GETİREN KISIMLARIN MALZEME ÖZELLİKLERİ:

-          Gövde (shell) çelik saçtan yuvarlama ile yapılır. Kullanılan malzeme Mild Steel. Demir içindeki Karbon miktarı; 1000 de 2,3 ( % 0,18 / 0,23 )

-          Boru aynalıkları (tube plate) Bronze  (CU – ZN – AL – PB).

-          Borular (tubes) alüminyum brass (AL – CU – ZN)

Özel soğutucularda boru malzemeleri cupro nickel. %70/30 (CU – NI)

AYNALIK VE BORULARIN İŞLENMELERİ:

(Construction Of Coolers) aynalıklar, istenilen malzemeden dökülür. Çapına göre büyük dik tornada, ikisi birlikte işlenir. Yine aynı, tornanın dik matkabında delikler açılır ve delik yerlerinin pürüzleri ayarlı  “Rayba” ile temizlenir. Aynalıklar gövdeye bağlanır. Borular deliklere sürülür. Makineto “Expander” tabir edilen genişletici ile borular deliklerinde genişletilerek aynalıklara sıvanır ve bu şekilde kaçırmazlıkları sağlanmış olur. Her iki başta deniz suyu giriş başlıkları  (Water Box) contaları ile bağlanır.

GALVANİC CORROSİON VE ALINAN ÖNLEMLER TUTYALAR:

Kulerlerde ve kondenserlerde borular ve aynalıklar değişik iki malzemeden yapılırlar. Boruların malzemesi Bakır (Cu) ve Çinko (Zn) deniz suyu elektrolit olarak olaya iştirak ederek bakır ve çinko aralarında mükemmel bir pil teşkil eder ve böylelikle boru malzemesinden çinko ayrışmaya başlar ve boru zayıflayarak delinir. Bunun önüne geçmek için, kulerler veya konderser kapak içlerine çinko levha asılarak, borulardaki aşınma engellenmiş olur. Pratikte kapaklara Soft ıron (Yumuşak demir) plakalar asılır. Burada, yumuşak demir plakalar (Anod +) ve borular (catod – )olarak çalışırlar. Asılı demir plakalardan demir oksit iyonları boru iç yüzeylerine sıvanarak boruları korumuş olur. Demir plakalar aşınır ve zamanla yenilenir. Bunun için bu plakalara “Sacrificial Anods” denir yani gözden çıkarılmış anlamına gelir. kondenser kapakları içi deniz suyuna karşı apexidor boya ile boyanır.

SOĞUTUCULARDA BORU İÇLERİNİN KİRLENMELERİ VE ALINAN ÖNLEMLER:

Boruların içinden geçen deniz suyu hızının boru kirlenmesinde çok önemi vardır. Deniz suyu hızının 2,5 m/s altına düşmemesi gerekir.  Düşük hızlarda deniz suyu hayvancıklarının birikip boruların içinde büyüyerek, tıkanmasına sebebiyet verir. Yine de mikro organizmalar filtreden geçerek kirlenme olabilir. Bunun için deniz suyu girişine, damlama sistemi ile ilaç verilir. (Klor veya Sodyum hipoklorür olur.) Deniz suyu tarafı gözleme kapakları sık sık açılarak boru içleri şişlenir, tazyikli su ve hava tutularak temizlenir. Son zamanlarda deniz suyu girişine konan damlama usulünün yerine; çok düşük frekansta elektrik dalgaları gönderen bakırdan çubuklar konarak, mikro organizmaların girişleri önlenmiş olur. ŞEKİL (2) Air cooler (hava soğutucularında) büyük dizeller olsun, küçük dizeller olsun boruların içinden deniz suyu dışından hava geçer. Deniz suyu borularının üzerleri  “Fin” tabir edilen alüminyum kanatlar boruların soğutma yüzeylerini arttırırlar ŞEKİL (2) ye bakınız.

PLAKA TİP ISI DEĞİŞTİRİCİLER (PLATE TYPE HEAT EXCHANGERS):

Şekil 4

Artık yeni yapılan gemilerde genellikle ısı değiştiriciler plaka tipi ısı değiştiricilerdir. Bunlar dikdörtgen biçiminde ondüleli (corrugated)  “Titanium” malzemesinden imal edilmiş plakalardan oluşan soğutuculardır. ŞEKİL (4)’te bağlanmış plaka tip boru soğutucu. ŞEKİL (5)’de plakaların açılımı ve ceket veya yağın koyu renk siyah oklarla ve deniz suyunun içi boş oklarla olan geçişlerini göstermektedir. Her plaka arasında sentetik lastikten yapılma, Eliptik şekilde contalar bulunur. Malzemesi Neopren – Viton veya Buna tabir edilir. Her iki başta “Mild Steel” “çelikten başlıklar vardır. Bunların kalınlıkları plaka adetlerine göre 3 ila 5-6 cm’ye kadar çıkabilir. Şekle göre, boru giriş ve çıkışların bulunduğu sabit plakaya çerçeve plakası (frame Plate) diğeri ise Gayt üzerinde gidip gelebilen baskı plakası (Pressure Plate) plaka malzemeleri 

Cupro Nickel – paslanmaz çelik veya çok kullanılan Titanium’dan yapılırlar. Delikler ve contalar öyle ayarlanmıştır ki ŞEKİL (5), (A) akışkanı ( soğutma suyu yağlama yağı olabilir), tek sayılı plakalarda iş görür.(B)  deniz suyu çift sayılı plakalarda iş görür.  Bu tip kulerlerin temizlenmesi ve bakımı (shell and tube) düz borulu soğutuculardan daha kolaydır.

 SOĞUTUCULARIN KİRLENMELERİ:

Soğutucular Üç Sebepten Dolayı Kirlenirler;

a)      Deniz hayvancıkları (Barnacles), yosunlar (Algae/ weeds) Mikroskopik deniz hayvancıkları, boru ve kuler içlerinde zamanla büyüyerek tıkanmalara sebep olurlar. Mikroskopik hayvancıklardan korunmayı yukarıda anlatmıştık.

b)      Çamur, kum (Silt,  Sludge, Sand)

c)      Kısır deniz suyunun içindeki tuzların sıcaklıkla boruların içinde birikmesi (MsSO₄, CaSO 4, CaCO 3)… Onun içindir ki deniz suyunun borulardaki hızının 2,5 m/s olması önerilir. Birikimlere meydan vermemek için:

PLAKA TİP ISI DEĞİŞTİRİCİLERİN SÖKÜLMESİ VE TEMİZLENMESİ: ŞEKİL (4)

• Giriş ve çıkış valflarını kapatın.
• Plakaların soğuması için bekleyin.
• Isıtıcının dreyn ve havalandırma musluklarını açın.
• Üstte ve altta kaydırma barlarını gresleyin.
• Sıkma cıvataların dişlerini yağlayın.
• Sıkma somunların başlıklardan  ( Header )olan uzaklıkların ölçüp bir yere kayıt ediniz.
• Somunları karşılıklı olarak ağır ağır laçka ediniz. Somunları tamamen laçka ettikten sonra civataları ve somunları yerlerinden alın.
• Plakaları tek tek serbest başlık tarafından kaydırarak alın.

PLAKALARIN TEMİZLENMESİ:

Başlık ve plakaları yumuşak fırça ile temizleyiniz. Kesinlikle tel fırça kullanmayınız! Yumuşak fırça ile temizlik tam yapılamıyorsa, kimyevi temizleme banyosuna plakaları yatırıp bir müddet bıraktıktan sonra tekrar yumuşak fırça ile deneyiniz. Elliptik lastik contaların hasarlı olanlarını yenileyin. Temizlenen plakaları, yerlerini değiştirmeden aynı sırayı takip ederek contaları ile birlikte bağlayın. Bağlama sırasında, conta yerlerinin değiştirilmemesine bilhassa dikkat edin!

PLAKALARIN TEMİZLİKLENDİKTEN SONRA BAĞLANMALARI:

·         Bütün plaka ve lastik contaların temiz olduklarına dikkat edin.

·         Boruların bağlandığı sabit ve hareketli başlıkların plaka bağlantı yüzeylerinin temiz olduklarına dikkat edin

·         Plakaları teker teker yerlerine sürün

·         Hareket eden başlığı (Pressure plate) , plaka demetlerinin üzerine kaydırın

·         Sıkma uzun civataları ve somunlarını yerine bağlayın ve somunları karşılıklı sıkmaya başlayın.

·         Somunların en son sıkılmalarını alınan ölçüye ayarlayın. Ölçüler pek az fark edilebilir. Plakalar, duruma göre azaltılıp çoğaltılabilir. Bu durumda ölçüler değişir. Doğru ve düzgün bağlanmış plakalar, üsten ve yandan bakıldığında bir bal peteğini andırır.

PLAKA TİP SOĞUTUCULARDA ARIZALAR:

DIŞ SIZINTININ SEBEPLERİ VE GİDERİLMELERİ:

·         Bozuk lastik conta, yenileyin.

·         Yüksek basınç ve yüksek hararette çalışmış olması. Basınç ve sıcaklıkları kontrol edin. Arızalı contaları yenileyin.

·         Plakaların sıkılmaları az karşılıklı olarak biraz daha sıkmayı deneyin Sızıntı kesilinceye kadar. Sızıntı kesilmiyorsa; fazla zorlamayın. Plakaları söküp kontrol edip, tekrar bağlayın.

İÇ SIZINTI SEBEPLERİ VE GİDERİLMELERİ:

·         Plakalar korozyondan ve yorulmadan (fatıgue) dolayı delik ve çatlamalar olabilir. Arızalı plakaları yenileyin.

·         Plakalar eğrilmiş, kirli, aşınmış. Yenileyin

·         Deniz suyunun, her iki giriş ve çıkışta basınç farklılığı, instruction kitabının ön gördüğü farklılıktan ( Differential) fazla ise, plakalar kirlenmiştir. Bu aynı şekilde, yağlama yağı tarafı içinde geçerlidir.

KONDENSER – (CONDENSER):

Bilhassa sitimli (Steam ) gemilerde kullanılan soğutuculara kondenser denir. Kondenser, makinede iş görmüş buharın yoğunlaştırıldığı kaba kondenser denir. İngilizce Condesate = Yoğuşum suyu. Kondensere giren iş görmüş buhar, buharlaşma ısısını (Latent  Heat) sabit basınçta, boruların için de dolaşan  deniz suyuna vererek yoğunlaşır. Kondenserin altından fit tankına dökülür. Kondenserlerde, deniz suyu en az iki geçişli olarak düşünülür. Genellikle gemilerde “Kuler”denince, sıvıların (Ceket suyu / yağlama yağı) soğutuldukları kap anlamına gelir. Buharın veya freon gazının yoğunlaştıkları kaba kondenser denir. Motorlu gemilerde, ana makine ceket soğutma suyunun soğutulduğu kaba kondenser denmez. Kuler denir.

KONDENSER YAPIMI:

Shell. kondenser bedeni. – mild steel ( Karbonu az % 0,23 / 0,18 – 1000’de 2,3) en az 15 mm kalınlığındaki mild steel saç çevrilerek kaynak edilir. Karbon miktarının az olması, iyi kaynak tutması açısından mühimdir. Water Box – Dökme demir ( Cast ıron ) deniz suyunun giriş ve çıkış taraflarındaki ceplere water box denir.

CONDENSER YAPIM MALAZEME ÇEŞİTLERİ:

Shell – gövde  Mild steel  işlenebilir çelik saç Water box – Deniz suyu kutusu. Dökme demir. Cast ıron .

Shell Plate – Boru aynalığı. Admiralty  brass ( Donanma pirinci ) % 70 Cu - % 29 Zn- % 1 Sn 

Tubes – Borular. Cupro  nickel  ( % 70 Cu  % 30 Ni )veya aliminium brass ( % 76 Cu  % 28 Zn - % 2 Al.) Boru dış çapları ( Outside dia ) 16 - 20 mm

   

     BORU AYNALIKLARINA BORULARIN BAĞLANMASI:

Her iki boru aynalığı, istenilen çapa torna edildikten sonra, üst üste konup                    sabitleştirilir. Dik matkap tezgâhında boru dış çaplarına göre delikler açılır. Deliklere dişler açılır. Aynı dış hatvesinde  ‘FARUL’ ( Ferrule ) aynı malzemeden brass ( prinç )salmastra gleni hazırlanarak yumuşak salmastralarla borular yerlerine bağlanır. Burada boruların ısınmadan dolayı uzamaları, ferrule ( Glen ) içinde gerçekleşir. Çünkü farul‘un içinde boruların oldukça serbest uzama imkânları vardır. Salmastralar sırf bu maksat için hazırlanmıştır. Bu tip salmastralar yok ise genelde grafitli don yağına batırılmış pamuk ipliğinden örülmüş salmastralar kullanılır.

CONDERSERLERDE GALVANİC ACTİON:

Kondenser boruları genellikle brass, bakır ve çinko alaşımlıdır. (2:1) yani iki kısım bakır bir kısım çinko. Kondenser de, deniz suyu elektrolit olarak bakır ve çinko alaşımlı borularda bir pil meydana getirir. Bunu daha etraflıca anlatalım.

Pil bahsinde zayıf sülfirik asit banyosunun içine, bir bakır çubuk ile çinko çubuğunu koyarsak ve bunları bir iletken ile birbirlerine bağlarsak bir akım oluşur. Çinko çubuk gittikçe erir. İşte kondenserde bakır ve çinkodan oluşan borular deniz suyu içinde bir pil teşkil ederek borulardaki çinko ( Zn ) elektrik akımı ile açığa çıkarılarak borular delinmeye başlar. Buna İngilizce ( de –zıncıfıcatıon ) denir. Yani çinkonun azalması. Bunun önüne geçmek için kapaklara çinko levhalar asılır.  Çinko levhalar aşınır böylelikle borulardaki çinko alaşımına bir şey olmaz. Bir diğer korumada; soft ıron ( yumuşak demir ) levhalar asılır. Burada demir oksit ionları boruların iç yüzeylerini kaplayarak koruma yapar soft iron aşınır ve zamanla değiştirilir.

KONDENSERDE KAÇIRAN BORUNUN BULUNMASI:

Kondenserde buhar kısmına ağır ağır su alınarak delik borunun içinden gelecek olan borular tesbit edilip yenilenir.