ENERJİ TESİSLERİNDE KULLANILAN LT-HT RADYATÖRLER
(KURU SOĞUTUCULAR)
Kuru soğutucunun ekonomik
ömrü, kullanım şartlarına uygun malzeme seçimine bağlıdır. Boru kuru soğutucularda
performans ve ekonomi göz önüne alındığında en uygun boru malzemesi bakırdır.
Borularda kullanılan bakırın kalitesi, Kuru soğutucunun ömrünü belirleyen en
önemli özelliklerden biridir. Zayıf malzeme kullanılması durumunda özellikle
büküm ve lehim yerlerinde sorunla karşılaşılır. Dikkat edilmesi gereken diğer
bir özellik, borunun et kalınlığıdır. Kuru soğutucularda bakır boru et
kalınlığı 0,5 mm’den az olmamalıdır. Özel şartlarda 0,7 mm tercih edilebilir.
Ürün üzerinden ölçümü mümkün olmadığı için, Kuru soğutucu seçilirken mutlaka
üreticiden boru et kalınlığı bilgisi alınmalıdır.
Lamel kuru soğutucularda yaygın olarak
kullanılan lamel malzemesi alüminyumdur. Kullanım yerine göre, lamel
kalınlığının 0,14-0,15 mm olması uygun olacaktır. Özel uygulamalarda, daha
kalın lamel kullanımı da mümkündür. Kuru soğutucu uygulamalarında 0,12 mm
altında lamel kullanımı düşünülmemelidir. Genel uygulamalarda, Kuru Soğutucunun
ekonomik ömrünün uzun olması için epoksi kaplı alüminyum tercih edilir. Epoksi
kaplama, ortamın aşındırıcı etkisine karşı lamel dayanımını önemli ölçüde
artırır. Özellikle deniz yakınlarında ve enerji tesislerinde epoksi kaplı lamel
uygulaması gereklidir. Epoksi kaplamanın yetersiz kalabileceği çok korozif
ortamlarda, epoksi + poliüretan kaplama uygulaması tavsiye edilir.
Kaset kuru soğutucularda kaset malzemesi,
ortam şartlarına göre seçilir. Genel uygulamalarda kaset malzemesi olarak
galvanizli sac kullanılır. Galvanizli sac, ek koruma önlemi alınmadığında
ihtiyacı karşılamakta yetersiz kalmaktadır. Sıcak daldırma galvaniz,
deformasyona neden olduğu için tavsiye edilmez. Galvanizli sac üzerine toz boya
uygulaması, en avantajlı seçim olacaktır. Daha dayanıklı malzemenin gerektiği
yerlerde, paslanmaz çelik kasetleme tercih edilir.
TASARIM
KRİTERLERİ: Bir kuru soğutucunun ihtiyaç duyulan performansı gösterebilmesi
için dikkat edilmesi gereken tasarım kriterleri vardır. Diğer bir bakış
açısından ele alınırsa, bazı noktalar belirlenmeden verilen soğutma kapasitesi
bilgisi anlamlı değildir.
Ortam şartları bir kuru soğutucunun soğutma
kapasitesi, ancak kullanılacağı ortam şartları bilindiği zaman belirlenebilir.
Ortam hakkındaki en önemli kriter hava giriş sıcaklığıdır. Örneğin, HT (Jacket
Water) soğutma amacıyla kullanılan Kuru Soğutucu seçiminde dikkat edilmesi
gereken nokta, alınacak Kuru Soğutucunun kullanılacağı bölge şartlarındaki
soğutma kapasitesinin bilinmesi gerekliliğidir.
Elimizdeki örnekte 25 ºC hava giriş
sıcaklığındaki soğutma kapasitesine göre alınan HT Kuru Soğutucu, gerçek
kullanım yerinde 35 ºC hava giriş sıcaklığı ile çalıştırıldığında istenen
kapasitenin % 83’ünü verebilmektedir; bu oran LT Kuru Soğutucu için ise ancak %
37’dir. Hava Giriş Sıcaklığına Göre Soğutma Kapasitesindeki Değişim HT LT 0 200
400 600 800 1000 1200 24 26 28 30 32 34 36 Hava Giriş Sıcaklığı oC Soğutma
Kapasitesi kW hava giriş sıcaklığına göre soğutma kapasitesindeki değişim.
Kuru Soğutucu tasarımında boru çapı ve
borular arasındaki mesafeleri tanımlayan lamel geometrisi, kapasite ve basınç
kayıpları üzerinde etkilidir. Lamel geometrisi, tasarım şartlarında ihtiyaç
duyulan soğutma kapasitesinin uygun basınç kayıpları dahilinde sağlanacağı
şekilde üretici tarafından kendi standartları arasından seçilir.
Yoğun
borulu geometrilerin daha avantajlı kapasite/fiyat değeri verdikleri
söylenebilir; fakat bu durumda basınç kayıpları da artacağı için optimizasyona
gidilmesi gerekmektedir. Pratik olarak, aynı ısı transfer yüzeyine sahip fakat
farklı lamel geometrisi kullanılmış Kuru Soğutucuların, aynı şartlarda farklı
soğutma kapasitesi ve farklı basınç kayıpları vereceğine dikkat edilmesi
önemlidir. Hava hızı hava hızı, hava tarafındaki kısmi ısı transfer katsayısını
etkilediği için önemli bir kriterdir.
Hava hızı arttıkça ısı transferi arttığı
için daha küçük bir ısı değiştiricisi yeterli olacaktır; bununla birlikte hava
tarafı basınç kaybının artması nedeniyle yüksek hızlarda fan performansı düşer.
Bu nedenle hava hızının optimum değerlerde seçilmesi gereklidir. Kuru Soğutucu
uygulamalarında tavsiye edilen hava hızı 3-3,5 m/s civarındadır. Bu hızın
altında hava hızları Kuru Soğutucunun çok büyük seçilmesini gerektirir. Yüksek
hava hızları ise daha güçlü fanlar gerektirir. Hava Hızına Bağlı Hava Tarafı
Isı Transfer Katsayısı 0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3 4 5 6 Hava Hızı m/s Hava
Tarafı Isı Transfer Katsayısı W/(m 2K).
Hava hızına bağlı hava tarafı ısı transfer
katsayısı 2.4. İç Akışkan Kış aylarında Kuru Soğutucularda donma riskine karşı
önlem alınmalıdır. Aksi takdirde, iç akışkanın donması sonucu borularda
oluşacak tahribatın onarılması son derece zordur. Onarım yapılabilse bile,
getireceği ek maliyetin yanında, Kuru Soğutucunun performansının düşmesi de söz
konusudur.
Donma
sonucu kullanılamaz hale gelmiş Kuru Soğutucuların tamamen yenilenmek zorunda
kalındığı örneklere sıklıkla rastlamaktayız. Donma riskine karşı genel olarak
uygulanan önlem, sistemin kullanım dışı bırakıldığı soğuk havalarda Kuru
Soğutucu içindeki suyun boşaltılmasıdır. Bununla birlikte, borulama yapısından
dolayı Kuru Soğutucu içindeki suyun tam olarak boşaltılması mümkün
olmadığından, soğutma suyuna yeterli oranda antifriz (etilen-glikol) katılması
gereklidir.
Kuru
Soğutucu seçiminde, kullanım sırasında soğutma suyuna eklenecek glikolün de
hesaba katılması gerekir. Kuru Soğutucu tasarımı %25-%35 glikollü suya göre
yapılmalıdır. Aksi takdirde, suya eklenecek glikolün soğutma kapasitesinde yol
açacağı düşüş, Kuru Soğutucudan beklenen performansın alınamamasına yol
açacaktır. Dolayısıyla, Kuru Soğutucunun soğutma kapasitesinin değeri, tasarım
şartları ve glikol oranı bilgisi verilmezse bir anlam taşımaz.
2.5 Ses
Seviyesi Özellikle yerleşim yerlerine yakın uygulamalarda kuru soğutucuların
çalışma sırasında fazla gürültülü olmaması önemli bir kriter haline gelir.
Temel olarak fan motorundan ve fan kanatlarının yapısından kaynaklanan ses
seviyesi, üretici verileri değerlendirilerek belirlenir ve uygun sınırlar
arasında kalıp kalmadığı kontrol edilir. Gerekirse motor devri düşürülerek ses
seviyesi azaltılabilir; bu durumda gerekli soğutma kapasitesinin sağlanması
için ısı değiştiricisinin ısı transfer yüzeyi artırılmalıdır.
3.
LT-HT RADYATÖR: LT-HT Radyatör Enerji tesislerinde kullanılan motorların
atık ısılarının uzaklaştırılmasında, maliyet ve kapladığı yer açılarından
avantaj sağlayan özel bir sistemden yararlanılabilmektedir. HT (Jacket Water)
devresinde sirküle eden suyun ortalama sıcaklığı yüksektir. Bunun yanında, LT
(After Cooler) devresinde daha düşük sıcaklıklarda su sirküle eder. LT
devresini soğutmak için kullanılan hava ısındıktan sonra bile, HT devresindeki
soğutma ihtiyacını karşılayabilecek sıcaklıklarda kalmaktadır.
Bu nedenle, HT devresi için yeni bir
radyatör kullanmak yerine, iki ısı değiştiricisinin aynı fanlarla soğutulduğu
LT-HT Radyatörlerden yararlanılabilir. HT (Jacket Water) ve LT (After Cooler)
devrelerinin ayrı kuru soğutucularla soğutulması LT-HT Radyatörlerde, LT
devresinin çıkış havası, HT devresinin giriş havasıdır. LT devresine ortam
sıcaklığında giren hava After Cooler suyunu soğuturken bir miktar ısınır.
HT
devresine bu ısınmış hava gireceğinden, ısı değiştiricisinin Jacket Water için
gereken soğutma ihtiyacını karşılayacak kapasiteyi sağlaması için, ortam
havasıyla soğutma uygulamasındakinden daha büyük bir ısı transfer yüzeyine
ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, sistemin aynı kasetleme içinde çözülmesinin
getireceği ilk yatırım avantajı unutulmamalıdır.
Seçilen HT Devresi LT Devresi Toplam Soğutma
Kapasitesi 936 kW 203 kW Su Giriş Sıcaklığı 99 ºC 44 ºC Su Çıkış Sıcaklığı 73
ºC 39 ºC Isı transfer yüzeyi 435 m2 652 m2 1087 m2 Fan Sayısı 8 x Ø800 mm 8 x
Ø800 mm. Kullanılan fanın çektiği güç 2 kW/fan’dır. HT ve LT Radyatörlerin ayrı
ayrı yapılması yerine LT-HT Radyatör tercih edilmesi halinde 4 fandan az
kullanılmaktadır; bu durumda fanların çektiği toplam güç 8 kW (%33)
azalmaktadır. LT-HT Radyatör kullanılması durumunda ısı transfer yüzeyindeki
artış %11’dir.
Yapılan Kabuller:
Günlük Çalışma Süresi: 15 saat/gün Aylık Çalışma Süresi: 25 gün/ay Yıllık
Çalışma Süresi: 10 ay/yıl (HT Radyatörde 8 ay/yıl) Elektrik Birim Maliyeti:
0,075 €/kWh Radyatörler Lamel: Epoksi kaplı alüminyum 0,15 mm Kasetleme: RAL
7044 boyalı galvanizli sac. Tüm fanlarda
pako şalter.
4.
ISLAK-KURU SOĞUTUCU: Kuru Soğutucularda elde edilen su sıcaklığı
ortamın kuru termometre sıcaklığına bağlıdır; kuru termometre sıcaklığının
yaklaşık 5 ºC üzerine kadar soğutulmuş su elde edilebilir. Daha düşük sıcaklıklarda
soğutma suyuna ihtiyaç duyulan durumlarda Islak-Kuru Soğutucular kullanılır.
Islak-Kuru Soğutucular, temel prensip olarak Kuru Soğutucular gibi çalışır.
Sistemde gerektiğinde ek soğutma sağlayacak bir su püskürtme sistemi
bulunmaktadır. Sistemdeki akışkanın dış ortam sıcaklığından daha düşük sıcaklık
değerlerine kadar soğutulması gerektiğinde, basınçlı su püskürtme sistemi
devreye girerek giriş havasını neme doyurur ve hava sıcaklığını ortam
sıcaklığının altına düşürür.
Su püskürtme sistemi yıl boyunca yalnız en
sıcak günlerindeki belli saatlerde termostat kontrollü olarak devreye girerek
ihtiyaç duyulan ek soğutmayı sağlar; diğer zamanlarda sistemde su tüketimi
yoktur. Püskürtme sisteminde kullanılan suyun, sertliği alınmış ve filtrelenmiş
olması gerekir; aksi halde eşanjör kanatları üzerinde biriken kireç ve tortu,
zamanla eşanjörün kapasitesini düşürecek ve ömrünün kısalmasına neden
olacaktır. Bu etkiyi önlemek için bir ağ sistemi üzerine su spreyleme yapılan
Ecomesh spreyleme sistemli Islak kuru soğutucular geliştirilmiştir. Islak-Kuru
Soğutucularda aşındırıcı etkiye karşı ek önlem olarak epoksi kaplı lamel
kullanılmalıdır.
Epoksi kaplama, ortamdaki tuz ve aside karşı
oldukça yüksek dayanıma sahiptir. Çerçevenin paslanmaz çelik olması tercih
edilir. Su kulesine kıyasla suyun zararlı etkilerine çok daha az maruz
kalmasına karşın, Islak-Kuru Soğutucuların uzun ömürlü olması için bu
önlemlerin alınması önemlidir. Islak-Kuru Soğutucular, acil durumlarda su
püskürtme sisteminin devreye girdiği Kuru Soğutucular olarak ele alınabilir.
Bu sistem sayesinde, hava sıcaklığının Kuru
Soğutucu ile istenen soğutma kapasitesinin alınamayacağı kadar yükseldiği özel
durumlar için ek bir soğutma sistemine gerek kalmaz. Giriş havasının neme
doyurulabilmesi amacıyla harcanacak su miktarı kullanılan püskürtücüye ve
püskürtme basıncına göre değişiklik gösterir. Seçim, ortam havasının bağıl
nemine bağlıdır; bağıl nemi %100’e mümkün olduğunca yaklaştırmak için yeterli
miktarda ve kalitede su püskürtüldüğünden emin olunmalıdır.
Bu nedenle tamamen buharlaşacak miktardan bir
miktar daha fazla su püskürtülür ve artan su ortamda sıvı olarak kalır. Bu
önlem, püskürtme sisteminin performansında zamanla oluşabilecek kayıplara karşı
da emniyet sağlar. Bu çalışmadaki örneklerde kullanılan Ø800 mm çaplı fanlar
göz önüne alınırsa, genel uygulamalar için fan başına 124 kg/saat su
püskürtülmesi yeterli olacaktır.
Bu değer 2
bar püskürtme basıncı ile sağlanabilir; aynı sistem 4 barda çalıştırılırsa 173
kg/saat su püskürtülebilmektedir. Su püskürtme sistemi nadir olarak
kullanılacağı ve acil durumlar için ek soğutma ünitesi yatırımına gerek
bırakmayacağı için püskürtme suyu masrafı çoğu uygulamada kabul edilir
değerlerde kalmaktadır. Örneğin, 35 ºC kuru ve 24 ºC yaş termometre
sıcaklığındaki giriş havası (% 40 bağıl nem), su püskürtülerek %90 bağıl neme
kadar doyurulursa, giriş kuru termometre sıcaklığı yaklaşık olarak 25 ºC’a
kadar düşürülebilmektedir.
Bu durumda, daha önce “2.1. Ortam Şartları”
başlığı altında hava giriş sıcaklığına göre soğutma kapasitesindeki değişimini
göstermek amacıyla ele alınan örnekteki HT Radyatörün soğutma kapasitesi % 20,
LT Radyatörün soğutma kapasitesi ise % 170 artmaktadır. İhtiyaç duyulan 4 g/kg
hava civarındaki nem artışı, 100 Pa basınç kaybında 22.500 kg/saat hava debisi
sağlayan fan başına 90 kg/saat suyun buharlaştırılması ile
karşılanabilmektedir; bu değer 2 bar püskürtme basıncı ile emniyetli olarak
sağlanabilir.
Giriş havasının daha kuru olduğu durumlarda,
Islak-Kuru Soğutucunun püskürtme sistemi daha yüksek bir performans gösterir.
Örneğin, 40 ºC kuru ve 23 ºC yaş termometre sıcaklığındaki giriş havası (% 24
bağıl nem), su püskürtülerek %85 bağıl neme kadar doyurulursa, giriş kuru
termometre sıcaklığı yaklaşık olarak 25 ºC’a kadar düşürülebilmektedir.
İhtiyaç duyulan 6,5 g/kg hava civarındaki nem
artışı, 100 Pa basınç kaybında 22.500 kg/saat hava debisi sağlayan fan başına
146 kg/saat suyun buharlaştırılması ile karşılanabilmektedir; bu değer 4 bar
püskürtme basıncı ile sağlanabilir.
5.
FANLAR: Radyatör seçiminde dikkat edilmesi gereken bir nokta da,
tasarımın ortam sıcaklığının yüksek olduğu zamanlarda ihtiyaç duyulan soğutma
kapasitesini sağlayacak şekilde yapıldığıdır. Hava sıcaklığının daha düşük
olduğu zamanlarda, istenen kapasitenin elde edilmesi için fanların hepsinin tam
devirde çalışması gereksiz ve masraflı olur. Soğutma suyu çıkış sıcaklığı
üzerinden kontrol edilen sistemlerde, fanların düşük devirle çalıştırılması
veya devreden çıkarılması ile sistem için uygun debide hava tedariki sağlanır.
5.1. Çift
Devirli Fanlar Değişken debide hava sağlanması için en pratik yol, çift devirli
fan kullanımıdır. En yüksek çalışma devrinin ¾’ü gibi bir ikinci hızda da
çalışabilen bu fanlar sayesinde, hava giriş sıcaklığının tasarım sıcaklığının
çok altına düştüğü zamanlarda önemli oranda enerji tasarrufu
sağlanabilmektedir.
Örneğin, 870
kW’lık HT2 Radyatörü, ortam sıcaklığı 33 ºC’tan 20 ºC’a düştüğünde fan devri
düşürülerek çalıştırılabilir. Bu durumda fan başına 0,75 kW az güç harcanır ki
bu da % 40’a yakın tasarruf demektir. Bu örnek 4 fan içindir; çoğu tesiste çok
daha fazla fanlı sistemler kullanılmaktadır. Örnekte kullanılan 800 mm çaplı
fanın her iki devirde harcadığı güç: 880 d/d 2,00 kW 660 d/d 1,25 kW 5.2.Fan
Hız Kontrol Üniteleri Tek devirli fanlarda da, çift devirli fanlarda da
kullanılabilen kontrol üniteleri ile de hava debileri ihtiyaca göre
değiştirilebilir.
Fandevirleri üzerinde hassas kontrol gerekmeyen yerlerde, fanların sırayla devreye
girdiği ve devreden çıktığı step kontrol sistemleri uygulanır. Fanların hangi
sırayla çalışacakları kullanıcı tarafından tariflenebilmektedir; fan çalışma
sürelerinin dengeli dağıtıldığı alternatifler de vardır. Step kontrol üniteleri
fanın sadece açık ya da kapalı olması esasına göre çalıştığı için, fan devrinin
kontrol edildiği sistemlerden daha ucuza mâl edilebilmektedir.
Bu nedenle,
çok sayıda fanın bulunduğu ve hassas kontrol gerektirmeyen sistemlerde
genellikle bu yöntem tercih edilir. Günün sıcak saatlerinde 4 fanın da
çalıştığı, en serin saatlerde ise tek fanın yeterli olduğu kabul edilmiştir.
Soğutma suyu dönüş sıcaklığının fazla değişmemesi istenen ve kullanılan fan
adedinin az olduğu yerlerde step kontrol ile yeterli sonuç alınamaz.
Böyle yerlerde
fan devirlerinin kontrol edildiği ve dolayısıyla hava debisi üzerinde çok daha
hassas kontrol sağlayan sistemler ( frekans invertörleri / konvertörleri )
kullanılır. Frekans invertörleri/ konvertörleri ilk yatırım maliyeti açısından
step kontrol ünitelerinden daha pahalıdır; bu nedenle genellikle tüm fanların
ayrı frekans invertörleri/ konvertörleri ile kontrol edildiği sistemler yerine,
fanların gruplar halinde kontrol edildiği ve step kontrol üniteleri ile frekans
invertörleri/ konvertörlerinin birlikte kullanıldığı sistemler tercih
edilmektedir.
+90 212 343 50 40
+90 553 343 50 40
Yorumlar
Yorum Gönder