Isı eşanjörlerindeki tüp ve kabuk sızdırmazlık mühendisliği konusunda yeni tasarımlar ve sonuçları

Problemli ısı eşanjörleri için üretilen yenilikçi Flexitallic conta tasarımlarının örnek rafineri uygulamalarında incelenmesi.

Isı eşanjörleri proses ekipmanı olarak farklı endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Önemli olan, ısı eşanjörlerinin fonksiyonlarını -içerdikleri teknik özellikleri ön plana çıkararak sızdırmazlık konusunda meydan okuyabilmeleridir. Termal değişimler, eksenel ve radial kesme kuvvetleri, tüp boyunca oluşan ısıl değişkenlikler sızdırmazlık olayını daha kompleks bir hale getirir.

Ayrıca, eşanjör tasarımı nedeni ile oluşan conta kuvvetleri, tasarlanan yer, yerleştirme kolaylığı gibi ek faktörler olayın daha karmaşık hale gelmesine neden olmaktadır. Rafineriler’deki eşanjörler genelde eski ve oldukça yüksek basınç ve sıcaklıklarda çalışmaktadır. Ayrıca dönüşümlü işleri nedeni ile rafineri’nin problemli çocukları durumundadırlar. Yeni tasarlanan sızdırmazlık contaları tüm bu olumsuzluklara karşı üstün sızdırmazlık özellikleri nedeniyle uygun bir .mür ve kaçaksız uygulama imkanı oluşturmaktadır. Özellikle cıvata bağlantılı flanş ısı geçişlerinde, rafineri bakım servisi ve problemli birçok eşanj.rün tüp/kanal, tüp/kovan bağlantılarında. Yeni Conta Tasarımı – Flexitallic “Change” Isı eşanjörlerinde kullanılan klasik contaların Flexitallic mühendisleri tarafından uzun yıllar araştırılması sonucu oluşabilecek problemler hakkında geniş bir bilgi birikimi oluşmuştur. Bu yoğun inceleme ve araştırmalar sonucu tüm eksiklikleri giderecek yeni bir conta tasarımı üstüne yoğunlaşılmıştır.

“Change” esneklik ve sıklığı tek bir çatı altında optimum değerlerde sunabilecek bir contadır. Bu özellikleri nedeniyle uzun termal dönüşümlü uygulamalarda üstün bir sızdırmazlık verimi elde edilmektedir. Bu yeni nesil conta’nın imalatı, farklı bir paslanmaz profilin spiral şekilde sarımından oluşmaktadır. Öncelikle profil Spiral Sarımlı Conta(SWG)’da kullanılandan 5 kat daha kalın ve farklı bir geometriye sahiptir. Bu farklılıklar imalat’ta ciddi değişikliklerin yapılmasına neden olmaktadır. Yeni profilin, güçlü ve sık yapısı öncelikle taşınma ve yerleştirmede SpiralSarımlı Conta(SWG)’da oluşabilecek zayıflık ve problemleri ortadan kaldırmaktadır.

Sıkı ve güçlü yapısı, alanın sınırlı olduğu uygulamalarda gerekli conta sıklığının elde edilmesini sağlar. Sarma işlemi sırasında dolgu malzemesi olarak yumuşak grafit uygulanır. Bu işlem sonucu oluşan sızdırmazlık yüzeyi Kammprofil yüzeyine benzer görünümdedir. Conta’nın her iki yüzeyi grafit kaplıdır. Elde edilen conta ile, düşük baskı kuvveti gerektiren flanşlarda üstün performansla çalışır. Yeni nesil conta’nın imalatında karşılaşılan zorluklardan biri, sarım başlangıcı ve sonunda profilin nasıl sabitleneceği problemidir. Çünkü, profilin kalın olması nedeni ile alışıla gelmiş nokta kaynağı uygulanamaz. Kaynak bütünlüğü, conta’nın tümü için büyük önem taşır, yapılan araştırmalar sonucu bu işlemin yüksek güçte lazer kaynakla yapılmasını zorunlu kılmıştır. Lazer kaynak, yüksek hassasiyetle derine nüfuz etme kabiliyetine sebep olur. Termal streslere karşı maksimum performansta çalışır. “Change” conta’nın geliştirilmesi laboratuvar ortamında birçok test sonucuna dayanır. ASME VIII, PVRC, ROTT ve EN 13555 gibi.

Kovan Isıl Dönüşüm Testi

Test’in ana amacı, standart bir conta’nın, standart bir flanş’ta sıkıştırılması sonucu periodik ısı değişimine tabii tutularak oluşabilecek kaçakların basınç düşüşleri seviyesinde incelenmesini içerir. Test için kullanılan elemanlar;

– iki adet ASME B16.50 çıkıntı yüzeyli NB 4˝ Flanş

– Flanşların kaynatılmış olduğu bir basınç haznesi ve onu ısıtacak olan iç eleman

– Test edilecek conta, 8 adet ASTM A193 B16 cıvata ile streslendirilmektedir. Bu işlem hidrolik germe aparatı ile herbir cıvataya 250 N/mm2 gü. uygulanması sonucu elde edilmekte.

Test’in şematik görünümü resimde görüldüğü gibidir.

Ayrıca test rejimi aşağıda belirtildiği gibidir.

a) Elemanların montajı sonrası 51 bar’lık bir basınç uygulanmakta.

b) Oda sıcaklığında 1 saat boyunca basınç düşüşü testine tabii tutmak.

c) Basınç düşürerek 2˚C/dak hızında sistemi 320˚C sıcaklığa çıkarmak.

d) Tekrar 33 bar’lık basınç uygulayarak basınç düşüş testine tabii tutmak.

e) Sistemi soğutmak.

SIKIŞTIRMA SONRASI GERİ KAZANIM

18.000psi (124 mpa) basınç altında, conta stresi geri

kazanımı sıkıştırmanın bir fonksiyonudur. Standart test

işlemlerinin 3 defa tekrarlanmasından oluşmaktadır.

Bunun sonucunda, bir termal dönüşüm 24 saat’te

tamamlanmaktadır. Test’in geçerlilik sınır değeri

Isıl dönüşüm sonunda, 1 saatlik zaman diliminde basınç düşüşünün 1 bar (14.5 psi)’dan daha az olması gerekmektedir. Daha büyük bir değer test’in başarısız olduğunu gösterir. Farklı conta tipleri ile yapılan deneylerde ilk üç ısıl dönüşüm sırasında uyumluluk göze çarpmakta ancak termal dönüşüm adedi arttıkça ciddi farklılıklar oluşmakta. ısıl dönüşüm periyodu’nun 14-16. seviyesine ulaştığında “Change” ve HTX750 dışında kalan contalar 1bar/saat düşüş şartını gerçekleştiremezler. Kammprofil, metal ceketli contalar,

standart Spiral Sarımlı Contalar(SWG) bu seviyede geçerlilik sınırının sonuna ulaşırken oluklu metal conta çok daha kötü bir performans sergileyerek 5. termal dönüşünde sınır değerine ulaşır. Test sonucunda “Change” conta yapısının üstün dayanma performansı açıkça gözükmektedir. 24. ısıl dönüşüm sonunda tespit edilen basınç düşüşü 0.07 bar (1 psi) seviyesindedir.

HT-X750 dışında hiçbir conta bu değere yaklaşamaz.