Mechanical Vapor Recompression (MVR) Evaporatör Uygulamalarında Saha Gözlemleri ve Değerlendirmeler

Mechanical Vapor Recompression (MVR) saha ziyaretlerimiz sırasında, farklı sektörlerde benzer mekanik ve işletme kaynaklı durumlarla karşılaşmaktayız. Bu gözlemleri, MVR sistemlerini işleten siz değerli kullanıcılarla paylaşmayı önemli görüyoruz. Amacımız bir arıza raporu sunmak değil; sistem sağlığını etkileyebilecek erken belirtilere dikkat çekmek ve önleyici yaklaşımı güçlendirmektir.

Yüksek Çevresel Hızlarda Rotor Yapısal Bütünlüğü ve Yorulma Kaynaklı Hasar Mekanizmaları

Uzun süreli çalışan tüm fan sistemlerinde malzeme yorulması kaçınılmaz bir süreçtir. Bu nedenle rotor üzerinde zamanla oluşan aşınmalar, lokal incelmeler veya küçük malzeme kopmaları genel fan uygulamalarında olağan kabul edilir. Sahada yaptığımız incelemede de söz konusu rotorun uzun yıllar boyunca görevini yerine getirmiş bir ekipman olduğu net biçimde görülmüştür. Bu durum literatürde; rotor yorulması ve lokal kopma fenomeni, yüksek hızlı dönen impellerlerde yaygın olarak high-cycle fatigue (HCF) mekanizmasıyla ilişkilendirilmektedir ve kapsamlı şekilde raporlanmıştır (ör. Fatigue failure of centrifugal compressor impellers).
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1350630723005460. Ancak bu durumun “normal” olarak değerlendirilmesi, sistemin sağlıklı çalıştığı anlamına gelmez. Aksine, bu tip bulgular rotorun yapısal ömrünü büyük ölçüde tamamladığını ve görevini artık yeterli güvenlik ve verimle sürdüremeyeceğini gösterir. Özetle, sebep doğal olabilir; fakat sonuç sistem performansı ve işletme güvenliği açısından olumsuzdur.

Bu yazı ilginizi çekebilir. MVR Fan Nedir? Çalışma Prensibi, Uygulama Alanları

Mechanical Vapor Recompression (MVR) ve turboblower sistemleri yüksek çevresel hızlarda çalışan makinalardır ve rotor, kanat ile bağlantı elemanlarının tamamı ciddi mühendislik hesaplarının sonucudur.

Örnek olarak çapı 1.500 mm olan bir rotor ele alındığında, yarıçap 0,75 m’dir. Rotorun 3.500 rpm ile döndüğü varsayılırsa açısal hız
ω = 2π·n / 60 = 2π·3500 / 60 ≈ 366 rad/s olur.
Bu durumda rotor ucundaki çevresel hız
v = ω·r = 366 · 0,75 ≈ 275 m/s seviyesine ulaşır.

Aynı noktada oluşan merkezkaç ivmesi ise
a = ω²·r = (366)² · 0,75 ≈ 100.000 m/s² mertebesindedir.
Bu yükün rotor malzemesi içinde oluşturduğu yaklaşık çevresel gerilme şu şekilde ifade edilir:
σ ≈ ρ · ω² · r²

ρ ≈ 8.000 kg/m³ kabul edildiğinde:
σ ≈ 8.000 · (366)² · (0,75)² ≈ 590 MPa

Bu değerler, malzeme seçiminin neden kritik olduğunu açıkça göstermektedir:

Bu noktada problem yalnızca hız değildir. Bu tip sistemler tasarlanırken ve işletilirken, rotorun bu hızlara ne kadar süre dayanabileceği ve malzeme seçiminin buna uygun yapılıp yapılmadığı kritik hale gelir. Aşağıdaki tipik malzeme değerleri bu farkı net biçimde gösterir:

Bu karşılaştırmadan da görüleceği üzere, karbon çelikler ve standart paslanmaz çelikler bu seviyedeki çevresel hızlarda daha erken akma ve yorulma eğilimi gösterirken, süper dubleks gibi yüksek akma ve yorulma dayanımına sahip malzemeler bu yükleri daha güvenli şekilde karşılayabilir. Dolayısıyla MVR sistem sağlığını belirleyen unsurlardan biri, yalnızca çalışma koşulları değil; bu koşullara uygun doğru malzeme bilgisinin sisteme baştan doğru şekilde entegre edilmesidir.

Mechanical Vapor Recompression (MVR) Rotorlarında Yoğuşma Kaynaklı Sıvı Damlacık Erozyonu

MVR sistemlerinde rotor üzerindeki hasarların önemli bir bölümü, yoğuşma sonucu taşınan sıvı damlacıklarının yüksek çevresel hızlardaki etkisiyle oluşur. Evaporatör çıkışında veya sistem içinde oluşan yoğuşmaların yeterince ayrıştırılamaması ya da drenajın tam sağlanamaması durumunda, salyangoz içinde biriken sıvı kısa sürede rotor kanatlarına çarpabilir. Bu tür çarpma olayları, sahada birçok vakada gözlendiği gibi ciddi erozyon, lokal kopma ve dengesizliklere yol açar; bu mekanizma yalnızca rotorun değil, MVR sisteminin tamamının performans ve güvenlik marjını etkiler.

Bu konuya dair, yüksek hızlı impeller yüzeylerine su damlacığı çarpmasının etkilerinin güzel deneyler ve net görsellerle gayet iyi açıklandığı bir çalışmayı da inceleyebilirsiniz. (ör. Experimental Investigation on the Erosion Resistance Characteristics of Compressor Impeller Coatings to Water Droplet Impact – https://www.mdpi.com/2079-6412/15/7/767).

Sık Dur–Kalk Çalışma Koşullarında Termal ve Mekanik Yorulma Etkileri

MECHANİCAL VAPOR RECOMPRESSİON (MVR) sistemlerinde sık dur–kalk yapılan işletme koşulları, rotor üzerinde sürekli bir ısı girdisi ve ısı çıkışı oluşturur. Bu tekrarlayan termal çevrimler, rotorun farklı bölgelerinde farklı genleşmelere neden olur. Özellikle kanat–göbek ve kaynak bölgelerinde zamanla biriken bu termal yorulma, yapısal zayıflamalara zemin hazırlar. Akış ve merkezkaç yükleriyle birleştiğinde ise bu durum, ilerleyici hasar riskini artırır.

Fouling / Deposit Formation (Birikinti – Yapışma)

Rotor İç Yüzeyinde Fouling (Deposit Formation)

Saha incelemesi sırasında rotor iç yüzeylerinde belirgin birikinti ve yapışma (fouling) oluşumu tespit edilmiştir. Mevcut durumda işletme tarafından herhangi bir titreşim problemi rapor edilmemiştir. Bunun, sistemin yüksek çevresel hızlarda çalışması nedeniyle birikintilerin rotor yüzeyine rijit şekilde tutunmuş olmasından ve henüz belirgin bir balans bozukluğu yaratmamasından kaynaklandığı değerlendirilmektedir. Bu açıdan sistemin mevcut koşullarda kısa vadede şanslı olduğu söylenebilir.
Bununla birlikte, bu tip birikintilerin rotor üzerinde uzun süre kalması ciddi riskler barındırmaktadır. Birikintilerin zamanla kopması veya yer değiştirmesi, ani ve öngörülemeyen balans bozukluklarına yol açabilir. Ayrıca birikinti içeriğinde bulunan kimyasal bileşenler, rotor malzemesi üzerinde lokal aşınma, korozyon veya yüzey hasarı oluşturma potansiyeline sahiptir. Bu nedenlerle, söz konusu birikintilerin gecikmeksizin temizlenmesi önerilmiştir.
Olası kaynaklar değerlendirildiğinde, rotor önünde konumlandırılan püskürtme nozulunu besleyen akışkanın içeriği ve filtrasyon durumu özellikle kontrol edilmelidir. Bu akışkanın yeterince temiz olmaması halinde, taşınan kirleticilerin doğrudan rotor yüzeyinde birikinti oluşturması mümkündür. Aksi durumda, kirliliğin evaporatör veya proses hattından sürüklenerek fan sistemine taşınmış olabileceği değerlendirilmiştir. Bu nedenle, yalnızca fan ekipmanı özelinde değil, tüm sistem perspektifinde bir değerlendirme yapılması ve proses sorumlusu veya sistem tedarikçisiyle birlikte birikinti kaynağının netleştirilmesi önerilmiştir.

Salmastra Kaçağına Bağlı Salyangoz Bölgesi Kontaminasyonu

Bu vakada, rotor arkasında salyangoz bölgesinde gözlemlenen kirliliğin salmastra kaçağından kaynaklandığı değerlendirilmiştir. İncelenen sistem vakum altında çalışan bir MVR uygulaması olup, sistem devreye alındığında salmastrada kaçak ve drenaj hattında normalin üzerinde sıcaklık gözlemlenmiştir. Bu durum, kaçan akışkanın zamanla salyangoz bölgesine taşınarak birikime neden olduğunu düşünülmüştür  .

Mevcut gözlemler doğrultusunda, öncelikle sızdırmazlık hattına uygun bir filtrasyon elemanı eklenmesi önerilmiştir. Buna ek olarak, sızdırmazlık performansını kaybettiği değerlendirilen karbon ringlerin kontrol edilmesi ve değiştirilmesi tavsiye edilmiştir. Filtrasyon ve karbon ring değişimi sonrasında sistemin izlenmesi; kirlilik oluşumunun devam etmesi halinde fan ve proses tarafının birlikte yeniden değerlendirilmesi önerilmiştir.

Bu çalışmada, saha ziyaretlerimiz sırasında gözlemlediğimiz bazı teknik durumları kısa ve öz şekilde sizlerle paylaşmaya çalıştık. Amacımız, arıza sonrası müdahale yerine, erken farkındalık ve önleyici yaklaşımı güçlendirmektir.

Mechanical Vapor Recompression (MVR) sistemlerinin yüksek hız ve dar toleranslarda çalıştığı unutulmamalıdır. Bu nedenle özellikle planlı duruşlarda veya 3–4 aylık periyotlarda rotor, sızdırmazlık bölgeleri ve iç yüzeylerin düzenli olarak kontrol edilmesi sistem sağlığı açısından kritik önem taşır. Küçük görünen bir belirti, ileride ciddi performans kayıplarının habercisi olabilir.

Sizlerin farklı görüşleri, sahada karşılaştığınız benzer ya da farklı durumlar veya teknik olarak ele alınmasını istediğiniz özel konular varsa bizimle paylaşmaktan çekinmeyin. İsterseniz mevcut rotor görsellerinizi veya saha bulgularınızı da iletebilirsiniz. Teknik değerlendirme gerektiren durumlarda destek olmaktan memnuniyet duyarız.

Sistemlerinizin güvenli, verimli ve sürdürülebilir çalışması için birlikte değerlendirme yapmaya her zaman hazırız. Efsan Makina ekibimizle hemen iletişime geçebilirsiniz.