Den Richtigen Wärmeübertrager für Ihre Anwendung Auswählen.

Rohrbündelwärmeübertrager – die erstmals Anfang des 20. Jahrhunderts eingeführt wurden – werden aufgrund ihrer robusten Konstruktion seit langem in allen Arten von Prozessanwendungen eingesetzt. Rohrbündelwärmeübertrager sind in der Lage, hohem Druck und Temperaturen standzuhalten, und diese Eigenschaften sind einer der Gründe für ihre breite Verwendung in nahezu allen Industriebereichen.

In letzter Zeit sind Plattenwärmeübertrager aufgrund ihrer hohen Effizienz und ihres geringen Platzbedarfs immer beliebter geworden. Plattenwärmeübertrager werden durch das Stapeln mehrerer Lagen gewellter Platten konstruiert, die eine Reihe von Kanälen bilden, durch die Flüssigkeiten fließen. Durch diese hocheffiziente Bauweise können die Geräte kleiner dimensioniert werden und benötigen weniger Flüssigkeit als Rohrbündelgeräte mit gleicher Kapazität. Daher bieten Plattenwärmeübertrager aufgrund ihrer Bauweise eine gute Wärmeübertragung.

Ein Hybridgerät – dass eine Rohrbündel-Konstruktion aufweist – kombiniert die hohen Druck- und Temperaturfähigkeiten eines Rohrbündelwärmeübertragers mit der Effizienz und dem geringen Platzbedarf eines Plattenwärmeübertragers. Das Hybriddesign ermöglicht es einigen Geräten, Rohrbündelwärmeübertrager durch ein Plattenwärmeübertrager-Konstruktion zu ersetzen, die eine verbesserte, effizientere Wärmeübertragung bietet.

Ein genauerer Blick auf die Optionen durchleuchtet die Vorteile der einzelnen Konstruktionen. Denken Sie daran, dass die Auswahl des besten Wärmeübertragers für eine Prozessanwendung von vielen Faktoren abhängt, darunter betriebliche Konstruktionsparameter, Flüssigkeitskompatibilität, Annäherungstemperaturen, Platzangebot sowie Budget.

Der gebräuchlichste Typ von Platten- und Rahmenwärmeübertrager besteht aus einer gedichteten Platten- und Rahmenkonstruktion.

Rohrbündel-Konstruktion

Die meisten Menschen sind mit der Rohrbündel-Konstruktion vertraut. Bei dieser Art von Wärmeübertrager ist ein Bündel von Rohren mit kleinem Durchmesser in einem Zylinder oder Mantel mit großem Durchmesser eingeschlossen. Wie bereits erwähnt, ist einer der Hauptvorteile dieser Konstruktion die Fähigkeit, hohem Druck und Betriebstemperaturen standzuhalten.

Ein weiterer Vorteil des Rohrbündelwärmeübertragers ist seine Wartungsfreundlichkeit. Bei einigen Anwendungen können die Rohre jedoch leicht verschmutzen. Solche Verschmutzungen vermindern die Gesamteffizienz des Systems.

Ein Rohrbündelwärmeübertrager ist der größte unter allen Wärmeübertrager-Typen, daher benötigt er viel Platz. Aufgrund seiner Größe und der Menge an Material, die für seine Konstruktion benötigt werden, können die Anschaffungskosten somit höher sein als bei anderen Arten von Wärmeübertragern.

Die meisten Menschen sind mit der Rohrbündelkonstruktion vertraut. Bei dieser Art von Wärmeübertrager ist ein Bündel von kleinen Rohren in einem großen Zylinder oder Mantel eingeschlossen. Einer der Hauptvorteile dieser Konstruktion ist die Fähigkeit, hohen Betriebstemperatuten sowie Druck standzuhalten.

Plattenwärmetauscher

Bei einer gedichteten Rahmen-Platten-Konstruktion wird eine synthetische Gummidichtung zwischen die Platten gelegt, um Flüssigkeitskanäle zu bilden. Diese Konstruktion kann unter Umständen in Bezug auf Temperatur, Druck und Flüssigkeitsverträglichkeit aufgrund der Betriebsgrenzen des Dichtungsmaterials eingeschränkt sein. Im Allgemeinen liegt die maximale Temperaturgrenze bei 200°C und die maximale Druckgrenze bei 27,5 bar. Diese Betriebsparameter  sind jedoch – mit Ausnahme von Molkerei- und andere Lebensmittelanwendungen – typischerweise zu niedrig für die meisten Verarbeitungsumgebungen.

Wenn die Konstruktionsparameter für eine Prozessanwendung eine gedichtete Rahmen-Platten-Konstruktion zulassen, ist es auch wichtig, sicherzustellen, dass die durch die Einheit fließenden Flüssigkeiten mit den Dichtungen kompatibel sind. Der gedichtete Rahmen-Platten-Wärmeübertrager bietet eine Konstruktion, die leicht zu reinigen ist, und wodurch verschmutzten Platten einfach ersetzt werden können.

Eine zweite Option für eine Rahmen-Platten-Konstruktion ist eine komplett geschweißte Einheit. Da sie ohne Dichtungen gefertigt ist, weist diese Konstruktion nicht dieselben Temperatur- und Druckeinschränkungen einer gedichteten Konstruktion auf. Geschweißte Plattenwärmeübertrager werden in vielen Prozessanwendungen eingesetzt.

Zusätzlich zu den höheren Betriebsauslegungsparametern bietet die vollverschweißte Ausführung eine gute Korrosionsbeständigkeit. Im Vergleich zu gedichteten Plattenkonstruktionen erfordern die vollverschweißten Einheiten mehr Aufwand bei der Reinigung. Sie sind nicht sehr anfällig für Verschmutzungen und können bei ordnungsgemäßer Wartung eine langfristige Betriebsfähigkeit bieten. Außerdem besteht bei der vollverschweißten Ausführung keine Gefahr von Leckagen, was bei einer gedichteten Ausführung ein – wenn auch kleines – Problem darstellen kann.

Plate & Shell-Konstruktion

Bei dieser Konstruktion wird ein vollverschweißtes Plattenpaket in einen Mantel eingesetzt, wodurch die Spannung verteilt wird und Dichtungen überflüssig werden. Diese Art von Wärmeübertrager kann extremen Temperaturen und hohem Druck standhalten. Er arbeitet mit Flüssigkeiten, Gasen oder Übergangsphasen der beiden.

Ein Plate & Shell Wärmeübertrager wird oft nach den spezifischen Anforderungen eines Kunden konstruiert und hergestellt, und die Art des verwendeten Metalls wird durch die Anwendung bestimmt. Edelstahl ist die Norm, Titan wird jedoch auch verwendet, wenn eine hochkorrosive Flüssigkeit wie Salzsäure am Prozess beteiligt ist.

Im Gegensatz zu einer Rohrbündel-Konstruktion besteht bei einer Plate & Shell-Konstruktion kaum die Möglichkeit der Verschmutzung. Stattdessen sind diese Einheiten fast immer selbstreinigend: Wenn Flüssigkeiten durch Plate & Shell-Geräte fließen, werden die Platten umso sauberer, je höher die Betriebsgeschwindigkeit ist. Rohre haben nicht so viele selbstreinigende Eigenschaften und sind daher anfällig für Verschmutzungen.

Viele Raffinerien rüsten ihre Anlagen auf Plate & Shell-Konstruktionen um. Lasergeschweißte Pakete können anstelle der Rohrbündel in bestehenden Tauschermänteln nachgerüstet werden. Da die Plattenpakete kleiner sind als die Rohrbündel, schließen die Anlagen einen Teil des Mantels ab (z. B. durch Schweißen). Der daraus resultierende Prozess bietet einen höheren Wirkungsgrad bei geringerer Stellfläche. Diese Plattenwärmeübertrager können aufgrund des geringeren Energiebedarfs kostengünstiger im Betrieb sein als die Rohrbündel, die sie ersetzen.

Ein lasergeschweißter Plattenwärmeübertrager kann zur thermischen Behandlung von Flüssigkeiten, Dämpfen oder Gasen eingesetzt werden

Plate & Shell-Konstruktion für Dampfanlagen

Eine rechtzeitig durchgeführte Installation kann einige der Vorteile der Nachrüstung einer Platt & Shell-Konstruktion während einer Prozessanwendung verdeutlichen.

Ein Chemieunternehmen wandte sich an mehrere Hersteller von Wärmeübertragern auf der Suche nach einem einzigen Gerät, der sowohl für die Kondensation von Prozessdampf als auch für die Unterkühlung von Dampf verwendet werden konnte. Die Ingenieure eines Wärmeübertragungsherstellers entwarfen eine Einheit mit hocheffizienten Platten in einem Doppelplattenpaket. Sie positionierten die Pakete Rücken an Rücken im Mantel mit doppelten, zu öffnenden Enden. Ausführliche Tests bewiesen die Leistungsfähigkeit des Wärmeübertragers und ermöglichten es somit, das Projekt voranzutreiben.

Normalerweise werden zwei separate Geräte benötigt, um Prozessdampf und Unterkühldampf zu kondensieren. Bei der neuen Konstruktion ermöglichen die beiden Plattenpakete zwei Einlässe und zwei Auslässe auf der Plattenseite. Dies führt dazu, dass doppelt so viel Kaltwasser in den Einlass gelangt. Durch die Einspeisung einer großen Menge an kaltem Wasser in das Gerät zu Beginn des Prozesses wird sichergestellt, dass das Gerät die für die thermische Kondensation erforderliche Umgebung aufrechterhält.

Gleichzeitig ist das Gerät für die Kühlung von Dampf mit Kühlturmwasser ausgelegt. Dadurch kann das Gerät Dampf in einem Gerät kondensieren und unterkühlen. Bei der neuen Konstruktion kondensiert der Dampf in einem Gerät und gelangt vom Auslass in ein anderes Gerät, das ihn unterkühlt.

Die Anlage ist jetzt in Betrieb, und die Führungskräfte des Chemieunternehmens sind mit den Ergebnissen zufrieden. Die Betriebskosten der Anlage konnten gesenkt werden, da aufgrund der hohen Effizienz der Plattenwärmeübertragung weniger Kühlung vor der Inbetriebnahme des Wärmeübertragers erforderlich ist. Außerdem, so die Führungskräfte des Chemieunternehmens, schätzt das Wartungspersonal die doppelten, zu öffnenden Enden, die die Wartungsfreundlichkeit erleichtern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es zwar mehrere Arten von Wärmeübertragern gibt, die Kaufentscheidung aber oft durch die für den Prozess erforderlichen Temperaturen und Druckhöhen eingegrenzt werden kann. Weitere Faktoren, die zu berücksichtigen sind, sind der Platzbedarf des Geräts und die Ansatztemperatur. Diese gehen Hand in Hand: Je kleiner die Anströmtemperatur, desto größer das Gerät. Rohrbündel-Wärmeübertrager funktionieren in der Regel nicht gut bei Anströmtemperaturen von weniger als 11°C, sodass für diese Anwendungen Plattenwärmeübertrager besser geeignet sind.

Denken Sie daran, dass die Prozessanforderungen für Plate & Shell-Anwendungen im Allgemeinen an die Bedürfnisse des Kunden angepasst sind. Die Platten werden in vielen Größen geliefert, und die Tauscherabmessungen (Anzahl und Größe der Platten, Dichtungsmaterial usw.) können auf den Betrieb des Kunden zugeschnitten werden. Eine solche kundenspezifische Anpassung bedeutet nicht notwendigerweise einen langen Zeitplan oder höhere Vorlaufkosten. Individuelle Lösungen können auch aus Standard-Produktlinien maßgeschneidert werden, um Prozessanforderungen in einer Reihe von Branchen zu erfüllen.