Verschweißte Plattenwärmeübertrager helfen ungeplante Ausfallzeiten zu vermeiden
Vollverschweißte Plattenwärmeübertrager können schwere Aufgaben bei der Wärmeübertragung für industrielle Prozessanwendungen übernehmen.
Ungeplante Ausfallzeiten sind eine der größten Herausforderungen und Kosten für Produktionsstätten. Zu den Hauptgründen für ungeplante Ausfallzeiten gehören unerwartete Wartungsarbeiten und Ausfälle von Anlagen. In verarbeitenden Industrien wie der Chemieindustrie werden die durchschnittlichen jährlichen Kosten für ungeplante Ausfallzeiten auf 20 Milliarden US-Dollar geschätzt, was fast 5 Prozent der Produktion entspricht. In der petrochemischen Industrie sind ungeplante Ausfallzeiten für Produktionsverluste von 2 bis 5 Prozent verantwortlich.
In solchen kritischen Prozessindustrien bieten Platten- und Rahmenwärmeübetrager aus mehreren Gründen Vorteile gegenüber Rohrbündelkonstruktionen. Erstens haben Plattenwärmeübetrager in der Regel einen größeren Wärmeübertragungskoeffizienten, da die Flüssigkeiten stärker bewegt werden (turbulentere Strömung). Daher können sie auf einen Anstieg oder gar Rückgang des Bedarfs reagieren und gleichzeitig den Energieverbrauch senken sowie die Wärmerückgewinnung im Prozess maximieren. Zweitens ist die Verschmutzung bei Plattenwärmeübetragern geringer als bei Rohrbündelwärmeübetragern, da die Turbulenzen in den Kanälen höher sind.
Es gibt verschiedene Arten von Plattenwärmeübetragern. Traditionell werden in Plattenwärmeübetragern Dichtungen verwendet, und der Industriestandard ist eine hochfeste, formgepresste Gummidichtung. Dichtungen können jedoch mehrere Probleme aufwerfen. Die häufigsten sind Leckagen und Korrosion.
Zu den Bedingungen, unter denen Dichtungen relativ häufig undicht werden können, gehören:
- Unsachgemäßes Festziehen.
- Falscher Einbau der Platte.
- Druckstöße von der Pumpe oder anderen Komponenten des Systems.
- Verwendung des falschen Dichtungsmaterials.
- Langer Einsatz in einer Hochdruck- oder Hochtemperaturanwendung.
Externe Leckagen können zu Materialverschwendung und ungeplanten Ausfallzeiten führen. Außerdem kann es zu umweltgefährdenden Leckagen kommen, die ein Sicherheitsrisiko für die Mitarbeiter der Anlage sowie die umliegende Nachbarschaft darstellen.
Spannungskorrosionsschäden können auch bei Gummidichtungen auftreten. Alle Gummidichtungen haben eine Höchsttemperatur, deren Überschreitung vermieden werden sollte, um die Leistung der Dichtung zu erhalten. Wenn die Temperatur der Betriebsflüssigkeit über einen längeren Zeitraum nahe oder über der Höchsttemperatur liegt, können die Dichtungen schmelzen oder spröde werden. Dieser Zustand kann auch dazu führen, dass sich die Dichtungen abflachen, was zu Leckagen führt, die unerwartete Wartungskosten und ungeplante Ausfallzeiten verursachen.
Zuverlässigkeitsexperten schätzen, dass ungeplante Ausfallzeiten in der Prozessindustrie 10 Mal so viel kosten wie geplante Ausfallzeiten. Ungeplante Ausfallzeiten verringern zwar die Produktivität und Rentabilität, doch die Auswirkungen auf die Sicherheit und die Umwelteffizienz können sogar noch schädlicher sein. Ein einziger ungeplanter, stundenlanger Stillstand kann zur Freisetzung von Emissionen in die Atmosphäre im Wert von Monaten führen.
Vollverschweißte Wärmeübertrager bieten eine Reihe von Vorteilen
Ein vollverschweißter Plattenwärmeübertrager ist besser in der Lage, Chemikalien, die Dichtungen beschädigen können, und extremen Temperaturen zu widerstehen. Geschweißte Plattenwärmeübertrager werden mit WIG-Schweißnähten hermetisch abgedichtet, ohne Zusatzwerkstoffe. Zu den Vorteilen von WIG-geschweißten Wärmeübertragern gehören praktisch keine Leckagen. Außerdem bieten sie eine hohe Festigkeit, die die Druckkraftgrenze von Dichtungen um ein Vielfaches übersteigt.
Das WIG-Schweißen wird häufig in Hightech-Industrien wie der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie eingesetzt, da es starke, qualitativ hochwertige Schweißnähte an dünnen Werkstoffen erzeugen kann. Beim WIG-Schweißen werden nicht nur qualitativ hochwertige Schweißnähte erzeugt, sondern es treten auch nur selten Fehler auf. Viele Konstruktionsmaterialien wie rostfreier Stahl, säurebeständige Stähle, Titan und Nickellegierungen können mit WIG geschweißt werden.
Gleichzeitig behalten vollverschweißte Plattenwärmeübertrager die Vorteile – effizientes Plattendesign und optimierte Strömung – von gedichteten Plattenwärmeübertragern. Geräte, die für Gegenstrom ausgelegt sind, sind so konstruiert, dass sich die Flüssigkeiten im Wärmeübertrager antiparallel zueinander bewegen. Dies ist von Natur aus effizienter als ein Kreuzstrom-Wärmeübetrager. Die Gegenstromanordnung erzeugt ein gleichmäßigeres Temperaturgefälle zwischen den Flüssigkeiten über die gesamte Länge des Flüssigkeitswegs und ermöglicht so eine optimale Wärmeübertragung.
Leistungsfaktoren
Vollverschweißte Plattenwärmeübertrager maximieren nicht nur die Wärmeleistung im Gegenstromverfahren, sondern erbringen auch unter schwierigen Umständen und Bedingungen aus mehreren Gründen gute Leistungen.
Erstens können vollverschweißte Plattenwärmeübertrager extremen Temperaturen widerstehen und sind resistent gegen Temperaturschocks. Jede dieser Bedingungen kann einen gedichteten Wärmeübertrager beschädigen, was zu ungeplanten Ausfallzeiten führt.
Zweitens ist der Wartungsaufwand für geschweißte Plattenwärmeübertrager minimal, da keine Dichtungen gewartet oder ausgetauscht werden müssen. Die Plattenanordnung von geschweißten Plattenwärmeübertragern kann für den jeweiligen Prozess optimiert werden. Dies gilt sowohl für eine eingänige Anordnung mit allen Ein- und Auslassstutzen auf einer Seite als auch für eine mehrgänige Anordnung, um geringe Temperaturunterschiede zwischen den heißen und kalten Flüssigkeiten zu erreichen. In jedem Fall werden die Rohrleitungsverbindungen auf ein Minimum reduziert, um die Wartung zu vereinfachen.
Drittens haben geschweißte Plattenwärmeübertrager schmale Strömungskanäle und einen geringeren Bedarf an Flüssigkeitsvolumen. Aufgrund ihrer Effizienz verbrauchen sie weniger Kühlmittel, was die Betriebskosten senken kann.
Schließlich sind geschweißte Wärmeübertrager klein und kompakt. Sie beanspruchen nur wenig Platz und sind leichter als Rohrbündelwärmeübertrager. Dies erleichtert bei Bedarf die Erweiterung der Anlage.
Ein typisches Beispiel: Vollverschweißte Wärmeübertrager in Raffinerien
Vollverschweißte Plattenwärmeübertrager haben sich in Raffinerien sowie anderen kritischen Prozessen als zuverlässig und effizient erwiesen. Nachfolgend finden Sie zwei kurze Fallstudien, in denen die Rolle dieser Wärmeübertrager im Raffineriebetrieb veranschaulicht wird.
Gasreinigung. Ein Öl- und Gasunternehmen hat vor mehr als einem Jahrzehnt zwei vollverschweißte Wärmeübertrager in einer Anlage in Europa installiert. Einer der Wärmeübertrager arbeitet im Tandembetrieb, während der andere im Standby-Modus ist.
In der Anlage wird das Alkazid-Verfahren zur Gasreinigung eingesetzt. Dieses Verfahren wird in erster Linie zur Aufbereitung von Gas mit hohem Schwefelgehalt eingesetzt, bevor es in weiteren Schritten einer umfassenderen Reinigung unterzogen wird. Das Verfahren behandelt Gas, das bis zu 10 Prozent Schwefelwasserstoff (H2S) enthält, und entfernt H2S auf 0,07 bis 0,10 Prozent.
Durch die Gegenstromströmung des Wärmeübertragers werden Temperaturprofile von bis zu 1 Kelvin zwischen den Flüssigkeiten erreicht, und die Einheit hält dem hohen Druckunterschied effektiv stand. Das schmale Temperaturprofil führt zu Energieeinsparungen sowohl auf der Heizungsseite im Regenerator als auch im Kühlwasserkreislauf.
Das Management schätzt die Zuverlässigkeit des Wärmeübertragers und die Tatsache, dass der Reinigungs- und Wartungsaufwand der Einheiten minimal ist. Das Management schätzt auch die kompakte Bauweise des geschweißten Wärmeübertragers, die für zukünftige Upgrades und für die Offshore-Plattformen des Unternehmens von Vorteil ist.
Schwefelrückgewinnung. In einer anderen europäischen Raffinerie sind drei vollverschweißte Plattenwärmeübertrager in einer Schwefelrückgewinnungsanlage installiert. Zwei der drei Wärmeübertrager sind in Betrieb, während ein dritter im Standby-Modus bleibt.
Vor der Inbetriebnahme mussten die Anlagen mehrere Normen erfüllen, darunter die der National Association of Corrosion Engineers (NACE), der American Society of Mechanical Engineers (ASME), der Europäischen Druckgeräterichtlinie (PED) und des American Petroleum Institute (API). Darüber hinaus musste das WIG-Schweißen ohne Schweißzusatzwerkstoff spezielle Projektschweißspezifikationen im nassen H2S-Betrieb für die höchste Sicherheitsstufe in der Raffinerie erfüllen.
Die Geschäftsführung ist mit der Leistung und Effizienz der vollverschweißten Plattenwärmeübertrager zufrieden. Fischgrätenprägung der Platten eignet sich besonders gutfür den lean amin / rich amin Wärmetauscher, denn die lange vertikale Plattenkonstruktion sorgt für eine hervorragende Wärmerückgewinnung bei sehr engem Temperaturbild.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass europäische Anlagen seit Jahren auf vollverschweißte Plattenwärmeübertrager in der Produktion vertrauen, während US-amerikanische Unternehmen ihre Leistung und Vorteile erst später erkannt haben.
Prozessanlagen, insbesondere solche mit kritischen Prozessen in den Branchen Chemie, Pharmazie, Öl und Gas, sollten vollverschweißte Plattenwärmeübertrager in Betracht ziehen. Sie sind aufgrund ihrer Wärmeleistung bei minimalem Energieverbrauch ein zuverlässiges, langlebiges Mittel zur Übertragung von Wärme für industrielle Anwendungen.