Risiken minimiert

Sicherheits-Wärmeübertrager in der Polysilizium-Produktion

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10.05.2017 Die Herstellung von hochreinem Polysilizium für Photovoltaik-Anlagen ist ein sensibler chemischer Prozess, bei dem die Vermischung von Medien zum Havariefall führen kann. Um dies zu verhindern, wurden spezielle Sicherheits-Wärmeübertrager entwickelt, die die erforderliche Anlagensicherheit bei der Prozess-Temperierung garantieren.

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Entscheider-Facts Für Planer und Betreiber

  • Bei der Herstellung von hochreinem Polysilizium muss bei der Wärmeübertragung die Vermischung von Medien unbedingt verhindert werden.
  • Dazu kommen Sicherheitswärmeübertrager zum Einsatz, deren doppelwandige Rohre eine absolut zuverlässige Medientrennung ermöglichen.
  • Bei extremen An- und Abfahrtsszenarien muss der Sicherheits-Rohrbündel-Wärmeübertrager großen Stützlasten standhalten. Das erfordert besondere Lösungen in der Konstruktion des Doppelrohrsystems.

Bei der Herstellung von Polysilizium entstehen unterschiedliche Silan-Verbindungen mit extrem hoher chemischer Reaktionsfähigkeit. Bei Vermischung dieser Silan-Verbindungen mit Fluiden kann es zur Havarie kommen. Aus Sicherheitsgründen  werden daher für die Wärmeübertragung bei der Prozesstemperierung sogenannte Sicherheits-Wärmeübertrager eingesetzt, deren Rohre für metallische Wärmeleitung konstruiert sind.

Der besonders gute metallische Kontakt ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung ohne  Wärmeträgerfluid. Durch die hohe wärmetechnische Effizienz ist es zudem möglich, den Rohrbündel-Wärmeübertrager kompakt zu konstruieren und so sowohl Bauraum als auch Materialkosten einzusparen. Bei den Sicherheitswärmeübertragern von Funke ist die Außenoberfläche des Innenrohres mit einer sogenannten Pyramidenstruktur versehen, so dass nach Aufweitung eine Wärmeleitfähigkeit von etwa 75 Prozent im Vergleich zur Einzelrohrausführung erreicht wird.

Sicherheit durch zuverlässige Medientrennung

Die doppelwandigen Sicherheitsrohre im Rohrbündel verfügen über feine Kanäle, die nach Erzeugen des Verbundes der beiden Rohre einen sogenannten Leckage­spalt bilden. Der Druck in diesem Spalt wird überwacht, bereits kleinste Undichtigkeiten können so sofort detektiert werden. Dadurch wird sichergestellt, dass sich die Medien, die sich am Außenrohr und im Innenrohr befinden, nicht vermischen können. Die Doppelrohrlösung von Wieland Thermal Solutions erhöht deshalb die Sicherheit und Verfügbarkeit der Anlage, da diese im Leckagefall nicht sofort außer Betrieb genommen werden muss. Ein Defekt kann im Rahmen einer geplanten Wartung behoben werden.

Neben der chemischen Prozesstechnik werden Sicherheitsrohre auch bei der Wärmerückgewinnung und bei der Trinkwassererwärmung eingesetzt. Hier kommen unterschiedlichste Werkstoffe zum Einsatz, von Kupfer und Kupferlegierungen über Kohlenstoffstahl bis zu Edelstählen. Je nach Anforderungen der Anwendung und der Verarbeitung wird das spezifische Design mit Berippung von Innen- oder Außenrohr gewählt, das die beste Wärmeübertragung und Verarbeitung ermöglicht.

Extreme Bedingungen erfordern besondere Konstruktion

Bei der Herstellung von Polysilizium werden Wärmeübertrager an verschiedenen Stellen des Produktionsprozesses eingesetzt. Da die Anforderungen hier unterschiedlich sind, wird auch der Wärmeübertrager jeweils individuell ausgelegt. Die Baugröße des Sicherheitswärmeübertragers richtet sich dabei nach der Funktion und reicht von mehreren Kilowattstunden bis in den Megawattbereich.

Bei extremen An- und Abfahrtsszenarien muss der Sicherheits-Rohrbündel-Wärmeübertrager großen Stützlasten standhalten. Das erfordert besondere Lösungen in der Konstruktion des Doppelrohrsystems, sowohl an die Verbindung von Rohr- und Rohrboden als auch an jeden Druckraum. Für den Dehnungsausgleich der Konstruktion wird ein Axialkompensator in den Mantelraum des Rohrbündels eingebaut. Darüber hinaus wird der Sicherheitsraum mit einem weiteren Dehnungsausgleich abgesichert, um die diversen Beanspruchungen des Doppelrohrsystems an die Axialkräfte der Fügeverbindung aufzunehmen.

Fazit: Die Doppelrohrlösung ist eine zuverlässige und robuste Weiterentwicklung des bewährten Sicherheits-Wärmeaustauschers von Funke. Zuverlässigkeit und Effizienz bieten Perspektiven für die Temperierung einer Vielzahl an Anwendungen mit hohen Ansprüchen an Sicherheit.

Homepage Wieland Thermal Solutions

Homepage Funke

Heftausgabe: Mai 2017

Über den Autor

Barbara Schüßler, Wieland Thermal Solutions; Jan Christoph Funke, Funke Wärmeaustauscher Apparatebau
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