Juli 2013
  • Die Plattenwärmeübertrager eignen sich für anspruchsvolle Medien und ermöglichen bei geringen Installationskosten gleichzeitig reduzierte Ausfallzeiten.
  • Die Graphitplatten ermöglichen einen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten sowie Korrosionsbeständigkeit und vermindern das Fouling-Potenzial durch gezielte Turbulenzen in der Strömung.
  • Zwischen den Graphitplatten befinden sich PTFE-Dichtungen angebracht, die wenig Angriffsfläche für die sauren Prozessmedien bieten.

Für den Maschinenlieferanten galt es nun, eine entsprechende Lösung termingerecht zu liefern. Allerdings hatte er bis dato offiziell kein entsprechendes Gerät im Portfolio – es befand sich in der Entwicklungsphase. Also musste diese Entwicklung beschleunigt werden. „Es gab ein ,Date of no return‘, das der Betreiber uns genannt hat. Dass es ein Plattenwärmeübertrager werden wird, war bereits beschlossen, aber bis zu diesem Meilenstein mussten wir belegen, dass der neue größere Wärmeübertrager alle Anforderungen erfüllt und die geforderte Leistung erbringt“, erklärt Frank Lehnhoff, Teamleiter Prozessindustrie bei Alfa Laval. Die Technologie des Wärmeübertragers basiert auf einem Scale-up der bestehenden drei kleineren Baugrößen, für die mit weltweit mehr als 3.000 installierten Geräten bereits ausreichend Praxiserfahrung besteht. Zudem hat der Hersteller die thermischen Eigenschaften mit verschiedenen Fluiden im Labor dargestellt sowie den Apparat hydraulisch simuliert, sodass zum vorher festgelegten Zeitpunkt die Einsetzbarkeit der neuen Baugröße bestätigt werden konnte und vom Kunden die Zustimmung erteilt wurde. Für das anstehende Projekt bestellte dieser gleich zwei Apparate des neuen Typs S15N. „Für den Kunden lag das Hauptaugenmerk zum einen darauf, dass sich die notwendige Bodenfläche reduziert und zum anderen darauf, dass in der Peripherie weniger Rohrleitungen, Armaturen und Installationen notwendig sind“, berichtet Lehnhoff.

Pech und Koks als Ausgangsstoffe

Die Plattenwärmeübertrager der Serie eignen sich für anspruchsvolle Medien, wie im konkreten Anwendungsfall für Salzsäure, und ermöglichen bei geringen Installationskosten reduzierte Ausfallzeiten. Möglich wird dies zum einen durch die Materialien, aus denen sie gefertigt werden: Als Rohstoffe für das Graphit dienen Pech und Koks, woraus der Zulieferer SGL Carbon die Wärmeübertragerplatten-Typen Diabon F100, NS1 und NS2 fertigt. Die Typen NS1 und NS2 haben eine homogene Struktur aus phenolharzimprägniertem feinkörnigen Graphit mit einer maximalen Auslegungstemperatur von 200 °C. Das führt zu sehr guten Wärmeübertragungseigenschaften und die Sicherheit gegenüber Stress- und Ermüdungsrissen – verglichen mit Graphit-Blockwärmeübertragern – steigt um das Fünffache. Das F100 ist ein fluorkunststoffgebundener, porenfreier Feinkorngraphit mit einer maximalen Auslegungstemperatur von 140 °C. Durch die feine Verteilung des Fluorkunststoffes zwischen den Graphitkörnern ist das Material resistent gegenüber oxidierenden Medien, was eine lange Lebensdauer sowie niedrige Tendenz zur Verschmutzung bedingt. Dieser Werkstoff kommt dann zum Einsatz, wenn die Medien die Phenolharze der NS1- und NS2-Platten angreifen würden. Die Austauschfläche pro Platte beträgt für Geräte aus F100 0,05, 0,25 oder 0,4 m2, für solche aus NS1 bzw. NS2 0,026, 0,18, 0,3 oder 0,63 m2. Das neue Modell ist derzeit aus NS1 bzw. NS2 erhältlich und ermöglicht Durchsatzraten bis 400 m3/h.

Darüber hinaus vermindern die Graphitplatten durch ihr Design das Fouling-Potenzial: Die Turbulenzen in der Strömung werden gezielt beeinflusst, wobei ein spezielles Plattenmuster sie zusätzlich verstärkt; bei dem neuen Modell ist die Anströmung noch gleichmäßiger gestaltet als bei den Vorgängermodellen. Zudem weist die glatte und porenfreie Oberfläche Anti-haft-Eigenschaften an der Plattenoberfläche auf, sodass sich Fouling-Prozesse stark verringern – ein Vorteil gegenüber zum Beispiel Graphit-Blöcken. „Generell bedingen die höheren Geschwindigkeiten im Kanal ein sehr viel besseres Verschmutzungsverhalten“, weiß Lehnhoff.

Zwischen den Graphitplatten befinden sich dünne und weiche PTFE-Dichtungen, welche die Kanäle abdichten und gleichzeitig nur wenig Angriffsfläche für die korrosiven Prozessmedien bieten. Die Spannbolzen am Gestell sind mit Federn ausgestattet, was die thermische Ausdehnung des Plattenpakets kompensiert und möglicher Plattenbruch minimiert. Gleichzeitig verringert diese Konstruktion die Gefahr von Leckagen. Ein bis zu 10 % reduzierter Druckverlust in der Nennweite DN150 trägt ebenfalls zu mehr Effizienz bei. „Dass vielfach noch Rohrbündel- oder Blockwärmeübertrager zum Einsatz kommen, liegt eher an der Routine vieler Betreiber und ist oft historisch begründet“, erklärt Lehnhoff. „Konservative Anwender haben meist die unbegründete Angst vor Leckagen oder einer höheren Verschmutzungsneigung.“

Durch ihre Eigenschaften eignen sich die Plattenwärmeübertrager aus Graphit für sehr anspruchsvolle Anwendungsgebiete in der chemischen Industrie. Sie widerstehen stark korrosiven Fluiden, einschließlich Chlorwasserstoffsäure, Schwefelsäure bis zu 85 %, Fluorwasserstoffsäure bis zu 50 %, Phosphorsäure, Beizsäuren, Elektrolyten, Milchsäure, Chlorkohlenwasserstoffen und Katalysatoren wie Aluminiumchlorid. Verglichen mit metallischen Platten bieten sie höhere Korrosiosbeständigkeit und eine längere Lebensdauer; gegenüber Werkstoffen wie Glas und Teflon haben sie einen besseren Wärmedurchgangskoeefizienten.

Die Wärmeübertrager sind so ausgelegt, dass sie wenig Wartungs-, Service- und Reinigungsarbeiten notwendig machen und der Aufwand bei diesen Arbeiten gering bleibt: Plattenaustausch sowie Reinigung lassen sich innerhalb der Stellfläche des Gerätes vornehmen. Dabei sind die Platten leicht zugänglich und lassen sich mit einem Hochdruck-Wasserstrahl, einer Bürste oder mit einem automatisierten CIP-Verfahren reinigen. „Der Reinigungsaufwand des großen Apparats ist nur geringfügig höher als der vom kleinen. Dies war ein zusätzliches Kaufargument für den Betreiber“, erläutert Lehnhoff.

Auf wechselnde Prozessanforderungen lassen sich die Wärmeübertrager mit einer einfachen Temperaturregelung anpassen, die Entnahme und das Hinzufügen von Platten ermöglicht weitere Adaptionen und geänderte Spezifikationen. Dies können die Mitarbeiter des Kunden  selbst testen, wenn die neue Anlage in Betrieb geht.

 

Zum VDMA-Bereich Kälte- und Wärmepumpentechnik mit weiterführenden Links gelangen Sie hier.

Den Hersteller der Graphitplatten finden Sie hier, und hier gelangen Sie zu seiner Infobroschüre über die Plattenwärmeübertrager.

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