Kundenspezifische Auslegung und Montage von Schwimmkopf-Wärmetauschern

Kundenspezifische Auslegung & Montage von Rohrbündelwärmetauschern​

Was ist ein Rohrbündelwärmetauscher?

Ein Rohrbündelwärmetauscher (STHE) ist ein weit verbreitetes Wärmeübertragungsgerät in industriellen Anwendungen. Er besteht aus einem zylindrischen Mantel, der ein Bündel von Rohren umschließt und einen effizienten thermischen Energieaustausch zwischen zwei Fluiden ermöglicht – eines fließt durch die Rohre (Rohrseite) und das andere um die Rohre innerhalb des Mantels (Mantelseite).

Hauptkomponenten

• Mantel: Äußeres zylindrisches Gefäß, typischerweise aus Stahl, Edelstahl oder Legierungen gefertigt.
• Rohre: Rohre mit kleinem Durchmesser, die in dreieckigen, quadratischen oder rotierten Mustern angeordnet sind, um die Wärmeübertragung und Reinigung zu optimieren.
• Rohrböden: Gelochte Platten, die Rohrenden sichern, oft an den Mantel geschweißt oder geschraubt.
• Prallbleche: Lenken den mantelseitigen Fluss, erhöhen die Turbulenz und unterstützen die Rohre. Zu den Typen gehören Segment-, Scheiben- und Ring- sowie Wendelbleche.
• Köpfe/Endkappen: Einlass- und Auslasskammern für die Verteilung des rohrseitigen Fluids (z. B. Fest-, Schwimm- oder U-Rohr-Konstruktionen).

Funktionsprinzip

• Flussanordnungen: Gegenstrom (am effizientesten, hält einen hohen Temperaturgradienten aufrecht) oder Parallelstrom.

• Wärmeübertragung: Erfolgt durch Leitung durch die Rohrwandungen und Konvektion zwischen den Fluiden.

• Fluidphasen: Verarbeitet Einphasen- (Flüssigkeit/Gas) und Zweiphasenprozesse (Kondensation/Verdampfung).

Arten von STHE

• Festrohrboden: Rohre an stationäre Platten geschweißt; einfach, aber begrenzte Handhabung der Wärmeausdehnung.

• U-Rohr: Rohre in U-Form gebogen, wodurch eine freie Ausdehnung ermöglicht wird; ideal für hohe Temperaturunterschiede.

• Schwimmender Kopf: Herausnehmbares Rohrbündel für einfache Wartung; handhabt thermische Belastungen und Verschmutzung.

• TEMA-Klassifizierungen: Standards (z. B. TEMA A, B, C) definieren die mechanische Konstruktion und die Toleranzen basierend auf der Anwendung.

Konstruktionsüberlegungen

• Materialien: Ausgewählt für Korrosionsbeständigkeit, Temperatur und Druck (z. B. Titan, Kupferlegierungen).

• Wärmeausdehnung: Wird über Dehnungsausgleiche, U-Rohre oder schwimmende Köpfe berücksichtigt.

• Druckverlust: Ausgewogene Prallblechkonstruktion zur Optimierung der Turbulenz im Vergleich zu den Pumpkosten.

• Wärmeübergangskoeffizient (U): Verbessert durch Oberfläche, Turbulenz und Minimierung der Verschmutzung.

• Verschmutzungsminimierung: Regelmäßige Reinigung (chemisch, mechanisch), Materialauswahl und vorausschauende Wartung.

Anwendungen

• Kraftwerke: Kondensatoren, Ölkühler.

• Chemische Verarbeitung: Reaktoren, Destillationskolonnen.

• HLK: Kältemaschinen, Wärmerückgewinnungssysteme.

• Öl & Gas: Kühlung von Rohöl in Raffinerien.

• Marine: Motorkühlsysteme.

Vorteile

• Hohe Druck-/Temperaturbeständigkeit.

• Vielseitig für verschiedene Fluide (viskos, korrosiv).

• Skalierbar für große Kapazitäten.

• Robuste Konstruktion mit langer Lebensdauer.

Nachteile

• Höhere Anschaffungskosten und Stellfläche im Vergleich zu Plattenwärmetauschern.

• Komplexe Wartung (insbesondere Festrohrkonstruktionen).

• Potenzielle Leckagen auf der Mantelseite und Verschmutzungsprobleme.

Vergleich mit Plattenwärmetauschern

• STHE: Besser für Hochdruckanwendungen mit starker Verschmutzung.

• Platte: Kompakt, effizient für Fluide mit niedriger Viskosität, aber weniger robust unter extremen Bedingungen.

Jüngste Fortschritte

• Materialien: Korrosionsbeständige Legierungen und Verbundwerkstoffe.

• Verbesserte Oberflächen: Rippenrohre für verbesserte Wärmeübertragung.

• CFD & Additive Fertigung: Optimierte Strömungsmuster und komplexe Geometrien.

• Nachhaltigkeit: Integration der Abwärmerückgewinnung und umweltfreundliche Kältemittel.