Kundenspezifische Auslegung und Montage von Schwimmkopf-Wärmetauschern

Konstruktion und Montage von Schalen- und Rohrwärmetauschern auf Maß

Was ist ein Schal- und Rohrwärmetauscher?

Ein Schalen-Rohr-Wärmetauscher (Shell and Tube Heat Exchanger, STHE) ist eine in der Industrie weit verbreitete Wärmeübertragungseinrichtung, die aus einer zylindrischen Hülle besteht, die ein Bündel von Rohren umschließt,Erleichterung eines effizienten thermischen Energieaustausches zwischen zwei Flüssigkeiten, von denen eine durch die Rohre fließt (Rohrseite) und die andere um die Rohre innerhalb der Hülle (Rohrseite).

Schlüsselkomponenten

• Schale: äußeres zylindrisches Gefäß, typischerweise aus Stahl, Edelstahl oder Legierungen.
• Rohre: Rohre mit kleinem Durchmesser, die in dreieckigen, quadratischen oder rotierenden Mustern angeordnet sind, um die Wärmeübertragung und Reinigung zu optimieren.
• Rohrplatten: Perforierte Platten, die die Rohrenden befestigen, oft geschweißt oder an die Hülle geschraubt.
• Baffles: Direktströmung an der Schalseite, Verstärkung der Turbulenz und Stützrohre.
• Überschriften/Endkappen: Ein- und Ausgangskammern für die Flüssigkeitsverteilung an der Rohrseite (z. B. feste, schwimmende oder U-Rohrkonstruktionen).

Arbeitsprinzip

• Strömungsanordnungen: Gegenstrom (am effizientesten, bei hohem Temperaturgradient) oder Parallelstrom.

• Wärmeübertragung: Erfolgt durch Leitung durch Rohrwände und Konvektion zwischen Flüssigkeiten.

• Flüssigkeitsphasen: Handhabung von Einphasen (Flüssigkeit/Gas) und Zweiphasen (Kondensation/ Verdunstung).

Arten von STHE

• Feste Rohrplatte: Rohre, die an stationäre Platten geschweißt werden; einfache, aber begrenzte thermische Expansionsbehandlung.

• U-Röhre: Röhre, die in U-Formen gebogen sind und eine freie Ausdehnung ermöglichen; ideal für Hochtemperaturdifferenziale.

• Schwimmbadkopf: Abnehmbare Rohrbündel für einfache Wartung; kann mit thermischen Belastungen und Verunreinigungen umgehen.

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

Konstruktionsüberlegungen

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

• Thermische Ausdehnung: Durch Ausdehnungsgelenke, U-Röhren oder schwimmende Köpfe.

• Druckverlust: ausgewogene Baffle-Konstruktion zur Optimierung von Turbulenzen und Pumpenkosten.

• Wärmeübertragungskoeffizient (U): Erhöht durch Oberfläche, Turbulenzen und Minimierung von Verunreinigungen.

• Schmutzbekämpfung: Regelmäßige Reinigung (chemisch, mechanisch), Materialwahl und vorausschauende Wartung.

Anwendungen

• Kraftwerke: Kondensatoren, Ölkühler.

• Chemische Verarbeitung: Reaktoren, Destillationskolonnen.

• HVAC: Kühlgeräte, Wärmerückgewinnungssysteme.

• Öl und Gas: Kühlung von Rohöl in Raffinerien.

• Motorkühlsysteme.

Vorteile

• Hohe Druck-/Temperaturverträglichkeit.

• Vielseitig für verschiedene Flüssigkeiten (viskös, ätzend).

• Skalierbar für große Kapazitäten.

• Robuste Konstruktion mit langer Lebensdauer.

Nachteile

• Höhere Anfangskosten und größere Abdeckung im Vergleich zu Plattenwechseln.

• Komplexe Wartung (insbesondere Festrohrkonstruktionen).

• Mögliche Leckagen und Verunreinigungen.

Vergleich mit Plattenwärmetauschern

• STHE: besser für hohe Druck-Anwendungen mit hohem Schmutz.

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

Neuere Fortschritte

• Materialien: Korrosionsbeständige Legierungen und Verbundwerkstoffe.

• Verstärkte Oberflächen: Flossenröhrchen für eine verbesserte Wärmeübertragung.

• CFD und additive Fertigung: Optimierte Strömungsmuster und komplexe Geometrien.

• Nachhaltigkeit: Integration der Rückgewinnung von Abwärme und umweltfreundlicher Kältemittel.