API 660 Auslegungs-Luftkühler-Rohrbündel mit hoher Wärmeübertragungseffizienz und Mehrfachdurchgangskonfiguration

Luftkühler-Rohrbündel | Zwang-/Saugzug | A-Rahmen / V-Rahmen / Horizontal | Stopfen / Deckelplatte / Rohrheader | Rohrmaterialien: CS / SS / Ti / Duplex | Temp. -40°C bis +450°C | Druck bis 10,0 MPa | Gemäß API 661 / ISO 13706

Übersicht – Luftkühler-Rohrbündel als unabhängige Ersatz-Einheit

Ein Luftkühler-Rohrbündel ist der Wärmeübertragungskern eines luftgekühlten Wärmetauschers (ACHE). Es besteht aus Reihen von glatten oder berippten Rohren, die an beiden Enden durch Rohrböden gehalten werden, mit angeflanschten Header-Kästen (Einlass- und Auslassverteiler) zur Verteilung des Prozessfluids durch die Rohre. Das Bündel ist in einer strukturellen Bucht installiert, wobei axiale oder zentrifugale Lüfter Umgebungsluft über die äußere Rohroberfläche drücken oder saugen.

Dieses Produkt wird gemäß API 661 (Luftgekühlte Wärmetauscher für allgemeine Raffineriedienste), ISO 13706 und TEMA Klasse R oder B, wo zutreffend, konstruiert und gefertigt. Es wird als Ersatzbündel, Ersatzbündel oder als neues Bündel für eine neue ACHE-Bucht geliefert.

ACHE-Typen – Lüfterkonfiguration und Bündelausrichtung

Die folgenden Luftkühlertypen definieren die Installationskonfiguration und die Lüfteranordnung des Bündels. Das Bündel selbst ist die gleiche Kernbaugruppe, aber Ausrichtung, Tragstruktur und Luftstromrichtung variieren.

Zwangszug-ACHE

• Lüfter sind unter dem Rohrbündel angeordnet und drücken Luft nach oben durch das Bündel

• Luftverteilung: Gleichmäßiger Luftstrom über die Bündelfläche aufgrund des Lüfterplenums

• Wartung: Lüfter- und Antriebskomponenten auf Boden- oder Plattformebene zugänglich

• Bündelausrichtung: Horizontal (Rohre horizontal, Luft strömt vertikal nach oben)

• Typische Anwendung: Allgemeine Raffinerieprozesskühlung, Kompressor-Zwischenkühler

• Vorteil: Geringere Installationskosten, einfachere Lüfterwartung

• Einschränkung: Risiko der Heißluftrezirkulation, wenn Windwände nicht installiert sind; Lüfterwärme erhöht die Einlasslufttemperatur

Saugzug-ACHE

• Lüfter sind über dem Rohrbündel angeordnet und saugen Luft nach oben durch das Bündel

• Luftverteilung: Plenumkammer über dem Bündel sorgt für gleichmäßiges Ansaugen

• Wartung: Lüfter- und Antriebskomponenten auf erhöhter Plattform – erfordert Zugangsplattform

• Bündelausrichtung: Horizontal (Rohre horizontal, Luft strömt vertikal nach oben)

• Typische Anwendung: Dampfkondensatoren (ACC), Hochtemperatur-Anwendungen, große Raffinerieanlagen

• Vorteil: Bessere Luftverteilung; weniger Rezirkulation; schützt das Bündel vor Niederschlag

• Einschränkung: Höhere Installationskosten; Lüfterzugang in der Höhe; größere Lüfterschacht-Höhe

A-Rahmen-ACHE

• Bündel besteht aus zwei flachen Rohrbündeln, die in einer umgekehrten V-Form angeordnet sind (Spitze oben)

• Lüfter sind unter der Spitze angeordnet und blasen Luft nach oben durch beide schrägen Bündel

• Bündelausrichtung: Schräg (typischerweise 30° bis 60° zur Horizontalen)

• Typische Anwendung: Luftgekühlte Dampfkondensatoren (ACC) in Kraftwerken, große petrochemische Anlagen

• Vorteil: Reduziert den Platzbedarf für große Flächen; ermöglicht Kondensatableitung durch Schwerkraft (schräge Rohre)

• Einschränkung: Komplexere Tragstruktur; größeres Plenumvolumen erforderlich

V-Rahmen-ACHE

• Bündel besteht aus zwei flachen Rohrbündeln, die in einer V-Form angeordnet sind (Spitze unten)

• Lüfter sind über der Spitze angeordnet und saugen Luft nach oben durch beide schrägen Bündel

• Bündelausrichtung: Schräg (typischerweise 30° bis 60° zur Horizontalen)

• Typische Anwendung: Dampfkondensatoren, bei denen Saugzug zum Frostschutz bevorzugt wird

• Vorteil: Gleiche Flächenreduzierung wie A-Rahmen; Kondensat fließt in unteren Sammler

• Einschränkung: Lüfter und Antrieb in der Höhe; komplexere Header-Rohrleitungen

Horizontaler ACHE (ein Bündel pro Bucht)

• Ein einzelnes flaches Rohrbündel horizontal installiert

• Lüfter unten (Zwangszug) oder oben (Saugzug)

• Bündelausrichtung: Horizontal (0° Neigung)

• Typische Anwendung: Allgemeine Prozesskühlung, Gaskühlung, Kohlenwasserstoffkondensation

• Vorteil: Einfachste Konstruktion; einfachster Bündelaustausch und Wartungszugang

• Einschränkung: Benötigt größere Stellfläche für große Leistungen (mehr Buchten erforderlich)

Bündelkonstruktion – Kernkomponenten

Rohre

• Rohrtypen: Glattes Rohr (geringe Verschmutzung, Niedertemperatur-Gas) oder beripptes Rohr (für niedrigen Luftseiten-HTC)

• Rohr-Außendurchmesser (glatt / Basis): 15,88 mm – 50,8 mm (5/8" bis 2")

• Rohrwandstärke: 1,2 mm – 5,0 mm (nahtlos oder geschweißt)

• Rohrlänge (zwischen Rohrböden): 2,0 m – 12,0 m gemäß API 661 Standard

• Rohrteilung (Mitte-zu-Mitte):

  • Quer (gegen den Luftstrom): 1,5× – 2,5× Rohrdurchmesser

  • Längs (entlang des Luftstroms): 1,5× – 2,5× Rohrdurchmesser

• Rohranordnung: Versetzt (dreieckig) oder in Reihe (quadratisch) – versetzt bietet höheren Luftseiten-HTC; in Reihe ermöglicht einfachere Reinigung.

Rohrböden

• Position: Vorderseite (Einlass) und Rückseite (Auslass) des Bündels

• Dicke: 15 mm – 80 mm (ausgewählt gemäß Rohrdruck und Rohrboden-Verbindungslast)

• Toleranz des Lochdurchmessers: H11 gemäß ISO 286 (z. B. Ø25,2 mm +0,13/0)

• Oberflächengüte der Löcher: Ra ≤ 1,6 µm für gespreizte Verbindungen; Ra ≤ 3,2 µm für nur geschweißte Verbindungen

• Material: Kohlenstoffstahl, plattierter Edelstahl oder massiver Edelstahl – abgestimmt auf die Korrosivität des Rohrmediums und den Betriebsdruck

• Rohrbefestigung: Rohre werden in Rohrböden gespreizt (hydraulisch oder rollen), geschweißt (Dichtschweißung) oder kombiniert (Schweißung + Spreizung) befestigt

Header-Kästen (Einlass-/Auslassverteiler)

• Auswahl des Typs (gemäß API 661):

  • Stopfen-Header – herausnehmbare Gewinde- oder Schraubstopfen für Rohrzugang; geeignet für saubere Anwendungen und niedrigen Druck

  • Deckelplatten-Header – verschraubte Deckelplatte für vollen Rohrzugang; empfohlen für Fouling-Anwendungen, bei denen eine Rohrreinigung erforderlich ist

  • Rohrverteiler-Header – geschweißte Rohrverbindungen; verwendet für hohen Druck oder wenn kein Rohrzugang erforderlich ist

• Konstruktion des Header-Kastens:

  • Rechteckiger oder runder Querschnitt

  • Flanschverbindungen gemäß ASME B16.5 oder B16.47 (Schweißhals oder Überwurf)

  • Pass-Trennwände (interne Leitbleche) zur Konfiguration des Rohrdurchflussweges (ein-, zwei- oder vierfach)

• Auslegungsdruckklasse: Abgestimmt auf den Rohrauslegungsdruck (0,1 – 10,0 MPa)

• Entwässerungs- und Entlüftungsanschlüsse: Gewindebuchsen (NPT) oder Schweißmuffenanschlüsse an tiefen/hohen Punkten

Seitenrahmen und Stützen

• Strukturrahmen: Stahlkanal- oder I-Trägerkonstruktion zur Unterstützung des Bündelgewichts während des Hebens und Betriebs

• Hubösen: An Seitenrahmen oder Rohrböden geschweißt – ausgelegt für Bündelgewicht x 2,0 Sicherheitsfaktor

• Stützpunkte: Angeordnet, um Rohrdurchbiegung zu minimieren und die Ebenheit des Bündels innerhalb von ±3 mm über die Bündellänge aufrechtzuerhalten

Rippentypen – für Luftkühler-Rohrbündel

Die folgenden Rippenbefestigungsarten sind für Luftkühler-Rohrbündel erhältlich. Die Auswahl basiert auf der Rohrtemperatur, der atmosphärischen Korrosivität und thermischen Zyklen.

Header-Konfiguration – Auswirkung auf den Bündelaustausch

Bei Bestellung eines Ersatzbündels muss die Header-Konfiguration mit den vorhandenen Rohrleitungen und den Anforderungen an den Rohrzugang übereinstimmen.

Rohrseitige Pass-Konfiguration

Die Anzahl der rohrseitigen Pässe wird durch den zulässigen Rohrdruckabfall und den erforderlichen Wärmeübergangskoeffizienten bestimmt:

• Ein Pass – niedrigster rohrseitiger ΔP; geeignet für Dienste mit hohem Durchfluss und niedrigem Druckabfall

• Zwei Pässe – moderater ΔP; bietet höhere rohrseitige Geschwindigkeit für besseren HTC

• Vier Pässe – höchster ΔP; verwendet, wenn der rohrseitige HTC die Gesamtleistung begrenzt und Druckabfall verfügbar ist

Pass-Trennwände innerhalb der Header-Kästen leiten den Fluss vom Einlass zum Auslass. Die Anzahl der Rohreihen wird auch durch die Pass-Anordnung beeinflusst:

• Für einen Pass: Rohreihen = Gesamtzahl der Rohre / Anzahl der Rohre pro Reihe (gleichmäßige Verteilung)

• Für mehrere Pässe: Pass-Trennwände teilen das Rohrbündel in gleiche Gruppen

Materialauswahl – Rohr, Rohrboden und Header

Rohrmaterialoptionen (gemäß API 661)

Materialoptionen für Rohrböden und Header

• Kohlenstoffstahl SA-516 Gr.70 – nicht korrosiver Rohrdienst

• Edelstahl plattiert (316L oder 304L über CS) – korrosiver Dienst mit hohem Druck; Plattierungsdicke ≥ 3 mm gemäß ASME VIII-1 UW-13

• Massiver Edelstahl 304L / 316L – vollständig korrosiver Dienst, keine Kohlenstoffstahl-Rückseite

• Massiver Duplex / Titan – für starken Chloriddienst oder Offshore-Einsatz

Das Material des Header-Kastens wird typischerweise dem Material des Rohrbodens angepasst, um galvanische Korrosion an verschraubten oder geschweißten Verbindungen zu vermeiden. Für Kohlenstoffstahl-Header im korrosiven Dienst wird eine Innenbeschichtung (Epoxid oder Phenolharz) gemäß API 661 aufgetragen.

Fertigungsparameter – Prozesskontrolle

Bohrung der Rohrböden

• Bohrergröße: Kontrolliert auf H11-Toleranz gemäß ISO 286

• Oberflächengüte der Löcher: Ra ≤ 1,6 µm für gespreizte Verbindungen; Ra ≤ 3,2 µm für geschweißte Verbindungen

• Abweichung des Ligaments (Steg zwischen Löchern): ≤ ±0,2 mm von der Zeichnung

• Reinigung der Löcher: Schmutz entfernt und Löcher vor dem Einsetzen der Rohre auf Grate und Späne geprüft

Rohrspannung (hydraulisch)

• Spreizdruck: 160 – 220 MPa (hydraulisch) oder Rollenkalibrierung (mechanisch) mit kalibrierter Rolle

• Spreiztiefe: Mindestens 1,5× Rohrdurchmesser oder 2× Rohrwandstärke in den Rohrboden

• Haltezeit der Spreizung: 5 – 8 Sekunden (hydraulisch)

• Prüfung nach der Spreizung: 100 % der Rohre akzeptieren eine Prüfkugel, die 0,5 mm kleiner ist als der Rohrinne

• Zugfestigkeitsprüfung: Erststück-Zugtest pro Bündel – Ziel ≥ 20 MPa (CS) / ≥ 25 MPa (SS)

Rohr-zu-Rohrboden-Schweißen (falls spezifiziert)

• Schweißverfahren: GTAW (WIG) – automatisch oder manuell

• Schweißnahttyp: Kehlnaht (Dichtung) oder Vollnaht (für toxische/hochdruck-Dienste)

• Kehlnaht-Beinhöhe: 1,5 mm – 2,0 mm für Dichtnaht

• Vollnaht: Schweißnahtwurzelpenetration ≥ 0,5 mm in die Rohrwand

• Prüfung: 100 % Flüssigkeitsdurchdringungsprüfung (PT) gemäß ASME VIII-1 UW-51 – Akzeptanz: keine Risse oder Poren

• Schweißverfahren: Qualifiziert gemäß ASME Section IX mit PQR und WPS

Fertigung des Header-Kastens

• Header-Kasten (Einlass/Auslass) – geschweißte Stahlkonstruktion mit ASME B16.5 Flanschverbindungen

• Abmessungen des Header-Kastens abgestimmt auf das Rohrbodenmuster des Bündels (Rohranzahl und Layout)

• Pass-Trennwände (interne Leitbleche) an die Innenseite des Header-Kastens geschweißt – Material und Schweißverfahren abgestimmt auf das Header-Material

• Entwässerungs- und Entlüftungsanschlüsse: NPT-Gewinde- oder Schweißmuffen-Fittings

Bündelmontage und -hub

• Rohre von einem Ende eingeführt und in die Rohrböden gespreizt/geschweißt

• Leitbleche oder Rohrstützen (falls erforderlich) in spezifizierten Abständen installiert

• Seitenrahmen und Hubösen angebracht, um das Bündelgewicht zu tragen

• Bündelhubtest (falls erforderlich): Bündel mit dem 1,1-fachen Bündelgewicht heben – vom Hersteller vor dem Versand verifiziert

Betriebsparameter – Nennleistung des Luftkühler-Rohrbündels

Leck- und Hydrostatische Prüfungen

Rohrbündel (vor Header-Installation)

• Rohr-zu-Rohrboden-Verbindungen: Hydrostatische Prüfung bei 1,3 × Rohrauslegungsdruck (gemäß ASME VIII-1 UG-99) – 30 Minuten halten, kein Druckabfall, keine sichtbare Leckage

• Nach der Prüfung: Rohseite entleert und getrocknet; Rohrlöcher auf Undichtigkeiten geprüft

Header-Kasten (am Bündel montiert)

• Endgültige hydrostatische Prüfung (vollständiges Bündel einschließlich Header): Prüfdruck gemäß UG-99 (nur Rohseite – Mantel ist atmosphärisch)

• Prüfmedium: Sauberes Wasser (Trinkwasser oder demineralisiert) – mit Korrosionsinhibitor für Kohlenstoffstahl

• Prüfdauer: Mindestens 30 Minuten

• Akzeptanz: Kein Druckabfall; keine sichtbare Leckage aus Rohrverbindungen, Header-Schweißnähten, Flanschverbindungen oder Stopfen

Pneumatische Dichtheitsprüfung (falls spezifiziert)

• Verwendet für Wasserstoffdienst, toxische Flüssigkeiten oder wenn Wasserreste nicht akzeptabel sind

• Prüfdruck: 0,6 MPa Luft oder Stickstoff

• Leckerkennung: Seifenblasenanwendung auf allen Verbindungen und Schweißnähten

• Akzeptanz: Leckrate ≤ 1×10⁻⁵ Pa·m³/s gemäß äquivalenter Orifice-Methode von ASME Appendix VI

Dokumentation pro Lieferung – Ersatzbündel

• Materialprüfzeugnisse (EN 10204 3.1 oder 3.2) – Rohre, Rohrböden, Header, Flansche und Baustahl

• Abgeschlossenes API 661 Datenblatt (oder ISO 13706 Datenblatt)

• ASME U-Stempel-Datenbericht (falls zutreffend)

• TEMA Datenblatt (Klasse R oder B – falls zutreffend)

• Maßprüfbericht (Bündellänge, Rohrboden-Lochbild, Rohrdurchmesser, Rippenhöhe/Teilung, falls berippt)

• Hydrostatischer Prüfbericht (mit Druckdiagrammaufzeichnung)

• Bericht über pneumatische Dichtheitsprüfung (falls durchgeführt)

• NDE-Berichte (PT / UT / VT, wie durchgeführt)

• Schweißverfahrensspezifikation (WPS) und Verfahrensprüfbericht (PQR) – für Rohr-zu-Rohrboden-Schweißnähte und Header-Schweißnähte

• As-built-Zeichnung des Rohrbündels – mit Rohranzahl, Rohrpasseinteilung, Header-Abmessungen

• Lackier-/Beschichtungsspezifikation (falls angewendet) – Epoxid-/Phenolharz-Beschichtungsdicke und Chargenprüfzeugnis

Auswahlliste – Ersatz-Luftkühler-Rohrbündel

Bei Bestellung eines Ersatzbündels geben Sie Folgendes an, um eine korrekte Passform und Leistung zu gewährleisten:

1. Original-Bündelzeichnung (falls verfügbar)

2. API 661 Buchtennummer und Bündelposition (oben, Mitte, unten bei Mehrfachbuchten)

3. Rohranzahl, Rohrdurchmesser, Wandstärke und Länge (zwischen den Rohrböden)

4. Rohrteilung (quer und längs) und Rohranordnung (versetzt oder in Reihe)

5. Rippentyp (falls berippt) – L-Fuß / KL / LL / Extrudiert / HF-geschweißt / Glattes Rohr

6. Rippenspezifikation (Höhe, Teilung/Rippen pro Zoll, Material)

7. Header-Typ – Stopfen (Gewinde oder Schraube) / Deckelplatte / Rohrverteiler

8. Header-Anschlussgröße und -klasse – Flanschklasse (ASME Klasse 150 / 300 / 600) oder Schweißanschluss

9. Rohrseitige Pass-Konfiguration – ein-/zwei-/vierfach (mit Pass-Trennwände-Zeichnung, falls verfügbar)

10. Material und Dicke des Rohrbodens (falls exakte Übereinstimmung erforderlich)

11. Auslegungsdruck und Auslegungstemperatur (Rohrseite)

12. Flüssigkeitszusammensetzung – zur Überprüfung der Materialverträglichkeit

13. Erforderliche Korrosionszugabe (Rohrwand und Rohrbodenfläche)

14. Lackier-/Beschichtungsspezifikation – falls atmosphärischer Korrosionsschutz erforderlich

15. Hubösen-Klasse und -Position (passend zur vorhandenen Hebeausrüstung)

Inspektionspunkte bei Wareneingang (Käuferseite)

Überprüfen Sie bei Lieferung eines Ersatzbündels Folgendes vor der Installation:

• Gesamtlänge des Bündels (zwischen den Rohrböden) – innerhalb von ±1,5 mm von der Zeichnung

• Rohrboden-Lochbild – Rohranzahl und Pass-Trennwände-Konfiguration (passend zum vorhandenen Header-Kasten)

• Rohrdurchmesser, Rippenhöhe/Teilung (falls berippt) – innerhalb der Toleranz gemäß Zeichnung

• Header-Kasten-Flanschorientierung und Bolzenloch-Ausrichtung (passend zu den vorhandenen Düsen)

• Visuelle Prüfung der Rohr-zu-Rohrboden-Verbindung – keine Anzeichen von Rissen oder Schweißfehlern

• Hydrostatische Prüfprotokolle – Druck und Haltezeit überprüfen

• Hubösen – Sichtprüfung auf korrekte Größe und Schweißnahtintegrität

• Lackierung/Beschichtung – Dicke überprüfen (Trockenfilmschichtdicke gemäß Spezifikation), keine blanken Stellen oder Nadellöcher

• Bündelverpackung – verpackt oder in Kisten verpackt, um Transportschäden und Lagerung zu vermeiden

Lagerungs- und Konservierungsrichtlinien

Wenn das Bündel nicht sofort nach Erhalt installiert wird:

• Innen oder unter wetterfester Abdeckung lagern – vor Regen, Schnee und direkter Sonneneinstrahlung schützen

• Horizontal lagern – auf Stützen an den vom Hersteller angegebenen Hubpunkten, um Rohrdurchbiegung zu verhindern

• Für Kohlenstoffstahl-Bündel: Temporäre Korrosionsschutzbeschichtung auftragen (VCI-Papier, Ölfilm oder Trockenmittel) – gemäß Herstellerempfehlung

• Rohrenden und Header-Öffnungen: Mit Kunststoffkappen oder Flanschabdeckungen verschließen, um das Eindringen von Schmutz zu verhindern

• Prüfung vor der Installation: Kappen entfernen, Rohrenden und Header-Innenraum auf Feuchtigkeit oder Schmutz prüfen

Konstruktionsbeschränkungs-Erklärung – Luftkühler-Rohrbündel

Das Luftkühler-Rohrbündel als eigenständiges Produkt unterliegt folgenden Einschränkungen:

• Es muss in einer Bucht mit passender Geometrie installiert werden (Rohrboden-Lochbild, Header-Kasten-Konfiguration und Bündel-Hüllabmessungen)

• Es ist nicht für internen Mantel-seitigen Druck ausgelegt (Luftseite ist atmosphärisch – keine interne Druckhaltung)

• Es ist nicht geeignet für Rohre mit Feststoffgehalt > 2 Gew.-% (Erosions- und Rohrwanddünnungsrisiko)

• Es kann nicht mit Flüssigkeiten verwendet werden, die mit dem Rohrmaterial unverträglich sind (mit Materialauswahltabelle validieren)

• Für sehr hohen Rohrdruck (> 10,0 MPa) konsultieren Sie für kundenspezifisches Header-Design (Rohrverteiler mit Vollnahtschweißungen und dickwandigen Rohrböden)