Kleiner Rohrbündelwärmetauscher | Kompakt / Aufgebaut auf einem Rahmen | Festes Rohrboden / U-Rohr | Materialien: CS / 304 / 316L / Ti
Übersicht – Kompakter Rohrbündelwärmetauscher
Ein kleiner Rohrbündelwärmetauscher ist eine kompakte Wärmeübertragungseinheit, die für Anwendungen mit geringer bis mäßiger Leistung konzipiert ist, bei denen Platzbedarf, Installationszeit und Kapitalkosten begrenzt sind. Typische Mantel-Durchmesser reichen von DN100 bis DN500, mit Wärmeübertragungsflächen von 1 m² bis 50 m² pro Einheit.
Dieses Produkt wird nach TEMA Klasse C oder B, ASME Section VIII Division 1 und GB/T 151 konstruiert und gefertigt. Es eignet sich für Prozesskühlung, Probenaufbereitung, Kühlung von Hydrauliköl, Dampfentnahme, Pilotanlagenbetrieb und Hilfssysteme in größeren Anlagen.
Typische Anwendungen
| Anwendung | Flüssigkeit auf Rohrenseite | Flüssigkeit auf Mantelseite | Typische Leistung |
|---|---|---|---|
| Hydraulikölkühler | Hydrauliköl | Kühlwasser | 5 – 50 kW |
| Probenkühler | Prozessprobe | Kühlwasser | 1 – 10 kW |
| Dampfentnahme | Dampf / Kondensat | Kühlwasser | 2 – 20 kW |
| Pilotreaktor | Prozessflüssigkeit | Heiz- oder Kühlmedium | 5 – 100 kW |
| Kompressorölkühler | Schmieröl | Kühlwasser | 10 – 80 kW |
| Hilfsschmierölkühler | Turbinenschmieröl | Kühlwasser | 20 – 150 kW |
| Chemische Dosierleitung | Chemische Lösung | Kühl- oder Heizflüssigkeit | 1 – 30 kW |
Konstruktionstypen
Festes Rohrboden (TEMA L / M / N)
Rohre an beiden Enden in festen Rohrböden befestigt
Mantel und Rohrböden geschweißt oder verschraubt
Geeignet für saubere Flüssigkeiten auf Mantelseite und moderate Temperaturdifferenz
Niedrigste Kosten und einfachste Konstruktion
U-Rohr (TEMA U)
Rohre U-förmig gebogen, beide Enden an einem einzigen Rohrboden befestigt
Rohre dehnen sich frei aus und ermöglichen große Temperaturdifferenzen
Bündel entnehmbar zur Reinigung auf Mantelseite
Geeignet für große Temperaturdifferenzen und hohen Druck auf Rohrenseite
Schwimmender Kopf (TEMA P / S / T)
Ein Rohrboden fest, einer schwimmend
Bündel vollständig entnehmbar zur mechanischen Reinigung auf beiden Seiten
Geeignet für Fouling-Service und große Temperaturdifferenzen
Höhere Kosten als Fest- oder U-Rohr
Auslegungsparameter
| Parameter | Bereich | Hinweis |
|---|---|---|
| Manteldurchmesser | DN100 – DN500 | Kompakter Platzbedarf |
| Rohr-Außendurchmesser | 12,7 mm – 25,4 mm | Kleinerer Außendurchmesser für höheren Druck |
| Rohrwandstärke | 1,0 mm – 2,5 mm | Nach ASME VIII-1 UG-27 |
| Rohrlänge | 500 mm – 3.000 mm | Begrenzt durch Transport und Handhabung |
| Wärmeübertragungsfläche | 1 m² – 50 m² | Pro Einheit |
| Auslegungsdruck (Rohrenseite) | Bis zu 4,0 MPa | Höher verfügbar nach Sonderkonstruktion |
| Auslegungsdruck (Mantelseite) | Bis zu 2,5 MPa | Höher verfügbar nach Sonderkonstruktion |
| Auslegungstemperatur | -20°C bis +400°C | Materialabhängig |
| Rohrteilung | 1,25 × – 1,5 × Rohr-Außendurchmesser | Dreieckige oder quadratische Anordnung |
| Anzahl der Rohrströme | 1, 2 oder 4 | Nach thermischer Auslegung |
| Anzahl der Mantelströme | 1 oder 2 | Nach thermischer Auslegung |
Materialauswahl
Rohr- und Rohrbodenmaterialien
| Material | Spezifikation | Temperaturbereich | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Kohlenstoffstahl | SA-179 / SA-106 Gr.B | -20°C bis +425°C | Wasser, Öl, Dampf, saubere Flüssigkeiten |
| Edelstahl 304 / 304L | ASTM A213 | -196°C bis +400°C | Leicht korrosive Flüssigkeiten, sauberer Dampf |
| Edelstahl 316 / 316L | ASTM A213 | -196°C bis +400°C | Organische Säuren, Salzlösungen, Chloride ≤ 200 ppm |
| Titan Gr.2 | ASTM B338 | -40°C bis +230°C | Meerwasser, Sole, hochchloridhaltige Anwendungen |
Mantelmaterialien
Kohlenstoffstahl SA-516 Gr.70 für nicht korrosive Flüssigkeiten auf Mantelseite
Edelstahl 304L / 316L für korrosive Flüssigkeiten auf Mantelseite
Mantelmaterial kann vom Rohrmaterial abweichen, um Kosten zu optimieren
Dichtungsmaterialien
| Dichtungstyp | Temperaturbereich | Druckgrenze | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Nicht-Asbestfaser | -40°C bis +250°C | ≤ 4,0 MPa | Allgemeiner Service |
| Spiraldichtung (SS + Graphit) | -196°C bis +450°C | ≤ 10,0 MPa | Hohe Temperatur und hoher Druck |
| PTFE-Ummantelung | -40°C bis +200°C | ≤ 2,0 MPa | Korrosive und hochreine Anwendungen |
Thermische Auslegungsparameter
| Parameter | Typischer Bereich | Hinweis |
|---|---|---|
| Gesamt-Wärmedurchgangskoeffizient (Wasser-Wasser) | 800 – 1.500 W/m²·K | Abhängig von Geschwindigkeit und Fouling |
| Gesamt-Wärmedurchgangskoeffizient (Öl-Wasser) | 200 – 600 W/m²·K | Abhängig von der Ölviskosität |
| Gesamt-Wärmedurchgangskoeffizient (Dampf-Wasser) | 1.000 – 2.500 W/m²·K | Abhängig von der Dampfqualität |
| Geschwindigkeit auf Rohrenseite (Flüssigkeit) | 0,5 – 2,5 m/s | Höhere Geschwindigkeit erhöht HTC, aber auch Druckabfall |
| Geschwindigkeit auf Mantelseite (Flüssigkeit) | 0,3 – 1,5 m/s | Begrenzt durch zulässigen Druckabfall |
| Zulässiger Druckabfall auf Rohrenseite | 20 – 50 kPa | Gemäß Anwendungsanforderung |
| Zulässiger Druckabfall auf Mantelseite | 20 – 50 kPa | Gemäß Anwendungsanforderung |
| Fouling-Faktor (Wasser) | 0,0001 – 0,0003 m²·K/W | Nach TEMA-Tabelle |
| Fouling-Faktor (Öl) | 0,0002 – 0,0005 m²·K/W | Nach TEMA-Tabelle |
Standardkonfigurationen
Festes Rohrboden – Verschraubter Deckel
Mantel: Nahtloses Rohr oder gewalzte Platte
Rohrboden: Verschraubt zwischen Mantel- und Kanalflansch
Kanal: Verschraubter Deckel mit Flanschanschlüssen
Anschlüsse: Gewinde NPT oder Flansch nach ASME B16.5
Typische Anwendung: Kühlwasser, Schmieröl, Probenkühlung
U-Rohr – Entnehmbares Bündel
Mantel: Nahtloses Rohr mit Flanschverschluss an einem Ende
Rohrboden: Einzelner fester Rohrboden
Bündel: Entnehmbar zur Reinigung auf Mantelseite
Anschlüsse: Flansch nach ASME B16.5
Typische Anwendung: Hohe Temperaturdifferenz, Dampfanwendungen
Auf einem Rahmen montierte Einheit
Wärmetauscher montiert auf einem Stahlrahmen mit Rohrleitungen, Ventilen und Instrumentierung
Beinhaltet: Temperaturanzeigen, Druckanzeigen, Durchflussanzeigen und Regelventile nach Bedarf
Abmessungen des Rahmens: Typischerweise 1,0 m × 0,8 m bis 2,5 m × 1,5 m
Hubösen für Transport und Installation vorhanden
Typische Anwendung: Pilotanlage, Hilfssysteme, abgelegene Standorte
Fertigung und Inspektion
Rohr-zu-Rohrboden-Verbindung
Nur aufgeweitet: Hydraulische Aufweitung bei 160 – 200 MPa, Haltezeit 5 – 8 Sekunden
Nur geschweißt: GTAW-Kehlnaht, Schenkellänge 1,5 – 2,0 mm
Schweißen + Aufweiten: Dichtschweißen plus Aufweiten für zyklische Beanspruchung
100% Eindringprüfung an geschweißten Verbindungen
Ausziehversuch am ersten Teil, Ziel ≥ 20 MPa für Kohlenstoffstahl
Hydrostatischer Test
Prüfdruck: 1,3 × Auslegungsdruck nach ASME VIII-1 UG-99
Haltezeit: ≥ 30 Minuten
Abnahme: Kein Druckabfall und keine sichtbare Leckage
Prüfmedium: Sauberes Wasser mit Korrosionsinhibitor
Maßprüfung
Manteldurchmesser und -länge
Rohrboden-Lochbild
Düsenausrichtung und -überstand
Gesamtabmessungen und Position der Hubösen
Dokumentation pro Lieferung
Materialprüfzeugnisse nach EN 10204 3.1 oder 3.2
TEMA-Datenblatt ausgefüllt nach Auslegung
Maßprüfbericht
Hydrostatischer Prüfbericht mit Druckdiagramm
Prüfberichte für PT und RT, wie durchgeführt
Schweißverfahrensspezifikation und Qualifizierungsbericht
As-built-Zeichnung
Betriebs- und Wartungshandbuch
Auswahlliste – Kleiner Rohrbündelwärmetauscher
Namen der Flüssigkeiten auf Rohren- und Mantelseite
Einlass- und Auslasstemperaturen für beide Seiten
Auslegungsdruck für beide Seiten
Auslegungstemperatur für beide Seiten
Erforderliche Wärmelast in kW
Zulässiger Druckabfall für beide Seiten
Materialpräferenz für Rohre und Mantel
TEMA-Typ-Präferenz: Fest, U-Rohr oder Schwimmkopf
Anschlusstyp: Gewinde oder Flansch
Montage: Standalone oder auf Rahmen montiert
Instrumentierungsanforderungen
Anwendbarer Standard: TEMA, ASME VIII-1 oder GB/T 151
Erklärung zu Auslegungsgrenzen – Kleiner Rohrbündelwärmetauscher
Der kleine Rohrbündelwärmetauscher unterliegt folgenden Einschränkungen:
Er ist nur für den angegebenen Druck und die angegebene Temperatur ausgelegt. Betrieb außerhalb dieser Grenzen macht die Auslegung ungültig.
Eine Konstruktion mit festem Rohrboden erfordert möglicherweise ein Dehnungsglied, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Rohren und Mantel 60°C für Kohlenstoffstahl oder 40°C für Edelstahl überschreitet.
Ein Feststoffgehalt auf Rohrenseite von über 2 Gew.-% wird ohne vorgeschaltete Filtration nicht empfohlen.
Die mechanische Reinigung der Rohrenseite erfordert gerade Rohre und Zugang zu beiden Rohrbodenflächen. U-Rohrbündel können nicht mechanisch in den Rohren gereinigt werden.
Für Fouling-Service wird eine Schwimmkopf- oder U-Rohr-Konstruktion mit entnehmbarem Bündel empfohlen.
Hydrotestwasser für Edelstahl muss einen Chloridgehalt von ≤ 50 ppm aufweisen, um Spannungsrisskorrosion zu verhindern.
Auf einem Rahmen montierte Einheiten erfordern ein ebenes Fundament und ausreichenden Zugang für Wartungsarbeiten.
