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Reinigungsverfahren für Wärmetauscher

Abgestimmte Reinigungsverfahren für Wärmetauscher & Co. erhöhen die Effizienz

25.04.2008 | Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Sabine Mühlenkamp / Dr. Jörg Kempf

Reinigen mit Trockeneis: Das Cryoclean-Verfahren beim Einsatz in einer Thermischen Nachverbrennungsanlage
Reinigen mit Trockeneis: Das Cryoclean-Verfahren beim Einsatz in einer Thermischen Nachverbrennungsanlage

Der Aufwand für Reinigungsarbeiten für Apparate, in denen Stoffe umgewandelt, behandelt, transportiert oder gelagert werden, ist vergleichsweise hoch. Doch unter Ablagerungen leidet die Effizienz. Lesen Sie hier, wie sich Wärmetauscher, Autoklaven, Tanks und Rohrleitungen schnell und nachhaltig reinigen lassen.

Viele Prozessströme hinterlassen Ablagerungen an den Oberflächen von Wärmetauschern, die die Effizienz einschränken. Die Hauptgründe für eine Verschmutzung im Innern eines Wärmetauschers sind Wasserströme, die harte kristalline Ablagerungen bilden, oder Medien mit organischen Bestandteilen, die klebrige Schichten auf den Oberflächen bilden können. Auch in Rohren von Kondensatoren und Verdampfern mindern Kalkablagerungen die Leistungsfähigkeit von Kältesystemen mit der Zeit erheblich.

Welches Ausmaß diese Verschmutzungen annehmen, hängt von der Zusammensetzung des Mediums, der Strömungsgeschwindigkeit und der Wandtemperatur ab. Die Auswirkungen sind vielfältig und reichen von wachsenden Reibungsverlusten, über turbulente statt laminare Strömungen bis zu sinkenden Durchflussmengen, einer höheren Pumpenleistung und niedrigeren Wirkungsgraden sowie steigenden Betriebskosten. Nicht selten wird ein Wärmetauscher aus diesem Grund größer dimensioniert als nötig. Neben steigendem Energiebedarf droht im schlimmsten Fall der Ausfall der Anlagenkomponente.

Individuelle Beurteilung vonnöten

Die Auswahl des Reinigungsverfahrens hängt von den Verschmutzungen und der örtlichen Situation ab. „Bei Wärmetauschern ist es von enormer Wichtigkeit die Oberfläche nicht aufzurauen, um die Folgeverschmutzung so gering wie möglich zu halten“, nennt Mario Curcic, Marketing-Development/Business Segment Chemistry, Subregion GAS bei Linde, ein Beispiel. „Auf einer glatten Oberfläche setzt sich die Verschmutzung nicht so leicht ab wie auf einer rauen.“

Prinzipiell stehen dem Anwender für die Reinigung mehrere Verfahren zur Verfügung, von der chemischen und mechanischen Reinigung über Hochdruckverfahren bis zum Einsatz von Trockeneis. Ob eine in-situ-Reinigung angewendet werden kann, hängt von der Zugänglichkeit der Rohröffnung und den räumlichen Bedingungen für das Reinigungspersonal ab. „Sehr oft wird die Reinigung in situ durchgeführt, um zusätzliche Kosten für Ausbau und Transport zu minimieren“, zeigt die Erfahrung von Dr. Folker Borchardt, Vertriebsdirektor bei Woma. „Firmen, die einen zentralen Reinigungsplatz für technologische Ausrüstungen haben, bauen sehr oft die Apparate aus, um dann die Reinigung mit semi-automatischen Ausrüstungen durchzuführen.“ Die Vorteile liegen hier in einer höheren Reinigungsleistung und einem besseren Handling des anfallenden Schmutzwassers.

Mit Hochdruck zum sauberen Rohr

Hartnäckige Verschmutzungen und Verkrustungen in Rohren mit einem großen Länge-zu-Durchmesserverhältnis stellten eine besondere Anforderung an die Reinigungstechnologie, so Borchardt. „Insbesondere vollständig blockierte Rohre und Rohre mit extrem harten oder schlagzähen Ablagerungen bedingen eine besondere Reinigungstechnologie.“ Mit Hochdruck-Wasserstrahlen lassen sich Anbackungen und Inkrustationen, Auskleidungen, festhaftende, mehrschichtige Anstriche, Kontaminationen, Lackaufbauten, verschlissene Schutzschichten, Verunreinigungen oder zähe Rückstande abtragen.

„Die Hochdruckwasserstrahltechnik konnte sich hier in den vergangenen Jahren als eine besonders effiziente Technologie etablieren“, macht Borchardt deutlich. „Hauptvorteil ist, dass eine Beschädigung der Rohre – wie sie bei mechanischen Reinigungstechnologien des Öfteren auftritt – vermieden wird.“ Das Hochdruckreinigungs-Verfahren kann immer dann eingesetzt werden, wenn der Rohrdurchmesser mindestens wenige Millimeter größer als der Außendurchmesser der Reinigungslanze/Düse ist.

In der Praxis können Rohre im Durchmesser von 12 mm bis etwa 2 m Durchmesser problemlos gereinigt werden. Dazu werden verschiedene spezifische Düsensysteme, Antriebssysteme, Positioniersysteme und Pumpenleistungen verwendet. Grundsätzlich erfolgt die Düsenauslegung so, dass der Rückstoß die Reinigungsdüse in das zu reinigende Rohr hineinschiebt. Je nach Verunreinigung kommen radiale, sich kreuzweise überschneidende oder axial angeordnete Düseneinsätze zu Anwendung. Sich selbst antreibende rotierende Düsen sind besonders effizient, so die Erfahrung von Borchardt. Die Reinigungsdauer selbst hängt von der Art der Inkrustation und deren Schichtdicke, vom verwendeten Druck, dem Durchmesser und der Länge des zu reinigenden Rohres ab und liegt zwischen wenigen Sekunden bis zu mehreren Minuten oder Stunden.

Sanfte Kälte

Eine andere Methode ist Strahlreinigung mit Trockeneis-Granulat. Sie lässt sich direkt am Produktionsort durchführen, senkt die Stillstandzeiten und hinterlässt keine Strahlmittelreste. Aufgrund der positiven Eigenschaften des Trockeneises wird das Reinigungsverfahren Cryoclean immer mehr für die Apparate- und Wärmetauscherreinigung eingesetzt. „Da das Trockeneis nach dem Aufprall auf die Oberfläche sublimiert, d.h. direkt aus dem festen in den gasförmigen Zustand übergeht, kann man die Reinigung ohne Strahlmittelrückstände durchführen“, nennt Linde-Mann Curcic die Vorzüge. „Die geringe Härte des Trockeneises führt zu einer sehr sanften, aber umso effektiveren Oberflächenreinigung ohne Abtrag des Grundmaterials.“

Das Verfahren kam z.B. bei der Reinigung eines Polymer-Reaktors von etwa 10 m Höhe zum Einsatz. Alle herkömmlichen Reinigungsverfahren waren gescheitert, da sie Strahlmittelrückstände hinterließen. „Auch Wasser kam aufgrund der benötigten Wassermenge und der Leitfähigkeit nicht in Frage“, erinnert sich Curcic. Die Wahl fiel auf Trockeneis, da es elektrisch nicht leitend ist. Dies erzeugt eine inerte Atmosphäre und hinterlässt keine Rückstände.

Mit Trockeneis lassen sich, bis auf Rost, beinahe alle Verschmutzungen abstrahlen. Aufgrund der Kälte des Trockeneises von –78,5 °C, die zu einer Versprödung der Verschmutzung führt, kommt Trockeneis überall dort zum Einsatz, wo das Vermischen des Strahlmittels mit der Verschmutzung verhindert werden muss. Curcic nennt als Beispiel Produktreste, die sich im Wasser lösen und eine noch stärkere Verunreinigungsschicht bilden, wie Zucker oder Detergenzien.

Grundsätzlich bietet Linde zwei unterschiedliche Verfahren an. Das Trockeneis-Pelletstrahlen und das Trockeneis-Schneestrahlen, deren Unterschied vor allem in der Form des Strahlmittels liegt. Während beim Trockeneis-Pelletstrahlverfahren zylinderförmig gepresste, reiskorngroße Trockeneisstückchen auf die Oberfläche geschossen werden, wird beim Trockeneis-Schneestrahlverfahren in der Strahlanlage aus dem flüssigen Kohlendioxid Schnee produziert und als Strahlmedium genutzt. Das Cryoclean-Snow-Verfahren eignet vor allem für automatische Reinigungsprozesse.

Regelmäßige Reinigung von Vorteil

Generell sollten alle Wärmetauscher regelmäßig gereinigt werden. „In den meisten Fällen ist eine Reinigung dann notwendig, wenn der Kälteanlagenhersteller bei Wartungsarbeiten Temperaturabweichungen feststellt“, macht Ronald Mantei, Servicetechniker und Kälteanlagenbauermeister bei Axima Refrigeration, Regionalservicebüro Hamburg, deutlich. „In diesem Fall empfehlen wir den Wärmetauscher zu reinigen, um den ursprünglichen Wirkungsgrad wiederherzustellen.“

Hierfür ist zuweilen eine Kombination aus mehreren Verfahren nötig. Das Reinigungswasser wird mit speziellen Chemikalien versetzt und in den Wasserkreislauf eingebracht. Ist der Wärmetauscher besonders stark verschmutzt, geht der chemischen Reinigung eine mechanische Säuberung voraus. Dabei wird der Wärmetauscher mit Bürsten gereinigt. Welche Chemikalien für die Reinigung zum Einsatz kommen, ist abhängig von den eingesetzten Werkstoffen bzw. von der Art der Verschmutzung. „Ein Ausbau des Apparates ist in der Regel nicht notwendig“, so die Aussage von Mantei – mit einer Ausnahme: „Plattenwärmetauscher können demontiert werden, dazu müssen jedoch beide Kreisläufe leer sein. Eine Sonderform ist der verlötete Plattenwärmetauscher. Dieser lässt sich nur bedingt reinigen, da eine mechanische Reinigung nicht möglich ist.“

Reinigung als Dienstleistung

Wichtig ist, vor der Reinigung die zu erwartenden Verschmutzungen und Ablagerungen möglichst genau zu definieren. „Für wasserführende Systeme sind natürlich bei hartnäckigen Ablagerungen wie Magnetitablagerungen längere Reinigungszeiten als bei normalen Kalk- oder Oxidablagerungen einzuplanen“, erklärt Hans-Peter Scherer vom Produktmanagement bei LEW Netzservice. „Mit dem Kunden wird vorab besprochen, welche Ablagerungen aufgrund des eingesetzten Betriebsmediums zu erwarten sind. Liegen hier keine gesicherten Erkenntnisse vor, ist eine labortechnische Untersuchung des Betriebsmediums erforderlich. Erst danach wird das einzusetzende Recond-Reinigungprodukt bestimmt.“

Des Weiteren ist abzuklären, ob Spülanschlüsse sowie Strom- und Wasseranschluss für die CIP (Cleaning in Place)-Reinigung vorhanden sind. In Abhängigkeit zum Füllvolumen des zu reinigenden Wärmetauscher erhält der Kunde von LEW Netzservice ein detailliertes Angebot für eine effektive und materialschonende CIP-Reinigung.

Die Standzeiten von Wärmetauschern bis zum nächsten Wartungsintervall sind stark abhängig von der Zusammensetzung und der Temperatur des jeweiligen Betriebsmediums. Nach den Erfahrungen von Scherer liegen die durchschnittlichen Standzeiten, nach denen der Systemwirkungsgrad und die Effizienz deutlich nachlassen, bei ein bis zwei Jahren. „Oft aber werden die Systeme von den Kunden wesentlich länger und damit unwirtschaftlich betrieben, da keine Aufzeichnung bezüglich Durchfluss und Temperaturdifferenzen des Wärmetauschers vorliegen“, beschreibt Scherer die Realität.

Überlegte Konstruktion

Hilfreich ist es auch, das Übel von vorneherein zu verhindern. Dazu gehört ein Wärmetauscher, der auf die Anwendung zugeschnitten ist. Beispielsweise sollte für faserhaltige Flüssigkeiten, etwa bei der Herstellung von Fruchtsäften oder in der Papierindustrie, ein Wärmetauscher mit entsprechender Spaltenbreite gewählt werden. Eine andere interessante Variante ist es, vor den Wärmetauscher einen Filter zu bauen. Entscheidend ist, dass der Filter auf das durchströmende Medium und den Wärmetauscher abgestimmt ist. Aus diesem Grund hat sich die enge Zusammenarbeit zwischen Wärmetauscher- und Filterhersteller bestens bewährt. Ein Partner der Apparatebauer ist z.B. die Firma Schünemann, die mit ihrem selbstreinigendem Bernoulli-Filter F450 schon zahlreiche Wärmetauscher ausgestattet hat. Der selbstreinigende Automatikfilter reinigt das Sieb berührungslos ab, basierend auf dem Prinzip der Strömungsgeschwindigkeitserhöhung bei gleichzeitiger Strömungsumkehr. Der Filter gewährleistet kontinuierlichen Betrieb während der Abreinigung und verlängert damit gekonnt die Standzeiten von Wärmetauschern.

Die Autorin ist redaktionelle Mitarbeiterin bei PROCESS.

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