Druckpulsationen an Wärmetauschern verhindern Den Puls der Anlage messen

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Johann Lenz / Wolfgang Ernhofer

Wärmeübertragung kann durch einen phasenverschobenen Energie-Eintrag zu Druckpulsationen in gasfördernden Rohrleitungen führen. Für den Fall, dass die Rohrleitungsstruktur ähnliche struktur-mechanische Resonanzfrequenzen wie die sich aufbauende akustische Resonanz besitzt, sind oft erhöhte Anlagenschwingungen die Folge. Aus einer Pulsationsstudie lassen sich Maßnahmen ableiten, um diese Gefährdung zu vermeiden oder zu reduzieren.

Firmen zum Thema

Qualitative Darstellung der akustischen Druckschwankung p, der Wärmemengenschwankung q´ in Abhängigkeit der Position der Wärmequelle und der Rayleigh-Index R für die Bedingung in einer Druckregelstation.
Qualitative Darstellung der akustischen Druckschwankung p, der Wärmemengenschwankung q´ in Abhängigkeit der Position der Wärmequelle und der Rayleigh-Index R für die Bedingung in einer Druckregelstation.
(Bild: © Andrei Merkulov - Fotolia.com.jpg; Kötter)

Schwingungen an gasführenden Rohrleitungen lassen sich häufig von außen optisch oder auch akustisch erkennen. Zu einer Gefährdung hinsichtlich der Anlagensicherheit kommt es in der Regel jedoch erst dann, wenn die Frequenz der Gassäulenschwingung und der strukturmechanischen Rohrleitungseigenschwingung übereinstimmen.

Das Phänomen bzgl. der Ausprägung akustischer Resonanzen ist bereits bekannt. Unklar war bis dato, warum in Abhängigkeit von der Gaserwärmung durch den Wärmetauscher erhöhte Druckpulsationen angeregt werden. Dies konnte jetzt auf eine thermoakustische Instabilität zurückgeführt werden. Dabei tritt durch die lokale Wärmezufuhr im Wärmetauscher eine Druckschwankung auf. Die Reflexion dieser Druckwellen im angeschlossenen Rohrleitungssystem, z.B. am Druckregler, kann zu Ausprägung einer akustischen Resonanz führen. Um diese Phänomene bzw. deren Folgen zu vermeiden, lassen sich Maßnahmen wie zusätzliche Rohrleitungsabstützungen oder Pulsations-Dämpferplatten einsetzen.

Bildergalerie

Akustische Wellen werden in Rohrleitungen beispielsweise an Einbauten oder Querschnittssprüngen reflektiert. Es können sich durch ungünstige Überlagerung von einfallenden und reflektierten Wellen akustische Resonanzen ausbilden. Die mit der akustischen Resonanz verbundenen Druck- und Volumenstromschwankungen führen an Rohrleitungsbögen und Querschnittsänderungen zu Wechsellasten, die als Schwingungsanregung auf die Rohrleitungsstruktur wirken. Der sich einstellende Verlauf der Druck- und Geschwindigkeitsschwankung ist dabei abhängig von der geometrischen Rohrleitungslänge zwischen den Reflexionsstellen sowie den akustischen Randbedingungen.

Rohrleitungsschwingungen auf den Grund gehen

In einer Gasdruckregelstation (GDRM) führte Kötter Consulting Engineers wegen auffälliger Rohrleitungsschwingungen eine messtechnische Untersuchung durch. Dabei wurde deutlich, dass die Rohrleitungsschwingungen mit den Druckpulsationen korrelieren.

Die gemessene dominante Schwingungsfrequenz beträgt 18 Hz. Die zeitgleich an verschiedenen Orten erfassten Druckschwankungen verlaufen genau gegenphasig. Die mit dieser akustischen Resonanz verbundenen Druck- und Volumenstromschwankungen führen an Rohrleitungsbögen und Querschnittsänderungen zu Wechsellasten, die als Schwingungsanregung auf die Rohrleitungsstruktur wirken.

(ID:42325951)