Wärmetauscher Richtige Dimensionierung führt zu längeren Standzeiten von Wärmetauschern

Das Thema Effizienz macht auch vor Wärmetauschern nicht halt. Sie sind das wesentliche Element im Betrieb, um Wärme- und Kälteströme richtig abzuleiten und für ausgewogene Energiebilanzen zu sorgen. Gleichzeitig stehen sie aber selbst in der Pflicht, so effizient wie möglich zu arbeiten.

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Energiesparen ist heute oberstes Gebot für europäische Chemiestandorte. Geschickt werden dafür Heiz- und Kühlwasser, Dampf- und Medienströme verschaltet, sodass es gelungen ist, die Energiekosten zum Teil erheblich zu senken. Einen wichtigen Anteil daran haben Wärmetauscher, an die eine ganze Reihe an Anforderungen gestellt werden. Julian Peschel, Direktor Anwendungs- & Produktmanagement bei GEA Ecoflex, sieht derzeit drei wesentliche Trends: „Kompakte platzsparende Bauformen mit hoher Effizienz, erhöhte Anforderungen an die Betriebssicherheit und ein hinsichtlich Standzeit und Verschmutzungsverhalten optimiertes Design. Plattenwärmetauscher – insbesondere vollverschweißte Plattenwärmetauscher – kommen diesen Trends sehr nahe.“

Generell richtet sich die Auswahl des Wärmetauschers nach den verfahrenstechnischen Anforderungen wie Betriebstemperaturen, Drücke oder Materialbeständigkeiten. Allerdings geht der Trend weiter zu immer höheren Leistungsdichten bei minimierter Instandhaltungszeit, so die Erfahrung von Volker Wöhrmann, Vertriebsleiter Nord der Späne-Group. Für ihn sind dabei neuere Bauformen, beispielsweise die sehr kompakten Plate&Shell-Wärmeaustauscher, sehr interessant.

Hartnäckiger Ablagerungsmix senkt die Einsatzzeiten

Die Standzeit eines Wärmetauschers hängt stark von den erhitzten bzw. gekühlten Medien, der Bauform, den Temperaturen und weiteren Parametern ab. So gibt es Wärmetauscher, die Standzeiten von mehreren Jahren erreichen können und genauso Wärmetauscher, deren Standzeiten lediglich im Bereich von Wochen liegen. Ein typisches Beispiel sind mit Seewasser bzw. Flusswasser gekühlte Kreislaufkühler. Hier sind durchschnittliche Standzeiten von etwa einem Jahr möglich.

Verschmutzungen und Ablagerungen sind ein wesentlicher Faktor für die Einsatzzeit. Das Problem: Die Ablagerungen sind in den seltensten Fällen homogen. „Vielmehr findet man oft einen Ablagerungsmix aus organischen und anorganischen Bestandteilen wie Biofilme und Schleime, aber auch Oxide, Kalkseifen und Silikat“, zählt Wöhrmann die Problemstoffe im Wärmetauscher auf. Dabei liegen die Herausforderungen nicht nur auf der Heiz- und Kühlseite, sondern vor allem auf der Produktseite. „Vercrackte Rückstände aus Produktionsprozessen der organischen Chemie beispielsweise können äußerst widerstandsfähige Coatings bilden“, nennt Wöhrmann ein Beispiel.

Die Verschmutzungsmechanismen sind dabei unterschiedlich. Zu den häufigsten Ablagerungen gehören Biofouling, Anbackungen durch eine lokale Überhitzung eines Mediums an der Wärmetauscheroberfläche und Ausfällungen, beispielsweise Kalkablagerungen. Die Auswirkungen sind vielfältig und reichen von wachsenden Reibungsverlusten, über turbulente statt laminare Strömungen bis zu sinkenden Durchflussmengen, von einer höheren Pumpenleistung bis zu niedrigeren Wirkungsgraden und steigenden Betriebskosten.

Neben steigendem Energiebedarf droht im schlimmsten Fall der Ausfall der Anlagenkomponente. „In der Regel sind fast alle Verschmutzungen und Ablagerungen chemisch durch geeignete Reinigungsmedien entfernbar“, erklärt Peschel und verweist auf CIP (Cleaning in Place)-Systeme. Allerdings greifen diese Reinigungsmedien häufig die Materialien des Wärmetauschers an und können diesen beschädigen.

Auch eine mechanische Reinigung führt nicht immer zum Erfolg und ist zudem wesentlich aufwändiger.

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