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Wärmeträgeröle Wärmeträgeröle und was es bei der Auswahl zu beachten gilt

| Redakteur: M.A. Manja Wühr

Wärmeträger gibt es viele – alle mit unterschiedlichen Eigenschaften. Doch wie findet der Betreiber das passende Produkt für seine Anwendung? PROCESS hat Wärmeträgeröle mit den wichtigsten Kenndaten zusammengefasst.

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Der Thermalölherhitzer mit Luftvorwärmer von HTT energy systems arbeitet mit dem Lanxess-Wärmeträgeröl Diphyl THT bei einer Betriebstemperatur von 300 °C.
Der Thermalölherhitzer mit Luftvorwärmer von HTT energy systems arbeitet mit dem Lanxess-Wärmeträgeröl Diphyl THT bei einer Betriebstemperatur von 300 °C.
( Bild: HTT energy systems )

In der Prozessindustrie geht es oft heiß her. Das liegt in der Natur der Sache. Denn kaum ein Prozess kommt ohne Heizen und Kühlen aus. Wasser bzw. Wasserdampf sind in den meisten Fällen die Wärmeträgermedien der Wahl. Sind Temperaturen über 200 °C gefordert, kommt Wasser jedoch schnell an seine Grenzen. Die Anlagen müssen mit Druck beaufschlagt werden, was eine aufwändige Überwachung erfordert, um die Betriebssicherheit aufrechtzuerhalten. Ein weiteres Manko von Wasser: Korrosion greift Rohre und Anlagenteile an. Wärmeträgeröle – mineralisch oder synthetisch – bieten eine Alternative. Sie eignen sich für einen Temperaturbereich von 200 bis 400 °C, wobei die Medien bis 350 °C überdrucklos betrieben werden können [1].

Die Anforderungen an Wärmeträgeröle sind vielfältig und hängen in besonderem Maß von der speziellen Anwendung ab. Von Bedeutung sind vor allem Kriterien wie

  • niedrige Viskosität,
  • gute thermische Stabilität,
  • möglichst hoher Flammpunkt,
  • gute Wärmeübertragungseigenschaften,
  • nicht korrosiv,
  • nicht toxisch,
  • niedrige Feuergefährlichkeit,
  • gute Entsorgungsmöglichkeiten der verbrauchten Wärmeträger.

Da kein Wärmeträgeröl alle Kriterien gleichermaßen gut erfüllt, ist jede Entscheidung ein Kompromiss. Einige wichtige Eckdaten können die Wahl erleichtern. So sollte die Viskosität niedrig sein, vor allem im unteren Temperaturbereich. Mit der Tieftemperaturviskosität erhält der Betreiber eine Aussage über die niedrigste Temperatur, bei der die Anlage noch angefahren werden kann. Dies ist insbesondere wichtig, wenn Anlagenteile im Freien stehen oder keine Begleitheizung zur Verfügung steht. Die Betriebsviskosität wiederum beeinflusst die Strömungsverhältnisse in Rohrleitungen, was zu Reibungsverlusten führen kann. Im Wärmetauscher sorgen die richtige Viskosität und die damit verbundene turbulente Strömung für einen guten Wärmeübergang. Zudem gewährleisten sie einen wirtschaftlichen Betrieb der Pumpe.

Darüber hinaus ist für den wirtschaftlichen und sicheren Betrieb von Wärmeübertragungsanlagen die thermische Stabilität entscheidend. Wärmeträgeröle bestehen in der Regel aus einem Gemisch, dessen leicht siedende Anteile im Normalbetrieb verdampfen. Diese müssen abgeführt werden, da sie wichtige Größen der Wärmeträgeröle beeinflussen: Sie senken die Viskosität und den Flammpunkt. Erhöht sich die Temperatur weiter, werden die schwer siedenden Anteile regelrecht „gecrackt“. Dabei entsteht eine hochviskose Masse, die sich als koksartiger Rückstand an Rohren und Heizflächen absetzt.

Anti-Aging für Wärmeträger

Bei der Wahl des richtigen Wärmeträgers stellt sich natürlich die Frage: Wie lange kann er verwendet werden? Moderne Wärmeträgerflüssigkeiten können je nach Art und Qualität über mehrere Jahre hinweg verwendet werden. Wie schnell sie altern, wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Da organische Wärmeträgeröle mit Sauerstoff reagieren, ist die Oxidationsbeständigkeit eine wichtige Vorbedingung für eine lange Lebensdauer. Reagieren gesättigte Kohlenwasserstoffe mit Sauerstoff, entstehen zum einen organische Säuren, welche die Korrosionsgefahr erhöhen. Zum anderen bilden sich Polymerisationsprodukte, die als Schlamm ausfallen und zu pastösen bis festen Ablagerungen führen. Zudem beschleunigen Kupfer und Verschmutzungen, wie Staub, Wasser und Rost, die Oxidation. Deshalb sind große Kupferflächen zu vermeiden [1].

Neben all diesen Kriterien spielen natürlich auch die Wärmeübertragungseigenschaften eine wichtige Rolle. Die Wärmeleitfähigkeit gibt Aufschluss, wie gut der Wärmeübergang vom Flüssigkeitsfilm an der Rohrwand an die strömende Flüssigkeit ist. Zudem muss der Wärmeträger zur Anlage passen. Aus dem Dampfdruck im Hochtemperaturbereich lässt sich ableiten, ob eine Anlage drucklos gefahren werden kann. Ob sich der Wärmeträger für die Größe des Ausdehnungsbehälters eignet, kann der Betreiber anhand des thermischen Ausdehnungskoeffizienten ablesen.

Beratung ist hilfreich

Um das richtige Wärmeträgeröl zu finden, sollte man auch auf die Erfahrung und das Wissen der Hersteller zurückgreifen. So raten beispielsweise die Spezialisten von Fragol:

  • Wärmeträger auf Mineralölbasis sind preiswerte Lösungen im mittleren Temperaturbereich. Steigen die Betriebstemperaturen, nehmen Wechselintervalle und Nachfüllmengen zu. Bereits nach dem 2. Wechsel ist das Standardmineralöl in Summe teurer als der hochwertige synthetische Wärmeträger. Nicht berücksichtigt sind dabei Kosten für Anlagenstillstände, Wartung und Personal.
  • Synthetische Wärmeträger bis 350 °C weisen durchaus Unterschiede hinsichtlich ihrer Lebensdauer auf. Viele Anwender machen die Leistungsfähigkeit des Wärmeträgers allein an der angegebenen maximalen Vorlauftemperatur fest. Die Lebensdauern hängen jedoch in erster Linie von der Chemie und zusätzlich vom Anlagenbetrieb ab. So lässt sich feststellen, dass auch bei den hochwertigen Produkten bis 350 °C die Lebensdauern durchaus um den Faktor 4 bis 5 voneinander abweichen können.
  • Scheinbare Nebensachen werden manchmal zur Hauptsache – speziell im Bereich der Ökotox-Daten. So sind Wassergefährdungsklasse und Gefahrguteinstufung wichtige Kriterien, die sowohl die Auslegung der Anlage beeinflussen als auch bei der Festlegung der behördlichen Prüfintervalle eine Rolle spielen. Eine rechtzeitige Betrachtung dieser Punkte kann also zu Kostensenkungen führen.

Fazit

Auf der Suche nach dem richtigen Wärmeträger gilt es einiges zu beachten. Denn das richtige Wärmeträgeröl gewährleistet einen wirtschaftlichen und langlebigen Betrieb der Wärmeübertragungsanlage. Um die Auswahl zu erleichtern, hat PROCESS verschiedene Wärmeträgeröle mit den wichtigsten Kenndaten in einer Tabelle in der Bildergalerie zusammengefasst.

[1] Walter Wagner: Wärmeträgertechnik mit organischen Fluiden, Vogel Buchverlag, 2005.

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