Sicherheits-Wärmetauscher

Typ GVSI

Durch den Einsatz von Doppelrohren, eingeschweißt in doppelte Rohrplatten, wird ein Sicherheitsraum geschaffen, der eine Kontamination der durchströmenden Medien auch im Leckagefall sicher verhindert.

Um einen guten Wärmeübergang zu erzielen, wird das Innenrohr durch hydraulisches Aufweiten an das innen gedrallte Außenrohr angelegt. Alternativ kann die Optimierung des Wärmeübergangs auch durch den Einsatz einer neutralen Flüssigkeit im Sicherheitsraum erfolgen. Bei Auftreten einer Leckage steigt der Druck im Sicherheitsraum und bewirkt eine optische oder akustische Alarmmeldung. Die Reparatur oder Erneuerung des Wärmetauschers kann geplant werden, eine Notabschaltung ist nicht erforderlich.

Sicherheits-Wärmetauscher mit Doppelrohren und doppelter Rohrplatte

Das Konstruktionsprinzip der Sicherheits-Wärmetauscher von DELLER Safety Heat Exchangers verhindert eine Medienvermischung bei Leckage der Rohr-/Rohrboden-Schweißverbindung. Durch den Einsatz oberflächenveredelter Materialien kann diese Variante auch als Steril-Wärmetauscher gefertigt werden.

Bei Dauerbetrieb der Wärmetauscher ist mit Undichtigkeiten durch Korrosions- bzw. Erosionsvorgänge  zu rechnen. Rohrwand-Durchbrüche können die Folge sein. In einem solchen Fall vermischen sich die Produkte auf der Rohr- und der Mantelseite. Leckagen lassen sich zwar durch ein genaues Monitoring von charakteristischen Analysewerten relativ rasch erkennen, jedoch ist oft ein Abstellen der Anlage notwendig.

Um dies zu verhindern, setzt man Doppelrohre im Sicherheits-Wärmetauscher ein, die in doppelte Rohrplatten eingewalzt oder eingeschweißt sind. Auf diese Weise wird ein Sicherheitsraum geschaffen, der die Vermischung der rohr- und mantelseitigen Medien verhindert. Um gleichzeitig den dadurch entstehenden Wärmeübergangswiderstand zu vermindern und so zusätzlichen Flächenbedarf zu reduzieren, wird der Zwischenraum mit einer neutralen Flüssigkeit gefüllt. Diese Konstruktion bietet sich vor allem für Kühler an, die bei relativ niedrigen Temperaturen betrieben werden.

Konstruktionsprinzip

Aufwendiger, aber breiter einsetzbar, ist folgende Technik, die in letzter Zeit vermehrt Anwendung findet. Hierbei erhält das Außenrohr bereits beim Rohrhersteller eine innen gedrallte Profilierung. Das dazugehörige Innenrohr ist beidseitig glatt und sein Außendurchmesser um ca. 1/10 mm kleiner als der lichte Durchmesser des Außenrohres.

Nach dem Zusammenbau des Doppelrohr-Apparates wird das Innenrohr bei Drücken um 500 bis 600 bar hydraulisch aufgeweitet. Dadurch wird im Bereich der Drallrippen ein metallischer Kontakt erzeugt. Die kleinen Zwischenkanäle bleiben jedoch frei und ermöglichen das Hindurchtreten möglicher Leckagemengen per Druck oder Spiegel bis zum Plattenzwischenraum und zum Leckagewarngerät.

Die Gefahr einer Produktvermischung besteht also nicht direkt. Man benötigt mehr Fläche im Vergleich zu einem Apparat mit konventioneller Einfachberohrung, wobei die Fläche von den mantel- und rohrseitigen Übergangswerten abhängig und daher um 50 bis 100% höher ist. Während sich die Veränderung des Wärmeübertragungs-Verhaltens bei dem System Doppelrohr mit Flüssigkeit im Sicherheitszwischenraum exakt berechnen lässt, verwendet man für hydraulisch aufgeweitete Rohre eher eine Näherungsrechnung.

Sie bezieht sich im wesentlichen auf den Anteil der Übergangsfläche, der tatsächlich metallischen Kontakt hat. Aufgrund praktischer Messdaten ist es dann möglich, diesen Wert genau zu bestimmen. Hierbei ist aber zu beachten, dass gute Übergangswerte prozentual stärker reduziert werden als ohnehin mäßige Werte von beispielsweise langsam strömenden, höher viskosen Medien. Dass auch mögliche Leckagen der Verbindung zwischen Rohr und Rohrplatte abgesichert sind, ist ein wesentlicher Vorteil dieser Bauart.

Anwendungsbeispiele

Die oben beschriebenen Sicherheits-Wärmetauscher werden hauptsächlich in folgenden Bereichen eingesetzt:

• Ölkühler für hochbelastete Lagerschmierungen sowie Produkt-Endkühler in Chemieanlagen und in Raffinerien; wegen der wassergefährdenden Natur der zu kühlenden Medien muss die Vermischung von Produkt und Wasser ausgeschlossen sein.
• Dampfbeheizte Brauchwasser-Erhitzer; ein Dampfdurchschlag ins Brauchwasser muss verhindert werden, da sonst die Gefahr von Überhitzung oder Verbrühung besteht.
• Thermalölbeheizte Dampferzeuger; Wasser kann ins heiße Thermalöl übertreten und explosionsartig verdampfen.

Eine Sonderbauart, die speziell Leckagen der Verbindung zwischen Rohr und Rohrplatte ausschließt, ist der Steril-Wärmetauscher, der den FDA-Forderungen entspricht. Auch bei diesem Sicherheits-Wärmetauscher werden doppelte Rohrplatten eingesetzt. Die Heizflächenrohre sind jedoch wie bei der konventionellen Ausführung einfach. Der Steril-Wärmetauscher lässt sich sowohl für die U-Rohr-Ausführung, als auch für den Geradrohr-Wärmetauscher mit festen Rohrplatten verwenden. Darüber hinaus kann der Steril-Wärmetauscher produktseitig aus Materialien mit hochwertigen Oberflächengüten (geschliffen, elektropoliert) gefertigt werden. Diese Variante eignet sich besonders für den Bereich der Pharma-Industrie.