Was ist ein Rohrbündelwärmetauscher ?
Ein Rohrbündelwärmetauscher ist eine Form des Wärmetauschers.
Er wird auch als Rohrbündelwärmeübertrager bezeichnet und besteht aus einem dicken zylindrischen Körper (Mantel) mit einer Reihe von dünnen Rohren, die so angeordnet sind, dass die Installationsfläche vergrößert wird, und Wärme zwischen der Flüssigkeit auf der Körperseite und der Flüssigkeit auf der Rohrseite ausgetauscht wird.
Die heißen und kalten Flüssigkeiten dürfen sich nicht direkt vermischen, sondern es muss nur Wärme übertragen werden. Daher ist es wichtig, dass beide Flüssigkeiten durch eine feste Wand fließen, die durch ein Metall oder ein anderes Material getrennt ist, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten.
In der Praxis spielen verschiedene Faktoren eine Rolle, wie z. B. die zu verwendende Temperatur und der Druck, die Art des Fluids und der Ort der Installation und es gibt eine Vielzahl von Anwendungen. Die beiden häufigsten Typen sind Mehrrohrwärmetauscher und Plattenwärmetauscher, die nach ihrem Aufbau unterschieden werden.
Anwendungen von Rohrbündelwärmetauschern
Röhrenwärmetauscher können für alle Anwendungen eingesetzt werden, von Nieder- bis Hochdruck, Nieder- oder Hochtemperatur, Überhitzung, Kühlung, Verdampfung usw. Daher werden sie nicht nur in Klima- und Sanitäranlagen verwendet, sondern auch seit vielen Jahren in verschiedenen Industriezweigen, wie z. B. in Chemieanlagen und Ölraffinerien.
Funktionsweise von Rohrbündelwärmetauschern
Aufgrund ihres Aufbaus können Rohrbündelwärmetauscher in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt werden, von Nieder- bis Hochdruck und mit hochviskosen Flüssigkeiten, da der Druckverlust reduziert werden kann. Viele Modelle können aufgrund ihres einfachen Aufbaus demontiert werden, was die Wartung relativ einfach macht. Außerdem kann die Abwärme auf der Kältemittelseite genutzt werden, was zu Energieeinsparungen führt.
Wärmetauscher mit einer Flüssigkeits- oder Gasphase auf einer Seite werden als Einphasen-Wärmetauscher bezeichnet. Zweiphasen-Wärmetauscher können entweder eine Flüssigkeit zu siedendem Gas (Dampf) erhitzen (Heizkessel) oder Dampf zur Kondensation zu Flüssigkeit abkühlen (Kondensatoren), wobei der Phasenwechsel in der Regel auf der Mantelseite stattfindet.
Kessel in Dampfmaschinen sind in der Regel große, zylindrische Rohrbündelwärmetauscher. In großen Kraftwerken mit Dampfturbinen werden Rohrbündel-Oberflächenkondensatoren eingesetzt, um den Abdampf der Turbine zu Kondensat zu kondensieren, das dann im Dampferzeuger wieder in Dampf umgewandelt wird.
Arten von Rohrbündelwärmetauschern
Rohrbündelwärmetauscher lassen sich je nach ihrer Bauweise grob in drei Typen einteilen:
1. Festes-Rohr-Platte-Typ
Der Typ mit fester Rohrplatte hat eine einfache Struktur mit Rohren, die an beiden Enden des Gehäuses an Rohrplatten befestigt sind. Manchmal sind im Gehäuse Kompensatoren vorgesehen, um thermische Spannungen abzubauen.
2. U-Rohr-Typ
U-Rohre werden durch Biegen des Rohrs in eine U-Form und Befestigung der Endflächen an den Rohrplatten auf einer Seite des Gehäuses hergestellt. Das Rohr kann sich frei ausdehnen und zusammenziehen.
3. Schwimmkopf-Typ
Schwimmende Köpfe sind mit einer festen Rohrplatte auf der einen Seite und einer schwimmenden Rohrplatte auf der anderen Seite konstruiert, die eine freie Bewegung ermöglicht. Dieser Typ ist zerlegbar und kann daher auch in rauen Betriebsumgebungen eingesetzt werden, hat aber den Nachteil einer komplexeren Struktur und einer größeren Anzahl von Teilen im Vergleich zu anderen Typen.
4. Plattenwärmetauscher
Plattenwärmetauscher haben eine Struktur, bei der der Wärmeaustausch durch abwechselnde Strömung von heißer und kalter Flüssigkeit zwischen Wärmeübertragungsplatten erfolgt, die aus Schichten komplexer, gepresster dünner Platten bestehen. Verglichen mit dem Typ mit mehreren Rohren hat der Plattenwärmetauscher eine höhere Wärmeaustauschleistung und ist bei gleicher Leistung leichter und kompakter, aber er kann nicht demontiert werden und ist schwer zu warten.
Die Form der Wärmeübertragungsplatten bewirkt einen Turbulenzeffekt der Flüssigkeit, so dass Schmutz nur schwer an den Plattenoberflächen haften kann, aber diese Struktur kann auch zu Verstopfungen in den Strömungswegen führen.
Weitere Informationen zu Rohrbündelwärmetauschern
Auswahl der Rohrmaterialien
Rohrmaterialien für Rohrbündelwärmetauscher sind im Allgemeinen Metalle wie Aluminium, Kupferlegierungen, rostfreier Stahl, Kohlenstoffstahl und Nichteisen-Kupferlegierungen. Eine sorgfältige Auswahl des Rohrmaterials ist wichtig, wobei die folgenden Punkte bei der Auswahl der Rohre zu beachten sind, da eine falsche Auswahl des Rohrmaterials zu Leckagen an den Mantel- und Rohrseiten, Kreuzkontamination von Flüssigkeiten und möglichem Druckverlust führen kann:
- Festigkeit
Durch die Rohre wird Wärme von der heißen Seite auf die kalte Seite übertragen, so dass in der Breite der Rohre Temperaturunterschiede bestehen. Darüber hinaus haben die Rohrmaterialien unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten bei verschiedenen Temperaturen, so dass während des Betriebs thermische Spannungen auftreten und die Flüssigkeit selbst hohen Druck- und Temperaturspannungen ausgesetzt ist. - Wärmeleitfähigkeit
Für eine erfolgreiche Wärmeübertragung in Wärmetauschern ist es wichtig, dass das Rohrmaterial eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist. - Korrosionsbeständigkeit
Um die Degradation zu minimieren, muss das Rohrmaterial sowohl auf der Mantel- als auch auf der Rohrseite über einen langen Zeitraum unter Betriebsbedingungen (Temperatur, Druck, pH-Wert usw.) mit der Flüssigkeit verträglich sein.