Sicherheit bis 360 °C

Abb. 1 Die thermische Belastbarkeit einer organischen Wärmeträgerflüssigkeit wird vornehmlich durch die Struktur bestimmt. Sie nimmt mit zunehmendem Anteil an aliphatischen oder cycloaliphatischen Strukturen ab.

Abb. 2 Heizzentrale einer Kalanderstraße zur Herstellung von PVC-Folien in der Pharmaindustrie. Der Marlotherm-SH-Erhitzer verfügt über eine Leistung von 9000 kW und einer maximalen Vorlauftemperatur von 350 °C. Werksfoto: HTT Hoch-Temperatur-Technik GmbH

Das Eigenschaftsbild einer Wärmeträgerflüssigkeit bestimmt oftmals Bau und Wirkungsweise von Wärmeübertragungsanlagen. Die wichtigste Größe ist hierbei die thermische Belastbarkeit. Die Produkte der Marlotherm-Serie sind von -80 bis +360 °C einsetzbar und zeichnen sich durch ihr sehr gutes thermisches Verhalten aus.

Der Einsatz von organischen Wärmeträgern erfordert spezielle Kenntnisse über die physikalischen und kalorischen Stoffwerte eines Fluids, seine Handhabung und über die gesetzlichen Vorschriften und Verordnungen. Zu den wichtigsten Regelwerken gehören die DIN 4754 (Wärmeübertragungsanlagen mit organischen Wärmeträgern), die UVV VBG 64 mit gleichem Titel sowie die VDI-Richtlinie 3033 (Wärmeübertragungsanlagen mit organischen Wärmeträgern: Betreiben, Warten und Instandsetzen). Sie enthalten grundlegende Informationen über das Bauprinzip, die Bauausführung und den ordnungsgemässen Betrieb eines Wärmeträgerkreislaufes.

Bei Einsatz von organischen Wärmeträgerflüssigkeiten gibt es grundsätzlich die Betriebsarten

? Einsatz des Fluids unterhalb seiner Siedelage in der Flüssigphase,

? Einsatz des Fluids in der Flüssigphase in druckbeaufschlagten Systemen sowie

? Einsatz des Fluids im Bereich seiner Siedelage in der Dampf-/Flüssigphase in Systemen unter Druck oder unter Vakuum.

Daraus lässt sich leicht ableiten, dass eine Wärmeträgerflüssigkeit Bauart und Auslegung eines Wärmeträgerkreislaufes und damit auch die Investitionskosten in starkem Maße beeinflusst. So erfordern beispielsweise drucklose Wärmeträgerkreisläufe deutlich geringere Investitionskosten und bieten darüber hinaus erheblich mehr Sicherheit.

Bei der Auswahl eines Fluids spielen vor allem die physikalischen Eigenschaften eine große Rolle. So muss das Medium über eine hohe Siedelage bei Normaldruck verfügen, ein gutes Tieftemperaturverhalten zeigen sowie eine hohe thermische Stabilität aufweisen, d. h. die Füllung sollte nach Möglichkeit auch über lange Betriebszeiten ihr Eigenschaftsprofil nicht signifikant verändern. Neben guten Wärmetransport- und Wärmeübertragungseigenschaften darf das Medium keinesfalls korrosiv gegenüber den gängigen metallischen Apparatewerkstoffen sein. Des Weiteren muss sich ein Fluid durch größtmögliche Sicherheit auszeichnen, d. h. Flammpunkt und Selbstentzündungstemperatur müssen ausreichend hoch sein und sollten nach Möglichkeit auch während des Betriebes nicht signifikant abfallen. Außerdem muss ein Medium günstige physiologische und umweltrelevante Eigenschaften besitzen.

Darüber hinaus ist bei der Auswahl eines Wärmeübertragers die Wirtschaftlichkeit zu prüfen. Der Preis für die Erstbefüllung gilt hierbei nur als Orientierungsgröße. Vielmehr müssen die für eine Betriebsperiode tatsächlich anfallenden Kosten berücksichtigt werden. So kann sich beispielsweise der Betrieb eines Fluids mit einer vergleichsweise geringen thermischen Stabilität an der oberen Leistungsgrenze als sehr fatal erweisen. Häufiges Auskochen der Füllung, ein relevanter zersetzungsbedingter Nachfüllbedarf, überproportional kurze Standzeiten und im Extremfall die Reinigung des gesamten Wärmeträgerkreislaufes könnten sich in solchen Fällen als deutlich kostenintensivere Lösung darstellen.

Aus den zuvor angeführten Gründen hat bei der Auswahl eines Fluids in der Regel die thermische Belastbarkeit Priorität. Entsprechend der Temperaturbeanspruchung werden Wärmeübertragungsanlagen üblicherweise mit mineralölbasischen oder synthetischen Wärmeträgerflüssigkeiten befüllt. Die thermische Stabilität wird durch die Struktur des Fluids bestimmt. Synthetische Wärmeträgerflüssigkeiten mit einer aromatischen Grundstruktur haben im Vergleich zu mineralölbasischen mit aliphatischer oder cycloaliphatischer Struktur eine wesentlich höhere thermische Stabilität (Abb. 1). Das lässt sich darauf zurückführen, dass für die Aufspaltung der aromatischen C-C-Bindung gegenüber den aliphatischen C-C-Bindungen deutlich mehr Energie benötigt wird. Die thermische Stabilität eines Fluids nimmt mit zunehmendem Anteil an aliphatischen oder cycloaliphatischen Strukturen ab.

Die Wärmeträger Marlotherm SH, LH, N und X sowie Ilexan S deckten den Temperaturbereich zwischen -80 und +360 °C ab. Sie werden größtenteils in drucklosen Anlagen eingesetzt, die bei minimalem Inertgasüberdruck am Ausgleichsbehälter die größtmögliche Betriebssicherheit bieten. In der Tabelle sind die sicherheitsrelevanten Daten zusammengefasst.

Marlotherm SH ist eine hochsiedende, synthetische Wärmeträgerflüssigkeit auf der Basis von Dibenzyltoluolen. Im Dauerbetrieb bis zu einer Betriebstemperatur von 350 °C anwendbar, lässt sich das Fluid aufgrund seines hohen Siedebereichs über den gesamten Anwendungsbereich ohne Drucküberlagerung einsetzen (Abb. 2). Marlotherm SH ist bis zu Temperaturen von etwa 300 bis 310 °C thermostabil, so dass in gut ausgelegten Anlagen bis zu diesen Arbeitstemperaturen keine nennenswerte Disproportionierung auftritt. Ein signifikanter zersetzungsbedingter Nachfüllbedarf besteht nicht.

Marlotherm LH, eine Wärmeträgerflüssigkeit auf Basis isomerer Benzyltoluole, kann sowohl in der Flüssigphase als auch in der Dampf-Flüssigphase eingesetzt werden und kommt insbesondere in Universalanlagen zum Einsatz. Das Fluid liefert in gängigen Wärmetauschern gute Wärmeübergänge bis zu Temperaturen um 0 °C und eignet sich aufgrund seines günstigen Viskositätsverlaufs für Heiz- und Kühlprozesse. Bei tieferen Temperaturen ist die Wärmetauscherfläche den technischen Daten des Fluids anzupassen.

Marlotherm N basiert auf Alkylbenzolen, die über den gesamten Anwendungsbereich ausreichend thermisch stabil sind. Im Gegensatz zu Mineralölen bildet Marlotherm N innerhalb der Einsatzgrenzen bei vorschriftsmäßiger Anwendung keine hochviskosen oder festen Ablagerungen.

Marlotherm X basiert ebenfalls auf Alkylbenzolen und wurde speziell für den Einsatz in der Flüssigphase bei Arbeitstemperaturen von etwa -80 bis 180 °C entwickelt. Das Fluid besitzt im gesamten Anwendungsbereich gute physikalische und thermische Eigenschaften und ist sowohl in der Flüssigphase als auch in der Dampf-Flüssigphase anwendbar. Es lässt sich daher auch in druckbeaufschlagten Systemen bis zu einer Temperatur von 315 °C einsetzen.

Ilexan S wurde gezielt für den Einsatz in Switch-Kondensatoren in PSA-Anlagen konzipiert. Die synthetische Wärmeträgerflüssigkeit kombiniert einen günstigen Viskositäts-Temperaturverlauf im Bereich von etwa 40 bis 250 °C.

E cav 202

Erich Holstein und Dr. Gerd Hons