Ein bekanntes Problem bei Graphitwärmetauschern ist, dass die Graphitteile unversehrt sind und der Stahlmantel bereits korrodiert, vor allem an den Stellen, an denen die Dichtungen sitzen. Servicemedium tritt aus, der Apparat muss repariert werden. Eine Lösung ohne Stahlmantel stellt der Diabon-Blockwärmetauscher der Baureihe CM mit zwischen einem oberen und einem unteren Kopfstück verspannten zylindrischen Modul dar. Sowohl die Kopfstücke als auch die Blockmodule bestehen komplett aus Apparatebaugraphit.
Die Standard-Blockwärmetauscher von SGL-Carbon bestehen aus Diabon-Graphitblöcken, die mit horizontalen und vertikalen Bohrungen versehen sind. Die Blöcke werden auf einer Grundplatte übereinander montiert und mit korrosionsbeständigen Dichtungen gegeneinander abgedichtet. Ein fest auf der Grundplatte verankerter Stahlmantel umschließt den Außenraum der Blöcke. Die gesamte Blocksäule wird über das obere Kopfstück verspannt, während der Stahlmantel frei beweglich gegen das obere Kopfstück abgedichtet wird (z. B. über einen O-Ring). Die unterschiedlichen Wärmeausdehnungen von Graphit und Stahl werden über Schraubenfedern ausgeglichen. In der Regel strömt das korrosive Medium durch die vertikalen Bohrungen. Die Flüssigkeit tritt durch ein Kopfstück aus Diabon in den Wärmeaustauscher ein, durchströmt alle Blöcke und wird in dem Diabon-Kopfstück auf der gegenüberliegenden Seite zusammen geführt, bevor sie aus dem Apparat wieder austritt. Das Servicemedium wird normalerweise im Außenraum (Stahlmantel) mithilfe eines Leitscheibengerüsts durch die horizontalen Bohrungen der Diabon-Blöcke geführt.
Ohne Stahlmantel
Anders als in der Standardausführung enthält der Diabon-Blockwärmetauscher der Baureihe CM, verspannt zwischen einem oberen und einem unteren Kopfstück, mindestens ein oder mehrere übereinander gestapelte zylindrische rotationssymmetrische Blockmodule. Sowohl die Kopfstücke als auch die Blockmodule bestehen komplett aus Diabon-Apparatebaugraphit. Ein Kopfstück enthält einen Einlass für einen ersten Medienstrom und einen Auslass für einen zweiten Medienstrom, das andere Kopfstück einen Einlass für den zweiten Medienstrom und einen Auslass für den ersten Medienstrom. Die Längskanäle können in den Kopfstücken jeweils zu Kammern zusammengeführt werden, an denen sich der Einlass bzw. der Auslass für das erste Medium befindet. Die Verteilung des zweiten Medienstroms auf die Querkanäle erfolgt durch eine im Inneren des Blockmoduls an einer Umfangsseite angeordnete Verteilervorrichtung. Für den zweiten Medienstrom innerhalb der Graphitblöcke wird kein Stahlmantel mit Leitscheibengerüst benötigt. Da keine unterschiedlichen thermischen Ausdehnungen von Blockmodulen und Stahlmantel berücksichtigt werden müssen, entfällt die Notwendigkeit einer beweglichen Abdichtung. Die Baureihe CM enthält daher nur Dichtungen zwischen den einzelnen Blockmodulen und zwischen den Kopfstücken und den angrenzenden Blockmodulen, die aus dem nahezu universell korrosionsbeständigen Material PTFE angefertigt werden können. Die Blocksäule des Wärmetauschers einschließlich oberem und unterem Kopfstück kann einfach zwischen zwei Spannplatten mittels Zugankern und Druckfedern verspannt werden. Die Druckfedern bewirken den Ausgleich der unterschiedlichen thermischen Ausdehnung von Blockmodulen und Zugankern. Im Apparat durchfließen sowohl Service- als auch Produktmedien nur von Graphit umgebene Strömungswege, daher müssen keine zusätzlichen Vorkehrungen getroffen werden, falls beide Medienströme korrosive Medien enthalten. Die Sammel- und Verteilervorrichtungen dienen zusätzlich als Umlenkvorrichtungen, um einen mehrfachen Durchgang des zweiten Mediums pro Blockmodul und damit eine häufigere Kreuzung der beiden Medienströme zu bewirken. Dafür sind die Verteil- und Sammelvorrichtungen durch Trennstege oder Umlenkelemente in mehrere Teilbereiche unterteilt.
Ein besonderer Vorteil der Baureihe CM ist die modulare Bauweise. Die Anzahl der Blöcke kann variiert werden. Somit kann mit geringem Aufwand die Austauschfläche dem Kundenwunsch entsprechend verringert oder erhöht werden. Derzeit gibt es Wärmetauschflächen von 1,1 bis 171 m². Die Ausführung kann weiter verbessert werden, wenn die Blockelemente mit Carbonfasern verstärkt werden. Im Schadensfall wird der Ausbruch von Graphitteilen verhindert und somit der Austritt von Produkt verringert. Aufgrund des fehlenden Stahlmantels kann jede Undichtigkeit von außen erkannt werden. Die Blockwärmetauscher werden in stark korrosiven Umgebungen verwendet, z.B. als Temperaturwechsler (Rekuperator), Kondensatoren, Kühler, Aufheizer oder Verdampfer.
cav 448
Diabon-Blockwärmetauscher
Achemasia 2007
Wärmetauscher auslegen
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