Bei der Berechnung ist Ingenieurwissen gefragt

Autor Dietrich Lauterbach Gesellschafter, Lauterbach Verfahrenstechnik

Die Grundlagen für die Berechnung von Rohrbündelwärmetauschern wie hydraulische und thermische Zusammenhänge sind bekannt und z. B. im VDI-Wärmeatlas veröffentlicht. Die auf Messdaten beruhenden Wärmeübergangsgleichungen für die Rohr- und Mantelseite beschreiben den Wärmeübergang recht genau. Setzt man für die Auslegung eine entsprechende Software ein, so wird die Genauigkeit der hydraulischen und wärmetechnischen Berechnung eines kompletten Rohrbündelwärmetauschers mit ±15 % angegeben, was auch für das Programm WTS von Lauterbach Verfahrenstechnik gilt. Die Eingabewerte werden vom Programm überprüft und auf Grenzwerte wird hingewiesen, sodass der Anwender stets einen funktionsfähigen Wärmetauscher erhält. Warnungen wie „Fenstergröße zu klein“ sollten dabei unbedingt beachtet werden. Doch arbeitet der berechnete Wärmetauscher am Optimum? Hierfür bedarf es auch der Erfahrung der planenden Ingenieure, um die Hinweise und Ergebnisse des Programms richtig zu interpretieren.

Auch gibt es Dinge, für die der Anwender allein verantwortlich ist. Neigt das zu beheizende oder zu kühlende Medium zu Fouling, so kann eine Flächenvergrößerung von bis zu 50 % nötig sein. Wärmetauscher, bei denen so eine Verschmutzung auftreten kann, werden mit einem Foulingfaktor ausgelegt. Dieser Faktor wird so gewählt, dass der Apparat am Ende der Mindestlaufzeit immer noch die notwendige Leistung bringt. In vielen Fällen hat der Betreiber diese Faktoren für seine Anwendungen aus Betriebsdaten selbst ermittelt. Das übertrifft dann bei Weitem die Genauigkeit der wärmetechnischen Berechnung.

Einen großen Einfluss hat auch die Viskosität des Mediums, insbesondere bei der Abkühlung von höher viskosen Medien. Wird ein mantelseitiges Schweröl mit relativ kaltem Kühlwasser gekühlt, so kann sich im Bündel ein Bereich bilden, in dem die Viskosität so hoch ist, dass das Medium aus dem Bündel verdrängt wird und über den Spalt zwischen Bündel und Mantel fließt und nicht mehr am Wärmeaustausch teilnimmt. Dies muss bei der Auslegung berücksichtigt werden.

Werden die rechnerisch ermittelten Abmessungen nicht in die endgültige konstruktive Ausführung übernommen, so kann der Wärmetauscher im schlimmsten Fall nicht die gewünschte Leistung bringen. Dies gilt vor allem für die Abmessungen der Mantelseite sowie die Gestaltung des Rohrspiegels und der Umlenkbleche. Die Mantelseite bestimmt durch den größeren Widerstand oft die Wärmetauschergröße. Schwingungen, die am Bündel des Wärmetauschers auftreten, können zu Schäden führen. Hier ist die Entscheidung des Ingenieurs zweifach gefordert, denn die Vermeidung von Schwingungen greift in die Geometrie der Mantelseite ein und beeinflusst dadurch den Wärmeübergang. Das Programm WTS überprüft einen anstehenden Handlungsbedarf durch rigorose Betrachtung aller Bündelbereiche . Der Ingenieur muss die notwendigen Änderungen in die Auslegung einfließen lassen.

Das Programmsystem Atlas ist ein Baukastensystem, sodass sich auch spezielle Lösungen kostengünstig programmieren lassen. Die Standardsoftware zum Berechnen von Anlagen und Apparaten ist jederzeit zur Lösung von Spezialproblemen erweiterbar. Alle von Lauterbach Verfahrenstechnik angebotenen Wärmetauschertypen können über eine Schnittstelle verfahrenstechnisch und mechanisch nach AD/ASME/Euronorm ausgelegt werden. Somit bleiben die einheitliche Programmbedienung und das Erscheinungsbild in der Dokumentation erhalten. Eine wesentliche europäische Vorgabe, die Nachvollziehbarkeit der Ergebnisse durch Darstellung der verwendeten Gleichungen und Grafiken (Traceability), ist für den Kunden gewährleistet.

Halle 3, Stand A5

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