Dichtigkeit vorbeugend prüfen

Der Autor: Holger Brauchmann Geschäftsführer, GEA EcoServe Deutschland

Das Leckageprüfverfahren für Plattenwärmetauscher reduziert die Kosten spürbar, erhöht die Prozesssicherheit nachhaltig und verkürzt die Produktionsunterbrechung. Die Funktionsweise veranschaulicht ein Beispiel aus der Lebensmitteltechnik. In einer süddeutschen Großmolkerei ist das Eiswasser plötzlich trüb. Irgendwo im System muss ein Leck sein, die Milch drückt nach dem Pasteurisierungsprozess in das gegenströmende Kühlwasser. Im Eiswasserkreislauf sind acht Plattenwärmetauscher mit 24 Abteilungen verbaut. Um das Leck sicher aufzuspüren, musste man bisher nach dem Produktionsstopp jeden einzelnen Plattenwärmetauscher aufschrauben und jede einzelne Platte auf mikroskopisch kleine Haarrisse überprüfen – ein zeitaufwendiges und kostspieliges Prozedere. Die Servicetechniker von GEA EcoServe brauchten mit ihrem Verfahren gerade einmal eine Stunde pro Apparat, um das defekte Plattenpaket zu inspizieren.

Nachdem sich die Techniker vor Ort ein Bild gemacht und die möglichen Plattenwärmetauscher in Augenschein genommen hatten, speisten sie ein Standard-Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch (Formiergas) auf der Wasserseite in den geschlossenen Plattenwärmetauscher. Wasserstoff besticht durch ein geringes Molekulargewicht von 2 g/mol, eine niedrige Viskosität, verfügt über die LM-Zulasssung (E 949), ist umweltfreundlich, nicht korrosiv und durchströmt die Plattenkanäle als ideales Prüfgas mit einer Hintergrundkonzentration von gerade einmal 0,5 ppm.

Weist eine der Platten in Folge von Korrosion, Pulsation, Druckschlägen oder Materialermüdung auch nur den feinsten Haarriss auf, kommt es zur Überströmung. Das Gasgemisch wird dann über die betroffene Platte in den Gegenstrom getragen und mithilfe eines Sensors im normalen Luftkreislauf nachgewiesen.

Nach einer Stunde war der betroffene Plattenwärmetauscher gefunden und vor Ort ausgetauscht. Danach konnte die Fertigung sofort wieder anlaufen. Der Produktionsstillstand belief sich auf nicht einmal zwei Stunden. Hätte man die PWT auf klassischem Wege verlässlich überprüfen wollen, hätte die Molkerei den Betrieb für mehrere Tage einstellen können. Im Nachgang wurde das isolierte Plattenpaket im Metalcheck-Verfahren (Rot-Weiß-Methode) überprüft. Dabei stellten die Techniker drei Mikrorisse fest, durch die die Milch ins Eiswasser gelangt war.

Die installierte Druckerhöhungspumpe im System sorgte nur für eine vermeintliche Sicherheit, konnte die Vermischung aber nicht verhindern. Trotz eines positiven Druckgefälles kann es zu Vermischungen kommen. Dies belegen auch zahlreiche Untersuchen. Der Grund dafür ist der osmotische Druck, der bei sehr kleinen Plattendurchbrüchen, sogenannten Pin-holes oder Mikrorissen, die treibende Kraft ist. Durch die turbulente Strömung gibt es trotz positiven Druckgefälles im Bereich der Leckage deshalb immer einen Stoffaustausch in beide Richtungen.

Mit der von GEA EcoServe genutzten Wasserstoffmethode können PWTs prophylaktisch verlässlich auf ihre Dichtigkeit hin geprüft werden. Damit lässt sich selbst eine beginnende Materialermüdung frühzeitig feststellen, noch bevor es zur Leckage kommt, da Wasserstoff als einziges Molekül in der Lage ist, bei einer Restmaterialstärke von kleiner 0,2 mm durch das Metall zu diffundieren.

Herzstück des Prüfverfahrens ist der Sensor. Er besteht aus einer Wasserstoff absorbierenden Legierung (Metallhydrid). Wenn Wasserstoff auf den Sensor trifft, adsorbieren die Gasmoleküle an der Oberfläche, dissoziieren in Wasserstoffionen und diffundieren in das Metall. Die Absorption von Wasserstoff beeinflusst das Oberflächenpotenzial des Metalls. Da ausschließlich Wasserstoffionen in das Metall diffundieren können, sind Querempfindlichkeiten von Medien, die keinen Wasserstoff enthalten, ausgeschlossen.

Im Falle einer Privatbrauerei erhielten die Spezialisten von GEA EcoServe an einem Samstag einen Notruf: Bier im Wasserkreislauf. Der Schaden konnte eingegrenzt werden: Der Bierpasteur musste eine Leckage aufweisen. Mithilfe der Wasserstoffmethode konnten die Servicetechniker vor Ort sofort die entsprechende Abteilung im Kühler ausfindig machen. Bei der weiteren Schadensanalyse mit der Rot-Weiß-Methode, bei der sich herausstellte, dass 35 der 36 Platten des Kühlpakets durchschossen waren, und einer anschließenden Wasseruntersuchung konnte GEA EcoServe nachhaltig die Ursache ermitteln: Die Chloridwerte im Kühlwasser waren zu hoch.

Das Salz hatte die gerade erst drei Jahre alten Platten zerfressen. Der Plattenwerkstoff war für diesen Anwendungsfall völlig ungeeignet. Mit der Wasserstoffmethode hätte man bereits die beginnende Materialermüdung vor dem Durchbruch feststellen können. Das Serviceteam installierte ein Austausch-Plattenpaket. Damit konnte die Produktion nach zwei Stunden wieder anlaufen. Vier Wochen später wurde dann ein korrosionsbeständiges Plattenpaket eingebaut. Seither läuft die Anlage störungsfrei.

Online-Info: www.cav.de/0511473