Für synthetische Wärmeträgeröle

Dipl.-Ing. Werner Schreiner

Wärmeträgeranlagen benötigt die chemische Industrie zum Beheizen, Temperieren und Kühlen von Autoklaven, Reaktionsbehältern, Rührwerken, Trocknungs-, Extraktions-, Destillations-, Polymerisations-, Sublimations- und Veresterungsanlagen sowie in einer Vielzahl anderer Anwendungsfälle. In der Vergangenheit wurden ausschließlich organische Wärmeträger auf der Basis aromatischer oder aliphatischer Mineralöl-Fraktionen im Temperaturbereich von 0 °C bis 350 °C verwendet. Bei Temperaturen über 300 °C beginnt das Öl jedoch verstärkt zu altern und sich zu zersetzen. Vor allem das Eindringen von Luftsauerstoff und Feuchtigkeit fördert diesen Vorgang. Örtliche Temperaturspitzen, wie sie an Heizflächen durch hohe Strömungsgeschwindigkeiten auftreten, spalten die Ölmoleküle auf. Die durch Zerfall und Zersetzung gebildeten Produktrückstände führen zu Ablagerungen des Wärmeträgers im System und zur Verschlechterung der Wärmeübertragung. Die Lebensdauer ist dadurch begrenzt und zwingt zu einem regelmäßigen, arbeitsintensiven und kostspieligen Wechsel. Zur Förderung organischer Wärmeträger werden in erster Linie Pumpen mit Gleitringdichtungen eingesetzt, bei denen konstruktive Maßnahmen für niedrige Temperaturen an der Gleitfläche sorgen (Abb. 1). Das Auftreten geringer Leckagen läßt sich bei dieser Wellenabdichtungsbauart allerdings nicht vermeiden.

Als chemisch stabile und langlebige Wärmeträger wurden die sogenannten „synthetischen Wärmeträger“ entwickelt. Dabei handelt es sich um chemische Verbindungen von guter Thermostabilität. Bis auf die Silikat-Verbindungen und die Siloxane sind diese meist auf dem Benzolring aufgebaut, der sich als thermisch stabilste Verbindung erwiesen hat. Zu diesen Stoffen gehören u. a.:

• Alkylsubstituierte aromatische Kohlenwasserstoffe,

• aromatische Ether,

• chlorierte Aromate,

• chloriertes Diphenyl,

• hydriertes Terphenyl,

• organische Silikate,

• Orthodichlorbenzol,

• Terphenyl und

• Triaryldimethan.

Aber nicht nur die bessere thermische Stabilität, die zu einer längeren Einsetzbarkeit des Wärmeträgeröls in der Anlage führt, sondern auch andere physikalische Eigenschaften sprechen für den vermehrten Einsatz synthetischer Wärmeträger. So sind niedrige Viskositäten bei tiefen Temperaturen günstiger für die Anlagen und die eingesetzten Pumpen, da die Verluste geringer sind und somit weniger Energie benötigt wird.

Manche der synthetischen Wärmeträger sind physiologisch bedenklich. Sie können bei Auftreten von Leckagen Augen oder Atemwege reizen und sind oft mit unangenehmem Geruch verbunden. Deshalb werden in vielen Anwendungsfällen solcher Medien nur noch wellendichtungslose Pumpen eingesetzt. Wegen der Brandsicherheit und der Unfallverhütungsvorschriften rüstet die chemische Industrie heute Wärmeträgeranlagen grundsätzlich mit leckagefreien Pumpen aus. Leckagefreiheit wird bei Pumpen oft durch die Magnetkupplungstechnik sichergestellt. Hier finden nur statische Dichtungen Verwendung, die dynamische Wellenabdichtung entfällt. Die Übertragung des Drehmoments erfolgt durch magnetische Kräfte vom Außen- auf den Innenrotor. Entsprechen Normpumpen mit konventioneller Wellendichtung nicht mehr den gesetzlichen Vorschriften und Umweltauflagen, lassen sich diese vor Ort umbauen. Zur Erleichterung des Umrüstens stehen sogenannte „Einschubeinheiten“ zur Verfügung (Abb. 2).

Eine hinter dem Gehäusedeckel liegende Wärmesperre stellt sicher, daß die thermische Belastung im Bereich der Magnete und der dauerfettgeschmierten Wälzlager trotz Mediumtemperaturen von bis zu 350 °C weit unterhalb der für die Werkstoffe zulässigen Höchstgrenze bleibt (Abb. 3).

Die Pumpen werden vor Inbetriebnahme mit sauberem Medium gefüllt. Da es während des Betriebes keinen Flüssigkeitsaustausch zwischen Hydraulik- und Spalttopfraum gibt, gelangen keine Partikel in den Magnetkupplungsbereich. Durch die niedrigen Temperaturen des Wärmeträgeröles im Spalttopfbereich läßt sich das Altern des Öles reduzieren und ein „Vercracken“ verhindern. Wärme, die durch die im Spalttopf induzierten Wirbelströme und die Flüssigkeitsreibung des Innenrotors entsteht, führt ein außenliegender, verschmutzungsunempfindlicher Ringkühler an die Umgebung ab. Der Anschluß eines externen Kühlsystemes entfällt. Die hydraulischen Radial- und Axialkräfte nimmt die robuste, mediumgeschmierte Gleitlagerung auf. Die gering belasteten, dauerfettgeschmierten Rillenkugellager sind für eine Gebrauchsdauer von 25 000 Stunden ausgelegt. Sie können bei gefüllter Wärmeträgeranlage ohne großen Aufwand ausgetauscht werden, da die Dichteinheit der Pumpen bei Entfernen des Außenrotors unverändert bleibt.

Neben der Grundplattenversion stehen eine Block- und eine Inlineversion zur Verfügung. Sie ermöglichen eine platzsparende Aufstellung und reduzieren die Kosten einer Anlage.

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