Kolonnenbeheizung mit Diphyldampf

Dr.-Ing. Dietmar Hunold

Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die bei Wärmeträgerdampfanlagen zu beachten sind, unterscheiden sich zunächst nicht von Wasserdampfanlagen. So ist der Wärmeübergang bei der Kondensation im Vergleich zum Wärmeübergang bei Zwangskonvektion deutlich verbessert. Allerdings erfordert die Beheizung mit kondensierendem Dampf eine aufwendige Konstruktion des Verbrauchers, um ein freies Ablaufen des Kondensats zu ermöglichen. Daneben sind Vorkehrungen zu treffen, um Gaspolster durch Inertgase an den wärmeübertragenden Flächen zu vermeiden, die eine gleichmäßige Beheizung verhindern könnten. Dies geschieht in der Regel durch eine Permanent-Entlüftung an einigen hochliegenden Stellen der einzelnen Wärmeverbraucher.

Alle Abblaseleitungen der Sicherheitsventile sind in eine Vorlage aus kaltem Wärmeträger abzutauchen, um den beim Ansprechen der Sicherheitsventile unmittelbar verdampfenden Wärmeträger innerhalb der Anlage zu kondensieren. Dies geschieht zumeist im Sammelbehälter, auf dessen Entlüftungsstutzen gegebenenfalls noch zusätzlich ein wassergekühlter Kondensator aufgesetzt wird. Um ein Einfrieren des Wärmeträgers in den Rohrleitungen zu verhindern – der Stockpunkt von Diphyl beispielsweise liegt bei +12 °C –, ist eine Begleitbeheizung notwendig.

Aufgrund der relativ geringen Verdampfungsenthalpie des üblicherweise eingesetzten Diphyls – nur ca. 1/5 des entsprechenden Wertes von Wasserdampf bei gleicher Temperatur – und der geringen Dichte sind sehr große Rohrleitungsquerschnitte erforderlich. Bezogen auf den Massenstrom lautet das Verhältnis 1: 5, bezogen auf den Volumenstrom, der für die Dimensionierung der Rohrleitungsquerschnitte ausschlaggebend ist, beträgt das Verhältnis sogar 1: 26.

Ein typisches Beispiel ist die Beheizung einer Polyamidkolonne im Temperaturbereich von 280 bis ca. 320 °C. Hierfür galt es maximal 1000 kW Heizleistung zur Verfügung zu stellen. Da alleine der Hauptwärmeverbraucher mehrere Beheizungszonen aufweist und darüber hinaus noch weitere Nebenverbraucher in einem weitverzweigten und rund 40 m hohen Produktionskomplex isotherm beheizt werden müssen, fiel die Entscheidung über die prinzipielle Beheizungsart zugunsten einer Wärmeträgeranlage mit dampfförmigen Wärmeträgeröl (Diphyl) aus.

Im vorliegenden Fall wurde die Prozesswärmebereitstellung, die mit Hilfe eines gasbefeuerten Kessels erfolgt, von der Diphyl-Dampferzeugung getrennt. Die Anlage teilt sich also auf in einen Primärkreis, der in der Flüssigphase und damit auf einem höheren Druckniveau betrieben wird, und in einen Sekundärkreis mit dem Diphyl-Dampferzeuger, dem sog. flash-tank, von dem aus der Diphyl-Dampf zum Verbraucher strömt. Dort kondensiert das Diphyl an den kälteren Wärmeübertragungsflächen der einzelnen Verbraucher und fließt in den Kondensat-Sammelbehälter zurück. Eine Pumpe speist das Kondensat wieder in den flash-tank bzw. direkt in den Primärkreislauf ein.

Bei der Konstruktion der Anlage sind aufgrund der gegebenen physikalischen Zusammenhänge einige räumliche Zuordnungen der Anlagenkomponenten relativ zueinander zu beachten. Der Kondensat-Sammelbehälter muss unterhalb der tiefsten Stelle der Verbraucher liegen, um ein Zurückströmen des Kondensats in den Kondensat-Sammelbehälter infolge der Schwerkraft zu ermöglichen. Darüber hinaus ist davon auszugehen, dass das Kondensat nicht immer unterkühlt sein wird, so dass die notwendige Zulaufhöhe der Kondensatpumpe durch eine entsprechende Anordnung etwa 3 bis 4 m unterhalb des Sammelbehälters sichergestellt werden muss.

Aufgrund der im konkreten Fall geforderten hohen Anlagenverfügbarkeit wurden sowohl die Primär- als auch die Kondensatpumpe als Doppelpumpen-Aggregate mit gekühlten Spaltrohrmotorpumpen ausgeführt. Die Abbildung zeigt die werksseitig komplett mit Ventilen, Siebkorbfiltern und Kompensatoren verrohrten Aggregate.

Halle 4.0, Stand A3-A5

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