Fouling reduziert

Dipl.-Ing. Alexander Matosovic

Aufgrund ihrer Größe von nur etwa 20 µm lassen sich Muschellarven durch Herausfiltration nicht wirtschaftlich bekämpfen, insbesondere nicht bei den hohen Kühlwasserdurchsätzen von über 3000 m3/h von großen Chemieunternehmen. Darüber hinaus sind sie äußerst hart im Nehmen: Sie halten Wassertemperaturen zwischen 2 und 40 °C aus und können sich als Larven noch bei Strömungsgeschwindigkeiten von über 2 m/s an Wandungen festsetzen. Außerdem vermehren sie sich rapide und wachsen ungeheuer schnell. Vom Plankton zur Larve dauert es gerade mal acht Tage.

Im Dauerbetrieb von Filtern im Kühlkreislauf mit Rheinwasser, und der Belastung mit dem Hauptproblem – der Zebramuschel – von Rheinfelden bis Ludwigshafen, wurde z. B. festgestellt, dass sich auf der Reinseite des Filters keine lebenden Muschellarven befanden, wenn Filter mit Kantenspaltsieben besonderer Profile und Auslegungen der Strömungsparameter eingesetzt wurden. Theoretisch könnten die Larven mit 20 bis 200 µm die Spalten passieren. Dennoch überleben sie den Filter nicht. Hierfür gibt es mehrere Gründe: Zum einen die hohe Strömungsgeschwindigkeit in den Spalten der Profile, verbunden mit einer gleichzeitigen Rotation bzw. abrupten Richtungsänderung der Bewegung der Larven. Durch die resultierende Beschleunigung, die entstehenden Turbulenzen und die hohen Scherraten werden die Larven stark verformt und der Organismus stirbt ab.

In der Praxis erreicht man mit Spaltweiten von bis 500 µm die besten Ergebnisse. Eine feinere Filtration ist für Muschelprobleme oder Wärmetauscherschutz in der Praxis nicht notwendig bzw. wird aus Gründen der entstehenden Spülmengen wirtschaftlich uninteressant.

Durch den Einsatz der Filter konnte auf die Reinigung der Plattenwärmetauscher häufig ganz verzichtet werden. In anderen Fällen konnten die Reinigungsintervalle von 6 Wochen auf bis zu 12 Monate erhöht werden.

Weltweit kämpfen große Chemieunternehmen nicht nur mit der Verunreinigung ihrer Systeme, sondern auch mit der Knappheit der Ressource Titan, die im Bereich der Plattenwärmetauscher vor rascher Korrosion des Kühlsystems bewahren kann. Der Einsatz alternativer Materialien wie Hasteloy oder Inconell war zumeist wegen der Hinzudosierung von Chlor oder Fluor nicht möglich, da die beiden Halogene das Kühlwasser durch den Sauerstoffeintrag der offenen Kühltürme zu einem hoch aggressiven Medium machen. Inwieweit die Reduzierung der Hinzudosierung durch feinere Filtration letztendlich einen Einsatz von Alternativen zu Titan birgt, wird zur Zeit untersucht.

Aufwändige Festigkeitsberechnungen sowie Forschung und Entwicklung machten letztendlich den sicheren Einsatz des korrosionsbeständigen Materials GFK/FRP im Behälter bzw. Filterbau möglich. Der Werkstoff ermöglicht den Einbau selbst in Einsatzbereichen wie Brackwasser oder hoch aggressiven Kühlwässern des persischen Golfes und Saudi Arabiens.

Der Filter wird axial vom Medium angeströmt. Filtriert wird von innen nach außen. Das gereinigte Medium verlässt den Filter über den radial angeordneten Austrittsflansch. Im Gehäuseoberteil gegenüber der Eintrittsöffnung ist eine axial verschiebbare Spülscheibe angeordnet, die während des Rückspülens mithilfe eines Pneumatikzylinders im Filterelement hin und her bewegt wird. Ebenfalls im Gehäuseoberteil befindet sich oberhalb des Siebeinsatzes die Spülarmatur. Durch ein Differenzdruckmesssystem wird der Spülvorgang initiiert. Mit der Steuereinheit werden alle Betriebszustände überwacht. Die serielle Schnittstelle ermöglicht eine direkte Übertragung der aufgenommenen Daten auf die zentrale Leittechnik. Natürlich ist auch eine eigene Steuerung und Überwachung der Filtrations- und Abreinigungsprozesse über eine eigene Leitwarte möglich.

Im 18. Jahrhundert fand Bernoulli heraus, dass die Summe aus Geschwindigkeit und Druck in strömenden Flüssigkeiten in Zusammenhang mit dem Gesamtdruck kons-tant ist. Dieses Prinzip nutzt auch der Filter. Er verringert nämlich unter der Spülscheibe am Kolben den Querschnitt im Siebeinsatz des Filters. Im Spalt zwischen Spülscheibe und Sieb erhöht sich dadurch die Geschwindigkeit stark. Die langsam strömende saubere Flüssigkeit außerhalb des Siebes hat einen höheren statischen Druck; das führt zu einer partiellen Strömungsumkehr im Bereich der Spülscheibe. Dies und die hohe Strömungsgeschwindigkeit, verbunden mit der Kavitation (hinter der Spülscheibe) in dem reduzierten Querschnittbereich, reißen und saugen die Verschmutzung praktisch ab. Gleichzeitig öffnet die Steuerung ein Spülventil mit einem wesentlich geringeren Querschnitt als der DN des Rohrleitungssystems. Durch das Druckgefälle wird die Verunreinigung ausgetragen. Die Spülscheibe passiert nie die gesamte Sieblänge im Inneren, denn sie würde ja den Filtrationsfluss versperren oder auf ein Minimum reduzieren. Der untere Bereich wird aufgrund der hier bald wieder herrschenden Druckverhältnisse gereinigt. Bewegt sich die Spülscheibe wieder nach oben, verändern sich auch die Verhältnisse im nunmehr sauberen oberen Zweidrittelbereich des Filtergehäuses wieder. Erneute Filtration oben, erneute Hinterspülung unten.

Halle 4.2, Stand O17

cav 484

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Achema 2006