Karl-Heinz Funke meldete bereits in den 1980er-Jahren seine ersten Sicherheits-Rohrbündel-Wärmetauscher zum Patent an. Seine Lösung war einfach: Jeweils zwei Glattrohre werden ineinandergeschoben und bilden durch den entstandenen Koaxialspalt einen geschlossenen Sicherheitsraum, der mit einem Wärmeträgermedium befüllt wird. Für die Wärmeübertragung kommt u. a.Thermoöl zum Einsatz. Das Grundprinzip dieser Entwicklung hat sich in den letzten Jahrzehnten bewährt und liefert auch heute noch die Basis für Weiterentwicklungen von Wieland Thermal Solutions. Das Unternehmen hat sich auf die Entwicklung und Serienfertigung von kundenindividuellen Wärmeübertragern spezialisiert. Eine Sonderbauform sind doppelwandige Lösungen, die zur sicheren Medientrennung eingesetzt werden.
Sicherheits-Rohrbündel-Wärmeübertrager sind heute ein fester Bestandteil von Komponenten in der Wärmeübertragung im Anlagenbau. Die vielfältigen Anwendungen setzen jedoch individuelle Entwicklungen voraus. Ein gutes Beispiel liefert die Produktion von Polysilikon.
Medientrennung gewährleistet
Ein Problem beim Einsatz von Wärmeaustauschern in der Produktion von Polysilikon ist, dass die Nutzung von Wärmeträgermedien nicht möglich ist. Im speziellen Herstellungsprozess von Polysilikon entstehen unterschiedliche Silan-Verbindungen mit extrem hohen chemischen Reaktionsfähigkeiten. Bei Vermischung dieser Medien kann es zur Explosion kommen, weshalb eine absolut sichere Medientrennung höchste Priorität hat. Hierfür haben Wieland und Funke ein Sicherheitskonzept mit metallischer Wärmeleitung erarbeitet.
Zum Einsatz kommen die sogenannten Gewa-safe-Rohre aus Edelstahl, die Wieland als doppelwandige Sicherheitsrohre speziell für Wärmetauscher entwickelt hat. Dieses Konzept konnte die Vorgabe einer absolut zuverlässigen Medientrennung in Kombination mit einer optimalen Wärmeübertragung – ohne weiteres Wärmeträgermedium – erfüllen. Dafür weisen die doppelwandigen
Sicherheitsrohre im Rohrbündel feine Kanäle auf, die nach dem Verbund den Leckagespalt bilden. Die Außenoberfläche des Innenrohrs ist mit einer sogenannten Pyramidenstruktur versehen. Nach der hydraulischen Aufweitung der Rohrkonfiguration wird eine maximale Kontaktfläche von 80 % und damit eine optimale Wärmeübertragung erreicht. Der Druck in diesem Spalt wird überwacht, sodass bereits kleinste Undichtigkeiten sofort detektiert werden. So wird sichergestellt, dass sich die Medien, die sich am Außen- und Innenrohr befinden, nicht vermischen können. Diese Vorgehensweise trägt zudem entscheidend zur Anlageneffizienz bei, da frühzeitig erkannte Leckagen nicht kurzfristig zum Anlagenstillstand führen müssen. Vielmehr können diese im Rahmen geplanter Wartungen behoben werden.
Im Einsatz bewährt
Die Lösung von Funke und Wieland ist
bereits in Großanlagen mit Produktionskapazitäten von jährlich bis zu 8000 t Polysilikon im Einsatz. Die Komponenten solcher Großanlagen unterliegen nicht selten extremen Bedingungen in Bezug auf die Betriebs- und Klimabedingungen. Aufgrund der damit verbundenen, teilweise extremen An- und Abfahrtsszenarien muss der Sicherheits-Rohrbündel-Wärmeübertrager den unterschiedlichen Lasten standhalten. Dabei werden an das hydraulisch aufgeweitete Doppelrohrsystem, die Rohr- und Rohrbodenverbindungen sowie an jeden einzelnen Druckraum höchste Anforderungen gestellt. Um diese zu meistern, wird zunächst ein Axial-Kompensator in den Mantelraum des Rohrbündels eingebaut. Zusätzlich ist der Sicherheitsraum mit einem Dehnungsausgleich abgesichert. Dadurch können auch die diversen Beanspruchungen des Doppelrohrsystems sowie Axialkräfte auf die Fügeverbindungen aufgenommen werden.
Wieland-Werke AG, Ulm
Autor: Andreas Moritz
Director Product
Management,
Wieland Thermal Solutions
