Gerade in Zeiten steigender Energiekosten und knapper werdender Energieressourcen leisten Kompaktwärmeübertrager wie der Compabloc einen wertvollen Beitrag zur Einsparung der teuren Ressource Energie. Häufig lässt sich dabei ein sehr kurzer Amortisationszeitraum von deutlich weniger als einem Jahr realisieren. Die Einsparungspotenziale liegen zum einen im Verbrauch von weniger Energie und zum anderen in der Reduzierung der CO2-Emissionen.
Der Autor: Frank Lehnhoff Refinery Manager, Alfa Laval Mid Europe
Die Energieeinsparung wird unter anderem durch eine deutlich effizientere Wärmeübertragung erreicht. Oftmals sind diese Maßnahmen die geeignetste Möglichkeit, die Prozess-effizienz durch Kosteneinsparungen zu steigern und darüber hinaus auch die Wettbewerbsfähigkeit der Anlage bzw. des Produktes im nationalen und internationalen Vergleich zu verbessern. Diesen Weg beschritt auch die kanadische Raffinerie Shell Sarnia. Ausgangspunkt waren zunächst Korrosionsprobleme, die an der Kopfbrüdenseite der acht im FCC (Fluid Catalytic Cracking)-Prozess installierten Rohrbündelwärmeübertrager auftraten. Mit der Sanierungsmaßnahme beabsichtigte man zugleich, die Energieeffizienz der Anlage zu steigern und einen großen Teil der Wärmeenergie aus dem Kopfbrüdenstrom zur Speisewasservorwärmung zu nutzen.
Den hohen energetischen Anforderungen waren die eingesetzten Rohrbündelwärmeübertrager jedoch nicht gewachsen. Es hätte nicht nur höherwertigerer Werkstoffe, sondern vor allem mehrerer und erheblich größerer Apparate bedurft. Neben höheren Investitionskosten hätte dies auch einen größeren Platzbedarf sowie den Umbau der vorhandenen Stahlkonstruktion bedeutet. Als Lösung für diese schwierige Aufgabenstellung bot sich der Einsatz des Kompaktplattenwärmeübertragers Compabloc von Alfa Laval mit Platten in Hastelloy C276 an. Insgesamt vier Einheiten wurden aufgestellt, mit jeweils zwei seriell verschalteten Apparaten. In den oberen vier Wärmeübertragern wird in einem indirekten integrativen Wärmeverbund Kesselspeisewasser von 43 auf 128 °C unter Verwendung von Kopfbrüden mit einer Temperatur von 141 °C erwärmt. Die nachgeschalteten vier unteren Apparate dienen als Trimkühler.
Durch den Einsatz der Compablocs konnte das Korrosionsproblem behoben und gleichzeitig die existierende Stahlkonstruktion genutzt werden, um 14 MW eines Abwärmestromes von 23 MW zur Wärmerückgewinnung zu nutzen. Die Apparate sind seit 2002 im Einsatz und leisten laut Aussage des Betreibers einen entscheidenden Beitrag, durch effiziente Kondensation und Temperaturannäherung eine große Menge Prozessabwärme wirtschaftlich zu nutzen. Des Weiteren steht die bedingt durch die Abwärmenutzung freiwerdende Kapazität in der Dampferzeugereinheit für zukünftige Anwendungen und Kapazitätssteigerungen zur Verfügung.
Optimale Wärmerückgewinnung
Der Plattenwärmeübertrager in seinen verschiedenen Bauformen ist in fast jedem modernen Industrieprozess in der Petrochemie und in Raffinerien einsetzbar. Das Einsatzspektrum reicht beispielsweise von der Topkondensation über Reboiler, Verdampfer, Vorwärmer bis hin zur Wärmerückgewinnung.
Für jede Art der Energierückgewinnung bedeutet der Einsatz von Plattenwärmeübertragern eine Reduzierung sowohl der Wärmeübertragungsfläche als auch der Anzahl der Apparate. Die kompakte Bauform resultiert in deutlich kleineren, leichteren Wärmeübertragern mit sehr geringem Inhaltsvolumen. Daraus ergeben sich beträchtliche Einsparungen bei den Verrohrungs- und Installationskosten, besonders wenn sich die Ausrüstung wie bei Topkondensatoren auf hohem Anlagenniveau befindet. Bei vergleichbaren Investitionskosten kann mit einem Plattenwärmeübertrager im Vergleich zu einem Rohrbündelwärmeübertrager bis zu 25 % Energie eingespart werden.
Maßnahmen für mehr Energieeffizienz
Die Erhöhung der Zulauftemperatur in Behandlungsprozessen bedeutet einen geringeren Energieverbrauch des meist mit fossilen Brennstoffen oder mit Dampf betriebenen Erwärmers. Gleiches gilt, wenn Wärmeströme zur Dampferzeugung genutzt werden. Hierfür gibt es bereits diverse Installationsbeispiele für die Kompaktwärmeübertrager, unter anderem die Abwärmenutzung von Kopfbrüden zur Kesselspeisewasservorwärmung (was mit der Einsparung einer sonst benötigten neuen Dampferzeugereinheit verbunden ist) oder die Rohölvorwärmung. Ein Vorteil von Compabloc im praktischen Einsatz ist auch das geringe Inhaltsvolumen und damit die schnellere Reaktion auf Änderungen von Regelgrößen.
Weitere Maßnahmen zur Energieeffizienzsteigerung und Wärmerückgewinnung sind:
- Dampferzeugung mittels Nutzung von Prozessabwärme
- Direkte Prozesswärmeintegration durch direkte Nutzung der Wärmeenergie zur Vorwärmung von Prozessströmen
- Indirekte Prozesswärmeintegration mittels Wärmeverbund mit einem sich in der Nähe befindlichen Betrieb
- Effizientere Vorwärmung zur Reduzierung der Dampftemperatur oder Dampfmenge
- Abwärmenutzung zur Stromerzeugung mittels Organic Rankine Cycle Prozess, Kälteerzeugung mittels Absorption Chilling Prozess oder Erzeugung von Speisewasser/Prozesswasser aus Salzwasser
Vorhandene Referenzen belegen eindrucksvoll, was technisch möglich ist. So wurde ein Fluidstrom mit 221 °C in einer europäischen Raffinerie genutzt, um mittels Plattenwärmeübertragern überhitzten Dampf von 215 °C zu erzeugen. Weitere interessante energetische Maßnahmen sind bei einer Eindampfanlage die Erweiterung um einen weiteren Effekt. So kann beispielsweise beim Umbau von zwei auf drei Effekten ca. 30 % Dampf eingespart werden. Auch die Aufrüstung eines Kondensators kann die mittels einer Turbine erzeugte Menge an elektrischer Energie deutlich steigern. Denkbar ist auch der energetische Verbund von exothermen und endothermen Prozessen innerhalb einer Firma oder auch mit einem benachbarten Betrieb.
Online-Info: www.cav.de/0711457
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