Dampf ist in vielen Anwendungen gegenüber Warmwasser oder Heißwasser das effektivere Wärmeträgermedium. In industriellen Anlagen werden die hohe Temperatur des Dampfes und seine große Energiedichte ausgenutzt. Im Bereich der Pharmaproduktion und der Lebensmittelindustrie ist Dampf optimal für Sterilisationszwecke geeignet, denn er hinterlässt keine gefährlichen Chemikalien und keine schädlichen Rückstände auf dem Sterilgut. Der Transport des Dampfes erfolgt selbsttätig, elektrische Pumpen werden nicht benötigt. Somit spielt elektrische Energie für die Betriebskosten kaum eine Rolle.
Üblicherweise wird Dampf in einem Dampfkessel für den Produktionsprozess erzeugt, er eignet sich aber auch zur teilweisen oder gänzlichen Energieversorgung der Heizungsanlage. Nicht zu unterschätzen sind die Energiemengen, die aus Abdampf entstehen. Werden diese sinnvoll genutzt, ergeben sich für Energieeffizienzmaßnahmen oft Amortisationszeiten von wenigen Wochen.
Über eine sinnvolle Isolierung von Rohrleitungen muss heute glücklicherweise nicht mehr allzu oft geredet werden. Wird eine mit +160 °C betriebene 500-mm-Rohrleitung unisoliert betrieben, verursacht das Energiekosten von bis zu 40 000 Euro/Jahr; diese Kosten reduzieren sich bei 100 mm Isolierung auf ca. 2400 Euro.
Ähnliche Überlegungen gelten auch für Wärmetauschersysteme, wobei moderne Konzepte leider noch immer nicht in dem Maß eingesetzt werden, wie das energetisch sinnvoll wäre. Auch wenn der klassische Rohrbündelapparat weiterhin in einigen Anwendungen seine Daseinsberechtigung hat, gibt es doch sinnvolle Alternativen:
- Plattenwärmetauscher sind klein, kompakt und flexibel. Moderne Apparate sind auch für Dampf geeignet. Ihre Abstrahlverluste sind schon aufgrund der im Vergleich zum Rohrbündelapparat mindestens um den Faktor 3 kleineren Oberfläche wesentlich geringer. Außerdem sind das Eigenvolumen und der Inhalt des Sekundärmediums so klein, dass eine schnelle Regelung möglich ist. Die Notwendigkeit, ständig größere Massen auf Temperatur zu halten, entfällt dadurch.
- Plate & Shell-Wärmetauscher, wie sie von Spirax Sarco in QuickHeat-Stationen verwendet werden, vereinigen zwei wesentliche Eigenschaften von Rohrbündel- und Plattenwärmetauscher: Klein, kompakt, große Wärmeübertragungsfläche in einem robusten, dichtungslosen Stahlmantel.
- Turflow-Drallrohrwärmetauscher besitzen dieselben Eigenschaften wie Rohrbündelapparate, verfügen jedoch über einen wesentlich besseren Wärme- übergang. Dadurch bauen sie kleiner auf, Kosten und Energieverluste werden entsprechend geringer. Außerdem wird die Installation wesentlich vereinfacht.
Viel zu oft wird das Augenmerk auf die großen Apparate gerichtet. Dabei sind es durchaus die kleine Anlagenteile, die entsprechende Auswirkungen auf die Effizienz haben können. So reagieren Plattenwärmetauscher z. B. sehr viel schneller auf eine Regelung als die schwerfälligen Rohrbündelwärme- tauscher. Aber nicht immer ist Schnelligkeit von Vorteil. Wird ein Wasserspeicher z. B. sehr schnell aufgeheizt, erfordert das einen entsprechend großen Wärmetauscher mit zugehöriger Regeleinrichtung. Soll im zweiten Schritt der Inhalt des Tanks dann lediglich auf Temperatur gehalten werden, ist der Energiebedarf um den Faktor 20 geringer. Die Differenz zwischen maximaler und minimaler Leistung ist so groß, dass sie nennenswerte Auswirkungen auf die Lebensdauer der eingesetzten Geräte, die Anschaffungskosten aber auch die laufenden Energiekosten hat. Es ist daher sinnvoll, nicht wie üblich nur die maximale Leistung zu definieren, sondern sich auch über die minimale Leistung und die Aufheizzeiten Gedanken zu machen.
Auch starke Lastschwankungen haben Auswirkungen auf alle beteiligten Geräte. So wird der Wärmetauscher üblicherweise auf maximale Last ausgelegt, bei Teillast funktioniert dann aber die Entwässerung nicht mehr optimal (dampfseitig geregelt). Die Strömungsgeschwindigkeiten im Wärmetauscher sinken (weniger turbulent), es kommt zur Absetzung von Feststoffen auf der Sekundärseite und der Wärmeübergang wird schlechter.
Das Regelventil wird ebenfalls auf maximale Last ausgelegt. Sinkt die zu regelnde Dampfmenge im Teillastbetrieb stark ab, kann die Regelgüte beeinträchtigt werden. Ständiges Regeln im kleinsten Öffnungsbereich des Ventils führt zu Vibrationen und Berührung von Ventilteller und Ventilsitz. Die Folge: Die Lebensdauer sinkt. Wird Dampf als Heizmedium verwendet, müssen einige physikalische Grundlagen beachtet werden. Der Wärmeübergang des Dampfes auf der Primärseite des Wärmetauschers ist wesentlich besser, als der Wärmeübergang der zu erhitzenden Flüssigkeit auf der Sekundärseite. Außerdem sind die Temperaturen bei der Verwendung von Dampf meist recht hoch, ein weiterer Grund für die Zunahme latenter Spannungen. Zusätzlich strömt der Dampf mit rund 25 m/s wesentlich schneller als die Flüssigkeit mit 1 bis 2 m/s, die Dampfeintrittsseite ist damit stark erosiven Bedingungen ausgesetzt. Um diese Effekte zu beherrschen und für lange Lebensdauer zu sorgen, muss ein Plattenapparat einige konstruktive Besonderheiten aufweisen: Spezielle geometrische Ausführung, dampfgeeignete Plattenprägung, temperaturbeständige Dichtungen. Übliche Wasser/Wasser-Wärmetauscher sind für den Dampfeinsatz definitiv nicht geeignet.
Für geschraubte und gedichtete Plattenwärmeübertrager stehen heute moderne, temperaturstabile Dichtungen zur Verfügung. Trotzdem: Die Lebensdauer einer Dichtung ist immer abhängig von ihrer Belastung, die vor allem abhängig von der Temperatur und den Temperaturschwankungen ist. Bei der Auswahl des Wärmetauschers und bei der Auslegung der Regeleinrichtung ist daher unbedingt der Dampfdruck bzw. die Dampftemperatur zu berücksichtigen. In vielen Fällen ist es dabei sinnvoll, die Lebensdauer durch den Einsatz eines zusätzlichen Druckregelventils gravierend zu verbessern. Auch die Sekundärseite muss betrachtet werden. Zu geringe Strömung bei gleichzeitig weiter heißer Primärseite hat ebenso negative Auswirkungen auf die Lebensdauer, wie ein zu geringer Druck auf der Sekundärseite (ungewollte Verdampfung). Ganz besonders gilt das für kondensatseitig geregelte Anlagen, bei denen ja immer der volle Dampfdruck ansteht.
In seinen Wärmeübertragerstationen verwendet Spirax-Sarco daher ausschließlich spezielle Plattenapparate oder Plate & Shell-Wärmetauscher. QuickHeat ist eine Generation von Dampf-Wärmeübertrager-Modulen, die mit Wirtschaftlichkeit und Leistung überzeugt. Die Verwendung von Plate & Shell-Wärmetauschern kombiniert viele Vorteile von Plattenwärmetauschern und Rohrbündelwärmetauschern: Stabiler Mantel, große Übertragungsfläche auf kleinstem Raum, einsetzbar bis 100 bar Überdruck, auch für überhitzten Dampf geeignet.
Auch bei großen Leistungen bis in den höheren Megawattbereich bleibt der Wärmetauscher kompakt und handlich. Das spart nicht nur Raumbedarf. Auch der restliche Bauaufwand sinkt, denn auch das Gewicht ist wesentlich reduziert. Wo sonst ganze Technikräume ausgefüllt werden, reicht mit QuickHeat eine Fläche, die oft kleiner ist, als die einer normalen Heizung.
Wärmetauscher und Regelung sind optimal aufeinander abgestimmt, die Übertragerstation ist gemäß Druckgeräterichtlinie gefertigt und mit dem CE-Kennzeichen versehen. Sie wird anschlussfertig geliefert und lässt sich entsprechend leicht installieren und in Betrieb nehmen.
Mit dem Turflow EVC steht ein sehr kompakter und wirkungsvoller Drallrohrwärmetauscher zur Verfügung, der, richtig in die Dampfanlage eingebaut, viele Möglichkeiten der Restenergienutzung erschließt. Der Turflow unterscheidet sich von herkömmlichen Rohrbündelwärmetauschern durch seine Drallrohre. Dadurch steigt die Strömungsgeschwindigkeit, die Turbulenz und letztendlich auch der Wärmeübertragungskoeffizient. Daher wird die wärmeübertragende Fläche kleiner und der Wärmetauscher letztendlich günstiger. Diese Technik ermöglicht eine sehr kompakte Bauweise und die problemlose Integration in das Rohrleitungssystem. Durch das Inline-Konstruktionsprinzip ist der Turflow in besonderem Maße auch für den nachträglichen Einbau in ältere Dampfanlagen geeignet.
Eine typische und viel verbreitete Anwendung ist die Nutzung des Turflow EVC zur Energierückgewinnung aus Brüdendampf. Nachdampf, der durch die Entspannung von Hochdruckkondensat gegenüber der Atmosphäre entsteht, enthält noch wertvolle Energie, die häufig nicht genutzt und über Dach abgeblasen wird. Turflow EVC wurde speziell für die Wärmeübertragung von Dampf auf Wasser ausgelegt. Daher ist es möglich, den bisherigen Verlustdampf zu kondensieren und die dabei anfallende Energie z. B. für die Kesselspeisewasservorwärmung zu nutzen.
Online-Info www.dei.de/0909450
