Einführung in luftgekühlte Wärmetauscher
Wasserknappheit und steigende Kosten haben zusammen mit den jüngsten Bedenken hinsichtlich der Wasserverschmutzung und der Kühlturmdämpfe den Einsatz von wassergekühlten Wärmetauschern in der Industrie erheblich reduziert. Wenn eine weitere Wärmeintegration innerhalb der Anlage nicht möglich ist, ist es daher üblich, Wärme direkt in die Atmosphäre abzuleiten und ein großer Teil der Prozesskühlung in Raffinerien und Chemieanlagen erfolgt in luftgekühlten Wärmetauschern (AC-HES).
Auch für Kraftwerke werden zunehmend luftgekühlte Kondensatoren eingesetzt. Die Grundprinzipien sind die gleichen, aber diese sind spezialisierte Elemente und sind normalerweise als A-Rahmen oder "Dachtyp" konfiguriert. Diese Kondensatoren können sehr groß sein - die Kondensatoren für ein 4000 MW Kraftwerk in Südafrika haben über 2300 Röhrenbündel, 288 Ventilatoren mit je 9,1 m Durchmesser und eine Gesamtfläche von 500 m x 70 m.
AC-HES für Prozessanlagen werden normalerweise nur Aircoolers genannt, sollten aber nicht mit Geräten zur Kühlung von Luft (am besten als Luftkühler beschrieben) verwechselt werden.
Die Konstruktion eines AC-HE ist komplexer als bei einem Shell- und Rohrwärmetauscher, da es viel mehr Komponenten und Variablen gibt.
Die Struktur eines AC-HE ist lackiert oder verzinkt, je nach Kundenspezifikation. Die Kosten sind jedoch in etwa gleich, wenn ein Mehrschicht-Lacksystem spezifiziert wird. Oft sind die lackierten Einheiten teurer. Es scheint einen Trend zu verzinkten Strukturen zu geben, da sie praktisch keine Wartung erfordern. Lackierte Strukturen erfordern nach dem Einbau eine Nachlackierung und sie rosten sowieso oft.
Luftgekühlte Wärmetauscher werden in der Öl- und Gasindustrie, von der Vorproduktion bis hin zu Raffinerien und petrochemischen Anlagen, unter Hochdruck- und Hochtemperaturbedingungen sowie korrosiven Flüssigkeiten und Umgebungen eingesetzt.
Anwendungen:
Petrochemie
Raffination
Raffinerie
Chemieanlagen
Stromerzeugung
Erdgasverarbeitung
Erdgasverdichtung
Öl- und Gasübertragung
LNG Verflüssigung und Verdampfung
Kühlsystem des Motorkühlers
Bitumenextraktion und -Aufwertung
Industrielle Prozessanwendungen
Erdgasverarbeitungsanlagen
Verflüssigungsanlagen
Große Transmissionspipelines
Gasverdichtung
Welche Normen werden für luftgekühlte Wärmetauscher verwendet?
Erstens sind fast alle Luftkühler nach Art. VIII des ASME-Codes gebaut, da es sich um Druckbehälter handelt. Für Raffinerie- und Petrochemiedienstleistungen enthalten die meisten Kunden API 661 (Air-cooled Heat Exchangers for General Refinery Service) in ihren Spezifikationen.
Diese API-Spezifikation ist sehr gut, da sie alle notwendigen Informationen enthält, um einen Kühler korrekt zu spezifizieren und ein hohes Maß an Minimalqualität bei der Konstruktion und Fertigung des Kühlers gewährleistet. Im Hintergrund hat es eine sehr gute Checkliste, wo ein Kunde genau entscheiden kann, welche Art von Konstruktion benötigt wird und welche Optionen wichtig sind. Dazu gehören z. B. Galvanisierung vs. Lackierung, Arten von Schneidleisten, Wartungsbegehungen und Plattformen, Steuerungen und externe Lasten am Kühler. Die folgenden Details beziehen sich hauptsächlich auf die API-Spezifikationen.
Welche Arten von Rippenröhrchen werden verwendet?
Die Rohre können aus praktisch jedem verfügbaren Material, wie Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Admiralty Messing oder mehr exotische Legierungen. Der bevorzugte Mindestdurchmesser ist 1 Zoll. Einige Hersteller verwenden manchmal kleinere Rohre, aber die meisten Prozesskühler haben Rohre mit einem Außendurchmesser von 1,0", 1,25" oder 1,5". Die Mindestdicken der Rohrwand variieren je nach Material. In einigen Fällen bestimmen der Bemessungs-Druck und die Bemessungstemperatur des Wärmetauschers die Mindestdicke.
Die Lamellen sind fast immer aus Aluminium. Die häufigste Art von Flosse ist die spiralförmig umwickelte, L-Fuß-Typ. Diese werden verwendet, wenn die Prozesstemperaturen unter etwa 350 Grad liegen. F. die API-Spezifikation fordert Zinkdruckguss-Bänder an den Enden der Rohre, um das Entwickeln der Lamellen zu verhindern. Einige der besseren Hersteller verwenden auch Zinkdruckguss-Bänder an den Rohrstützen. Für höhere Prozesstemperaturen bevorzugen die meisten Kunden entweder eingebettete oder extrudierte Lamellen. Die integrierten Lamellen haben die höchsten Temperaturwerte. Sie werden durch einen Prozess, der eine spiralförmige Nut in der OD des Rohres schneidet, wickelt die Flosse in die Nut, dann rollt das aufgerollte Metall aus dem Rohr zurück gegen die Flosse, um es in Position zu sperren. Die Rohrwand muss durch die Nut dicker sein, mit eingelassenen Lamellen.
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