Rohrbündelwärmetauscher sind die Arbeitspferde der industriellen Prozesswärme- und -kühlung. Sie kommen in Ölraffinerien, Chemieanlagen, Kraftwerken, pharmazeutischen Betrieben und fast allen anderen Bereichen der Schwerindustrie zum Einsatz und sind nach wie vor der weltweit am häufigsten verwendete Wärmetauschertyp – obwohl sie zu den ältesten Konstruktionen im Ingenieurwesen gehören.
Dieser Leitfaden erläutert die Funktionsweise von Rohrbündelwärmetauschern, die wichtigsten Konstruktionsvarianten, Auswahlkriterien und wie sie im Vergleich zu Plattenwärmetauschern abschneiden.
So funktionieren Rohrbündelwärmetauscher
Ein Rohrbündelwärmetauscher besteht aus einem Bündel paralleler Rohre, die von einem zylindrischen Außenmantel umschlossen sind. Ein Fluid – das rohrseitige Fluid – strömt durch das Innere der Rohre. Ein zweites Fluid – das mantelseitige Fluid – strömt außerhalb der Rohre innerhalb des Mantels. Die Rohrwand bildet die Wärmeübertragungsfläche zwischen den beiden Fluiden.
Leitbleche im Mantel leiten die mantelseitige Flüssigkeit in einer Reihe von Durchläufen über das Rohrbündel und erhöhen so die Turbulenz und die Wärmeübertragungseffizienz. Die Anzahl der Rohrdurchläufe – also wie oft die rohrseitige Flüssigkeit die Länge des Wärmetauschers durchläuft – kann variiert werden, um die thermische Leistung für den jeweiligen Einsatzzweck zu optimieren.
Hauptkonstruktionstypen
Feste Rohrboden
Die gängigste und wirtschaftlichste Bauweise. Die Rohrböden an beiden Enden sind fest mit den Rohren und dem Mantel verschweißt. Diese Bauweise eignet sich am besten für Anwendungen, bei denen der Temperaturunterschied zwischen Mantel- und Rohrflüssigkeit moderat ist, wodurch thermische Ausdehnungsspannungen begrenzt werden. Kann für die mechanische Reinigung der Mantelseite nicht zerlegt werden.
U-Rohr
Die Rohre sind U-förmig gebogen und an einem einzigen Rohrboden befestigt. Das U-Rohrbündel kann zur Inspektion und Reinigung aus dem Mantel entnommen werden, wodurch sich diese Bauweise für Anwendungen eignet, bei denen es auf der Rohrseite zu Verschmutzungen kommen kann. Weit verbreitet in Anwendungen der Dampfheizung, Prozesswärme und Stromerzeugung.
Schwimmender Kopf
Eine Rohrbodenplatte ist fest montiert, die andere „schwimmt“ – sie kann sich axial frei bewegen, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen zwischen Mantel und Rohrbündel auszugleichen. Diese Bauweise bewältigt große Temperaturunterschiede und ermöglicht das vollständige Herausnehmen des Rohrbündels zur Inspektion und Reinigung auf beiden Seiten. Bevorzugt für kritische Prozessanwendungen und hohe Temperaturunterschiede.
Wichtige Vorteile von Rohrbündelwärmetauschern
- Hohe Druck- und Temperaturbeständigkeit – Standardausführungen halten Drücken bis zu 300 bar und Temperaturen über 400 °C stand
- Robust und bewährt – jahrzehntelange Konstruktionsnormen (TEMA, ASME, PED) bieten einen gut etablierten technischen Rahmen
- Große Materialauswahl – Rohre und Mantel können aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Titan, Hastelloy, Duplex und anderen Legierungen für anspruchsvolle Anforderungen an die Medienverträglichkeit spezifiziert werden
- Hohe Kapazitäten – können für sehr hohe Durchflussraten und Wärmeleistungen ausgelegt werden, die über die Möglichkeiten von Plattenwärmetauschern hinausgehen
- Geeignet für Zweiphasenströmungen – geeignet für Dampfkondensatoren, Reboiler und Verdampfer in Prozessanwendungen
- Einfache Wartung – U-Rohr- und Schwimmkopfkonstruktionen ermöglichen die vollständige Demontage des Rohrbündels
Einschränkungen
- Größerer Platzbedarf als Plattenwärmetauscher bei gleicher Leistung
- Geringerer thermischer Wirkungsgrad pro Volumeneinheit – Mehrfachdurchläufe und Leitbleche verbessern dies, können jedoch nicht mit der Geometrie gewellter Platten mithalten
- Höhere Anschaffungskosten bei kleinen bis mittleren Durchsätzen im Vergleich zu gelöteten oder mit Dichtungen versehenen Plattenwärmetauschern
- Konstruktionen mit festem Rohrboden können auf der Mantelseite nicht mechanisch gereinigt werden
Anwendungen
Rohrbündelwärmetauscher sind die Standardwahl für:
- Ölraffinerien – Rohölvorwärmstränge, Produktkühler, Überkopfkondensatoren
- Chemische und petrochemische Verarbeitung – Reaktor-Zufuhr-/Abflusswärmetauscher, Lösungsmittelrückgewinnung, Produktbeheizung und -kühlung
- Stromerzeugung – Speisewassererwärmer, Kondensatorkühlung, Schmierölkühler
- Pharmazeutische Industrie – Erwärmung und Kühlung von Prozessflüssigkeiten, WFI-Systeme (Wasser für Injektionszwecke)
- Schifffahrt und Offshore — Meerwasserkühlung, Schmierölkühler, HLK
- Industrielle Gasaufbereitung – Gaskühlung, Kondensatabscheidung
Rohrohr- vs. Plattenwärmetauscher: Wann ist welcher zu wählen?
| Kriterium | Rohrbündel | Plattenwärmetauscher |
| Betriebsdruck | Bis zu 300 bar | Bis zu 45 bar (140 bar bei CO2-Plattenwärmetauschern) |
| Betriebstemperatur | Bis zu 400 °C | Bis zu 225 °C (BPHEs) |
| Kompakte Bauweise | Geringere Priorität | Hohe Priorität |
| Mechanische Reinigung auf der Mantelseite | U-Rohr- und Schwimmkopfkonstruktionen | Nur mit Dichtungen versehene Platten und Rahmen |
| Erweiterbare Kapazität | Nein – erfordert eine neue Einheit | Ja – Platten hinzufügen (mit Dichtungen) |
| Korrosive oder exotische Flüssigkeiten | Große Auswahl an Legierungen verfügbar | Beschränkt auf verfügbare Plattenlegierungen |
| Typische Branchen | Öl, Gas, Chemie, Energie | HLK, Lebensmittel, Pharma, Kältetechnik |
Entdecken Sie die industriellen und maßgeschneiderten Rohrbündelwärmetauscher von HEXONIC – entwickelt für anspruchsvolle Prozessanwendungen.
Kontaktieren Sie unser Team für ein individuelles Angebot.
Frequently Asked Question
What is TEMA and why does it matter for shell and tube heat exchangers?
TEMA (Tubular Exchanger Manufacturers Association) is the primary design and manufacturing standard for shell and tube heat exchangers. TEMA defines three classes — R (refinery), C (commercial), and B (chemical) — each with progressively less stringent construction requirements. Specifying the correct TEMA class is important for ensuring the exchanger meets the pressure, temperature, and service life requirements of the application.
What is the difference between TEMA R, C, and B classification?
TEMA R is the most stringent classification, specified for the demanding conditions of petroleum refinery service. TEMA C is intended for general commercial and process applications. TEMA B applies to chemical process service. The classes differ in wall thickness, nozzle reinforcement, baffle design, and other construction details.
Can HEXONIC supply custom shell and tube heat exchangers?
Yes. HEXONIC engineers and manufactures custom shell and tube heat exchangers for a wide range of industrial and process applications. Contact the HEXONIC engineering team with your process data sheet (duty specification) for a custom proposal.
