Für eine Kupferhütte in Polen haben wir einen speziell ausgelegten Rohrbündelwärmeübertrager für den Einsatz in einer Anlage zur Herstellung von Nickel(II)-sulfat entwickelt und gefertigt. Das Gerät erwärmt ein Prozessmedium, das Schwefelsäure und Metallverbindungen enthält, wobei Wasserdampf als Heizmedium eingesetzt wird. Der Wärmeübertrager wurde als Ersatz für den bisher verwendeten Graphitwärmeübertrager konzipiert.
Eine neue Lösung für einen anspruchsvollen chemischen Prozess
Anlagen in der Hütten- und Chemieindustrie arbeiten häufig mit chemisch aggressiven Medien, erhöhten Temperaturen und wechselnden Prozessbedingungen. In solchen Anwendungen muss ein Wärmeübertrager nicht nur die erforderliche thermische Leistung gewährleisten, sondern auch Prozessstabilität, konstruktive Dichtheit und Betriebssicherheit sicherstellen.
In der beschriebenen Anlage dient das Gerät zur Erwärmung eines Prozessmediums, das Schwefelsäure und Metallverbindungen enthält. Die Wärmeenergie wird durch Wasserdampf bereitgestellt.
Das Projekt umfasste den gesamten Realisierungsprozess: von der Entwicklung des technischen Konzepts und der Werkstoffauswahl über Berechnungen und Fertigung bis hin zu Prüfungen, Lieferung und Bestätigung der Geräteleistung unter realen Betriebsbedingungen.
Technologische Herausforderung
Der Wärmeübertrager sollte in eine bestehende Anlage zur Herstellung von Nickel(II)-sulfat integriert werden. Das Gerät musste sowohl an die erforderlichen thermischen Parameter als auch an den verfügbaren Bauraum und die bestehende Anschlussanordnung angepasst werden.
Zu den wichtigsten Projektanforderungen gehörten:
- Betrieb mit einem sauren Prozessmedium, das Metallverbindungen enthält,
- stabile Erwärmung des Prozessmediums mit Wasserdampf,
- Einhaltung der erforderlichen Prozesstemperatur,
- Möglichkeit des Betriebs der Mantelseite unter vollständigem Vakuum,
- Anpassung des Wärmeübertragers an die bestehende Infrastruktur,
- Gewährleistung der Dichtheit und Betriebssicherheit,
- termingerechte Lieferung des Geräts, sodass die Montage während des geplanten Instandhaltungsstillstands des Werks erfolgen konnte.
Ein wichtiger Bestandteil des Projekts war außerdem die Bestätigung der tatsächlichen thermischen Leistung des Wärmeübertragers nach der Inbetriebnahme.
Individuell ausgelegter Rohrbündelwärmeübertrager
Hexonic entwickelte einen vertikalen Rohrbündelwärmeübertrager, dessen Rohr- und Mantelseite aus Edelstahl der Werkstoffgüte 1.4571 gefertigt wurden. Der Werkstoff wurde entsprechend den Parametern und Betriebsbedingungen dieser speziellen Prozessanlage ausgewählt.
Die Konstruktion des Geräts wurde angepasst an:
- die Eigenschaften des Prozessmediums,
- die erforderliche thermische Leistung,
- den verfügbaren Einbauraum,
- die vorhandenen Prozessanschlüsse,
- den Vakuumbetrieb auf der Mantelseite,
- die Anforderungen an Transport und Montage.
Der Lieferumfang von Hexonic umfasste die technische Auslegung, thermische und hydraulische Berechnungen, Festigkeitsberechnungen, Werkstoffauswahl, Erstellung der Fertigungsdokumentation, Produktion, Qualitätskontrolle, erforderliche Prüfungen sowie die Lieferung des vollständigen Geräts.
Technische Parameter des Wärmeübertragers
Gerätetyp: Vertikaler Rohrbündelwärmeübertrager
Wärmeübertragungsfläche: 76,5 m²
Werkstoff der Rohre: 1.4571
Werkstoff des Mantels: 1.4571
Maximal zulässige Temperatur: 180 °C
Maximal zulässiger Druck: 10 bar
Vakuumbedingungen auf der Mantelseite: Vollvakuum bis –1 bar(g)
Prozessmedium: Medium mit Schwefelsäure und Metallverbindungen
Heizmedium: Wasserdampf
Leergewicht: 5.360 kg
Betriebsgewicht im gefüllten Zustand: 9.078 kg
Realisierungsjahr: 2026
Kontrollierte Inbetriebnahme der Anlage
Die Inbetriebnahme begann mit dem Befüllen des Systems mit dem Prozessmedium und dem schrittweisen Aufheizen der Anlage. Anschließend wurde dem Wärmeübertrager Wasserdampf zugeführt.
In der ersten Phase wurde der Dampfmassenstrom auf etwa 3 Mg/h erhöht. Nachdem stabile Betriebsbedingungen erreicht worden waren, wurde der Durchfluss schrittweise auf etwa 6 Mg/h gesteigert. In diesem Zeitraum stieg die Temperatur des Prozessmediums von etwa 90 °C auf 120 °C.
Die Ergebnisse bestätigten, dass der Wärmeübertrager korrekt auf die zunehmende thermische Belastung reagierte und die erforderliche Prozesstemperatur erreichen konnte.
Prüfung der garantierten Leistungsparameter
Die eigentliche Prüfung der garantierten Leistungsparameter wurde über einen Zeitraum von 24 Stunden kontinuierlich durchgeführt. Während der Prüfung wurde der Dampfmassenstrom auf etwa 6 Mg/h gehalten.
Die Temperatur des Prozessmediums hinter dem Wärmeübertrager blieb stabil und lag zwischen 118 °C und 119,8 °C. Der erforderliche Prozesstemperaturbereich betrug 116 °C bis 124 °C.
Prüfergebnisse
Kontinuierliche Betriebsdauer: 24 Stunden
Dampfmassenstrom: etwa 6 Mg/h
Austrittstemperatur des Prozessmediums: 118–119,8 °C
Erforderlicher Temperaturbereich: 116–124 °C
Prüfergebnis: positiv
Projektergebnis
Die Prüfung bestätigte, dass der Wärmeübertrager:
- die Anforderungen an die thermische Leistung erfüllt,
- eine stabile Prozesstemperatur gewährleistet,
- bei dem erforderlichen Dampfmassenstrom kontinuierlich betrieben werden kann,
- über eine ausreichende thermische Leistungsreserve verfügt,
- ordnungsgemäß mit der bestehenden Prozessanlage zusammenarbeitet,
- die vom Kunden festgelegten Prozessparameter erfüllt.
Das positive Prüfergebnis bestätigte, dass der individuell ausgelegte Rohrbündelwärmeübertrager die zuvor in dieser Anlage eingesetzte Lösung wirksam ersetzen kann.
Wärmeübertrager für aggressive Prozessmedien
Die Auswahl eines Wärmeübertragers für ein schwefelsäurehaltiges Medium erfordert stets eine individuelle Analyse der chemischen Zusammensetzung, Konzentration, Temperatur, des Drucks, des Durchflusses sowie des Vorhandenseins zusätzlicher Verbindungen oder Schwebstoffe.
Hexonic entwickelt industrielle Wärmeübertrager, die an die spezifischen Betriebsbedingungen der jeweiligen Anlage angepasst sind. Der Realisierungsprozess kann die Anwendungsanalyse, thermische und mechanische Berechnungen, Werkstoffauswahl, Erstellung der technischen Dokumentation, Fertigung, Prüfungen sowie die Bestätigung der Leistungsparameter während der Inbetriebnahme umfassen.
Welcher Wärmeübertrager kann für ein schwefelsäurehaltiges Medium eingesetzt werden?
Der Typ des Wärmeübertragers und der Konstruktionswerkstoff müssen anhand der Säurekonzentration, Temperatur, des Drucks, des Durchflusses sowie des Vorhandenseins weiterer chemischer Verbindungen ausgewählt werden. In der beschriebenen Anlage wurde ein individuell ausgelegter Rohrbündelwärmeübertrager aus Edelstahl der Werkstoffgüte 1.4571 eingesetzt.
Welches Heizmedium wurde im Wärmeübertrager verwendet?
Als Heizmedium wird Wasserdampf eingesetzt. Während der Prüfung der garantierten Leistungsparameter betrug der Dampfmassenstrom etwa 6 Mg/h.
Kann der Wärmeübertrager unter Vakuumbedingungen betrieben werden?
Ja. Die Mantelseite des Wärmeübertragers wurde für den Betrieb unter Vollvakuum bis −1 bar(g) ausgelegt.
Wie wurde die thermische Leistung des Geräts bestätigt?
Die thermische Leistung wurde während eines kontinuierlichen 24-Stunden-Tests unter realen Produktionsbedingungen bestätigt. Die Temperatur des Prozessmediums hinter dem Wärmeübertrager blieb innerhalb des erforderlichen Betriebsbereichs.
Kann ein Rohrbündelwärmeübertrager einen Graphitwärmeübertrager ersetzen?
In der beschriebenen Anwendung wurde der Rohrbündelwärmeübertrager als Ersatz für den zuvor betriebenen Graphitwärmeübertrager ausgelegt. Jede derartige Modernisierung erfordert jedoch eine individuelle Analyse der Prozessbedingungen und der Werkstoffbeständigkeit.
Benötigen Sie einen Wärmeübertrager für einen anspruchsvollen Prozess?
Senden Sie uns Informationen zum Medium, zu den Temperaturen, Durchflussmengen, zum Druck und zu den Einbaubedingungen. Auf Grundlage dieser Daten entwickeln wir eine Lösung, die auf die technologischen Anforderungen und die bestehende Anlage abgestimmt ist.
