Steigerung der Energieeffizienz durch Drallrohre
Wärmeübertrager sind energietechnische Komponenten, welche in großer Anzahl in verschiedensten Anwendungen zum Einsatz kommen. So entfallen bei Raffinerien in Europa etwa 30 % der
Investitionskosten auf Wärmeübertrager. Die weltweiten politischen Ereignisse haben einmal mehr die Rohstoffabhängigkeiten aufgezeigt. Drallrohre, bzw. oberflächenstrukturierte Rohre haben das
Potenzial, Rohrbündelwärmeübertrager um bis 30 % zu kürzen, wodurch weniger Vormaterial erforderlich ist.
In den letzten Monaten, bzw. Jahren hat die deutsche Industrie eine regelrechte Achterbahnfahrt der Energiekosten miterleben müssen. Das hat auch in thermischen Prozessen zum Umdenken geführt, hin in Richtung Wärmeintegration und Steigerung der Energieeffizienz von Wärmeübertragern. So werden beispielsweise bei Abgaswärmeübertragern im Sinne der Wärmeintegration die im heißen Abgas enthaltene thermische Energie auf ein flüssiges Medium (z. B. Wasser, Thermalöl etc.) übertragen, sodass das Wärmepotenzial an einer anderen energetischen Stelle eines Prozesses genutzt werden kann. Der Wärmeübergangskoffizient auf der Gasseite ist typischerweise etwa 100-mal kleiner als auf der Flüssigkeitsseite. Um diesen Nachteil auszugleichen, hat man längere Glattrohre bzw. mehrere Rohrbündelwärmeübertrager hintereinandergeschaltet. In Angesicht der heutzutage zum Teil drastisch gestiegenen Rohstoffpreise ist der Wärmeübertrag zu optimieren. Durch die Strukturierung der Oberfläche von Glattrohren wird der Wärmeübergangskoeffizient im Rohr positiv beeinflusst. Wirtschaftlich haben sich zwei Strukturvarianten bewährt: einfach- bzw. kreuzgedrallte Rohre und Dimplerohre.
Nahaufnahme eines Kreuzdrallrohres mit gleichbleibend symmetrischer Oberflächenstruktur
Welche Strukturvariante mit festzulegenden Parametern wie Einprägetiefe, Drallabstand und Steigungswinkel geeignet ist, ist vom Anwendungsfall des Wärmeübertragers abhängig. Tendenziell werden
Dimplerohre bei geringen und Drallrohre bei höheren Reynoldszahlen verwendet. Hinzu ist bei der Auslegung die Nußelt-Zahl in Abhängigkeit des erhöhten Widerstandsbeiwertes zu betrachten.
Beispielsweise verbessert sich die Nußelt-Zahl für ein Edelstahlrohr mit einem Durchmesser von 25 mm bei einer Reynoldszahl von etwa 15.000 im Vergleich zum entsprechenden Glattrohr um 77 % mit
einer Dralltiefe von 0,84 mm. Der Druckverlust nimmt im Vergleich zum Glattrohr um etwa 400 % zu. Das Ziel ist die höchste Wärmestromdichte an der Rohrvertiefung zu erhalten. Die stehenden Wirbel
hinter der Vertiefung führen zu reduzierten Foulingraten, wodurch geringere Instandhaltungskosten anfallen.
Bisher waren die Kosten für die Dralldienstleistung zu hoch, sodass die Drallkosten in etwa denen der Werkstoffeinsparungen entsprachen. In Zusammenarbeit mit der Universität Paderborn hat die
Firma 2beC GmbH ein neuartiges, automatisiertes Verfahren zur großtechnischen Herstellung von strukturierten Rohren entwickelt. Dadurch werden Drallrohre in jeglichen Variationen bei
gleichbleibender hoher Qualität deutlich kostengünstiger hergestellt.
Ein weiteres Segment, indem Drallrohre zum Einsatz kommen, sind Sicherheitswärmeübertrager.
Exemplarische Darstellung von Sicherheitswärmeübertrager-Rohren mit unterschiedlichsten Drallgeometrien
Dabei handelt es sich um ein Rohr in Rohr System, das ein Stofftransport von einem System in das andere durch beispielsweise Korrosion frühzeitig unterbindet. Hier bestehen vielfältige
Möglichkeiten hinsichtlich der Ausführung, welche den jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann.
Kontakt
Christoph Watzal
2beC GmbH
christoph.watzal@2bec.de
www.2bec.de