XPS Aufbau und Funktion

Aufbau und Funktionsweise von Plate & Shell Wärmeübertragern

XPS – Wärmeübertrager bestehen aus zwei voneinander unabhängigen Druckräumen:
  • plattenseitig aus einem Paket profilierter Platten, die wechselweise am Umfang oder an den Öffnungen in der Platte miteinander verschweißt sind.
  • mantelseitig aus einem zylindrischen Mantel der vollverschweißt, einseitig oder beidseitig öffenbar ausgeführt werden kann.
XPS heat exchanger

Die Zwischenräume zwischen den Platten bilden parallele Strömungskanäle die wechselweise von einem primären und sekundären Medium durchströmt werden. Mantel-seitig eingebrachte Fließrichtungsgeber verhindern eine Bypass – Strömung zwischen Mantel- und Plattenpaket. Die Fließrichtung kann im Gegenstrom, Gleichstrom oder Kreuzstrom erfolgen. Die Übertragung der Wärme erfolgt über die Wände der Plattenkanäle. Wenn ein Medium ganz oder teilweise verdampft oder kondensiert, spricht man von einer Zwei- oder Mehrphasenanwendung.

Gegenstrom, die häufigste Form der Strömungsführung.
Kreuzstrom, bei unterschiedlichen Strömungswiderständen.
Gleichstrom, für maximale Temperaturdifferenzen am Eintritt

Mittels Umlenkungen können die Medien sowohl auf der Platten- als auch der Mantelseite in mehreren Pässen durch den Apparat geführt und so die thermische Länge erhöht werden.

Beidseitiger Ein- und Austritt bei großen Volumenströmen auf der Plattenseite
Plattenseitige Umlenkung bei stark unterschiedlichen Volumenströmen
Mantel- und plattenseitige Umlenkung zur Vergrößerung der thermischen Länge

In fünf Baugrößen werden Wärmeübertragerplatten mit unterschiedlichen Prägemustern, d. h. unterschiedlichen Prägewinkeln und Prägetiefen eingesetzt.

H-Platten erlauben hohe Wärmeübertragungsraten bedingt durch eine hochturbulente Strömung. L-Platten werden in Anwendungen eingesetzt, die nach dem Druckverlust optimiert werden. In Gas-/Gas-Anwendungen oder bei verunreinigten Medien werden Platten mit größerem Kanalquerschnitt (G-Platten) eingesetzt.

Konstruktionsdaten

  • Betriebsdrücke:-1 bis 400 bar
  • Betriebstemperaturen:-200 bis +500 °C
  • Plattenmaterial:1.4404, Titan- und Nickelbasislegierungen
  • Material mantelseitig: Bau- und Edelstähle, Titan- und Nickelbasislegierungen
  • Anschlußnennweiten: DN 20 bis DN 1000

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XPT Aufbau und Funktion

Aufbau und Funktionsweise

Das kissenförmige Design der Thermo-Platten ermöglicht eine optimierte Strömung mit ausreichender Turbulenz, woraus sehr gute Bedingungen für eine effiziente Wärmeübertragung bei gleichzeitig minimiertem Druckverlust resultieren.

XPT – Wärmeübertrager bestehen aus einer Anordnung von jeweils zwei vollständig miteinander verschweißter Bleche. Die Bleche sind außerdem über der gesamten Wärmeübertragungsfläche durch Punktschweißungen verbunden. Position, Anzahl und Muster der Punktschweißungen bestimmen den maximal möglichen Betriebsdruck und die Art der Strömung. Die verschweißten Bleche werden bis zum Erreichen der gewünschten Kanalquerschnitte auseinandergedrückt. Der sich so ergebende Medienraum wird „lamellar side“ genannt. Durch den Kanalquerschnitt werden sowohl die Wärmeübertragung als auch der Druckverlust beeinflusst.

Muster Punktschweißung
Flexibler Abstand zwischen den Thermoblechpaaren

Der Abstand zwischen den einzelnen Thermoblech-Paaren ist in Abhängigkeit des um die Platten geführten Mediums frei wählbar. Für bestimmte Anwendungen werden zusätzliche Schweißnähte eingebracht, um die Verteilung der Strömung zu optimieren. Mit dem Einbringen derartiger Strömungskanäle verändern sich auch die Strömungsgeschwindigkeiten und Wärmeübergangszahlen.

Thermo Plates in gebogener Bauform
Mehrzügiges Design der Thermoplates“

Durch das kissenförmige Design werden in der Strömung Turbulenzen verursacht und eine selbsttragende Konstruktion geschaffen. Von einzelnen Thermo Plates werden keine Kräfte auf die nächste Platte übertragen, welche ansonsten durch das Gehäuse aufgenommen werden müssten.

XPT – Wärmeübertrager lassen sich in jeder Größe und Form herstellen und so gut in vorhandene Kolonnen oder Behälter einpassen. Außerdem lassen sich Thermo Plates mit Hochdruckreinigern oder CIP-Systemen gut reinigen und sind so für den Einsatz in kontaminierten Gasen oder Flüssigkeiten geeignet.

Die vollverschweißten Thermoplate-Wärmeübertrager werden individuell für jedes Projekt entsprechend der techni-schen und kaufmännischen Vorgaben optimiert, z.B. für Heiz- und Kühlaufgaben, als Kondensatoren oder auch Fallfilmverdampfer. XPT-Wärmeübertrager eignen sich auch für Anwendungen mit kontaminierten Gasen oder Flüssigkeiten.

Applikationen von Plattenwärmeübertragern

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Service und Ersatzteile

Service & Ersatzteile für Plattenwärmeübertrager

Wärmeübertrager sind in der Regel für eine Lebensdauer von 20 oder 25 Jahren konzipiert. Tatsächlich sind sie oft sehr viel länger im Einsatz. Plattenwärmeübertrager mit vollverschweißten Plattenpaketen und Thermoplates sind naturgemäß dichtungsfrei. Damit entfällt der kostenintensive Ersatz von Dichtungen der bei Plate & Frame – Wärmeübertragern schon durch die Alterung der elastomeren Werkstoffe regelmäßig nach einigen Jahren erforderlich wird, und die Lebenszykluskosten nach oben treibt. „Wo keine Dichtungen sind, können auch keine Leckagen auftreten“.

Ersatzpakete für öffenbare Apparate

GESMEX liefert Plattenpakete zum einfachen Austausch in öffenbaren Apparaten. Auf diese Weise können Stillstandszeiten reduziert und Servicearbeiten an dem Plattenpaket können parallel zum laufenden Produktionsbetrieb durchgeführt werden.

Experten vor Ort

GESMEX ist mit Ingenieuren und erfahrenen Servicetechnikern vor Ort, wenn es um Beratung und Beaufsichtigung von Installationsarbeiten, Inbetriebnahmen oder Umbaumaßnahmen geht. Mit Inspektionen und Bestandsaufnahmen in bestehenden Anlagen unterstützen wir, wenn Optimierungspotentiale ermittelt oder Modernisierungsmaßnahmen geplant werden sollen.

Zustandsbestimmung von Wärmeübertragern

Betriebsdatenanalyse

Betriebsparameter wie Temperaturen, Durchsatzraten und Druckverluste sollten über längere Zeiträume beobachtet werden um Erkenntnisse für den optimalen Service-zeitpunkt und geeignete Servicemaßnahmen zu gewinnen. Durch Nachrechnung mit der Dimensionierungssoftware GSX-Calc sind dann Einschätzungen zum Betriebsverhalten des GESMEX Wärmeübertragers möglich.

Videoskopie an Wärmeübertragern

Bei videoskopischen Untersuchungen geht es um die Überprüfung und Beurteilung der Wärmeübertragungsflächen. Abhängig vom Zustand der Oberflächen können Reinigungsmaßnahmen festgelegt oder im Nachhinein der Erfolg von Reinigungsmaßnahmen überprüft werden. Wärmeübertrager müssen für videoskopische Untersuchungen entleert sein und über die Stutzen muss ein Zugang zum Apparateinneren möglich sein. Die Untersuchungen können in der Anlage oder in einer Apparatewerkstatt stattfinden.

Infrarot-Untersuchungen

Durch Infrarotmessungen an Wärmeübertragern kann die Temperaturverteilung im Apparat ermittelt werden. Bei ausreichend großen Temperaturdifferenzen sind auch Temperaturprofile in den durch den Apparat strömenden heißen oder kalten Medien darstellbar. Die Messungen müssen im laufenden Anlagenbetrieb und bei definierten Betriebszuständen erfolgen. Im Ergebnis werden Aussagen zum Betriebsverhalten des Apparates und Schlussfolgerungen für einen optimalen Anlagenbetrieb möglich.

Reinigung von Wärmeübertragern

Reinigungsarbeiten an GESMEX – Wärmeübertragern werden in der Regel vom Instandhaltungspersonal des Betreibers oder von Servicefirmen vor Ort durchgeführt. GESMEX steht mit Hinweisen zu Reinigungsmitteln und zur optimalen Reinigungsmethode beratend zur Verfügung.

Bei der Reinigung von Plattenwärmeübertragern sollen vor allem Foulingschichten von Wärmeübertragerflächen beseitigt werden, also von Ablagerungen, die während des Betriebes entstehen und die Wärmeübertragung behindern. Im Anlagenbetrieb teilweise auch überlagernd vorkommende Foulingarten sind:

  • Kristallisationsfouling
  • Partikelfouling (auch Sedimentationsfouling)
  • Korrosionsfouling
  • Biofouling

Bei verschweißten Plattenwärmeübertragern stehen grundsätzlich zwei Reinigungsmöglichkeiten zur Verfügung:

  • mechanische Reinigung
  • chemische Reinigung

Mechanische Reinigung

Abhängig von der Bauform und der Installation des Plate & Shell Wärmeübertragers lässt sich die mechanische Reinigung unterscheiden in:

  • Umkehr der Strömungsrichtung
  • Hochdruckreinigung (nur für öffenbare Apparate)

Eine Umkehr der Strömungsrichtung soll das Aufwirbeln lockerer Ablagerungen bewirken, die dann mit der Strömung aus dem Apparat geführt werden. Diese Methode setzt voraus, dass sich das installierte Rohrleitungssystem auf eine Umkehr der Strömungsrichtung umstellen lässt.

Die Hochdruckreinigung ist nur für Plattenpakete in öffenbaren Apparaten anwendbar. Hierbei werden die demontierten Plattenpakete mittels eines Dampf- oder Hochdruck –Wasserstrahles gereinigt (800 bis 1000 bar). Bei Reinigung mit Wasser soll das Wasser auf 50 bis 60°C vorgewärmt werden. Das Reinigungsmedium wird direkt in die Strömungskanäle eingestrahlt. Ein direktes Abstrahlen der Wärmeübertragerflächen ist bei vollverschweißten Plattenpaketen nicht möglich. Auf der Rückseite muss ein freies Ablaufen des Reinigungsmediums möglich sein. Nach der Reinigung soll das Reinigungsmedium umweltgerecht entsorgt werden.

Chemische Reinigung

Abhängig von der Bauform des Plate & Shell Wärmeübertragers lässt sich die chemische Reinigung unterscheiden in:

  • CIP-Umlaufreinigung (für öffenbare und vollverschweißte Apparate)
  • Tauchbadreinigung (nur für öffenbare Apparate)

Die CIP-Reinigung (Cleaning In Place) setzt ein fest installiertes oder mobiles CIP-Reinigungssystem voraus. Bei der Reinigung wird der entsprechende Druckraum zunächst mit warmem Wasser gespült. Danach wird eine Reinigungslösung für mehrere Stunden entgegen der Strömungsrichtung im Normalbetrieb umgepumpt. GESMEX empfiehlt, Industriereiniger von spezialisierten Herstellern zu verwenden, die zur Beseitigung bestimmter Ablagerung zugeschnitten und vorkonditioniert sind. Um eine Beschädigung medienberührter Bauteile zu vermeiden, dürfen Säuren und Laugen nicht in konzentrierter Form sondern nur in Lösungen eingesetzt werden:

  • Zitronensäure 7% (citric acid)
  • Salpetersäure 2% (nitric acid)
  • Phosphorsäure 5% (phosphoric acid)
  • schweflige Säure 5% (sulphuric acid)
  • Natronlauge 5% (caustic soda).

Die Tauchbadreinigung ist nur für Plattenpakete aus öffenbaren Apparaten anwendbar. Hierbei wird das demontierte Plattenpaket für eine mehrstündige Einwirkzeit in ein Bad mit Reinigungschemikalien getaucht. Für das Ansetzen der Reinigungslösung sind die Hinweise der Hersteller von Reinigungschemikalien zu beachten. Um Beschädigungen an Bauteilen zu vermeiden gelten maximale Konzentrationsgrenzen wie bei der CIP-Reinigung. Das Reinigungsmedium ist nach dem Gebrauch umweltgerecht zu entsorgen.

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Module

Module und Systeme

GESMEX liefert Module oder Teilanlagen in solchen Fällen, in denen GESMEX Plattenwärmeübertrager die Hauptkomponenten darstellen. Das ermöglicht eine präzise Werkstattfertigung, verkürzt Montagezeiten und spart Installationsaufwand vor Ort. Module für prozesstechnische Anlagen werden für den individuellen Anwendungsfall konstruiert und hergestellt.

Verschaltung von mehreren Apparaten in Serien- oder Reihenschaltung

Die Aufteilung einer wärmetechnischen Aufgabe erlaubt eine Optimierung bezüglich der thermodynamischen Eigenschaften und eine flexible Anpassung der Anlage bei geänderten Aufgabenstellungen.

Im Bild: Reihenschaltung von acht Plate & Shell Wärmeübertragern Typ XPS 50

Wärmeübergebestationen

Auf Grundrahmen anschlussfertig verrohrt und verdrahtet, inklusive Steuer- und Regeleinrichtungen. Die Systeme sind vordimensioniert und bestehen aus Standardbausätzen zur Reduzierung des Engineeringaufwandes und für kurze Lieferzeiten.

Im Bild: dampfbeheizte Wärmeübergabestation, mit Plate & Shell Wärmeübertrager XPS 50, dampfseitig geregelt, mit Pumpkondensatableiter zur Kondensatrückförderung

siehe auch Fernwärme unter Anwendungen

Vorgefertigte Module

Zusammenfassung mehrerer Wärmeübertrager aus verschiedenen gleichartigen Produktionssträngen in einem Modul. Die Systeme werden den Anforderungen der Produktionsprozesse entsprechend individuell dimensioniert, konstruiert und hergestellt.

Im Bild: Parallelschaltung von acht Dampferzeugern Typ XPS 50 integriert in ein Modul mit einem gemeinsamen Dampfsammelgefäß

siehe auch Wärmerückgewinnung unter Anwendungen

Teilanlagen

Modularer Aufbau größerer Funktionseinheiten zu einer Anlage, inklusive Stahlbau, Steuer- und Regel- und Sicherheitseinrichtungen. Der modulare Aufbau ermöglicht die Vormontage in der Werkstatt, die Demontage und modulweisen Transport auf die Baustelle.

Im Bild: Anlage zur Gasvorwärmung mit einem GESMEX Plate & Shell Dampfheizer auf dem Top Level, Kondensatsammler auf dem mittleren, und Armaturenstation auf dem unteren Level. GESMEX hat in diesem Projekt das Anlagenengineering, alle wärmetechnischen Behälter inklusive Verrohrung und den Stahlbau inklusive Engineering geliefert.

siehe auch Erdgasförderung unter Anwendungen

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XPT Thermoplate Wärmeübertrager

Thermoplate Wärmeübertrager Typ XPT

Thermoplate oder Pillow Plate Wärmeübertrager bestechen durch ihre Flexibilität und Anpassungsfähigkeit sowohl an die Prozessbedingungen als auch an die Formen und Größe von Behältern, Gehäusen oder Strömungskanälen. Die Einsatzgrenzen reichen von Vakuum bis 60 bar und von -200 bis 800 °C.

  • Länge und Breite frei wählbar innerhalb der Maximal-maße 2 x 12 m
  • flache und gerundete Platten, in rechteckigen oder anderen Konturen
  • direkter An- oder Einbau in prozesstechnische Apparate ist möglich
  • barrierefreie Strömungskanäle, Plattenabstände beliebig einstellbar
  • niedrige Druckverluste auch bei großen Volumenströmen
  • Wartungsarm und hohe Ausfallsicherheit durch dichtungsfreie Bauweise
  • gute Reinigungsmöglichkeiten für Anwendungen mit hohen Hygienestandards oder mit starken Schmutzablagerungen
  • gute Korrosionsbeständigkeit durch eine große Auswahl an metallischen Werkstoffen

Bauformen und Typen

XPT - Plate

Einzelne Platten stellen die Grundform von Thermoplate – Wärmeübertragern dar und bestehen aus zwei gleich starken Blechen in 0,8 bis 2,0 mm Stärke oder aus einem dünnen und einem dickeren Blech mit mindestens 3,0 mm Materialstärke. Die Bleche sind auf der Fläche punktverschweißt und an den Rändern verschweißt. Die Platten werden bis zur gewünschten Höhe des inneren Strömungskanals hydraulisch geweitet. Nach Bedarf können Stege zur Strömungsführung eingeschweißt werden.

siehe auch: Funktion von XPT Wärmeübertragern

XPT - Prozess Therm

Der Prozess Therm ist ein Wärmerückgewinnungssystem, welches die Nachnutzung aus Abluft ermöglicht und so zu einem niedrigeren Energieverbrauch führt. Der Prozess Therm wird im Abluftkanal installiert. Mit seinem voll integrierten CIP-System ist er auch für mit Staub beladene Luft geeignet. Die rückgewonnene Energie wird einem Vorwärmer zugeführt, z.B. zur Vorwärmung nachströmender Luft. Die kompakte Bauform mit 150 bis 200 m2 pro Kubikmeter Apparatevolumen erlaubt die Integration des Process Therms in praktisch alle bestehenden Anlagen. Alles in allem erlaubt der Prozess Therm kurze Amortisationszeiten und eine signifikante CO2-Reduktion.

Produktvorteile
  • wartungsfrei in staubbeladener Luft
  • Reinigung im laufenden Produktionsbetrieb
  • lieferbar mit integriertem CIP-System
  • einsetzbar für Vakuum bis 100 mbar
  • Wärmerückgewinnung bei konstanter Kondensation
  • die Verwendung hochlegierter Werkstoffe ist möglich

XPT – Therm-X

Der Therm-X ist ein selbstreinigender Wärmeübertrager, entwickelt für die Wärmerückgewinnung, Kühlung und Erwärmung faserhaltiger oder kontaminierter Prozess-flüssigkeiten. Er besteht aus zentrisch angeordneten Thermoblechen, die mittels integrierter Bürsten kontinuierlich gereinigt werden. Damit wird die Verschmutzung auf ein Minimum reduziert und die Wärmeübertragung optimiert. Die Bürsten verhindern die Ablagerung von Partikeln auf den Thermoblechen und erhöhen so die Lebensdauer des Produkts.

Produktvorteile

  • selbstreinigender Apparat mit einer einstellbaren Drehzahl
  • hocheffizient durch Bewegung der Bürsten, die Turbulenzen erzeugen
  • einfach zu inspizieren
  • verfügbar in verschiedenen Stahlqualitäten
  • hohe Variabilität bezüglich Behältervolumen und Anzahl der ringförmigen Heizflächen

XPT –TP HEX

TP HEX wird in allen Arten von kaltverformten Materialien gefertigt. Sein größter Vorteil ist die längliche Form mit entsprechenden Strömungen auf beiden Seiten, die einen sehr guten Effekt auf den thermischen Wirkungsgrad haben. Die engen Kanäle des TP HEX führen zu einem kleinen Durchmesser des Apparates, der in Verbindung mit der speziellen Form der Thermobleche die gewünschten Turbulenzen erzeugt. Die Wärmeübertragung im TP HEX ist besser als in gewöhnlichen Rohrbündelwärmeübertragern, in denen ein Teil des zulässigen Druckverlustes zur Umkehr der Strömungsrichtung verloren geht. Ein weiterer Vorteil ist der kleine Raum zwischen den Platten, was zu einem kompakten Design mit großer Übertragungsfläche in kleinem Bauvolumen führt. Das ist insbesondere in existierenden Anlagen mit begrenztem Raum von Vorteil.

Produktvorteile

  • geringer Wartungsaufwand durch selbstreinigende Oberfläche und dichtungsfreien Aufbau
  • bis zu 3-mal kleiner als Rohrbündelwärmeübertrager
  • effiziente Wärmeübertragung durch große Kontaktflächen
  • geringe Verschmutzungsneigung durch optimale Turbulenzen
  • CIP-System auf Anfrage möglich
  • auch in einer fixierten Anordnung verfügbar
  • höhere Druckfestigkeit als gedichtete Wärmeübertrager

XPT –COND

XPT-Kondensatoren werden in einer großen Bandbreite konstruiert und hergestellt, haben sich über viele Jahre bewährt und werden laufend optimiert. Sie sind für eine Vielzahl von Prozessen geeignet und für ihre Robustheit bekannt. Wir liefern Kondensatoren in Edelstahl und anderen hochlegierten Werkstoffen. Die Kondensatoren werden in erster Linie als Kopfkondensatoren in Destillationsanlagen und Abgaskondensatoren in Verbrennungsanlagen eingesetzt.

Produktvorteile

  • geringer Wartungsaufwand durch selbstreinigende Oberfläche und dichtungsfreien Aufbau
  • robustes Design
  • einfach zu reinigen
  • hoher Wirkungsgrad

XPT –Reaktor

XPT – Reaktoren kombinieren die Funktionen Wärmeübertragung und Reaktion des Produktes in einem Apparat. Über integrierte Heiz- oder Kühlflächen kann dem Produkt während der Reaktion Wärme zu- oder abgeführt werden. Die Abstände zwischen den Übertragungsflächen richten sich nach dem für die Reaktion optimalen Füllvolumen. Zwischen den Platten können Füllkörper und Einbauten vorgesehen werden, welche die Reaktion unterstützen. In Reaktoren mit Rühreinrichtungen werden Thermoplates als strömungsgebende Elemente zur Optimierung der Strömung im Behälter angeordnet. Auch die Behälterwand kann mit Heiz- oder Kühlflächen in Pillow Plate – Form versehen werden.

Produktvorteile

  • Wärmeübertragung und Reaktion in einem Apparat
  • modularer Aufbau
  • in unterschiedlichen Größen und Formen herstellbar
  • mit Einbauten zur Unterstützung der Reaktion
  • kombinierbar mit fest installierten CIP-Einrichtungen

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XPS

XPS – Plate & Shell Wärmeübertrager eignen sich hervorragend für die Wärmeübertragung zwischen Flüssigkeiten, Gasen oder für Verdampfungs- oder Kondensationsaufgaben. Die dichtungslose und zylindrische Bauform erlaubt Betriebsdrücke von Vakuum bis 400 bar und Temperaturen von -200 bis 450°C.

XPT

XPT – Thermoplate Wärmeübertrager sind besonders gut für den Einsatz in verschmutzen Medien und für minimale Druckversluste bei großen Volumenströmen geeignet. Die vollverschweißten Platten sind von Vakuum bis 60 bar und von -200 bis 800 °C einsetzbar.