Fouling-Faktoren in Wärmetauschern

Die bei der Konstruktion von Wärmetauschern zu verwendenden Verschmutzungsfaktoren werden normalerweise vom Kunden auf der Grundlage seiner Erfahrungen beim Betrieb der Anlage oder des Prozesses festgelegt. Bei unkontrollierter Verschmutzung können die Vorteile einer sorgfältigen Konstruktion des Wärmetauschers zunichte gemacht werden. Der Verschmutzungsfaktor stellt den theoretischen Widerstand gegen den Wärmestrom dar, der durch den Aufbau einer Schmutzschicht oder einer anderen verunreinigenden Substanz auf den Rohroberflächen des Wärmetauschers entsteht. Der Endverbraucher überschätzt diese Werte jedoch häufig, um die Häufigkeit der Reinigung zu minimieren. Wenn der falsche Verschmutzungsfaktor verwendet wird, kann die Reinigung in der Tat häufiger erforderlich sein.

Die Verschmutzungsmechanismen variieren je nach Anwendung, lassen sich aber grob in vier gängige und leicht zu identifizierende Arten einteilen.

Häufige Arten von Bewuchs

• Chemisches Fouling: Wenn chemische Veränderungen in der Flüssigkeit dazu führen, dass sich eine Fouling-Schicht auf der Rohroberfläche ablagert. Ein gängiges Beispiel für dieses Phänomen ist die Verkalkung eines Wasserkochers oder Boilers, die durch die Ablagerung von „Härtesalzen“ auf den Heizelementen verursacht wird, da die Löslichkeit der Salze mit steigender Temperatur abnimmt. Dies liegt außerhalb der Kontrolle des Konstrukteurs des Wärmetauschers, kann aber durch eine sorgfältige Kontrolle der Rohrwandtemperatur in Kontakt mit der Flüssigkeit minimiert werden. Wenn diese Art von Verschmutzung auftritt, muss sie entweder durch eine chemische Behandlung oder durch mechanische Entkalkungsprozesse (Drahtbürsten oder sogar Bohrer zum Entfernen der Ablagerungen oder manchmal Hochdruckwasserstrahlen) entfernt werden.
• Biologische Verschmutzung: Diese wird durch das Wachstum von Organismen in der Flüssigkeit verursacht, die sich auf den Oberflächen des Wärmetauschers ablagern. Auch dies liegt außerhalb der direkten Kontrolle des Konstrukteurs des Wärmetauschers, kann aber durch die Wahl der Materialien beeinflusst werden, da einige, insbesondere die Nichteisenmetalle, für einige Organismen giftig sind. Wenn diese Art von Verschmutzung auftritt, wird sie normalerweise entweder durch eine chemische Behandlung oder durch mechanische Bürstverfahren entfernt.
• Depositionsverschmutzung: Dies ist der Fall, wenn sich in der Flüssigkeit enthaltene Partikel auf der Oberfläche absetzen, wenn die Flüssigkeitsgeschwindigkeit unter ein kritisches Niveau fällt. Dies liegt weitgehend in der Hand des Konstrukteurs eines Wärmetauschers, da die kritische Geschwindigkeit für jede Kombination von Flüssigkeit und Partikeln berechnet werden kann, um eine Konstruktion mit Mindestgeschwindigkeiten über dem kritischen Wert zu entwickeln. Eine vertikale Montage des Wärmetauschers kann den Effekt ebenfalls minimieren, da die Schwerkraft die Partikel auch bei niedrigen Geschwindigkeiten aus dem Wärmetauscher herausziehen würde. Wenn diese Art von Verschmutzung auftritt, wird sie normalerweise durch mechanische Bürstverfahren entfernt.
• Korrosionsverschmutzung: Hierbei handelt es sich um eine Schicht aus Korrosionsprodukten, die sich auf der Oberfläche der Röhre ablagert und eine zusätzliche Schicht aus einem Material mit meist hohem Wärmewiderstand bildet. Durch eine sorgfältige Auswahl der Konstruktionsmaterialien können die Auswirkungen minimiert werden, da den Herstellern von Wärmetauschern heute eine breite Palette an korrosionsbeständigen Materialien auf der Basis von Edelstahl und anderen Nickelbasislegierungen zur Verfügung steht.

Gewellte Rohre

Die Verwendung von Wellrohren hat sich als vorteilhaft erwiesen, um die Auswirkungen von mindestens zwei dieser Bewuchsmechanismen zu minimieren: Ablagerungsbewuchs aufgrund einer erhöhten Turbulenz, die bei niedrigeren Geschwindigkeiten entsteht, und chemischer Bewuchs. Die chemische Verschmutzung wird reduziert, da die verbesserten Wärmeübergangskoeffizienten des Wellrohrs zu Rohrwandtemperaturen führen, die näher an der Temperatur der Arbeitsflüssigkeit liegen.

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