Die Aufgabenstellung
Ein kontinuierlicher Prozessstrom soll von einer hohen Eintrittstemperatur auf eine vorgegebene Austrittstemperatur gekühlt werden. Als Kühlmedium steht Kühlwasser mit begrenzter Eintrittstemperatur und begrenztem Volumenstrom zur Verfügung. Für beide Medien sind maximal zulässige Druckverluste einzuhalten; gleichzeitig müssen ausreichende Geschwindigkeiten gegen Ablagerungen erreicht und Erosion vermieden werden.
Die Aufgabe ist nicht mit der reinen Bestimmung der Wärmeübertragungsfläche abgeschlossen. Die gewählte Rohrteilung, Rohrlänge, Anzahl der Rohrgänge und Umlenkblechabstand beeinflussen Wärmeübergang, Druckverlust, Verschmutzungsneigung und Rohrschwingungen gleichzeitig. Danach sind Rohrboden, Mantel, Böden, Flansche, Stutzen und die Druckabsicherung für die festgelegten Auslegungsfälle nachzuweisen.
Erforderliche Auslegungsdaten
- Massenstrom, Zusammensetzung und Ein-/Austrittstemperaturen beider Medien
- Betriebs- und Auslegungsdruck sowie zulässiger Druckverlust je Seite
- Verschmutzungszuschläge, Werkstoffe und Korrosionszuschläge
- Gewünschte Bauform, Reinigbarkeit und verfügbare Aufstelllänge
Technischer Lösungsweg
Wärmebilanz schließen
Aus Enthalpiedifferenz und Massenstrom wird der Wärmestrom bestimmt. Der Kühlwasserstrom folgt aus dessen zulässiger Erwärmung; die Bilanz muss auf beiden Seiten denselben Wärmestrom ergeben.
Temperaturprogramm prüfen
Gegenstrom, Gleichstrom oder Mehrpassanordnung werden über die wirksame mittlere Temperaturdifferenz verglichen. Temperaturkreuzungen und eine zu kleine Endtemperaturdifferenz sind auszuschließen.
Geometrie iterieren
Mit einem anfänglichen Wärmedurchgangskoeffizienten wird die Fläche abgeschätzt. Rohrdurchmesser, Rohrzahl, Rohrlänge, Umlenkbleche und Passzahl werden anschließend so iteriert, dass Leistung und Druckverlust gleichzeitig erfüllt sind.
Betriebsrisiken prüfen
Geschwindigkeiten, Foulingreserve, Schwingungsanregung, mögliche Zweiphasengebiete und der Ausfall eines Mediums werden kontrolliert. Maßgebend ist nicht nur der Nennbetrieb, sondern auch Anfahren, Abstellen und blockierter Auslauf.
Druckteil nachweisen
Nach Festlegung der endgültigen Geometrie werden Mantel, Böden, Rohrboden, Flansche und Ausschnitte nach einer einheitlichen Regelwerksfamilie berechnet und die erforderliche Druckentlastung festgelegt.
Erwartete Ergebnisse
Geeignete SOL-ALPHA-Module
Die Module sind eine fachlich plausible Werkzeugkette. Ihre endgültige Auswahl und Reihenfolge wird bei der späteren konkreten Berechnung anhand des Regelwerks und der Projektrandbedingungen bestätigt.