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Für eine maritime oder industrielle Anwendung, die eine Lösung für das thermische Management erfordert, gehört die Entscheidung zwischen Dichtungs- und Hartlötpartikulär-Wärmeaustauschern zu den wichtigsten Entscheidungen, die ein Ingenieur treffen muss. Beide Technologien funktionieren nach denselben Wärmeübertragungsprinzipien: Eine Reihe gewellter Metallplatten, zwischen denen zwei Fluide in Gegenstromrichtung zirkulieren, sodass Wärme zwischen ihnen übertragen wird. Ihre Konstruktion, ihr Designkonzept und ihre Betriebsgrenzen unterscheiden sich jedoch voneinander. Bei SME – mit über 500 Projekten pro Jahr und der Unterstützung von mehr als 1.000 Schiffen mit Ersatzteilen und Service – haben wir bereits häufig die Folgen einer falschen Auswahl des PHE-Typs erlebt. Dieser Leitfaden soll die Auswahlmöglichkeiten vereinfachen, damit die Technologie den realen Anforderungen Ihres Schiffes entspricht.
Konstruktion und mechanische Integrität
Dichtungs-Partikulär-Wärmeaustauscher: Diese bestehen aus einem Rahmen (feststehenden und beweglichen Endplatten), in dem ein Stapel gewellter Platten durch Kompressionsschrauben zusammengepresst wird. Jede Platte weist eine elastomere Dichtung auf, die die Strömungskanäle voneinander trennt und die Fluide durch abwechselnde Durchgänge leitet. Platten können problemlos hinzugefügt oder entfernt werden. Die Platten und die Dichtungen werden mittels hoher Drehmomente gesichert und belastet.
Gelötete Plattenwärmeaustauscher: Diese besitzen keinen Rahmen, keine Schrauben und keine austauschbaren Dichtungen. Stattdessen werden mehrere Platten zusammengebaut und im Vakuum mit Lotmetall – entweder Kupfer oder Nickel – verlötet, das sich an den Kontaktstellen zwischen den Platten verfestigt. Das Ergebnis ist ein fester Block ohne elastomere Dichtungen, der nach außen hin dicht verschlossen ist und daher bei gleicher Leistung weniger Platz und Gewicht benötigt als ein Ausführungsmodell mit Dichtungen.
Betriebsgrenzen: Druck und Temperatur
Verlötete Einheiten können üblicherweise deutlich höhere Drücke von 30 bis 45 bar sowie Temperaturen von 200 °C und darüber aufnehmen; bei nickelverlöteten Modellen besteht keine Gefahr, dass elastomere Dichtungen austreten oder brechen – beispielsweise in Systemen wie Kältemittelkreisläufen, hydraulischen Hochdruckölsystemen oder Motorkühlkreisläufen zur Wärmerückgewinnung an neuen Schiffen.
Die Einsatzgrenzen von dichtungsbestückten Einheiten hängen vom Dichtungsmaterial ab: Unser Team aus Fachingenieuren bietet häufig NBR-, EPDM- und FKM-Dichtungen an, deren zulässiger Temperaturbereich zwischen −15 °C und über 150 °C liegt; die maximale Druckfestigkeit für dichtungsbestückte maritime Ausrüstung beträgt etwa 25 bar oder mehr. Diese Kennwerte sind ausreichend für alle gängigen Seewasserkühlungsaufgaben und reichen in den meisten Fällen auch für Standard-Frischwassergeneratoren sowie Schmierölsysteme an nahezu allen Schiffen aus; bei dichtungsbestückten maritimen Produkten darf der angegebene Druck jedoch nicht überschritten werden.
Wartung, Reinigung und Servicefreundlichkeit
Hier divergieren die beiden Ansätze so stark voneinander, wobei für den Reedereibetreiber oft der entscheidende Aspekt im Vordergrund steht.
Dichtungsbasierte Wärmeaustauscher sind von Konstruktion her wartbar. Sobald eine Verschmutzung aufgetreten ist (und im maritimen Bereich geschieht dies immer dann, wenn Meerwasser, Ablagerungen oder Rückstände schwerer Öle sich auf den Oberflächen ansammeln – es ist nicht die Frage, ob, sondern wann), wird das Gerät entbolzt, die Platten können auseinandergeklappt und die Dichtung entfernt werden. Die einzelnen Platten können mechanisch oder chemisch gereinigt und die Dichtung ausgetauscht werden. Aus diesem Grund unterhält SME sowohl eine Werkstatt als auch ein vor-Ort-Team, um Dichtungsaustausche, Plattenreinigungen sowie komplette Nachrüstungen durchzuführen, sodass ein dichtungsbasierter Wärmeaustauscher wieder zu über 95 % seiner ursprünglichen Auslegungsleistung zurückgeführt werden kann. Zusätzlich können Sie den Dichtungstyp wechseln, falls sich Ihre Betriebsbedingungen oder das zu verarbeitende Medium ändern.
Lötzinn-Wärmeaustauscher sind Einweggeräte. Sie können nicht zerlegt werden, um die Kanäle zwischen den Platten zu reinigen. Lötzinn-Plattenwärmeaustauscher lassen sich nicht zerlegen; es kann versucht werden, eine interne Reinigung mit Reinigungschemikalien durchzuführen, die durch das Gerät zirkulieren – doch diese Methode entfernt möglicherweise Ablagerungen oder Kohlenstoffrückstände unzureichend. Der wesentliche Nachteil von Lötzinn-Plattenwärmeaustauschern besteht jedoch darin, dass bei Verstopfung durch Ablagerungen oder Fremdkörper oder bei Beschädigung eines Kanals infolge thermischer Ausdehnungszyklen oder Korrosion im Laufe der Zeit die einzige Lösung der Kauf eines neuen Geräts ist. Dies kann bei großen Lötzinn-Geräten oder aufgrund langer Lieferzeiten für neue Ausrüstung besonders kostspielig sein, falls ein Behälter nicht kurzfristig gewartet werden kann.
Leckagerisiken und Risiken einer Kreuzkontamination
Für eine dichtungs-Plattenwärmeaustauscher, jeder frühe Hinweis auf ein Leck ist typischerweise ein kleiner Austritt nach außen – man sieht Flüssigkeit, die vom Rahmen tropft, bevor sich zwei Fluidströme katastrophal vermischen. Ein Doppel-Dichtungsdesign ist eine weitere Option für kritische Anwendungen, bei denen die beiden Medien wirklich getrennt bleiben müssen (z. B. Öl, Meerwasser). Man muss zugeben, dass die ‚zweite‘ Dichtung tatsächlich nur dann funktioniert, wenn man nicht bis zum vollständigen Versagen der Dichtung wartet. Falls eine Dichtung versagt, kann sie vor Ort ersetzt werden.
In einer verlötete PHE ein internes Leck von einem Kanal in einen anderen (z. B. durch Lochkorrosion oder Riss) führt dazu, dass ein Prozessstrom den anderen kontaminiert, ohne dass der Betreiber an der äußeren Frontplatte ein Leck bemerkt. Bei Öl- oder Wasseranwendungen kann einer oder beide Ströme bereits kurz nach Inbetriebnahme der Anlage nahezu sofort kontaminiert sein; bei Kälteanwendungen wird das Problem möglicherweise erst erkannt, wenn die Leistung drastisch abfällt. Die Anlage muss außer Betrieb genommen und ersetzt werden.
Anwendungseignung und Lebenszykluskosten
Wählen Sie Verlötete PHEs für geschlossene Kreisläufe mit sauberen Flüssigkeiten wie Kältemitteln, Hydraulikflüssigkeiten und entionisiertem Wasser. Sie eignen sich zudem für platzbeschränkte Anwendungen, beispielsweise Maschinenräume kleinerer Schiffe, wo die Installation und Wartungszugänglichkeit eingeschränkt sein kann. Beachten Sie, dass sie insgesamt eine kürzere Lebensdauer aufweisen, jedoch geringere Anschaffungskosten verursachen.
Warum Sie sich entscheiden sollten für Dichtungs-Plattenwärmeaustauscher? Für offene Seewasserkreisläufe, verschmutzte Anwendungen, Schweröle oder andere ähnliche Prozessmedien, bei denen Langlebigkeit und Wartung absolut entscheidend sind, verwenden Sie Dichtungs-Plattenwärmeaustauscher. Die Anschaffungskosten sind höher, doch die Kosten für den Austausch von Dichtungen und Platten erweisen sich über eine Einsatzdauer von 15 bis 20 Jahren als deutlich günstiger.
Bei unseren zahlreichen Tausenden von Schiffsanläufen bei SME hat sich bewährt, dass die Entscheidung unserer Kunden zugunsten eines herkömmlichen Dichtungs-Wärmeaustauschers stets den Ausschlag gibt – aufgrund seiner Transparenz und der einfachen Wartbarkeit im täglichen Betrieb auf dem Standard-Massmarkt. Unsere 12-monatige Servicegarantie für diese Projekte sowie unsere nach ISO 9001, 14001 und 45001 zertifizierten Verfahren stellen das Team von über 100 technischen Mitarbeitern bei SME genau dort zur Verfügung, wo es weltweit Werften bei entscheidenden Fragen rund um jegliche Kühlmittel-Aspekte unterstützt. Ob Sie in China einen Dichtungswechsel benötigen oder eine vollständige technische Bewertung – gemeinsam mit dem gesamten SME-Team können wir Wärmeaustauscher dazu befähigen, nicht nur aktuelle Herausforderungen zu lösen, sondern sicherzustellen, dass das Gerät, das wir heute installieren, auch morgen noch zuverlässig seine Aufgabe erfüllt.