Umgebungsluftverdampfer

Einheiten mit Naturzug nutzen die freie Konvektion der Umgebungsluft an Aluminium-Strangpressprofilen mit Rippen, ohne Ventilatoren, ohne Stromversorgung und ohne bewegte Teile. Zwangsbelüftete Einheiten ergänzen Ventilatoren und erhöhen so den luftseitigen Wärmeübergangskoeffizienten, sodass dieselbe Leistung auf kleinerer Grundfläche oder bei niedrigerer Umgebungstemperatur erreicht wird. Naturzug eignet sich in der Regel für intermittierenden Betrieb an Standorten mit ausreichender Grundfläche, Zwangsbelüftung für hohen Dauerdurchfluss, begrenzte Grundfläche oder kalte Klimazonen. Die Auswahl wird gegen Durchfluss, Auslegungsaußentemperatur und Betriebszyklus geprüft.

Die Auslegung beginnt beim erforderlichen Gasdurchfluss in Nm³/h, beim Medium (LIN, LOX, LAR, CO₂, LNG oder LPG), beim Eintrittsdruck, bei der erforderlichen Austrittstemperatur und bei der Auslegungsaußentemperatur am Standort. Der Betriebszyklus zählt ebenso stark wie der Spitzendurchfluss: Im Dauerbetrieb bildet sich Eis auf der Rippenoberfläche und mindert den effektiven Wärmeübergang, sodass ein Abminderungsfaktor auf die Leistung bei sauberer Oberfläche angesetzt wird. Auch relative Luftfeuchte, Windexposition und der Abstand zwischen den Einheiten beeinflussen die erreichbare Leistung. Verdampfer werden aus diesen Projektwerten ausgelegt und nicht aus einem nominellen Katalogwert.

Das Prinzip der Wärmeübertragung ist dasselbe, doch eine Einheit wird für ein definiertes Medium konfiguriert. Auslegungsdruck, Werkstoffauswahl, Sauberkeitsanforderungen und Anschlussdetails unterscheiden sich je nach Einsatz, und insbesondere der Sauerstoffbetrieb erfordert eine Reinigung für den Sauerstoffbetrieb sowie eine Werkstoffverträglichkeit, die bei Stickstoff- oder LPG-Einheiten nicht gefordert ist. Wo an einem Standort mehrere Medien gehandhabt werden, sind getrennte, jeweils zugeordnete Einheiten die übliche Anordnung.

Die Leistung sinkt mit fallender Umgebungstemperatur, da sie von der Temperaturdifferenz zwischen Luft und Prozessmedium abhängt. Reif und Eis auf den Rippen erhöhen den Wärmewiderstand zusätzlich und mindern die Leistung weiter, und hohe relative Luftfeuchte beschleunigt diese Bildung. Anwendungen in kalten Klimazonen werden über eine niedrigere Auslegungsaußentemperatur, eine größere Wärmeübertragungsfläche, ergänzende Zwangsbelüftung oder über Betriebs- und Reservebänke mit Umschaltung und Abtauphasen abgedeckt.

Eine Bank mit Sammelleitung besteht aus zwei oder mehr Verdampfern, die über eine Umschalteinrichtung verbunden sind, sodass ein Satz in Betrieb ist, während der andere abtaut. Sie wird benötigt, wenn der Betriebszyklus kontinuierlich ist oder so lange dauert, dass die Vereisung die Leistung sonst vor Ende der Bedarfsphase unter den erforderlichen Durchfluss senken würde. Die Umschaltung kann zeitgesteuert oder über die Gasaustrittstemperatur ausgelöst werden. Anzahl der Einheiten und Umschaltintervall ergeben sich aus Durchfluss, Auslegungsaußentemperatur und Luftfeuchte.

Umgebungsluftverdampfer können kontinuierlichen Bedarf decken, jedoch nicht als eine einzelne, unbegrenzt laufende Einheit, da die Vereisung die Laufzeit praktisch begrenzt. Dauerbetrieb wird üblicherweise über Betriebs- und Reservebänke mit Abtauzyklen abgedeckt oder über zwangsbelüftete Einheiten, wenn die Grundfläche begrenzt ist. Bei sehr hohem Durchfluss oder ungünstigen Umgebungsbedingungen kann die Verdampfung im Wasserbad oder mit Dampfbeheizung die geeignetere Technik sein; dieser Vergleich wird im Einzelfall angestellt.

Der Verdampfer wird an die Flüssigentnahmeleitung des Lagertanks angeschlossen, üblicherweise über vakuumisolierte oder anderweitig isolierte Rohrleitungen, um Wärmeeintrag und Zweiphasenströmung zu begrenzen. Die Leitungsdimensionierung berücksichtigt den Auslegungsdurchfluss und den zulässigen Druckverlust, mit Absperr- und Entlastungseinrichtungen nach der anwendbaren Rohrleitungsnorm. Nachgelagert sind ein Druckregler oder ein Druckaufbaukreislauf sowie die Überwachung der Austrittstemperatur üblich. Die genaue Anordnung folgt dem für die Anlage vereinbarten R&I-Fließschema (P&ID).