Alfa Laval platenwarmtewisselaarcondensatoren besparen ruimte en verhogen de productiviteit

In het verleden had Brunner Mond gigantische Caisse-buiswarmtewisselaars gebruikt die dienst deden als condensor en voorverwarming van het voedervloeistof. De Caisse-eenheid, die naast de ammoniakstillkolom stond, was 14 meter hoog en 2,7 meter in diameter en was ontworpen om de temperatuur van het gasmengsel te verlagen van 850 C naar 600 C. Het probleem was eenvoudigweg dat naarmate de buizen ouder werden, de Caisse-koeler meer onderhevig raakte aan corrosie en lekken begon te ontwikkelen die regelmatig moesten worden dichtgemaakt.

Her-buizen – tijdrovend, duur en arbeidsintensief

Her-buizen was een tijdrovend, duur en arbeidsintensief proces dat een volledige stillegging van de koeler vereiste zodat het onderhoudspersoneel de structuur kon betreden en de lekken kon dichten. Dit betekende op zijn beurt dat het beschikbare warmteoverdrachtsoppervlak afnam bij elk volgend herstel. De installatie-ingenieurs realiseerden zich dat de eenheid uiteindelijk volledig her-buizen of vervangen zou moeten worden. Omdat her-buizen het proces tot wel drie maanden buiten werking zou stellen, leek vervanging de meest haalbare optie. Het probleem werd echter verder gecompliceerd door de beperkte ruimte voor de installatie.

Brunner Mond vroeg drie warmtewisselaarleveranciers om oplossingen te presenteren. Eén weigerde een offerte te geven; de tweede bood een oplossing die niet haalbaar was.

Het derde bedrijf, Alfa Laval, werkte samen met Brunner Mond om een oplossing te ontwikkelen die niet alleen het probleem oploste, maar ook de operationele efficiëntie verbeterde, het onderhoud verminderde en slechts een fractie van de ruimte innam.

Corrosiebestendig, eenvoudig onderhoud en nauwkeurige temperatuurregeling 

Om de bestaande Caisse-koeler te vervangen, stelde Alfa Laval twee platenwarmtewisselaars (PHE’s) voor: één condensor in titanium en één voorverwarming van de voedervloeistof in titanium. Titaniumplaten minimaliseren het risico op corrosie, terwijl het compacte en gemakkelijk toegankelijke ontwerp van de platenwarmtewisselaars onderhoudsproblemen oplost. In tegenstelling tot de oorspronkelijke Caisse-koelers kunnen platenwarmtewisselaars ter plaatse worden onderhouden binnen de geïnstalleerde ruimte met minimale verstoring van het proces.

Bovendien biedt de oplossing van Alfa Laval, waarbij leidingwater wordt gebruikt om het gas tot de juiste temperatuur te koelen, nauwkeurige controle van gas- en condensaatstemperaturen en voorkomt overkoeling van het condensaat. Het in dit processtadium verwarmde leidingwater wordt vervolgens gebruikt voor de voorverwarming van de voedervloeistof. Na voorverwarming wordt het adequaat afgekoelde water teruggevoerd naar de condensor om het koelproces opnieuw te voltooien. Problemen met vervuiling van de voedervloeistof zijn beperkt tot één platenwarmtewisselaar die gemakkelijk toegankelijk is voor onderhoud.

Het meest opvallende voordeel is echter de hoeveelheid bespaarde ruimte. De platenwarmtewisselaarcondensor is 3,5 meter hoog, 1,4 meter breed en 3,5 meter lang, vergeleken met 14 meter hoog en 2,7 meter in diameter voor elke Caisse-koeler.

Een woordvoerder van Brunner Mond getuigt dat “het systeem uiterst betrouwbaar is en snel reageert op veranderingen in de toevoersnelheden en omstandigheden. De grotere gascondensator heeft geen neiging tot vervuiling, zelfs niet na vier jaar continu gebruik.” Het concept is zo succesvol gebleken dat er in een periode van vijf jaar een groot aantal PHE’s is geïnstalleerd in de Brunner Mond-fabrieken in Northwich.

De platenwarmtewisselaar

De platenwarmtewisselaar bestaat in principe uit een aantal gegolfde platen die in een frame zijn gemonteerd en zo zijn gerangschikt dat de twee stromende vloeistoffen in afwisselende kanalen lopen. De vloeistoffen waar warmte tussen moet worden overgedragen, zijn afgesloten van de atmosfeer door pakkingen of lasnaden op één of beide media-kanalen. De plaatgolvingen veroorzaken turbulentie in de vloeistoffen, wat vervuiling voorkomt.

Naast de voorverwarming van de voedervloeistof, omvatten toepassingen van de vloeistof-tot-vloeistof platenwarmtewisselaar in de productie van soda-as:

• Koeling van de circulerende geammonieerde pekel uit de ammoniakabsorptietoren
• Koeling van de pregecarbonateerde pekel voor de carbonatietoren

De platenwarmtewisselaar als condensor

Installatie-ingenieurs beschouwen de platenwarmtewisselaar vaak als een typische vloeistof-tot-vloeistof warmtewisselaar, maar de platenwarmtewisselaar dient al vele decennia als condensor onder uiteenlopende procesomstandigheden. De platenwarmtewisselaarcondensor is succesvol toegepast voor uiteenlopende taken zoals stoomverwarming, condenseren in destillatie- en verdampingssystemen en koeling van gassen die waterdamp bevatten, zoals bij ammoniakstillcondensatie.

De te condenseren damp komt het apparaat binnen via één van de bovenste aansluitingen van het frame. De damp stroomt door elk tweede kanaal, terwijl het koelmedium normaal tegenstroom door afwisselende kanalen stroomt. Het condenseren begint zodra de damp het plaatoppervlak raakt en het condensaat plus eventuele resterende damp/gas wordt afgevoerd via de onderste aansluiting en naar een damp/vloeistof-scheider geleid.