Wärmeträgeröl-Aufbereitung – Warum Systeme mit mineralischem Wärmeträgeröl sie benötigen

Die Aufbereitung von Wärmeträgeröl ist kein Luxus für Heißölsysteme – sie ist die wirtschaftlichste Möglichkeit, Anlagen zu schützen, die täglich auf Wärmeträgerflüssigkeiten angewiesen sind. Wärmetauscher, beheizte Reaktoren mit Doppelmantel, Heißölkessel und sogar CSP-Solarreceiver sind darauf angewiesen, dass das mineralische Wärmeträgeröl (HTF) sauber, trocken und chemisch stabil bleibt. Verschlechtert sich die Ölqualität, bleiben die Folgen selten unbemerkt: Der Wirkungsgrad sinkt, Koksablagerungen bilden sich an den Rohrinnenwänden, und im schlimmsten Fall steigt das Brandrisiko erheblich.

Wie mineralisches Wärmeträgeröl tatsächlich altert

Drei Faktoren verursachen nahezu die gesamte Alterung von Wärmeträgeröl: Hitze, Sauerstoff und Verunreinigungen. Sie wirken nur selten einzeln – in der Praxis verstärken sie sich gegenseitig. Deshalb verschlechtert sich die Ölqualität in vernachlässigten Anlagen meist nicht allmählich, sondern bricht nach Erreichen eines kritischen Punktes sehr schnell ein.

Oxidation. Kommt das Öl bei erhöhten Temperaturen mit Sauerstoff in Kontakt, bilden die Kohlenwasserstoffe freie Radikale und Peroxide. Diese Radikale reagieren weiter mit Sauerstoff, und die entstehenden Peroxidradikale greifen weitere Kohlenwasserstoffmoleküle an, wodurch eine sich selbst erhaltende Kettenreaktion entsteht. Je höher die Temperatur, desto reaktiver werden die Radikale. Metallische Verunreinigungen im Kreislauf wirken zusätzlich als Katalysatoren und beschleunigen den gesamten Prozess. Aus diesem Grund setzen gut ausgelegte Heißölanlagen auf geschlossene Systeme mit Inertgasüberlagerung oder Ausdehnungsgefäße mit Flüssigkeitsverschluss – Sauerstoff fernzuhalten ist deutlich kostengünstiger, als später oxidiertes Öl aufbereiten zu müssen.

Thermisches Cracken und Kondensation. Wärmeträgeröl besteht im Wesentlichen aus einem Gemisch von Kohlenwasserstoffen. Bei hohen Betriebstemperaturen laufen zwei konkurrierende Reaktionen ab. Beim thermischen Cracken werden große Moleküle in leichtere Fraktionen gespalten, die über das Ausdehnungsgefäß abgeführt werden sollten. Die Kondensation bewirkt das Gegenteil: Moleküle verbinden sich zu schwereren Teeren und Asphaltenen, die sich aus dem Öl abscheiden und sich an heißen Metalloberflächen anlagern. Dort entwässern sie weiter und bilden harte Koksablagerungen. Wird ein Öl verwendet, das für die tatsächliche Betriebstemperatur ausgelegt ist, und werden Leichtfraktionen sowie Teere rechtzeitig entfernt, lässt sich dieser Alterungsprozess erheblich verlangsamen.

Verunreinigungen. Feststoffpartikel, Wasser und gelöste Metalle verursachen doppelte Schäden. Einige reagieren direkt mit dem Öl, andere wirken lediglich als Katalysatoren und beschleunigen die Oxidation. Unlösliche Bestandteile lagern sich gemeinsam mit Asphaltenen an den Rohrinnenwänden ab und bilden eine stagnierende Schicht, die die Koksbildung fördert und den Wärmeübergang kontinuierlich verschlechtert. Die rechtzeitige Filtration zur Entfernung dieser Verunreinigungen gehört zu den einfachsten Möglichkeiten, die ursprünglichen Eigenschaften des Öls zu erhalten – genau hier zeigt die Aufbereitung von Wärmeträgeröl ihren größten Nutzen.

Flammpunkt – Die Kennzahl hinter den meisten Heißölbränden

Mineralisches Wärmeträgeröl wird typischerweise bei Temperaturen über 200 °C betrieben, während seine Selbstentzündungstemperatur in der Regel über 340 °C liegt. Warum kommt es dennoch zu Bränden? Die Antwort liegt fast immer im Flammpunkt – also der niedrigsten Temperatur, bei der sich die über der Öloberfläche entstehenden Dämpfe bei Kontakt mit einer Zündquelle entzünden. Er wird entweder im offenen oder im geschlossenen Tiegel bestimmt.

Mehrere strukturelle Faktoren beeinflussen den Flammpunkt unmittelbar: Innerhalb einer homologen Reihe steigt der Flammpunkt mit der Länge der Kohlenstoffkette; unverzweigte Isomere besitzen einen höheren Flammpunkt als verzweigte; gesättigte Kohlenwasserstoffe entzünden sich erst bei höheren Temperaturen als ungesättigte; und Mineralöle mit geringerer Dichte weisen in der Regel niedrigere Flammpunkte auf. Altert das Öl durch die zuvor beschriebenen Mechanismen, kann sein tatsächlicher Flammpunkt deutlich unter den Spezifikationswert von Frischöl absinken – häufig ohne sichtbare Warnzeichen.

Die Ursachen von Bränden in der Praxis lassen sich im Allgemeinen in drei Kategorien einteilen:

• Anlagenbedingte Probleme – fehlende Blindflansche, Poren in Schweißnähten oder Montagefehler, durch die niedrigviskose oder leicht siedende Stoffe in das System gelangen können.
• Betriebsfehler – Betrieb mit reduzierter Last ohne Anpassung des Bypassstroms zur Einhaltung der Mindestströmungsgeschwindigkeit oder ein verspäteter Wechsel auf kaltes Nachfüllöl bei Stromausfall, wodurch lokale Überhitzung und Rauchentwicklung entstehen können.
• Ölqualität – Mineralöle mit komplexer Kohlenwasserstoffzusammensetzung zersetzen sich unter Wärmeeinwirkung leichter und verlieren ihren Flammpunkt schneller als besser stabilisierte Formulierungen.

Aufbereitung von Wärmeträgeröl in der Praxis: Die CMM-LT-Lösung

Für Anlagen, die mineralisches Wärmeträgeröl in Wärmetauschern, Heißölsystemen, beheizten Doppelmantelreaktoren oder CSP-Solarreceivern einsetzen, wurde die CMM-LT-Baureihe von GlobeCore speziell entwickelt, um die Aufbereitung von Wärmeträgeröl zu einer einfachen Routineaufgabe zu machen. Die Produktreihe umfasst mehrere Modelle mit Förderleistungen von 1 bis 18 Kubikmetern pro Stunde, sodass die Anlagenkapazität optimal an das tatsächliche Ölvolumen angepasst werden kann – ohne Über- oder Unterdimensionierung.

Jede CMM-LT-Anlage vereint drei zentrale Prozesse in einem kompakten System: Filtration, Ölaufbereitung und Entgasung.

• Die Filtration entfernt feste Verunreinigungen durch mehrere Filterstufen. Je nach gefordertem Reinheitsgrad können Filtereinsätze mit Feinheiten von 25, 5, 3, 1 oder 0,3 Mikrometern eingesetzt werden. Damit wird der oben beschriebenen, durch Verunreinigungen verursachten Koksbildung direkt entgegengewirkt.
• Die Ölaufbereitung und Entgasung arbeiten durch die Kombination aus Erwärmung und Vakuumbehandlung zusammen. Dabei werden gelöstes Wasser und Gase entfernt, die andernfalls die Oxidation beschleunigen und den effektiven Flammpunkt des Öls herabsetzen würden.
• Ein separater Heizapparat und eine Vakuumkammer in Verbindung mit einer leistungsstarken Pumpe ermöglichen es, den Aufbereitungsprozess an den tatsächlichen Zustand des Öls anzupassen, anstatt unabhängig vom Verschmutzungsgrad stets denselben Behandlungszyklus durchzuführen.

Über den eigentlichen Aufbereitungsprozess hinaus ist die CMM-LT-Baureihe für den praktischen Einsatz in Industrieanlagen konzipiert. Das Steuerungssystem ist so einfach aufgebaut, dass neue Bediener innerhalb weniger Stunden eingearbeitet werden können. Dank der kompakten Bauweise – klein genug, um durch eine Standardtür zu passen – lässt sich die Anlage problemlos zwischen Reaktoren, Heißölanlagen oder CSP-Kreisläufen bewegen, ohne dass ein Kran oder eine feste Installation erforderlich ist.

Warum sich die regelmäßige Ölaufbereitung lohnt

Die Aufbereitung von Wärmeträgeröl bewirkt weit mehr als nur die Wiederherstellung der technischen Kennwerte. Durch das frühzeitige Unterbrechen des Kreislaufs aus Oxidation, Verunreinigung und thermischem Cracken verlängert die regelmäßige Behandlung mit Anlagen wie der CMM-LT die Lebensdauer des Öls, erhält ausreichende Sicherheitsreserven beim Flammpunkt, reduziert Koksablagerungen auf heißen Oberflächen und verringert das Risiko ungeplanter Brände, die häufig auf schleichend alterndes und unzureichend überwachtes Wärmeträgeröl zurückzuführen sind. Für Betreiber von Wärmetauschern, Heißölsystemen, beheizten Doppelmantelreaktoren und CSP-Solarreceivern, die mit mineralischem Wärmeträgeröl arbeiten, gehört die regelmäßige Ölaufbereitung zu den einfachsten und zugleich wirksamsten Maßnahmen, um sowohl die Anlagenverfügbarkeit als auch die Betriebssicherheit dauerhaft zu erhöhen.