Beschichtung von Kühlwasserrohren mittels dielektrischer Barriereentladung zur Minderung von Fouling

Böhler, Sven Friedrich (2024)
Beschichtung von Kühlwasserrohren mittels dielektrischer Barriereentladung zur Minderung von Fouling.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00026509
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26509

Kurzbeschreibung (Abstract)

Kühlprozesse werden durch Ablagerungen auf Wärmeübertrageroberflächen in verschiedenen Anwendungen wie beispielsweise Kondensatoren in Kraftwerken beeinträchtigt. Der reduzierte Wärmeübergang sowie der daraus resultierende Effizienzverlust macht aufwendige und umweltschädliche Reinigungsprozesse notwendig. Ziel dieser Arbeit ist es, eine kostengünstige und umweltfreundlichere Alternative zu entwickeln. Mittels eines Beschichtungsverfahrens für Rohrbündelwärmeübertrager sollen die Rohroberfläche insbesondere vor biologischem Fouling geschützt werden, welches bei fluss- oder meerwassergekühlten Systemen die Hauptursache für Ablagerungen darstellt. Herausforderungen hierbei stellen die geringen Rohrdurchmesser, heterogenen Ablagerungen und eine mögliche Hemmung der Wärmeübertragung durch die Beschichtung dar.

Als Abscheidungsprozess wird eine plasmaaktivierte Chemische-Gasphasenabscheidung (PECVD) ausgewählt und hierfür eine dielektrische Barrieentladungsdüse konstruiert, welche die Abscheidung dünner Polydimethylsiloxanschichten in den Rohren ermöglicht. Um das Plasma zwischen Entladungsdüse und Rohrwand zu kontrollieren, wird eine Versuchsanlage aufgebaut, welche die Beschichtung bis zu drei Meter langer Rohrstücke ermöglicht. Die Beschichtung wird durch umfangreiche Versuchsreihen mittels unterschiedlicher Plasmaparameter, Gasmischungen und konstruktiver Anpassungen der Düse untersucht. Dabei kommen zur Bewertung der Beschichtungen und ihrer Wirksamkeit Messungen der Oberflächeneigenschaften, mikrobiologische Bewuchsversuche und Langzeituntersuchungen der Schichtstabilität zur Anwendung. Insbesondere auf den häufig genutzten Edelstahloberflächen zeigt die Beschichtung eine gute Langzeitstabilität und eine Reduktion des biologischen Foulings. Konstruktiv wird die Düse mittels CFD-Simulationen optimiert, um gleichmäßigere Beschichtungen und Beschichtungsraten von bis zu 0,9 m/min zu erreichen.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2024

Autor(en):

Böhler, Sven Friedrich

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Beschichtung von Kühlwasserrohren mittels dielektrischer Barriereentladung zur Minderung von Fouling

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Etzold, Prof. Dr. Bastian J. M. ; Andrieu-Brunsen, Prof. Dr. Annette

Publikationsjahr:

22 Juli 2024

Ort:

Darmstadt

Kollation:

xi, 121 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

6 Juni 2024

DOI:

10.26083/tuprints-00026509

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/26509

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

Cooling processes are impaired by deposits on heat exchanger surfaces in various applications such as condensers in power plants. The reduced heat transfer and the resulting loss of efficiency make expensive and environmentally harmful cleaning processes necessary. The aim of this work is to develop a cost-effective and more environmentally friendly alternative. By means of a coating process for shell and tube heat exchangers, the tube surface is to be protected in particular against biological fouling, which is the main cause of deposits in river or seawater-cooled systems. The challenges here are the small tube diameters, heterogeneous deposits and a possible inhibition of heat transfer by the coating.

Plasma-activated chemical vapor deposition (PECVD) is selected as the deposition process and a dielectric discharge nozzle is constructed for this purpose, which enables the deposition of thin polydimethylsiloxane layers in the pipes. In order to control the plasma between the discharge nozzle and the pipe wall, a test facility is being set up that enables the coating of pipe sections up to three meters long. The coating is investigated through extensive series of tests using different plasma parameters, gas mixtures and design adjustments to the nozzle. To evaluate the coatings and their effectiveness, measurements of the surface properties, microbiological growth tests and long-term tests of the coating stability are used. The coating shows good long-term stability and a reduction in biological fouling, particularly on the frequently used stainless steel surfaces. The design of the nozzle is optimized using CFD simulations in order to achieve more uniform coatings and coating rates of up to 0.9 m/min.

Englisch

Freie Schlagworte:

Beschichtungen, Wärmeübertrager, Fouling, DBD, PECVD

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-265094

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

07 Fachbereich Chemie
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut
07 Fachbereich Chemie > Ernst-Berl-Institut > Fachgebiet Technische Chemie

Hinterlegungsdatum: