Aspekte und Trends bei der Planung von elektrischen Begleitheizungen

25 Mio. US-Dollar für Begleitheizungssysteme sind kein Pappenstiel. Im Vergleich zum Gesamt-Projektvolumen von ca. 1 Mrd. USD, auf das die für den Produktionsbeginn in 2009 in Finnland vorgesehene Dieselanlage von Neste Oil beim Projektstart Ende 2007 geschätzt wurde, sind 25 Mio. USD aber „Peanuts“. Kein Wunder also, wenn die Komponente „Begleitheizung“ bei der Planung von verfahrenstechnischen Anlagen mit nachrangiger Bedeutung gesehen wird. Zu Unrecht. Denn einerseits bestimmt das schwächste Glied in einer Leitung über die Verfügbarkeit der gesamten Anlage – und in Rohren erstarrte Medien können eine Produktion sehr schnell lahm legen – andererseits lassen sich auch bei Begleitheizungen durch die sorgfältige Auslegung Investitions- und Betriebskosten senken.

Und das beginnt bei der Spezifikation: Meist wird für beheizte Rohrleitungen dieselbe Isolierung vorgegeben, wie für unbeheizte Leitungen und Apparate. Mit der Folge, dass eine höhere Heizleistung geplant werden muss, als bei etwas dickerer Isolierung notwendig wäre. „Wir empfehlen, die Isolierung von beheizten Rohren zu optimieren“, erklärt dazu Christoph Jung, Sales Manager Central Region, bei Tyco Thermal Controls. Denn: Je besser die Isolierung, desto niedriger die Kosten für Investition und Betrieb einer Begleitheizung. Insgesamt, so Jung, spielen die späteren Betriebskosten (Strom) bei der Planung von Begleitheizungen eine untergeordnete Rolle.

Spezifikationen sind oft fehlerhaft

„Oft sind die Spezifikationen, die wir zur Angebotserstellung erhalten, mit der heißen Nadel gestrickt und dadurch fehlerhaft oder unvollständig“, berichtet Peter Kratz, Vertriebsleiter bei Klöpper-Therm, aus der Praxis. Zu den gängigen Fehlern gehören pauschale Angaben zu Leitungslängen, ohne Angabe der Isometrien. Doch vom Verlauf der Rohrleitungen hängt ab, wie Heizkreise kostenoptimal geplant werden und wo die Regler positioniert werden. „Die Anzahl der Heizkreise bestimmt den Preis“, erklärt Kratz: Eine Begleitheizung für ein komplexes Rohrleitungssystem kann, je nach erforderlicher Anzahl der Heizkreise, eine Preisspanne von mehreren 100% haben. Die Anzahl wird meist durch verfahrenstechnische und physikalische Bedingungen definiert. Immer wieder nimmt sich der Hersteller deshalb heraus, Alternativen zur vorgegebenen Spezifikation anzubieten: „Solche Angebote schaffen Vertrauen und wir können damit einen Wettbewerbsvorteil darstellen“, so Kratz.

Eine zusätzliche Hürde bei der Planung elektrischer Begleitheizungen entsteht durch die Arbeitsteilung in den Projekten: Für die Heizungsplanung sind Informationen aus der Rohrleitungsplanung (Längen, Isometrien) der Verfahrenstechnik (Durchsatz, Temperaturen) und der Mess- und Regelungstechnik notwendig. Auf der Baustelle müssen dann Rohrleitungsbau, Isolierung sowie Elektroabteilung und Heizungsbau in enger Abstimmung zusammenarbeiten. Heizungstechniker nutzen beispielsweise Gerüste der Isolierer, müssen allerdings bereits vor den Isolierungsmonteuren tätig werden. Dort, wo es an der Abstimmung fehlt, treten in der Praxis immer wieder Probleme auf. Beispielsweise wenn Blechschrauben der Isolierung die Heizdrähte und –manschetten der Begleitheizung beschädigen. „Der Auftraggeber wünscht sich die Gewerke Isolierung und Heizung aus einer Hand“, stellt Peter Kratz deshalb fest.

Elektronische Planung auf Basis von 3D-Isometrien

Ein weiterer wichtiger Trend ist die elektronische Planung auf Basis von dreidimensionalen Plänen und Rohrleitungsmodellen: „Die Rohrleitungsmodelle enthalten alle für die Begleitheizung notwendigen geometrischen Informationen“, weiß Christoph Jung. Tyco Thermal Controls hat sich deshalb intensiv mit der Integration der Heizungsplanung und den Planungstools des Anlagenbaus auseinander gesetzt. Für die Planungssoftware Tracer Lynx wurde eine Schnittstelle zu den CAE-Werkzeugen Isogen und Smartplant von Intergraph geschaffen. „Früher wurden die Informationen für die Heizungsplanung aus Isometrien auf Papier abgemessen oder einem 3D-Modell ausgelesen. Durch die direkte Übernahme aus der CAE-Software steigt die Genauigkeit und Effizienz der Planung“, erklärt Jung. Und noch ein weiterer Nebeneffekt ergibt sich für den Planungsprozess: Immer wieder entdecken Heizungsplaner bei ihrer Arbeit Ungereimtheiten in der Rohrleitungsplanung, die zu diesem Zeitpunkt noch ohne großen Kostenaufwand behoben werden können.„Vom Begleitheizer wird heute erwartet, dass er mit den 3D-Modellen des Kunden umgehen kann“, bestätigt auch Peter Kratz den Trend. Eine Entwicklung, die den Anbietern von Heizsystemen entsprechende Investitionen in IT abverlangt.

Automatisierung gibt den Takt vor

Neben dem Einsatz moderner Planungswerkzeuge gibt derzeit vor allem die Automatisierungstechnik den Takt bei der technischen Entwicklung von Begleitheizungen vor: Neue Regler und Regelmethoden, mehr Messtechnik und die Einbindung der Informationen aus Heizsystemen in übergeordnete Automatisierungssysteme gehören dazu. Vergleichsweise jung ist auch die Ausführung der Widerstands-Heizkabel mit zwei Heizleitern. Da bei den MI-Hax-Kabeln von Tyco Thermal Controls Hin- und Rückleiter in einem Kabel integriert sind, sinkt der Montageaufwand.

Die Anzahl der Regelkreise in einer Anlage resultiert meist aus einem Kompromiss: einerseits sollen die Heizleistungen der Leitungen möglichst punktgenau geregelt werden, andererseits steigen die Kosten mit jedem zusätzlichen Regelkreis. „Ziel ist es, möglichst viele Leitungen zu einem Regelkreis zusammenzufassen“, erklärt Christoph Jung. Die jüngste Entwicklung des Herstellers Tyco Thermal Controls dafür ist der Regler Digitrace NGC-20. Mit ihm lassen sich Heizkreise lokal regeln und zentral überwachen. Dadurch sinken die Kosten für Verkabelung von Stromversorgung sowie Temperaturfühler und die Auslegung der Schaltanlage wird vereinfacht. Das für SIL 2 Sicherheitsfunktionen entwickelte System wird direkt im Feld (Ex-Zone 1,2 oder 21, 22) installiert.
Einen weiteren Trend nennt Peter Kratz, Klöpper-Therm: „Um die Signale von der Begleitheizung in der Messwarte anzeigen zu können, werden die Heizsysteme immer häufiger via Feldbus mit dem Prozessleitsystem gekoppelt.“ Der Einsatz von Funktechnologien für die Signalübertragung könnte bei den über weite Anlagenteile verteilten Begleitheizungen aus Sicht von Kratz ein interessanter Ansatz werden.
Fazit: Um die Kosten von Begleitheizungssystemen zu minimieren, sollten sich Planer bereits frühzeitig Gedanken über die Spezifikationen machen. Aktuelle Trends sind die Integration der Planungssysteme (3D Rohrleitungsplanung, Auslegungstools für Begleitheizungen), sowie neue Regler und die Integration in die Prozessleittechnik.

„Die Anzahl der Heizkreise bestimmt den Preis“
Peter Kratz ist Vertriebsleiter bei Klöpper-Therm
„Durch die Übernahme aus der CAE-Software steigt die Genauigkeit und Effizienz der Planung“
Christoph Jung ist Sales Manager Central Region, bei Tyco Thermal Controls