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Elektroerhitzer im Prozessanlagenbau

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11.12.2013 Auf die Größe kommt es an  – das gilt auch für die Prozesstechnik. Das richtige Auslegen elektrischer Erhitzersysteme ermöglicht Betreibern eine erhöhte Energieeffizienz und stellt die größtmögliche Betriebssicherheit dar.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Richtig ausgelegt, ermöglichen elektrische Erhitzersysteme dem Anwender eine hohe Energieeffizienz und Betriebssicherheit.
  • Steuerungsanlagen führen Wärme gradgenau und nur dann zu, wenn sie auch erforderlich ist. Dadurch erhöht sich die Energieeffizienz in Anlagen.
  • Um Elektroerhitzer in der Ex-Zone installieren zu können, müssen Betreiber auf eine druckfestgekapselte Ausführung zurückgreifen.

Dabei ist es nicht relevant, ob der Prozess ein direktes Erwärmen unterschiedlicher Prozessdaten bewirken oder nur einen Wärmeverlust ausgleichen soll. Die für die Betriebsbedingungen notwendige Heizfläche ist der für Anwender bestimmende Faktor, wenn sie die notwendige Baugröße eines  elektrischen Heizsystems auslegen müssen. Die Berücksichtigung der geforderten Temperaturdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur sowie die Volumenströme unterscheiden in der Konsequenz die Bauform als einzügiges oder mehrzügiges Anlagendesign

Die Eckdaten sind entscheidend
Das wärmetechnische Auslegen eines Elektroerhitzers basiert ganz entscheidend auf den Stoffdaten des zu erwärmenden Mediums. Die durch den Erhitzer zu liefernde Energie überträgt sich direkt und vollständig auf das Medium. Wichtig dabei ist, dass die Temperatur der Heizelemente eine zulässige errechnete Grenztemperatur nicht überschreiten darf. Die Konzentration auf eine zu kleine Oberfläche führt zu einer hohen spezifischen Oberflächenbelastung und kann sowohl das Medium als auch die Heizelemente schädigen. Neben der durch Rechnerprogramme gestützten theoretischen Auslegung der Heizelemente ermöglichen unterschiedlich positionierte Temperaturfühler das sichere Überwachen der Oberflächentemperatur der Heizelemente. Die dem Prozess vorgeschaltete Steuerungsanlage überwacht die eingestellte maximale Temperatur und schaltet die gesamte Leistungsenergie des Erhitzers ab, sobald sie ein kritisches Temperaturverhalten registriert. Kompatibel mit einem Erhitzerdesign konstruierte Steuerungsanlagen ermöglichen das gradgenaue Programmieren. Sie führen nur dann Wärme zu, wenn es auch erforderlich ist – ein Beitrag zur Energieeffizienz in prozesstechnischen Anlagen.

Durchmesser- und Materialwahl
Bei der Wärmeübertragung setzen Hersteller in erster Linie auf elektrische Rohrheizkörper mit Metallmantel. Der Rohrheizkörper ist ein Heizelement mit wendelförmig verarbeitetem Heizleiter, der aus einer hochwertigen Chromnickellegierung besteht. Dieser Heizwendel ist zentrisch in einem Edelstahlrohr positioniert. Das Volumen zwischen Heizwendel und Rohrmantel wird mit Magnesiumoxid verfüllt und anschließend hochverdichtet. Dieser Füllstoff ist allerdings hygroskopisch und nimmt Feuchtigkeit aus der Luft rasch auf. Dadurch kann sich sowohl der Isolationswiderstand als auch die Prüfspannungsfestigkeit stark mindern. Zum Vermeiden dieser Feuchtigkeitsaufnahme verwendet der Hersteller ein eigens entwickeltes Verschlussmittel und ermöglicht somit eine Isolationsfestigkeit im hohen Giga-Ohm-Bereich. Rohrheizkörper nach diesem Fertigungsverfahren gibt es in den Durchmessern 8,5, 11,5 und 16 mm. Die Entscheidung, welcher Rohrdurchmesser zum Einsatz kommt, hängt ganz entscheidend von den geforderten Betriebsbedingungen ab. Ebenso entscheidend ist die Auswahl des zu verwendenden Rohrheizkörpermaterials. In aller Regel sind das hochwertige Edelstahlwerkstoffe, die den aufzuheizenden Stoffen und den thermischen Bedingungen angepasst sind.

In-house-Schweißkompetenz
Die mechanische Verbindung eines Rohrheizkörpers mit der Flanschplatte eines Erhitzers erfolgt über eine Löt- oder Schweißverbindung. Da Anwender solche Erhitzer nicht selten in druckführenden Anlagen betreiben, setzt das Unternehmen Schniewindt auf Schweißkompetenz; dokumentiert durch die HP0-Zulassungen des Schweißteams. Neben den Rohrheizkörpern gibt es für Anlagen, in denen extrem hohe Betriebsdrücke herrschen, sogenannte Makroheizkörper. Diese Heizelemente unterscheiden sich von den Rohrheizkörpern durch einen größeren Rohrdurchmesser von 31, 31,5 oder 32 mm sowie stärkere Rohrwandungen. Nicht selten ist es erforderlich, Elektroerhitzer in explosionsgefährdeten Bereichen der Ex-Zonen 1, 2, 21 und 22 zu installieren. Bei diesen Anwendungen muss der Hersteller den Heizflansch in druckfestgekapselter Ausführung der Zündschutzart Ex d (druckfest) oder in einer Ausführung Exe-C (erhöhte Sicherheit) mit entsprechenden Bescheinigungen unterschiedlicher Zertifizierungsstellen konstruieren.

Zur Homepage des Herstellers gelangen Sie hier.

Mehr über Beiträge zum Thema Heiztechnik finden Sie unter folgendem Link.

Heftausgabe: Dezember 2013

Über den Autor

Bernfried Kircher, Prokurist bei Schniewindt
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