Die passgenaue Auslegung elektrischer Erhitzersysteme sorgt für hohe Energieeffizienz und stellt größtmögliche Betriebssicherheit dar. Dabei ist nicht ausschlaggebend, ob der Prozess eine direkte Erwärmung unterschiedlicher Prozessdaten bewirken oder nur den Wärmeverlust ausgleichen soll. Die für die Betriebsbedingungen notwendige Heizfläche ist bestimmender Faktor bei der Festlegung der notwendigen Baugröße eines elektrischen Heizsystems. Die Berücksichtigung der geforderten Temperaturdifferenz zwischen Eintrittstemperatur und gewünschter Austrittstemperatur sowie die zu berücksichtigenden Volumenströme unterscheiden in der Konsequenz die Bauform als einzügiges oder mehrzügiges Anlagendesign.
Einzügig? Mehrzügig?
Die wärmetechnische Auslegung eines Elektroerhitzers basiert entscheidend auf den Stoffdaten des zu erwärmenden Mediums. Die durch den Erhitzer zu liefernde Energie überträgt sich direkt und zu 100 Prozent auf das Medium. Wichtig dabei ist, dass die Temperatur der Heizelemente eine zulässige errechnete Grenztemperatur nicht überschreitet. 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 sorgen unterschiedlich positionierte Temperaturfühler für eine sichere Überwachung der Oberflächentemperatur der Heizelemente. Die dem Prozess vorgeschaltete Steuerungsanlage überwacht die eingestellte maximale Temperatur und schaltet die gesamte Leistungsenergie des Erhitzers ab, sobald ein kritisches Temperaturverhalten auffällig wird.
Intelligente Steuerungsanlagen die kompatibel mit einem Erhitzerdesign konstruiert werden, ermöglichen heute eine gradgenaue Programmierung mit der es möglich ist, Wärme nur dann zuzuführen, wenn sie auch erforderlich ist. Ein Beitrag zur Energieeffizienz in prozesstechnischen Anlagen.
Intelligente Wärme
Für die Wärmeübertragung werden in erster Linie elektrische Rohrheizkörper mit Metallmantel verwendet. Der Rohrheizkörper ist ein Heizelement dessen Heizleiter wendelförmig verarbeitet wird und aus hochwertiger Chromnickellegierung besteht. Diese Heizwendel ist zentrisch in einem Edelstahlrohr positioniert. Das Volumen zwischen Heizwendel und Rohrmantel wird mit Magnesiumoxid verfüllt und anschließend hochverdichtet. Das Magnesiumoxid ist allerdings hygroskopisch und nimmt die Feuchtigkeit aus der Luft rasch auf. Dadurch kann sowohl der Isolationswiderstand als auch die Prüfspannungsfestigkeit stark gemindert werden. Zur Vermeidung dieser Feuchtigkeitsaufnahme verwendet der Hersteller ein eigens entwickeltes Verschlussmittel und sichert somit eine Isolationsfestigkeit im hohen Gigaohmbereich.
Rohrheizkörper nach diesem Fertigungsverfahren werden in den Rohrdurchmessern 8,5 mm, 11,5 mm und 16 mm hergestellt. Die Entscheidung, welcher Rohrdurchmesser Verwendung findet, hängt ganz entscheidend von den geforderten Betriebsbedingungen ab. Ebenso entscheidend ist die Auswahl des zu verwendenden Rohrheizkörpermaterials, in aller Regel hochwertige Edelstahlwerkstoffe die den aufzuheizenden Stoffen und den thermischen Bedingungen angepasst sind.
Die mechanische Verbindung eines Rohrheizkörpers mit der Flanschplatte eines Erhitzers erfolgt über eine Löt- oder Schweißverbindung. Da solche Erhitzer nicht selten in druckführenden Anlagen eingebaut werden, setzt der Hersteller auf absolute Schweißkompetenz dokumentiert durch die HP0-Zulassungen des Schweißteams.
Neben den Rohrheizkörpern werden insbesondere für Anlagen in denen extrem hohe Betriebsdrücke Berücksichtigung finden müssen, sogenannte Makroheizkörper eingesetzt. Diese Heizelemente unterscheiden sich von den Rohrheizkörpern durch einen größeren Rohrdurchmesser, 31,0 mm, 31,5 mm oder 32 mm, und stärkere Rohrwandungen.
Nicht selten ist es erforderlich, Elektroerhitzer in explosionsgefährdeten Bereichen der Ex-Zonen (1, 2 , 21 und 22) zu installieren. Bei diesen Anwendungen wird der Heizflansch in druckfestgekapselter Ausführung der Zündschutzart Exde (druckfest) oder in einer Ausführung ExeIIC (erhöhte Sicherheit) mit entsprechenden Bescheinigungen unterschiedlicher Zertifizierungsstellen konstruiert.
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