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Heißer Start in den Prozess

Heißwasserprozesse in der Industrie mit Dampf regeln
Heißer Start in den Prozess

Nichts ist unangenehmer als unter der morgendlichen Dusche zu stehen und plötzlich von einem Strahl kalten Wassers unsanft abgekühlt zu werden. Wie in Haushalten, benötigen auch unterschiedlichste Prozesse in der Industrie heißes Wasser, das in kürzester Zeit mit der gewünschten Temperatur zur Verfügung steht. Hierfür sorgt die anschlussfertige Wärmeübertragerkompaktstation Steamaqua.

Prozesse mit Heiztemperaturen zwischen 60 bis 90 °C werden oftmals mit herkömmlichen Durchlauferhitzern betrieben, die Heißwassertanks speisen. Diese benötigen zum einen Platz und zum anderen konstante Temperierung, um die Wärmeabstrahlung zu kompensieren. Außerdem sind oftmals Umwälzpumpen installiert. Häufig sind es auch Heißwasserbereiter, die einen Vorratsbehälter temperieren. Ist dieser Vorrat aufgebraucht, muss erst eine weitere Heizperiode abgewartet werden, um wieder auf Temperatur zu kommen. Da der Wasservorrat nicht durchströmt wird, erwärmt sich das Wasser nur sehr langsam über die Heizrohrschlange. Natürliche Konvektion vermischt warmes mit kälterem Wasser. Eine flexible Temperatureinstellung ist nicht möglich. Das Beenden des Heizvorganges erfolgt, indem die temperierte Wasservorlage auskühlt. Um schnell eine weniger heiße Temperatur zu erzeugen, muss die Wasservorlage verworfen werden.

Dampf effektiv nutzen

Dampfbetriebene Wärmeübertragerstationen finden vor allem bei Heiztemperaturen über 100 °C Anwendung. Dabei wird die hohe Kondensationsenergie des Dampfes genutzt, um die Medien auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Eben weil diese Energieübertragung so hoch ist, sind für dampfbetriebene Gebäudeheizungen, die statt 130 °C nur Temperaturen von 70 bis 80 °C erreichen sollen, sicherheitstechnische Einrichtungen vorgeschrieben. Regel- und Steuergeräte überwachen den Normalbetrieb und im Falle einer Grenzwertüberschreitung gewährleistet ihr festgelegtes Schaltverhalten das sichere Abschalten der Anlage. Erst nach einer Überprüfung und Entriegelung kann der Normalbetrieb wieder angefahren werden.

In der Kompaktwärmeübertragerstation Steamaqua sind diese Sicherheitseinstellungen berücksichtigt. Die kompakt ausgeführte Edelstahlkonstruktion (Wasserseite 316L & 316Ti, Dampfseite 304) ist auf einer Grundfläche von 0,7 m2 untergebracht. Mit einem Gabelstapler oder auch mit Rollen wird die Station an jeden Einsatzort gebracht. Anschlussfertig ausgeliefert, können die Medien angeschlossen und das Gerät in Betrieb genommen werden. Die Solltemperatur stellt man am Touchpanel ein und nach dem Starten der Anlage steht das Heißwasser nach kurzer Aufwärmphase zur Verfügung.

Kondensat sicher abführen

Die Beheizung erfolgt mit Dampf, der über ein Regelventil mit Zyklonabscheider geführt wird. Der nun trockene, perfekt konditionierte Sattdampf durchströmt erst das Stellventil zur Sicherheitsabschaltung und gelangt dann in den Spiralrohr-Wärmeübertrager. Der kondensierende Dampf erwärmt das Wasser auf der Sekundärseite und das gebildete Kondensat wird über einen Pumpkondensatableiter sachgemäß und schnell ausgeschleust. Besonders wichtig ist diese effektive Entwässerung für den Teillastbetrieb. Denn: Ist die Zieltemperatur fast erreicht und gelangt nur noch eine geringe Dampfmenge in den Wärmeübertrager, kondensiert der Dampf und es bildet sich in dem vertikalen Wärmeübertrager ein Vakuum. Das Kondensat gelangt zwar der Schwerkraft folgend in den Sammler, kann jedoch nicht frei abfließen. Dieses Rückstau-Phänomen führt bei herkömmlichen Wärmeübertragern zum sogenannten „Absaufen“, da die Heizfläche mit Wasser gefüllt wird. Im Steamaqua ist ein Pumpkondensatableiter integriert, der das anfallende Kondensat zu jeder Zeit ausschleust und eine störungsfreie Funktion der Station gewährleistet. Das heiße Kondensat wird über einen Vorwärmer geführt und ausgekühlt, gleichzeitig wärmt die Restenergie den eintretenden Wasserstrom vor. Das Wasser durchströmt anschließend den Spiralrohrwärmeübertrager, dessen Wellrohre für turbulente Strömung sorgen und damit den Wärmeübertrag maximieren. Die SPS-Steuerung des Geräts regelt die Dampfzufuhr, sodass das Wasser mit Solltemperatur den Wärmeübertrager verlässt. Zusätzlich ist es möglich, die Station über Modbus-TCP zu starten und die Sollwertvorgabe zu steuern.

Um ungewolltes Überhitzen zu vermeiden, werden Thermostate und Pressostate verwendet, die sowohl die Wassertemperatur als auch den Wasserdruck überwachen. Bei Überschreitung der Grenzwerte wird die Dampfzufuhr unterbrochen. Die integrierte Zirkulationspumpe kühlt den Wärmeübertrager ab, indem kaltes Wasser am Eintritt über einen Bypass im Gegenstrom in den Wärmeübertrager geführt wird. Dies schützt das Herzstück der Station vor thermischer Belastung.

Kurze Reaktionszeiten

Diese Symbiose aus TLV-Komponenten und dem TLV-Expertenwissen zeichnet die Wärmeübertrager-Kompaktstation Steamaqua aus. Die Energiebilanz der Station wird nicht nur durch den Spiralrohrwärmeübertrager und den Vorheizer optimiert. Zusätzlich vermeidet ein maßgeschneidertes Isolierpaket ungewollte Wärmeabstrahlung und dient gleichzeitig als Berührungsschutz vor Verbrennungen.

Die Reaktionszeit des Geräts ist im Vergleich zu herkömmlichen Heißwassererzeugern kurz. Schwankende Abnahmen in Wasserkreisläufen führen zu geringen Änderungen in der Warmwassertemperatur. Das schnelle Ansprechen der dampfseitig geregelten Wärmeübertragerstation bietet sich an, Wasserzirkulationssysteme mit oder ohne Entnahme zu temperieren. Auch bei direkter Heißwassernutzung kann eine konstante Zieltemperatur nach kurzer Aufheizphase zur Verfügung gestellt werden. Damit können große Wasserspeicher ersetzt werden.

Eine ungewünschte Temperaturabsenkung bei Spitzenlasten des Warmwasserbedarfs in Form der „kalten Dusche“ wird vermieden.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: cav0618tlv

www.tlv.com

Halle 8.0, Stand C24


Autorin: Dr. Maria L. Winnertz

Systemtechnik,

TLV Euro Engineering

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