Elektrische Strömungserhitzer und Tankheizungen

Temperieren präzise jedes Volumen

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Nahezu alle prozesstechnisch relevanten Gase und Flüssigkeiten lassen sich mit elektrischen Heizelementen präzise temperieren und bis über 800 °C aufheizen. Zur Auswahl stehen u. a. elektrische Strömungserhitzer und direkte Tankheizungen. Die effizienteste Lösung ist von vielen Faktoren abhängig und es bedarf einer fachmännischen Beratung.

Neben dem Klassiker, der Wassererwärmung, sind Elektroerhitzer zur Erwärmung von Prozessgasen, Luft oder Stickstoff und industrieller Flüssigkeiten wie Laugen, Emulsionen und aggressiver Chemikalien im Einsatz. Einen großen Anwendungsbereich finden Elektroerhitzer außerdem in der Vorwärmung von Öl, insbesondere Hydrauliköl, Motoröl, Schmieröl und Schweröl. Möchte ein Kunde einen Tankbehälter oder eine Anlage elektrisch beheizen, ist anfangs zu klären, wo das Medium erwärmt werden soll: Mit angeflanschten Tankheizungen im Behälter oder als komplett anschlussfertige Einheit in einem separat aufgestellten Strömungserhitzer?

Der Strömungserhitzer besteht dabei aus einem Flanschheizkörper, das eigentliche elektrische Heizbündel, das in einen Druckbehälter eingeschoben und verschraubt wird. Dort fungiert es als direkte Wärmequelle für die umströmenden Flüssigkeiten oder Gase. Der Durchfluss des einströmenden Mediums wird mittels Umlenkbleche im Druckbehälter so gesteuert, dass möglichst viel Querströmung zum Rohrbündel entsteht und eine effiziente Beheizung stattfindet. Neben der kompletten Vorfertigung durch den Hersteller sind der hohe Wirkungsgrad bei der Wärmeübertragung, die autarken Aufstellungsmöglichkeiten und die einfache Montage über vorher festgelegte Eintritts- und Austrittsstutzen für das zu beheizende Medium wesentliche Merkmale dieser Bauart. Strömungserhitzer in stehender oder liegender Ausführung von Herbst sind bereits mit allen Kundenspezifikationen wie Regel- und Steuerungseinheiten, anschluss-fertigem Schaltschrank, Temperaturfühlern und Temperaturüberwachungseinrichtungen, mediumgerechter Oberflächenbelastung, Anschlüssen für Vor- und Rücklauf, Befestigungsmöglichkeiten, Entleerungs- und Entlüftungsstutzen und Überdruckventilen ausgestattet.
Vorwärmung einer Wasseremulsion
Wie so ein Strömungserhitzer konkret aussehen kann, zeigt ein Praxisbeispiel: Ein Elektroerhitzer soll 20 m³ Wasseremulsion mit 3 % Ölanteil in 8 h Aufheizzeit von 10 auf 30 °C ( ΔT = 20 K) erwärmen. Da die Erwärmung außerhalb des Tanks stattfinden muss, bietet sich die Installation eines elektrischen Strömungserhitzers an. Aus Platzgründen fällt die Wahl auf die vertikale Ausführung. Bei der Auslegung und Konstruktion sind Durchmesser, Anzahl und Länge der elektrischen Heizelemente, max. zulässige Oberflächenbelastung des Mediums, Nennweite der Leitungen, Werkstoff und Systemdruck zu bestimmen. Ferner sind die elektrische Steuerung und die benötigten Sicherheitseinrichtungen auszuwählen.
Unter Berücksichtigung der gegebenen Prozessdaten und Kundenwünsche wurde letztendlich ein Strömungserhitzer mit einem Flanschheizkörper Nennweite DN 200 und einer Gesamtbauhöhe von ca. 1,70 m realisiert. Das Mantelmaterial der Heizelemente mit einem Durchmesser von 8,5 mm besteht aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit aus dem Werkstoff 2.4858. Die maximale Oberflächenbelastung von 4,5 W/cm² garantiert einen sicheren Betrieb und verhindert Schäden am Heizelement und Medium. Die Gesamtleistung von 65 kW ist mittels einstufiger Steuerung und separatem Schaltschrank regelbar. Ein Sicherheitsüberdruckventil ist am Druckbehälter montiert.
Erwärmung im Tankbehälter
Elektrische Tankheizungen sind eine Alternative zu unabhängig aufstellbaren Strömungserhitzern. Industrielle Flüssigkeiten können direkt in Behältern, Maschinenbauteilen und großen Tanks von elektrischen Heizelementen ohne zusätzliches Druckgehäuse erwärmt werden. Für kleine Leistungsstufen empfiehlt sich der Einsatz sogenannter Einschraub- oder Patronenheizkörper, die über eine in der Behälterwand eingeschweißte Muffe befestigt werden. Wird eine größere elektrische Wärmeleistung benötigt, sollte auf Flanschheizkörper, wie sie auch in Strömungserhitzern zu finden sind, zurückgegriffen werden. Das Heizbündel eines Flanschheizkörpers kann entweder aus verschweißten bzw. hart eingelöteten Rohrheizkörpern in den Durchmessern 8/5/11,5/12/ 16 mm bestehen oder aus Leerrohren mit 52 mm Durchmesser, die mit keramischen Patronenheizkörpern bestückt sind. Der Vorteil der Flanschbauweise mit 52-mm-Leerrohren besteht im bedarfsgerechten Auswechseln einzelner Heizeinsätze ohne den Ausbau des gesamten Flanschheizkörpers und des damit verbundenen Ablassens großer Ölmengen oder anderer Flüssigkeiten. Das Schutzrohr des Heizeinsatzes verbleibt dauerhaft im Tank bzw. in der Anwendung.
Beispielhaft für einen Flanschheizkörper mit keramischen Patronenheizkörpern ist ein Auftrag zur Vorwärmung eines großen Hydrauliktankbehälters: Die erforderliche Heizleistung von 21 kW, eine kundenseitig vorgegebene maximale Oberflächenbelastung von 0,7 W/cm² und die maximale Tauchtiefe von 1800 mm geben die anzuschließende Flanschnennweite DN 250 vor und ermöglichen den Einsatz eines Herbst-Flanschheizkörpers mit 12 auswechselbaren Patronenheizkörpern. Beim Einsatz der beschriebenen Tankheizung sollte auf die Einhaltung der maximal zulässigen Oberflächenbelastung des Hydrauliköls, die Berücksichtigung der unbeheizten Zone, eine Temperaturregelung mit Sicherheitstemperaturbegrenzer, ein elektrisches Anschlussgehäuse mit Schutzart IP 65 und die Möglichkeit eines einfachen Austauschs der Heizelemente ohne Ablassen des Hydrauliköls geachtet werden.
Die Standardlösung bei der Erwärmung von Prozessflüssigkeiten oder Gasen gibt es nicht. Die letztendlich realisierte Beheizungslösung ist von vielen Faktoren abhängig und es bedarf einer fachmännischen Beratung. Herbst Beheizungs-Technik bietet kundenspezifische Sonderanfertigungen und Kleinserien von Elektroerhitzern vom Watt- bis in den Megawattbereich an.
prozesstechnik-online.de/cav1114404
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