Wasser statt Öl bringt viele Vorteile

Der Autor: Karlheinz Gruber Geschäftsführer, Single Temperiertechnik

Komponenten und Anlagen für die chemische, pharmazeutische und die Lebensmittelindustrie sind komplex und meist individuell konzipiert. Auch bei der Peripherietechnik wie Temperier- und Kühlanlagen ist deshalb selten Standard im Einsatz. Meist sind individuelle Lösungen gefragt. Für verschiedenste Industriebereiche müssen Temperieranlagen maßgeschneidert konzipiert und ausgelegt, konstruiert und hergestellt werden. Aufgrund verschiedener Anwendungen kommt der Applikationsberatung eine besonders wichtige Rolle zu, beispielsweise bei der Erfüllung von Explosionsschutzanforderungen, bei der Einhaltung hoher Regelgenauigkeiten oder hoher Temperaturen.

Auch bei höheren Einsatztemperaturen bietet sich Wasser statt Öl als Umlaufmedium an, da es verschiedene Vorteile bietet. Wasser besitzt eine wesentlich bessere Wärmeübertragungsleistung als Öl. Seine spezifische Wärmekapazität liegt bei ca. 4,2 kJ/kg K und wird von keiner anderen Flüssigkeit auch nur annähernd erreicht. Wärmeträgeröl bietet nur knapp die Hälfte dieses Wertes und unterliegt beim Vergleich der Wärmeleit- und Wärmeübergangseigenschaften sogar um den Faktor 5 bis 8.

Je nach Beschaffenheit des Wärmeträgeröls sind Tank-Ölsysteme nur bis ca. +150 °C Betriebstemperatur einsetzbar, weil das Öl bei höheren Temperaturen mit dem Sauerstoff der Luft reagiert, feste Bestandteile bildet und infolgedessen Probleme im Systembetrieb verursacht.

Seit vielen Jahren setzt Single Temperiertechnik Wassersysteme auch oberhalb des atmosphärischen Siedepunktes von +100 °C ein. Sie sind dann als geschlossene Drucksysteme gestaltet. Durch die Verdampfungsneigung des Wassers baut sich ein temperaturabhängiger Überdruck auf. Bei +120 °C beträgt dieser Überlagerungsdruck nur 1 bar, bei +160 °C aber bereits 5 bar und bei 225 °C sogar 30 bar. Mit zunehmendem Systemdruck steigen die Kosten für die Einzelkomponenten, und die Gefahr von Undichtigkeiten nimmt zu. Daher ist – je nach Baugröße des Systems und Anwendungsfall – ein Wechsel auf Wärmeträgeröl oft bei +170 bis +180 °C angeraten.

Oberhalb dieser Temperaturen lassen sich die Nachteile von Öl im Vergleich mit denen von Wasser technisch und wirtschaftlich meist in Kauf nehmen. Offene Systeme mit Öl sind auch dann angeraten, wenn ein hoher Systemdruck mechanische Probleme verursachen kann, so z. B. bei der Temperierung doppelwandiger Behälter.

Bleibt das Temperaturprofil unter +225 °C, so bieten Temperiersysteme mit Wasser als Umlaufmedium nicht nur thermische Vorteile. In großen Anlagen sind oft längere Distanzen zwischen dem Temperiersystem und der zu temperierenden Anlage zu überbrücken. Dann sinkt wegen des unvermeidlichen, großen Druckverlusts über die Distanz trotz leistungsstarker Pumpen an den Temperiersystemen der Durchfluss so stark, dass eine zuverlässige Regelung und Wärmeübertragung nicht mehr gegeben ist.

Daher setzen viele Anwender aufwendige und teure Hochtemperatur-Ölsysteme ein, obwohl die erforderlichen Aufheiztemperaturen weit niedriger liegen. Zur Optimierung solcher Anlagen trägt ein Wechsel auf Hochtemperatur-Wassersysteme bei, deren Wärmeübertragung aufgrund der physikalischen Eigenschaften des Wärmeträgers Wasser weitaus besser ist.

Single bietet sowohl Öl- als auch Druckwassersysteme mit maximalen Heizleistungen von 144 kW im Standard an und deckt damit auch die Anforderungen von großen Anlagen ab, die sonst nur mit mehreren kombinierten Temperiersystemen zu betreiben wären. Für besonders energieintensive Prozesse hat das Unternehmen Systeme entwickelt, die mit Dampf anstelle elektrischer Energie beheizt werden. Um höhere Temperaturvarianz auch im Minusbereich abdecken zu können, werden temperiertechnische Anlagen bei Bedarf mit Kompressorkühlsystemen kombiniert.

Alle Temperiersysteme sind serienmäßig mit einer Durchflussmessung ausgestattet. Die Durchflussmessung gewinnt vor allem bei der Herstellung hochwertiger Produkte zunehmend an Bedeutung, z. B. zur Beurteilung, Überwachung und Dokumentation von Prozessparametern. Sie ermöglicht es, Beeinträchtigungen der Wärmeübertragung frühzeitig zu erkennen. Die von Single eingesetzten Durchflussmesser funktionieren ohne bewegte Teile nach dem Differenzdruckprinzip und arbeiten deshalb wartungs- und verschleißfrei.

Die Single-Temperiersysteme für die chemische, pharmazeutische und Lebensmittelindustrie sind mit der vielsprachigen Regel- und Steuereinheit SC standard ausgestattet. Sie bietet ein grafikfähiges Textdisplay, Softkey-Tasten mit spezifischer Belegung, detaillierte Betriebs- und Alarmmeldungen sowie Parameterbezeichnungen in Echttext, grafische Darstellung von Mess- und Grenzwerten von Temperatur sowie Durchfluss, eine Hilfefunktion mit möglichen Korrekturmaßnahmen bei Alarm, Programmreglerfunktion mit mehreren Rezepten, Sollwerten und Rampenfunktionen sowie eine Speicherung der Alarmhistorie. Digitale Schnittstellen über RS 232, RS 485, kundenspezifische Protokolle TTY, Profibus DP, CAN-Bus, SPI, Modbus und Ethernet sichern die Kommunikation mit Leitrechnersystemen.

Als Regeleinheit für höhere Ansprüche verfügt die Ausbaustufe SC professional über eine Anzeige und Limitfunktion für Druck, analoge Schnittstellen zur Kommunikation von Sollwert und Istwert über Strom- oder Spannungssignal, eine Auswahl verschiedener Temperaturfühlereingänge, eine Regelung über Verschaltung von internem und externem Temperaturfühler als Quasi-Kaskadenregelung sowie umfangreiche Steuerungs- und Parametrierungsmöglichkeiten zur Darstellung von Sonderverfahren.

Temperiersysteme mit Wasser oder Öl als Umlaufmedium von Single führen Zulassungen im Bereich der Europäischen Druckgeräterichtlinie (PED). Das Unternehmen ist zertifiziert nach EN ISO 9001:2008 und liefert bei Bedarf auch nach ausländischen Normen wie UL, CSA oder Gost. Temperiersysteme für die chemische Industrie erfüllen mit besonderer Ausstattung die Ex-Schutz-Richtlinie Atex.

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