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Verfahrenstechnik 4/2016

Verfahrenstechnik 4/2016

SPECIAL I HANNOVER MESSE

SPECIAL I HANNOVER MESSE Hohe Präzision Elektroerhitzer als effiziente Alternative Bernfried Kircher Die richtige Auslegung elektrischer Erhitzersysteme sorgt für eine hohe Energieeffizienz bei größtmöglicher Betriebssicherheit – wie z. B. in einer polnischen Raffinerie. Die wärmetechnische Auslegung eines Elektroerhitzers basiert ganz entscheidend auf den Stoffdaten des zu erwärmenden Mediums. Die durch den Erhitzer zu liefernde Energie überträgt sich direkt und zu 100 % auf das Medium, wichtig dabei ist, dass die Temperatur der Heizelemente eine zulässige errechnete Grenztemperatur nicht überschreiten darf. Autor: Bernfried Kircher, Prokurist, Schniewindt GmbH & Co KG, Neuenrade In einer polnischen Raffinerie wurde eine Produktionslinie für organische Verdünnungsmittel in Betrieb genommen. Einer der wichtigen Faktoren während der Projektbearbeitung war die Wahl der Energiequelle für die Beheizung des mit Schwefel angereicherten Benzins sowie des Wasserstoffgases. Beide Medien wurden für die Produktion als Rohstoffe genutzt. Gemäß der Prozessanforderungen sollte die gewählte Lösung eine Beheizung von verschiedenen Medien in fünf voneinander unabhängig arbeitenden Betriebsfällen gewährleisten: n normaler Betrieb – Beheizung des Rohstoffes: das mit Schwefel angereicherte Benzin wird auf 340 °C erhitzt; Betriebsdruck 35 barg n periodischer Betrieb – Trocknung des Katalysators: der technische Stickstoff wird auf 200 °C beheizt; Betriebsdruck 2 barg n periodischer Betrieb – Anschwefelung des Katalysators: die Mischung des Wasserstoffgases und des mit Schwefel angereicherten Benzins wird auf 300 °C beheizt; Betriebsdruck 30 barg n periodischer Betrieb – Reduktion des Kata lysators: der Wasserstoff wird auf 400 °C erhitzt; Betriebsdruck 30 barg; n periodischer Betrieb – dreistufige Regenerierung des Katalysators: der Stickstoff wird auf 250 °C beheizt, Betriebsdruck 3 barg; Wasserdampf wird bis zu 380 °C erhitzt, Betriebsdruck 11 barg; Wasserdampf-Luft-Mischung wird bis zu 450 °C beheizt, Betriebsdruck 3 barg Eine zusätzliche Anforderung war die Ausführung des Erhitzers bzw. Gasofens für die Montage in einer explosionsgefährdeten Zone. Zwei Lösungen wurden auf ihre Eignung untersucht: der Erdgasofen wie auch der elektrische Durchlauferhitzer. Nach Vergleich aller Vor- und Nachteile entschied sich der Investor für die Systemanwendung des elektrischen Durchlauferhitzers mit einer dazugehörigen Thyristorsteuerung. Diese Entscheidung wurde von den unten beschriebenen Faktoren beeinflusst: n stetige Temperaturregelung im gesamten Prozessbereich möglich n präzise Steuerung des elektrischen Durchlauferhitzers, das heißt, das Erreichen bestimmter Leistung in Abhängigkeit von 70 VERFAHRENSTECHNIK 4/2016

den aktuellen Betriebsanforderungen des Prozesses n wartungsfreier, automatischer Betrieb des Erhitzers – das Steuerungssystem reagiert auf wechselnde Betriebsbedingungen des Prozesses und stellt die benötigte Leistung der Rohrheizkörper ein n hohes Sicherheitsniveau, das die Regelung und die Thyristorsteuerung gewährleisten; nach einer entsprechenden Konfiguration der Regelung reagiert das System sehr schnell auf eventuelle Verringerung der Durchflussgeschwindigkeit des beheizten Mediums n geringe Größe des Erhitzers n keine Emissionen in die Atmosphäre n sehr einfache Inbetriebnahme des Systems n niedrige Investitionskosten Elektrischer Durchlauferhitzer Nach der Wahl der Energiequelle und damit auch der Art der Beheizungstechnik kam der Zeitpunkt, alle technischen Daten mit dem Investor abzustimmen. Für die Beheizung der unterschiedlichen Medien unter variablen Bedingungen bot sich vor allem der elektrische Durchlauferhitzer CSN HFS14/2KCF-EEx e 260T./ 200/97/DF einschließlich einer Thyristorsteuerung an. Unter Beachtung der Prozessbedingungen wurde die Heizleistung auf 260 kW berechnet. Dieser Durchlauferhitzer bestand aus zwei Ex-Flanschheizkörpern mit 166 kW und 94 kW, die in das U-förmige Rohrgehäuse eingebaut wurden. Eine stetige Regelung ermöglicht ein PID-Regler, der über zwei unabhängig voneinander arbeitende Thyristorsteuerungen den Erhitzer einspeist. Regelung der Medientemperatur und Ermittlung der Führungsgröße werden über drei auf der Armatur installierte Temperaturfühler sowie einen Volumenstromgeber gewährleistet. Zusätzlich ist der Erhitzer mit sechs Temperaturbegrenzern in Ex-i-Ausführung (mit eigensicheren Stromkreisen) ausgestattet. Diese sichern die Anlage vor dem Überhitzen sowie vor dem Überschreiten der zulässigen Temperaturklasse ab. Während der technischen Klärungsphase wurde viel acht auf den Einbau des Erhitzers in einer explosionsgefährdeten Umgebung gegeben. Diese wurde als Zone 2 IIC T3 ausgewiesen. Der Erhitzer sollte aber das mit Schwefel angereicherte Benzin bis zu 350 °C beheizen. Da die Betriebstemperatur höher als die höchst zulässige Temperatur der Temperaturklasse T3 ist, wurde der Durchlauferhitzer gem. des Atex-Zertifikates PTB 01 Atex 1003X durch die benannte Stelle klassifiziert und für den Betrieb zugelassen. Einfache Inbetriebnahme Nach der Montage des Erhitzers wurde er mit Mineralwolle isoliert und einem Aluminiummantel umhüllt. Gemäß Anforderungen des Investors wurde der Erhitzer vor direktem Berühren heißer Oberflächen abgesichert. Da vor der Inbetriebnahme der Gesamtinstallation noch einige prozessbedingten Abläufe, verbunden mit Trocknung und Formierung des Katalysators im Reaktor notwendig waren, verlief die Inbetriebnahme in mehreren Phasen. Die grundlegende technologische Beschränkung des Prozesses war der maximal zulässige Temperaturanstieg des beheizten Mediums auf 24 °C/h. Bei der Inbetriebnahme wurden Parameter für alle fünf Betriebsfälle ermittelt und in der SPS-Anlage bzw. an den Thyristor-Leistungsstellern eingestellt. Unter anderem wurden Parameter des PID-Reglers sowie des Faktors des Temperaturanstiegs berücksichtigt. All das ermöglichte, dass die Bedienung der Anlage sich auf die Wahl des bestimmten Betriebsfalles beschränkt. Alle Parameter der Regelung können fern (DCS- Leitwarte) oder lokal (am Touchpanel) überwacht bzw. modifiziert werden. Gemäß Vereinbarung bei der Inbetriebnahme führte der Sachverständige der benannten Stelle eine Temperaturstückprüfung unter den Prozessbedingungen durch. Aufgrund der durchgeführten Prüfung bescheinigte er eine Zulassung für den Betrieb des Durchlauferhitzers im explosionsgefährdeten Bereich. Große Flexibilität In den letzten Jahren gewinnt die elektrische Beheizungstechnik in der Prozesstechnik immer mehr an Bedeutung. Eines der Indizien, warum elektrische Durchlauferhitzer sehr oft vor den Gasöfen für die Anlagenbetreiber die erste Wahl sind, ist die Möglichkeit präziser Steuerung und Regelung der Führungsgröße (die Austrittstemperatur wird in der Anlage mit einer Genauigkeit bis zur 0,5 °C eingehalten). Mit zunehmender Entwicklung der Automatisierungstechnik ist es heutzutage möglich, Anlagen zu bauen, die viel Flexibilität und schnelle Reaktion auf kleinste Änderungen der Prozessbedingungen bedürfen. Ein sehr wichtiger Faktor ist auch die Garantie der sicheren Bauweise und der Ausführung. Das ist besonders wichtig für die Anwendungen, die für explosionsgefährdete Bereiche vorgesehen sind. Durch die einwandfreie Ausführung, die richtig definierten Gefahren, das präzise Benennen der Anforderungen und die Auswahl der Werkstoffe und Konstruktions-Mate rialien für die bestimmte Applikation und unter Berücksichtigung der atmosphärischen und ökologischen Aspekten ist es möglich, Anlagen zu bauen, deren Betriebsdauer gleich oder länger derer Gesamt installation ist. Halle 11, Stand B45 www.schniewindt.de Wir stellen aus: Hannover Messe 25. -29. April 2016 Halle 11, Stand A60 Durchfluss messen ®eln Schwebekörperdurchflussmesser Ultraschalldurchflussmessgeräte Turbinenzähler Ovalradzähler Magnetisch-induktive Durchflussmesser Regelventile Badger Meter Europa GmbH Nürtinger Str. 76 72639 Neuffen, Deutschland E-Mail: badger@badgermeter.de www.badgermeter.de VERFAHRENSTECHNIK 4/2016 71 zeigeVerfahrenstechnik.indd 1 02.02.2016 10:09:22 Badger-Meter.indd 1 16.03.2016 07:46:03

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