Verfahrenstechnik 6/2017

MESSEN, REGELN,

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN Gleichmäßig warm SIL-Lösungen für Beheizungen in explosionsgefährdeten Bereichen Elektrische Beheizungslösungen werden immer dann benötigt, wenn in geschlossenen verfahrenstechnischen Prozessen die Temperatur gehalten oder erhöht werden muss. Besonders in explosionsgefährdeten Bereichen sind hier heutzutage häufig Lösungen gefragt, die SIL-Anforderungen erfüllen. Durch die physikalische Grundeigenschaft der Widerstandserwärmung ist es möglich, elektrische Beheizungen genau dort anzuwenden, wo sie gebraucht werden und auch nur dann, wenn eine zusätzliche Beheizung notwendig ist. Auch bestehende Anlagen oder Prozessabläufe können ohne weiteres mit geringem technischem Aufwand mit einer flexiblen elektrischen Beheizung nachgerüstet werden. Die in Heidelberg ansässige Firma Winkler plant, konstruiert und baut schon seit 40 Jahren flexible elektrische Beheizungen. Besonders bei explosionsgeschützten Beheizungen hat Winkler in den vergangenen Jahren neben vielen Standardlösungen auch spezielle kundenspezifische Beheizungslösungen realisiert. Dieser besonders von Richtlinien, Vorschriften und Normen geprägte Produktbereich ist enorm gewachsen und die Produkte verfügen über eine sogenannte Systemzertifizierung. Durch diese muss der Betreiber einer explosionsgefährdeten Anlage keine zusätzliche Abnahme der gelieferten Beheizungen mehr durchführen lassen, da diese im Vorfeld schon durch den Hersteller (Winkler) durchgeführt wurde. Auch eine aussagekräftige Dokumentation gehört zum Lieferumfang. Diese ist ein wichtiger Teil des vom Betreiber der Anlage zu führenden Explosionsschutzdokuments gemäß §6 der Gefahrstoffverordnung GefStoffV „Informationsermittlung und Gefährdungsbeurteilung“. Wichtige Komponenten Im Rahmen eines Konformitätsbewertungsverfahrens gemäß RL 2014/34/EU und einer Zündgefahrenbewertung wurden auch die verbauten Ex-relevanten Bauteilkomponenten einer besonderen Auswahl unterzogen. So installiert Winkler von Anfang an zertifizierte Pt100- Widerstandstemperatursensoren mit EG- Baumusterprüfbescheinigung in den flexiblen explosionsgeschützten Beheizungen. Die Pt100-Widerstands- temperatursensoren sind eine wichtige Sicherheitskomponente der Beheizung, da der eingebaute Widerstandsheizleiter ohne entsprechende Regelung und Begrenzung die maximal zulässige Temperatur überschreiten würde. Eine solche Übertemperatur würde nicht nur die Beheizung selber schädigen, sondern auch zu einer gefährlichen Zündquelle werden. Gemäß der EN 60079-14 Kapitel 13 „Elektrische Heizsysteme“ Anhang F „Installation von elektrischen Begleitheizungssystemen“ sind Sicherheitseinrichtungen wie etwa Sensoren zur Temperaturerfassung für Regler und Begrenzer vorzusehen, um keine hohen Temperaturen, die eventuell zu Zündquellen werden können, auftreten zu lassen. Man spricht hierbei von einer überwachten Ausführung (Anhang F 4.3), die zur Begrenzung der Oberflächentemperatur eine Temperaturkontrolleinrichtung notwendig macht. Diese Temperaturbegrenzung muss unabhängig von der Temperaturregelung arbeiten und schaltet das Heizsystem bleibend ab, bevor die höchstzulässige Oberflächentemperatur (am Heizleiter) überschritten wird. Ein manuelles Wiedereinschalten ist erst möglich, wenn der Betreiber der Anlage sich davon überzeugt hat, was der Grund für das Ansprechen der Sicherheitseinrichtung war und dass die entsprechende maximale Temperatur des Ex-Bereiches nicht mehr überschritten wird. An der heißesten Stelle Die Positionierung des Temperatursensors muss an der heißesten Stelle im Prozess erfolgen. Dieser Hot Spot ist zum Beispiel bei einem Heizschlauch zwischen dem Heizleiter und dem zu beheizenden Objekt – dem Grundschlauch. Bei der Widerstandserwärmung des Heizleiters durch das Anlegen einer Spannung reagiert das Pt100-Widerstandsthermometer mit einer Widerstandsänderung, die in einer entsprechenden im oder außerhalb des Ex- Bereiches betriebenen Steuer- und Überwachungseinrichtung ausgewertet wird und je nach Aufbau oder Programmierung entsprechende Maßnahmen einleitet. So können nicht nur die Betriebstemperaturen des Prozesses geregelt, sondern auch Autor: Matthias Garbsch, Branchenmanager, Jumo GmbH & Co. KG, Fulda

MESSEN, REGELN, AUTOMATISIEREN entstehende Zündquellen in der Beheizung durch unkontrollierte Übertemperaturen vermieden werden. Neben dem fachgerechten Einbau und der richtigen Positionierung der Widerstandsensoren in der flexiblen Beheizung ist dabei auch eine entsprechende Prozessstabilität maßgebend. Diese hängt überwiegend von der verwendeten Auswerteeinheit ab. Besonders geeignet für diese Aufgabe ist der Sicherheitsbegrenzer/-wächter Jumo Safety M STB/STW. Mit diesem lässt sich eine kompakte einkanalige Sicherheitssteuerung mit wählbaren redundanten Eingangssignalen für Einheitssignale und Temperatursensoren realisieren. So eignet sich diese Lösung besonders für kleinere Anwendungen wie Sondermaschinen und Einzelapplikationen mit niedriger Signaldichte und -anzahl. Die Ex-Variante verfügt auch über die Atex-Zulassung. 02 Applikationsbeispiel: Elektrische Beheizung mit einer Ex-geschützten Heizmanschette Parametrierungsaufwand gering Ebenfalls für den Einsatz in elektrischen Beheizungen ist der Zweipunktregler Jumo Extherm-DR mit Ex-II-Zulassung konzipiert. An den eigensicheren Ex-(ia)- Messeingang für Widerstandsthermometer, Thermoelemente oder Stromeinheitssignale können entsprechende baumustergeprüfte Sensoren direkt angeschlossen werden. Der Einsatz einer Barriere ist somit nicht mehr erforderlich. Neben dem Relaisausgang „Regler“ verfügt das Gerät über einen zweiten Relaisausgang zur Grenzwertüberwachung. Im Applikationsbeispiel ist eine elektrische Beheizung mittels einer explosi- 01 Beheizungslösung für Fässer onsgeschützten Heizmanschette dargestellt. So können die entsprechenden Prozesse in der Beheizung mit integrierten Pt100-Widerstandsthermometern einmal für die Temperaturregelung (1 × Sensor) und für die Begrenzung mit redundanter Ausführung (2 × Sensoren) ausgeführt werden. Neben niedrigen Investitionskosten liegen die Vorteile hier bei einem geringeren Aufwand an Parametrierung je Applikation. Zur Verfügung stehen drei unterschiedliche analoge und binäre Funktionsausgänge. In Verbindung mit speziellen Temperaturfühlern, die ebenfalls in Atex- Varianten lieferbar sind, ist die gesamte SIL-Sicherheitskette bereits berechnet und entsprechende Zertifikate bis SIL3 können von Jumo ausgestellt werden. www.jumo.net THE POWER OF ELECTRIFYING IDEAS. Elektrische Prozessheiztechnik im Chemieanlagenbau Besondere Anforderungen in diesem Betriebsumfeld: • Hohe Betriebsdrücke bis 300 bar • Explosionsgefährdete Umgebung • Patronenheizkörper mit austauschbarem Heizeinsatz, ohne das Medium ablassen zu müssen Für all diese Herausforderungen hat Schniewindt die geeigneten Produkte und berät Sie vom ersten Tag der Planung bis über die Inbetriebnahme der installierten Anlage hinaus. Schniewindt GmbH & Co. KG 58809 Neuenrade, Germany Tel.: +49(0) 2392 -692 0 www.schniewindt.de