Wärmeübertragungsanlagen mit organischen Fluiden

Unscheinbar und doch so wichtig: Wärmeträgeranlagen sorgen für störungsfreie Prozesse

Fest etabliert und nicht mehr wegzudenken: Wärmeübertragungsanlagen mit organischen Fluiden sind überall in der Industrie vorhanden. Welche Risiken gibt es? Wie verlaufen die Prozesse? Und wie sieht die Zukunft aus?

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Wärmeträgeranlagen sind ein Spezialgebiet im Bereich der Verfahrenstechnik und fest etabliert in vielen unterschiedlichen Branchen. Anwender müssen immer auf dem neusten Stand der Entwicklung sein und die aktuellen rechtlichen Rahmenbedingungen und Normen kennen. Walter Wagner ist Experte der Wärmeträgertechnik und klärt in seinem Standardwerk „Heat Transfer Technique“ über die Grundlagen, die neusten Technologien und Verfahren sowie über die neusten Vorschriften und Standards auf.

Die meisten Wärmeträgeranlagen werden in Deutschland, den USA und China gebaut. Deutschland hebt sich dabei auf europäischer Ebene besonderes hervor mit jährlichen Marktvolumen von ca. zwischen 150 bis 180 Millionen Euro Umsatz. Die folgende Auflistung zeigt, in welchen Industriebranchen die Wärmeträgeranlagen hauptsächlich zum Einsatz kommen:

• Chemische, chemisch-technische und Kunststoffindustrie

• Bitumen- und teerverarbeitende Industrie

• Mineralölindustrie

• Gummiindustrie

• Nahrungsmittelindustrie

• Seifen- und Waschmittelindustrie

• Holzindustrie

• Papierindustrie

• Bau-, Steine und Erden-Industrie

• Textilindustrie, Wäschereien

• Metallindustrie

• Elektroindustrie

• Schifffahrt

• Flugzeugindustrie, Luftreedereien

• Heizwärme-Versorgung

An der Anwendung in den jeweiligen Branchen sind Planungsbüros, Komponentenhersteller, Fluidlieferanten, Montagebetriebe und Isolierfirmen beteiligt.

Wärmeträgeranlagen in Verfahrensprozessen

Doch wie genau kommen die Wärmeträgeranlagen in der industriellen Großanlagen zum Einsatz? Die kurze Antworte auf diese Frage ist: Wenn es besonders heiß oder kalt wird. Demnach benötigen Firmen die Verfahrenstechnik zur Beheizung von Prozessen, wenn Temperaturen von ca. 200 bis 400 °C oder zur Kühlung, wenn bis zu –100 °C erforderlich sind. Walter Wagner erklärt: „Die Anwendung findet sich in allen technischen Bereichen, welche Wärme benötigen und feinstufig geregelt werden müssen, von der Beheizung von Brotbacköfen bis zu Spanplattenwerken."

Eine Wärmeaufnahmestelle, ein Rohrleitungskreislauf und eine Wärmeabgabestelle sind immer Bestand dieser Anlagen. Als Komponenten werden benötigt:

• Erhitzer, beheizt mittels Feuer, heißen Abgasen oder elektrischem Strom.

• Rohrleitungssysteme, Umwälzpumpen, Armaturen, Behälter, Steuerung und

• Wärmeverbraucher.

Dabei unterscheiden sich die Technologien nur geringfügig und sind meist abhängig von den maximalen Temperaturanwendungsgrenzen. Diese Grenzen werden bestimmt von dem jeweiligen Wärmeträgerfluid und den Werkstoffen. Ein typischer Wärmeübertragungsprozess beginnt im Erhitzer mit der Wärmeaufnahme. Kreiselpumpen wälzen daraufhin das erhitzte Wärmeträgerfluid im Kreislauf um. Das Fluid gibt schließlich an dem Wärmeverbraucher seine Energie ab.

Unterschiedliche Arten von Wärmeträgerfluiden

Fluide unterscheiden sich durch unterschiedliche Anwendungsgrenzen von 250 °C, 300 °C, 350 °C und 400 °C. Neben der Temperaturgrenze gibt es auch noch andere Begrenzungen, wie zum Beispiel den Einsatz im Lebensmittelbereich, in der Solartechnik oder aber auch in Anlagen mit Heiz- und Kühlprozessen.

Aufgrund der hohen Temperaturen und sensiblen Verfahrenstechniken ist eines klar: Sicherheit ist das A und O. Auf die Frage, was bei einem sicheren Betrieb von Wärmeträgeranlagen zu beachten ist, antwortete Wagner: „Das Wärmeträgerfluid führt zu keinen Korrosionen auf der Kreislaufinnenfläche. Bedingt jedoch durch den Betrieb von solchen Anlagen über dem Flammpunkt des "Öles", wird das Fluid in die Klasse 1 der Druckgeräterichtlinie eingeordnet. Des Weiteren ergibt sich durch die Gefahr einer übermäßigen thermischen Zersetzung des Fluids bei hohen Temperaturen, die Notwendigkeit einer erforderlichen jährlichen Kontrolle des Öles. Somit sind die Dichtheit der Anlage und die Überwachung des Fluids die wichtigsten sicherheitstechnischen Maßnahmen."

In unserem Artikel „Internationale Neuauflage: Fachbuch für Wärmeübertragungsanlagen“ finden Sie eine Kurzzusammenfassung der Kapitel des Fachbuchs

Standardwerk über Verfahrenstechnik

Internationale Neuauflage: Fachbuch für Wärmeübertragungsanlagen

Die wichtigsten Normen und Richtlinien

Neben einer sicheren Anlagendichte und einer stetigen Fluidüberwachung ist für die Planung von Wärmeübertragungsanlagen die Kenntnis über die neusten Vorschriften und Standards unabdingbar. Dabei sind folgende Normen und Richtlinien ausschlaggebend:

• Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (GPSG)

• Richtlinie über Druckgeräte (DruckgeräteRL)

• Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV)

• Bundes-Immissionsgesetz (BlmSchG)

• Wasserhaushaltsgesetz (WHG)

Die Zukunft der Wärmeträgeranlagen

Im Hinblick auf die zukünftige Entwicklung der Verfahrenstechnik ist für Wagner eines klar: „Auch in diesen Anlagen ist die Anwendung der Industrie 4.0 in Bezug auf Mess-, Steuer- und Regeltechnik im Einzug.“ Darüber hinaus führt er auf, dass bereits an einer Anhebung der Temperatur-Anwendungsgrenze gearbeitet wird. „Erste Anlagen mit 440 bis 450°C sind in Erprobung", so der Experte.

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