www.intertec.info Serienschaltung von Gehäuseheizung und Rohrbegleitheizung Mineralisolierte Begleitheizkabel haben viele wünschenswerte Eigenschaften. Sie stehen jedoch im Ruf, erhöhten Projektierungsaufwand und zusätzliche Kosten für Regler und Begrenzer zu verursachen. Dieses Datenblatt zeigt, dass das nicht sein muss. Die Serienschaltung ist eine ökologische (Energieersparnis), technisch elegante und wirtschaftliche Methode, Schutzkasten und Impulsleitung einer Messstelle mit einem Thermostat auf annähernde Konstanttemperatur zu regeln und bei den Messstellen für eine Temperaturbegrenzung zu sorgen. Dieses Datenblatt zeigt die physikalischen Grundlagen. 1 Warum Begleitheizen? Im Chemie- und Umweltanlagenbau ist die Beheizung von Messstellen (z. B. Drucktransmittern) und Rohrleitungen (Prozess-, Impuls- oder Analysenleitungen) oft unvermeidlich, um ein Einfrieren im Betrieb oder auch nur im Anlagenstillstand zu verhindern, die Messgenauigkeit durch Thermostatisierung des Sensors zu erhöhen oder ein Kondensieren oder Erstarren des Mediums zu verhindern (z. B. Natronlauge-Dosierung) Das Beheizungssystem muss nach den Anforderungen des jeweiligen Anwendungsfalls ausgelegt werden. 2 Begleitheizung Heizkabel in Serienschaltung (z. B. mineralisolierte Heizkabel) Die spezifische Heizleistung ist stark von der Länge abhängig. Aus dem Ohmschen Gesetz ergibt sich: P= P U L R W/ m V m Ohm/ m Gl. 1, wobei spezifische Leistung Betriebsspannung Länge des Heizkabels spezifischer Widerstand Direkt angeschlossen, kann also ein Heizkabel immer nur in einem engen Längenbereich verwendet werden. Um die bestechenden Vorteile mineralisolierter Heizkabel Temperaturbeständigkeit bis über 900° C; bei Rohrtemperaturen von mehr als 190° C (dampfgespülte Messleitungen) gibt es kaum eine Alternative, große mechanische Robustheit (Edelstahlmantel), langfristige chemische Beständigkeit, sichere Überwachung und Betriebskontrolle möglich, da bei einer Unterbrechung im gesamten Heizkreis kein Strom mehr fließt, die Begleitheizung kann daher nicht auf einer Teilstrecke ausfallen, relativ günstiger Preis pro Meter zu nutzen, bedarf es intelligenter Anwendungen, wie sie die folgenden Beispiele zeigen. Die Temperaturregelung auf einen Sollwert – wie sie allen folgenden Beispielen eigen ist – erlaubt eine wesentlich energiesparendere Beheizung als selbstlimitierende Heizbänder, weil deren Eigenschaften die Temperatur lediglich auf einen Bereich limitieren. 3 Die in der Skizze als Einzelwiderstände dargestellten Widerstandsleiter sind in Wirklichkeit natürlich homogen. U² L²r Serienschaltung von Schutzkastenheizung und Begleitheizkabel In vielen Fällen muss sowohl das in einem Schutzkasten eingebaute Messgerät mit seinen Zusatzeinrichtungen (z. B. Differenzdrucktransmitter mit Ventilblock), als auch die Impulsleitung zwischen Prozess und Messgerät beheizt werden. Hier bietet sich an, für Beides einen gemeinsamen Heizkreis zu verwenden. Dadurch kann ein Thermostat Kasten- und Rohrtemperatur gleichzeitig regeln und so eine betriebssichere und zugleich energiesparende Beheizung ermöglichen, der gleiche Thermostat den durch die Länge bedingten unterschiedlichen Widerstand des Heizkabels in weiten Bereichen voll ausgleichen. HD335-1 Serienschaltung von Gehäuseheizung und Rohrbegleitheizung Seite 1/ 2 INTERTEC-Hess GmbH · Raffineriestraße 8 · D-93333 Neustadt/Donau · Tel: +49 (0) 9445/95 32-0 · Fax: +49 (0)9445/95 32 32 www.intertec.info Serienschaltung von Gehäuseheizung und Rohrbegleitheizung Gleichung 2 in Gleichung 3 eingesetzt und nach den Temperaturen aufgelöst, ergibt: T R - Ta 2KKrR = T K - Ta KKRK Gl. 4 Wie Sie sehen, tauchen weder die Länge der Begleitheizung noch der Strom in Gleichung 4 auf. Für jede Kombination der Typen von Schutzkasten/ Kastenheizung/ Rohrisolierung/ Begleitheizkabel (die bei den meisten Anlagen genormt sind) kann die beheizte Leitung eine beliebige Länge zwischen 0 und der Maximallänge haben (die sich aus Gleichung 3 bei einem ED von 1 ergibt). 4 Abb. 2: Heizkreis in Serienschaltung Wie funktioniert das? Eine thermostatgeregelte Schutzkastenheizung regelt die Temperatur des Schutzkasteninneren über die Einschaltdauer ED des Thermostaten auf den vom Schaltpunkt vorgegebnen Wert. Im stationären Zustand ist die effektive Heizleistung gleich dem Wärmestrom, der durch die Isolation entweicht. Eine in Serie vorgeschaltete Begleitheizung wirkt als Vorwiderstand und vermindert den durch die Kastenheizung fließenden Strom; die Heizungsanordnung regelt dies durch eine größere ED aus (solange ED<=1). Zugleich wird dabei die Rohrtemperatur geregelt. In Formeln ausgedrückt: Wärmestrombilanz des Schutzkastens ED * I² * RK = KK * (TK – Ta) ED I RK KK A Ohm W/K TK Ta °C °C Gl.2,wobei Einschaltdauer Strom Innenwiderstand der Kastenheizung K-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) des Schutzkastens Innentemperatur des Schutzkastens Außentemperatur Gerätekombinationen Im nicht-Ex-Bereich können die INTERTECHeizungen E155 und E158 mit den Heizkabeln K..Ex in den Längen von 0 bis ca. 15 Doppelmetern kombiniert werden. K..Ex sind mit mineralisolierten Heizkabeln mit Edelstahl-Mäntel und mit Teflon Heizkabeln lieferbar. Heizungstyp Heizprinzip Heizkabel EEX 500 T4 R Konvektionsheizung K..Ex 5 Konfektioniert oder Baustellenlösung? Montageleistungen auf der Baustelle sind grundsätzlich teurer als eine Fertigung im Werk. Daher wird im Anlagenbau versucht, möglichst weitgehend Standardlösungen und vorgefertigte Elemente zu verwenden. Auch bei mineralisolierten Begleitheizungen ist der Bezug montagefertiger Einheiten die wirtschaftlichere Lösung. INTERTEC liefert alle Begleitheizungen montagefertig innerhalb von 5 Arbeitstagen. Sie können daher auch erst nach dem Ausmessen der benötigten Länge auf der Baustelle bestellt oder abgerufen werden. Für die in Serie dazugeschaltete Begleitheizung gilt eine ähnliche Gleichung ED * I² *rR * 2* LR = KR * LR * (TR – Ta) Gl.3,wobei rR LR KR TR Ohm/m spezifischer Widerstand der Begleitheizung m Länge der zu beheizenden Rohrleitung W/K K-Wert (Wärmedurchgangskoeffizient) der Rohrleitungsisolation °C Temperatur der Rohrleitung HD335-1 Serienschaltung von Gehäuseheizung und Rohrbegleitheizung Seite 2/ 2 INTERTEC-Hess GmbH · Raffineriestraße 8 · D-93333 Neustadt/Donau · Tel: +49 (0) 9445/95 32-0 · Fax: +49 (0)9445/95 32 32
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