Vielseitige elektrische Flachheizkörper und Solid State Power-Control: Argumente gegen gasgefeuerten Dampf

Die Herausforderung
Der Kunde verwendet Rohre und Metallteile für die Herstellung von Hochgeschwindigkeitsturbinen und Kompressoren. Darüber hinaus generalüberholt er gebrauchte Turbinen und Kompressoren. Teile dieser Geräte benötigen Entfettung und Entrostung.

Bisher wurden Teile einzeln in kleinen Tanks mit Beize,Entfetterund Rostschutzmittellösungen getränkt, die einen mehrstufigen Beizvorgang bilden. Jeder Tank wurde mithilfe von elektrischen Beckenrand-Tauchheizern bei erhöhten Temperaturen gehalten.

Der Kunde erkannte jedoch bald, dass die einzelne Bearbeitung der Teile ineffizient und zeitaufwendig war. Aufgrund erhöhten Produktionsbedarfs und der Einführung von großen Teilen wurden neue größere Tanks benötigt. Es wurde entschieden, dass ein großer Tank für jeden Schritt des Beizverfahrens und einer zum Abspülen (insgesamt vier Tanks) erforderlich waren. Die drei Tanks sowie der Spültank sollten bei erhöhten Temperaturen von 88 °C, 71 °C und 71 °C (190 °F, 160 °F und 160 °F) gehalten werden. Einen wichtigen Faktor bildeten dabei die Heizkosten.

Die Lösung
Der Kunde setzte eineigenständigesEntwicklungsteam ein, das die Anforderungen an ein Ersatzsystem untersuchen sollte. Die Anzahl der Stufen, zu verwendende Chemikalien, Tankgröße und -form, Eingangs-/Ausgangslogistik, Anschaffungskosten,Betriebskostenetc. wurden untersucht. Ein wichtiger Gesichtspunkt in der Analyse war der Kostenunterschied zwischen einergasgefeuertenDampfheizung und einer elektrischen Anlage. Untersucht wurden Geräte-, Montage- und Energiekosten sowie Nebenbetriebsanforderungen und Wartungskosten.

DieAnalyseergab letztendlich, dass eine elektrische Heizanlage der gasgefeuerten Dampfheizung aufgrund von zahlreichen Vorteilen überlegen war.

Nach der Entscheidung, vier Tanks von jeweils 1,2 x 1,2 x 6 Meter (4 x 4 x 20 Fuß)zu bauen, wendeten sie sich an einen Chromalox-Vertriebsingenieur, um ihnen bei der Auswahl der passenden elektrischen Heizanlage zu helfen. Seine Empfehlung lautete klar, Chromalox OT3601 Flachheizkörper vertikal zwischen den Tankrippen an den Seiten der Tanks anzubringen. Bei der Beheizung von der Seite anstelle von unterhalb des Tanks wird verhindert, dass sich die Schlammschicht am Boden des Tanks negativ auf den Wärmetransfer auswirkt. Ferner werden so Hindernisse im Tank vermieden, wie beispielsweise durch Tauchsieder,wodurch dieTeileentnahme erleichtert wird.

Durch Wärmeverlustberechnungen und unter Annahme einer30-minütigenAufwärmphase ermittelte der Chromalox-Ingenieur, dass jeder Tank 185 Flachheizkörper mit jeweils 1,5 kW erfordern würde. Die Gesamtleistung pro Tank beläuft sich damit auf 278 kW. Ferner empfahl er, die Heizkörper mit Metallblech, einer Isolierschicht und einer weiteren Blechschicht abzudecken und die anderen drei Seiten ebenfalls zu isolieren und mit Blech zu verkleiden. Darüber hinaus riet er dem Kunden, ein luftbetriebenes Rührwerk für eine gleichmäßige Erwärmung im Tank zu verwenden.

Der Kunde bestellte ein zentrales Bedienfeld, von dem aus die Verteilungssteuerung und Abschaltung der drei beheizten Tanks erfolgen würde. Darüber hinaus wurde für jeden Tank ein Wahlschalter gewünscht, mit denen er ohne Steuereinstellungen ändern zu müssen während der Ruhezeiten auf eine niedrigere Temperatur herabgeregelt und während der Arbeitszeit auf Betriebstemperatur gebracht werden kann.

Chromalox lieferte ein speziell verdrahtetes Bedienfeld mitsamt Trennschalter, Leistungsverteilungsklemmen, Sicherungen und SCR-Leistungssteuergeräten. Die für den Betrieb und die Wartungstemperaturen erforderlichen Steuergeräte und Schalter waren zusammen mit einer Übertemperaturschutzvorrichtung für jeden Tank ebenfalls enthalten. SCR-Stromversorgungskomponenten (Chromalox Modelle 4120 und 4130) wurden ausgewählt, um eine stufenlose, päzise auf veränderbare Lastanforderungen abgestimmte einstellbare Ausgangsleistung (100 %) zu gewährleisten.

Für jeden Tank wurden zwei separate digitale Y4 DIN Temperaturregler ausgewählt (einer für den Betrieb und einer für Wartungstemperaturen). (Chromalox Modell 3914 PID-Controller für die präzise Betriebstemperatur und Modell 3913 Proportional-Controller für die Wartungstemperatur).

Vorteile

  • Da die Anlage keinen Dampf liefern konnte, hätte ein neuer Dampfkessel mit Gas beheizt werden müssen.  
    Die Kosten für den Kessel im Vergleich zu der kompletten elektrischen Anlage waren über 200 % höher.
  • Das Bedienfeld ist vorverdrahtet, sodass lediglich die Heizelemente montiert und die Stromleitungen an das Bedienfeld (Ein- und
    Ausgang) angeschlossen werden mussten. Die Kessellösung hätte schwere Aufbauarbeiten und zahlreiche Arbeitsstunden zum Anschließen der Dampfleitungen erfordert. Darüber hinaus hätten elektrische Leitungen und Kraftstoffleitungen verlegt werden müssen.
  • Aufgrund des bereits hohen Strombedarfs des Kundenwaren die Energiekosten beim Stromlieferanten vergleichsweise gering. Energieberechnungen
    bestätigten schnell, dass die Kosten der elektrischen Heizanlage weitaus geringer ausfallen würden, als die der Dampfheizanlage (zum Teil aufgrund des relativen Wirkungsgrades).
  • Die mit der Dampfheizung verbundenen Nebenkosten waren enorm. Eine lizenzierter Kesselwärter müsste für die tägliche Inbetriebnahme vor Ort sein.  
    Das Personal müsste bereits sehr früh bereitstehen, um die Dampfheizung vorzubereiten, während bei der elektrischen Anlage das Umlegen eines einfachen Schalters durch einen Wartungstechniker oder sogar durch eine Zeitsteuerung genügt. Ein Kessel erfordert darüber hinaus offizielle Abnahmen, geplantes Abschlämmen, regelmäßige
    Reinigung etc.,was mit derelektrischen Heizanlage nicht der Fall ist.
  • Sämtliche elektrische Heiz- und Bedienelemente sind bei
    Bedarf für die Wartung, Instandhaltung oder den Austausch leicht zugänglich. Bei einem Dampfsystem könnten längere Abschaltphasen nötig sein, damit das System vor der Wartung von Rohrleitungen, Kesselbrennern usw. abkühlen kann.