Rothos Energy Systems GmbH
Rothos
Thermoölanlage
Home
Kontakt
Impressum
Datenschutzerklärung

Thermoölwärmeversorgung in einem Holzwerkstoffwerk

"Umbaumaßnahmen zur Verbesserung der Wärmeversorgung und Wärmeverteilung"

Aufgrund von Produktionssteigerungen und Produktionsanlagen- erweiterungen in einem deutschen Werk zur Herstellung und Beschichtung von MDF-Platten ergab sich die Notwendigkeit, das bestehende Thermoölbeheizungs- und Versorgungssystem den neuen Anforderungen anzupassen.

Die Firma GEFI Gesellschaft für Industriewärme mbH wurde mit den entsprechenden Maßnahmen beauftragt. Die Realisierung erfolgte im 2. Halbjahr 2004.  

1. Anlagenbestand vor Umstrukturierung:

Zur Thermoölwärmeerzeugung stehen folgende Thermoölerhitzer zur Verfügung:

  • Erdgasbefeuerter Thermoölerhitzer, Leistung 5.830 KW, Volumenstrom 250 m³/h
  • Erdgasbefeuerter Thermoölerhitzer, Leistung 7.000 KW, Volumenstrom 300 m³/h
  • Dampfbeheizter Thermoölerhitzer, Leistung 14.210 KW, Volumenstrom 700 m³/h

Der Dampf wird in einer restholzbefeuerten Anlage erzeugt. Die Thermoölbeheizung wird vorrangig von dem dampfbeheizten Thermoölwärmetauscher übernommen.

Nachfolgend aufgeführte Produktionsanlagen werden mit Thermoöl versorgt:

  • MDF-Presse 1
  • MDF-Presse 2
  • Kurztaktpressen 1 - 6

Die Thermoölerhitzer sind an einem Verteiler- und Sammlersystem angeschlossen, von welchem aus die Produktionsbereiche MDF 1, MDF 2 und KT 1-6 mit separaten Rohrleitungssträngen, ohne zusätzliche Pumpen, versorgt werden. Die Thermoölerhitzer mit den zugehörigen Primärumwälzpumpen versorgen somit direkt die Produktionsbereiche. Ein Parallelbetrieb der Erhitzer ist aus hydraulischen Gründen nicht möglich, da in diesem Zustand die Mindestthermoölvolumenströme nicht erreicht werden. Das Thermoölsystem ist mit 2 parallel geschalteten Ausdehnungsgefäßen, welche auf gleichem Höhenniveau (+16 m) installiert sind, ausgestattet. Die Aufnahmekapazität der Ausdehnungsgefäße ist nach Aussage des Betreibers ausgelastet.

2. Vorgaben zur Umstrukturierung bzw. Verbesserung der Thermoölwärmeversorgung und Wärmeverteilung

Mit Auftragserteilung wurden nachfolgend aufgeführte Randbedingungen zur Realisierung des neuen Systems vorgegeben.

  • Verlängerung der MDF-Presse 1 und damit verbunden eine Erhöhung des primärseitigen Thermoölvolumenstromes auf 440 m³/h, bei 280 °C Vorlauftemperatur
  • Leistungssteigerung der MDF-Presse 2 und damit verbunden Erhöhung des primärseitigen Thermoölvolumenstromes auf 500 m³/h, bei 280 °C Vorlauftemperatur
  • Installation von 2 weiteren KT-Pressen (KT 7 und KT 8) unter Verwendung der bestehenden Thermoölversorgungsleitung DN 125 mit einem Gesamtvolumenstrom für alle Pressen von 160 – 180 m³/h bei einer Vorlauftemperatur von 280 °C
  • Versorgung des neu errichteten Hochregallagers mit Thermoölwärme zur Warmwasserraumbeheizung  mit einem Volumenstrom von 22 m³/h
  • Vergrößerung der Aufnahmekapazität des Thermoölausdehnungssystems für einen Gesamtthermoölinhalt von 150.000 – 180.000 l
  • möglicher Parallelbetrieb der 3 vorhandenen Thermoölerhitzer, wobei der dampfbeheizte Wärmetauscher vorrangig die Wärme zu erzeugen hat
  • max. Thermoölvorlauftemperatur an den Erhitzern 280 – 285 °C
  • Installation der neuen Anlagenkomponenten im Nahbereich des vorhandenen Systems
  • Änderung des Systems bei geringstem Stillstandsaufwand während der Umschlussphasen
  • Schaffung von Anschlussmöglichkeiten eines weiteren Thermoölerhitzers und weiterer Produktionslinien

3. Beschreibung der Änderungsmaßnahmen

Mit den wärmetechnischen Angaben der Produktionsmaschinen werden die erforderlichen Thermoölwärmeleistungen, Thermoölvolumenströme und Thermoöltemperaturen an den Übergabestellen definiert. Insbesondere sind die geforderten Thermoölvorlauftemperaturen am Eintritt der Pressenheizplatten zu beachten. An den Heizplatten der modernen kontinuierlichen Pressen werden heute Temperaturen von bis zu 265 °C gefordert.

Zur Sicherstellung dieser Werte müssen die Wärme- und Volumenstrombilanzen sowie die Thermoöltemperaturen im gesamten Versorgungsbereich von den Erhitzern bis zu den Maschinenregelstationen bilanzmäßig in Einklang gebracht werden.

Weiterhin ist die Tatsache zu berücksichtigen, dass einzelne und / oder mehrere Produktionsanlagen aus maschinentechnischen oder betriebsbedingten Gründen zu- und abgeschaltet werden müssen und dass je nach Wärmeanforderungen auch die Thermoölerhitzer alleine oder im Parallelbetrieb zu fahren sind. Eine gegenseitige Beeinflussung darf durch die Vielfalt dieser unterschiedlichen Betriebszustände nicht auftreten.

Unter Betrachtung dieser Kriterien wurde ein Anlagenkonzept gewählt, welches im Bild 2 verfahrensmäßig dargestellt ist. Folgende Änderungs- und Erweiterungsmaßnahmen wurden durchgeführt:

Thermoölerhitzer

Die bestehenden Thermoölerhitzer erfüllen weiterhin die Funktion der Thermoölbeheizung. Der dampfbeheizte Wärmetauscher wird vorrangig die Energieversorgung übernehmen. Die erdgasbefeuerten Thermoölerhitzer I + II stehen als Standby-Erhitzeranlagen zur Verfügung. Im Bedarfsfalle können diese Erhitzer die Wärmeleistung vom dampfbeheizten Wärmetauscher übernehmen, aber auch Wärme in das Versorgungssystem einschleusen. Somit steht im Extremfall eine maximale Wärmeleistung von bis zu 27.000 KW zur Verfügung.

 

Mischrohr

Das Herzstück der neuen Anlagenkonzeption ist das Mischrohr, auch Mischverteiler oder hydraulische Weiche genannt. Unter Punkt 3.7.3 dieses Buches werden die Vorzüge des Mischrohrsystems beschrieben. Das installierte Mischrohr hat eine Nennweite von DN 500. Aufgrund der Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten musste eine Mischrohrlänge von ca. 10 m gewählt werden. Das Mischrohr bildet die hydraulische Trennung zwischen den Primärthermoölpumpen und den Sekundärzubringerpumpen. Am Mischrohr ist die Ausdehnungsleitung zum Ausdehnungsgefäß angeschlossen. Je nach Betriebszustand der Anlagen können sich unterschiedliche Strömungsverhältnisse im Mischrohr einstellen. Das Mischrohr mit den erforderlichen Anschlussstutzen ist so zu konzipieren, dass die primärseitig angebotenen Volumenströme auch sicher von den angeschlossenen Sekundärzubringerpumpen übernommen werden. Eine wahllose Stutzenanordnung muss vermieden werden. Wichtiges Kriterium zur Auslegung und Dimensionierung des Mischrohres ist die Bilanz der primär- und sekundärseitigen Volumenströme. Eine großzügige Dimensionierung des Mischrohrdurchmessers ist ebenfalls zu berücksichtigen. Um die geforderten sekundärseitigen Thermoölvorlauftemperaturen zu erreichen muss auf jedenfall die Summe der Primärvolumenströme immer mindestens gleich oder größer der Summe der Sekundärvolumenströme sein.

Primärthermoölumwälzpumpen

Die zu den erdgasbefeuerten Thermoölerhitzern gehörenden Thermoölprimärumwälzpumpen werden zu reinen Primärpumpen umfunktioniert und den hydraulischen Anforderungen angepasst. Die Umwälzpumpen des dampfbeheizten Thermoölwärmetauschers werden gegen größere Einheiten ausgetauscht, so dass ein Gesamtvolumenstrom von 1.100 m³/h erreicht wird.

Sekundärthermoölumwälzpumpen

Mittels Sekundärthermoölumwälzpumpen (Zubringerpumpen) werden die im Mischrohr bereitgestellten Wärmeleistungen und Primärvolumenströme übernommen und zu den einzelnen Produktionsbereichen transportiert:

- MDF I-Presse

- MDF II-Presse

- KT-Unterverteilung

- SG (Sozialgebäude / Wärmeversorgung)

- HRL (Hochregallager / Wärmeversorgung) 

Die Pumpendaten sind auf die produktionsspezifischen Anforderungen (Volumenstrom, Temperatur, Druck) abgestimmt.

Gefäße

Die neu konzipierte Thermoölanlage wurde mit einem neuen Thermoölausdehnungssystem bestückt. Es kommen 2 Behälter zum Einsatz.

- Ausdehnungsgefäß     22.000 ltr. (Niveau: +16,0 m)

- Überlaufgefäß  30.000 ltr. (Niveau: + 6,0 m)

Die Gefäße sind in einem Gefäßeturm integriert. Beide Gefäße übernehmen das Ausdehnungsvolumen bei Aufheizung des Gesamtthermoölinhaltes (von 150.000 -  max. 180.000 ltr.) von 20 °C auf 280 °C. Die Dimensionierung der Gefäßegrößen erfolgt unter Beachtung eines 30 %-igen Zuschlages nach DIN 4754.

Das obere Gefäß wird aufgrund seiner Größe nur einen Teil des Ausdehnungsvolumens übernehmen. Weiteres sich ausdehnendes Thermoöl wird in das darunter befindliche Überlaufgefäß abgeleitet. Niveauregulierpumpen halten das Niveau im oberen Gefäß auf dem erforderlichen Mindeststand. 

Das Ausdehnungsgefäß ist über die Ausdehnungsleitung am Mischrohr angeschlossen. Die geodätische Höhe des Ausdehnungsgefäßes bestimmt den Druck im Mischrohr. Die Betriebswerte am Mischrohr bestätigen einen nahezu gleichen Wert über die gesamte Mischrohrlänge.

Die bestehenden Sammelgefäße bleiben weiterhin Bestandteil der Gesamtanlage und sind ausschließlich zur Vorhaltung von Thermoöl und zum Befüllen und Entleeren von Anlagenteilbereichen bestimmt.

Temperatursperrgefäß

In der Ausdehnungsleitung zum Ausdehnungsgefäß ist das Temperatursperrgefäß installiert. Das heiße sich ausdehnende Thermoöl strömt über das Temperatursperrgefäß zum Ausdehnungsgefäß. Im Temperatursperrgefäß wird das Thermoöl durch Konvektionsabgabe abgekühlt. Die normale Betriebstemperatur des Ausdehnungsgefäßes im Dauerbetrieb wird bei 40 – 60 °C liegen. Neben dem Temperatursperrgefäß wird zur weiteren Schonung des Thermoöls das Ausdehnungssystem mit Stickstoffschleier abgedeckt.

Kondensationssystem

Das Thermoöl hat im Anlieferungszustand Wasser- und Leichtsiederbestandteile. Bei Betrieb des Thermoöls entstehen unter thermischer Belastung u. a. Leichtsieder. Das Ausdehnungsgefäß wurde mit einer Stickstofflanze versehen. Bei Anstieg des Leichtsiederanteils im Thermoöl und damit verbundener Absenkung des Thermoöls kann mit Hilfe dieser Stickstoffspüllanze der Leichtsiederanteil verstärkt ausgetrieben werden. Aus Erfahrung können mit dieser Maßnahme die Flammpunktwerte von z. B. 100 °C auf 150°C angehoben werden. Der mögliche Austausch des Thermoöls durch Flammpunktabsenkung kann somit hinausgezögert werden.

Wärmeversorgung KT-Bereich

Mit dem neuen Anlagenkonzept werden insgesamt 8 Kurztaktpressen mit Thermoölwärme zu versorgen sein. Die neu installierte KT-Zubringerpumpenstation übernimmt aus dem Mischrohr einen Volumenstrom von ca. 160 m³/h (280 °C) und transportiert diesen zu einer neu errichteten Thermoölunterverteilung im KT-Bereich mit folgenden Komponenten: 

-          Unterverteilersystem mit Absperrarmaturen

-          Pumpenstation Temperaturregeleinrichtung zur Versorgung der Pressen KT 1-4

-          Pumpenstation Temperaturregeleinrichtung zur Versorgung der Pressen KT 5/6

-          Pumpenstation Temperaturregeleinrichtung zur Versorgung der Pressen KT 7/8

Die Pumpenstationen übernehmen das vom Mischrohr ankommende 280 °C heiße Thermoöl und transportieren dieses mit niedrigerem Temperaturniveau (entsprechend der KT-Pressenanforderung, 220 °C bis 240 °C) und entsprechend erhöhtem Volumenstrom weiter zu den Kurztaktpressen. Die an den  Pumpenstationen installierten Dreiwegeregelventile sorgen in Verbindung mit einer Temperaturregelung für die angeforderten Thermoöltemperaturen.

Wärmeversorgung Sozialgebäude und Hochregallager

Die Bereiche Sozialgebäude und Hochregallager werden ebenfalls mit Thermoölwärme versorgt. Das Thermoöl wird in installierten Rohrbündelwärmetauschern auf den Wärmeträger Warmwasser übertragen. Mit dem so erzeugten Warmwasser werden Büroräume, Lagerräume, etc. beheizt und Brauchwasser erwärmt.

Die erforderliche Thermoölwärmeleistung wird mittels Thermoölumwälzpumpen aus dem Bereich des Mischrohres entnommen.

MSR-Anlage

Die neu installierte Anlage wird über Schaltschränke, ausgestattet mit SPS und touch-panel geregelt, gesteuert und überwacht.

Aufstellungssituation

Aufgrund örtlicher Verhältnisse musste zur Aufstellung des Mischrohres und der zusätzlich zu installierenden Pumpeneinheiten eine Werksstraße mit einer Stahlbaubühne in 7,3 m Höhe, 10  m freitragend, überbaut werden. Die neuen Gefäße wurden in einem Gefäßeturm installiert. Die verbaute Stahlprofilmasse beträgt ca. 75 t.

Bei der Planung und Realisierung des neuen Anlagenkonzeptes wurden die Vorgaben der deutschen und europäischen Normen umgesetzt. Insbesondere ist zu erwähnen, dass das gesamte Rohrleitungssystem detailliert nach den anerkannten Regeln der Technik geplant wurde. Entsprechende Ausführungsunterlagen mit Angaben der zu verwendeten Materialien, Federelemente, Dichtungen Schrauben etc. wurden in Verbindung mit Rohrleitungsstressberechnungen erarbeitet. Es ist auch zu erwähnen, dass die installierten Thermoölpumpenkompakteinheiten so gestaltet wurden, dass die max. zulässigen Pumpenstutzenkräfte mit rechnerischem Nachweis nicht überschritten werden.

Die Aufstellungsbereiche des Mischrohres der Thermoölpumpen und der Gefäße wurden unter Beachtung des Wasserhaushaltsgesetzes entsprechend gestaltet und mit niveauüberwachten Ölauffangwannen versehen.

Die Rohrschweißnähte wurden röntgensicher ausgeführt und in Teilbereichen bis zu 100 % geröntgt.

Aus sicherheitstechnischen Gründen wurden Thermoölrohrleitungen mit Schnellschlussklappen ausgestattet. Im Gefahrenfalle sind diese Klappen zu schließen. Mit Auslösung der Schnellschlussfunktion wird das Nachströmen von Thermoöl über mögliche Leckagen auf den Inhalt der abgesperrten Bereiche eingegrenzt.

Die Neuanlagen wurden während des laufenden Produktionsbetriebes installiert. Die Umschaltung der Thermoölerhitzer und Thermoölversorgungsbereiche wurde in mehreren Schritten bei geringstem Produktionsanlagenstillstand durchgeführt. Zu keinem Zeitpunkt kam die gesamte Produktion zum erliegen. Mit der Anlagenerweiterung mussten zusätzlich ca. 50.000 l neues Thermoöl eingeschleust werden. Bei der Beschaffung des Thermoöls wurde ein besonderes Augenmerk auf die Qualität gelegt (möglichst kein Wasser- und Leichtsiederanteil, Beschaffung des Thermoöls direkt aus der Raffinerie, Anlieferung im vorgewärmten Zustand). Die bekannten Probleme beim Erstaufheizen von neuen Thermoöl wurden mit diesen Maßnahmen weitestgehend vermieden. Das vorgewärmte, angelieferte Thermoöl konnte ohne jegliche Probleme in das bestehende System eingebracht werden.

 

Die hier beschriebenen Maßnahmen wurden im Oktober /  November 2004 installiert und Dezember 2004 erfolgreich in Betrieb genommen.

Dieser Bericht erscheint im neuen Buch Wärmeträgertechnik mit organischen Fluiden der Firma WTS.