Die Auslegung von elektrischen Hochtemperatur-Begleitheizungen in Ex-Bereichen ist eine kniffelige Angelegenheit, insbesondere wenn sich die Prozesstemperaturen dem Bereichslimit nähern, also der Beschränkung der zulässigen Temperaturdifferenz zwischen dem beheizten Medium und der Oberflächentemperatur der Heizleitung.

Mineralisolierte (MI) Heizkabel sind seit über 100 Jahren am Markt. Bei in Serie geschalteten elektrischen Heizkreisen haben sie sich als besonders robust und zuverlässig erwiesen.

Anders als selbstregelnde oder leistungsbegrenzende Heizbänder sind MI-Heizkabel nur in vorkonfektionierten Längen erhältlich, weshalb das Bestimmen und Bestellen der richtigen Kabellänge von größter Bedeutung ist.

Häufig umfassen Systeme aus mineralisolierten Begleitheizkabeln und konventionellen Temperaturreglern eine solch große Anzahl an Heizleitungen, dass sie mitunter einen enormen Installationsaufwand erfordern.

Die neuesten Fortschritte bei der Konstruktion von Begleitheizungen, der entsprechenden Auslegungssoftware und der Regelungstechnik haben das Optionsspektrum für komplexere Anwendungen deutlich erweitert. Somit sind pro Rohrabschnitt weniger Heizleitungen erforderlich, was sich in geringeren Installations- und Wartungskosten niederschlägt. Zudem ist die Heizleistung besser auf den Wärmeverlust des Systems abgestimmt. Häufig erfordern moderne Begleitheizungen bis zu 50 Prozent weniger Verkabelung als herkömmliche Systeme. Und zu guter Letzt sinkt damit das Risiko, dass eine Auslegung in der Praxis kaum bis gar nicht umsetzbar ist, um ein Vielfaches.

Nicht nur Begleitheizleitungen selbst unterliegen zahlreichen nationalen und internationalen Normen, die zu großen Teilen nun in der Norm IEC/IEEE 60079-30 vereinheitlicht wurden, dasselbe gilt auch für die Art, in der sie ausgelegt werden. In Ex-Bereichen (explosionsgefährdete Bereiche) unterliegen Begleitheizungssysteme noch einer zusätzlichen Betriebsbeschränkung. Diese besagt, dass die maximale Oberflächen- oder Manteltemperatur der Heizleitung die lokale maximale Temperaturklassifizierung nicht überschreiten darf. Die Temperaturklasse wiederum ergibt sich aus der Selbstentzündungstemperatur entzündlicher Flüssigkeiten, Gase oder Dämpfe in der Umgebung.

Herkömmliche Auslegungsmethoden sind durch die Eigenschaften der Heizleitungen beschränkt. In vielen Fällen führt dies zu Systemen, die sich nur schwer installieren und warten lassen und durch die die Gesamtkosten der Lösung häufig steigen.

Mittlerweile gibt es aber neue Methoden, bei denen weiterentwickelte Heizleiterkonstruktionen und Regelungsalgorithmen zum Zug kommen. Diese Methoden, zusammen mit einer Auslegungssoftware, die die Oberflächentemperatur der Heizleitung präzise ermittelt, geben Auslegungsverantwortlichen mehr Flexibilität beim Erstellen von Lösungen, die zudem mit geringeren Investitions- und Betriebskosten punkten.

Neue MI-Heizkabelkonstruktionen

Mehrere Hersteller bieten ein breites Spektrum an Widerständen, Durchmessern und Mantelmaterialien, sodass sich das Dilemma der Manteltemperatur umgehen lässt. Ingenieure und Techniker können sich diese enorme Auswahl zunutze machen und eine Wärmeabgabe auswählen, die dem Wärmeverlust besser entspricht, um so große Spitzen in der Manteltemperatur zu minimieren. Heizleitungen mit großem Durchmesser verbessern das Verhältnis von Manteltemperatur und Leistungsdichte. Seit Neuestem gibt es MI-Heizkabel, bei denen, aufbauend auf dem Prinzip eines großen Durchmessers und besseren Emissionsgrads, das Manteltemperaturprofil weiter verbessert wurde.

Neue Regelungssysteme mit intelligenter, anpassungsfähiger Leistungssteuerung

Der Ein/Aus-Algorithmus zur Temperaturregelung durch Thermostate und Standardtemperaturregler beruht auf folgendem Prinzip: Die Rohrtemperatur wird überwacht und je nach gemessenem Wert wird die Heizleitung ein- oder ausgeschaltet, sodass durchschnittlich genug Energie aufgewendet wird, um den Wärmeverlust auszugleichen. Die hierbei verwendeten Temperaturregler können allerdings nicht die pro Schaltzyklus hervorgerufenen Höchstspitzen bei der Manteltemperatur ausgleichen. Sie überwachen die Temperatur, schalten die Beheizung je nach Sollwert ein oder aus und weisen je nach Anwendung Schaltzyklen von mehreren Minuten oder mehr auf.

Wenn zusätzlich zur Temperatur auch die Leistung der Heizleitung überwacht und begrenzt wird, lässt sich die Manteltemperatur der Heizleitung minimieren und genau auf den Wärmeverlust abstimmen. Halbleiterrelais und leistungsstarke Temperatursteller erlauben am Reglerausgang eine vielfache Zustandsänderung pro Sekunde. Dadurch lässt sich die gewünschte effektive (Durchschnitts-)Leistung der Heizleitung präzise steuern.

Temperaturregler der nächsten Generation verfügen über ausreichend Mess- und Rechenleistung, um verschachtelte Regelkreise einzurichten, bei denen der äußere Kreis die Temperaturregelung und der innere die Steuerung der Heizleitungsleistung übernimmt.

Modernste Auslegungssoftware

Die Auslegungssoftware muss nicht nur die Normen für Begleitheizungen und ihre Anwendungen berücksichtigen, sondern auch die Auswirkungen von Schaltzyklusmodulationen und Regelungsalgorithmen korrekt berechnen, um Manteltemperaturen präzise vorhersagen zu können.

Letztendlich sind mineralisolierte (MI) Begleitheizungssysteme die ideale Wahl bei Anwendungen mit hohen Anforderungen an die Wärmeabgabe oder bei der Anwendung in rauen Bedingungen und Ex-Bereichen.

Weitere Informationen über MI-Begleitheizungen finden Sie hier.