Valg af opvarmningsform :

Hedtolie eller Damp ?


Hvornår bør procesopvarmning ske med en hedtolie (VTO), og hvornår kan man med fordel blot anvende konventionelt dampopvarmning ?

Er du i tvivl eller vil du blot vide lidt mere - så er her en introduktion.

Mere om:

HEDTOLIEKEDLER VARMOLIEKEDLER

Mere om:

DAMPGENERATORER DAMPKEDLER

  

English Version

af Arvid Blom,
Senioringeniør og Partner i AB&CO

 


ANVENDELSE af Vand & Vanddamp

Vand og vanddamp har traditionelt været bredt anvendt som energi-bærende medier i både kraft- og varmeanlæg. F.eks. anvender kaftværker i såvel Danmark som den øvrige verden, herunder alle A-kraftværker, vanddamp til turbinerne der driver de store generatorerne. Også den gammeldags stempelmaskine til damp er blevet re-designet til at kunne bruges i forbindelse med el-produktion på CO2-neutrale brændsler.

 

 

FORDELE med Vand & Vanddamp

Det  er vigtig at slå fast at damp har nogle meget væsentlige og håndgribelige fordele også i forbindelse med procesopvarmning. Vand er som medium en af de mest effektive varmebærere der eksisterer, og i den tørmættede  dampfase indeholder det ekstrem meget energi. Det er samtidig en meget effektiv varmeafgiver og varmemodtager karakteriseret med generelt høje varmeovergangstal ved faseovergange (fordampning og kondensering). Det betyder at varmeoverførende enheder kan blive meget kompakte.

 

 

ULEMPER med Vand & Vanddamp

Men ved høje temperaturer kræver vand og tørmættet damp et tilsvarende højt driftstryk. På mange industrielle varmeanlæg er en meget høj temperatur på varmebæreren af afgørende vigtighed, da det sikre en høj intensitet og dermed ydelse på produktionsanlægget. Dette kan i praksis være meget dyrt og problematisk at etablere med vand og damp, netop pga. det deraf følgende høje driftstryk. Højtrykssystemer kræver beholdere , komponenter, armatur og rør i meget kraftig udførelse  - og det kræver særlige forskrifter for konstruktion, anvendelse, pasning og vedligeholdelse.

 

 

Olie i stedet for Vand og Vanddamp

Et interessant alternativ til damp og vand er derfor hedtoliekedler der som det varmebærende medium arbejder med en termisk olie, der mere korrekt kaldes en varme-transmissions-olie (VTO).

Kedlerne har af samme grund mange navne - de kaldes oftest hedtolie-kedler, men også hedtolie-anlæg, varmolie-kedler og varmolie-anlæg eller VTO kedler.

Varmesystemer med VTO (Varme-Transmissions-Olie) kræver som udgangspunkt ikke tryksatte systemer ved temperaturer over 100°C, der som bekendt er tilfældet med vand/vanddamp.

VTO kan ved atmosfæretryk arbejde i et valgfrit område helt op over 300°C. Til sammenligning ville anvendelse af vand eller damp ved denne temperatur kræve tryksætning på over 85 bar. Der er flere fordele ved opvarmning med hedtolie-systemer (VTO) ift. dampsystemer som kan opsummeres jf. nedenfor.

 


 

FORDELE med VTO (Varmetransmissionsolie)


8 VIGTIGE ARGUMENTER
for at vælge opvarmning med Varme-Transmissions-Olie (VTO), frem for opvarmning med damp :
 


1)
 
Høje driftstemperaturer
       typisk op til 300°C
       ved atmosfæretryk

Ved høje temperaturer kan anlæg, hvad enten det er varmevekslere, reaktorer, valser, paneler eller andre varmeforbrugende enheder – transmittere mere varme end ved lave temperaturer. Man kan opnå høje procestemperaturer og/eller man kan begrænse størrelsen af de termiske anlæg med høje temperaturer. Alt dette uden at skulle dimensionere trykbeholdere op efter høje tryk.


2)
 
 
Valgfrit temperaturniveau


Med blot en drejeknap kan driftstemperaturen optimeres til de faktiske forhold, herunder hensyn produkt, maskiner, andre medier og ikke mindst varmetransmission.


3)
 
Tilførsel og forbehandling af
       kedelfødevand irrelevant

Modsat dampanlæg kræver hedtoliekedler ikke forbehandlet vand og kemikaliedosering. Oliekredsen er lukket og kræver kun en periodevis tjek af oliens beskaffenhed, hvilket først og fremmest skal bruges som indikation af hvorledes anlægget, og hvad der eventuelt skal til for at få det i optimal kondition.


4)
 
Intet varmetab pga. varmt
       kondensat og flashdamp

Damp der kondenserer indeholder en meget stor mængde energi, der returneres til kondensattanken (fødevandstanken) som varmt vand og som flashdamp (fra genfordampning efter vandudlader). Kun med kondensatunderkøling kan man minimere dette tap, og dermed holde en rimelig varmeøkonomi. Med hedtolie sker der ingen fordampning og ingen temperatur-udligning som i fødevandtanke. Den temperatur der er tilbage den tilbagegående olie, bliver blot øget når den gennemløber hedtoliekedlen. Varmetab er kun fra rørføring og komponenter, hvilket minimeres med almindelig god og rigelig isolering.


5) 
 
Ingen risiko for
       korrosion & frostsprængninger

Hedtoliekredsen er helt lukket og er uden ilt. Olien indeholder ingen korrosive stoffer. Olie fryser heller ikke, og kan derfor ikke give anledning til frostsprængningen ved stilstand. Faktisk anvendes olie på f.eks. Norske olieplatforme i polarområder, i stedet for vand til almindelig centralopvarmning.


6)  Lave vedligeholdelsesomkostninger

Der kræves kun en cirkulerende olie – ingen tilsætninger, behandlinger og doseringer. Hedtolien pumpes let rundt i systemet, idet den specielle termiske olie ved de høje temperaturer omkring de 200°C faktisk er lige så tyndtflydende som vand ved 50–60°C.
 

7)   Støjsvag - ingen faseovergange
       og ingen dampslag

Når vand fordamper og damp kondenseres sker der nogle meget voldsomme ændringer i volumener. Dette  giver stedvis meget høje hastigheder, og eftersom der både er vand og damp til stede samtidig, vil der være vandpartikler der slynges rundt og som dermed forårsager både støj og vibrationer. I hedtoliesystemer er olien uden faseændringer og gennem-strømmer kedler, rør og armatur med en kontrolleret og lav hastighed. Erfaringen viser at driftspersonalet ofte bemærker at systemet er så god som lydløst. Det er så enkelt at hvis det ikke er tilfældet, så er der noget der ikke kører optimalt – en anden god måde at holde øje med om anlægget er i god driftstilstand.


8) 
 
Let af betjene - ingen krav
       til kedelpasserautorisation

Der kræves ikke egentlige trykbeholdere i et hedtoliesystem, og de er derfor undtaget af Arbejdstilsynet skærpede regler for drift, registrering og kontrol af dampkedler og trykbeholdere.
 

 

ULEMPER med Varmetransmissionsolie VTO

Olie skal betragtes som olie uanset hvordan den er tilpasset i sammensætning inklusiv additiver. Risiko og konsekvenser for brand er afgørende sikkerhedsforhold som man ikke må gå på kompromis med. Typisk arbejder man med temperaturer over oliens antændelsespunkt, så lækager med varm olie kan meget hurtigt blive fatale. Der findes en række regler som man skal følge ift. design af systemer, komponenter og dele, samt betjening og vedligeholdelse.

Det er på mange måder noget helt andet end med damp, og et eksisterende dampsystem eller varmtvandssystem kan ikke umiddelbart konverteres til et VTO-varmesystem. Alt fra rørdimensioner og rørføring (rørudvidelser) til komponenter er anderledes.

Erfarne og professionelle fagfolk med ekspertise indenfor denne opvarmningsmetode skal bør altid inddrages i udlægning af system, opsætning, indkøring og undervisning. Derfor kan man argumentere at en af ulemperne er at VTO-systemer blandt ingeniører, maskinmestre og teknikere er mindre kendte end fx. dampsystemer .

Udfordringer og fokus omkring detaljerne fremgår af de følgende afsnit.

En væsentlig ulempe er pris på helt små VTO-systemer. For der vil altid være en minimumsbestykning i disse systemer - ikke mindst af sikkerhedsmæssige årsager. Funktioner og faciliteter der altid skal være der uanset størrelse. Derfor starter priserne meget højt ift. f.eks. tilsvarende små dampsystemer.


 

 

Vigtighed af korrekt VTO Systemdesign

Et korrekt og forsvarlig systemdesign er af afgørende vigtighed for alle typer termiske anlæg, når der arbejdes ved disse høje driftstemperaturer. Men hedtoliesystemets udformning kræver en særlig ingeniørmæssig kompetence, og for at sikre dette kan man med fordel anvende AB&CO som totalentreprenør af systemet. Ingeniører hos AB&CO har designet og stået for leverance af adskillige totalløsninger til hele verden i mere end 20 år.


 

 

Design af Hedtoliekedler

AB&CO udvikler og fremstiller VTO kedler. De kan leveres i vandret udførelse (med lav højde), eller i lodret udførelse (med lille grundareal). De leveres isoleret med inddækningsplader komplet med brænder, sikkerhedsarmatur, ventiler, instrumentering og styreskab monteret, samt med fuld dokumentation herunder nødvendige certifikater.

De er altid opbygget med rørspiraler. Den termiske olie opvarmes under gennemstrømning indvendig i rørene. Varmen tilføres olien primært som strålevarme i forbrændingskammeret, hvor den inderste cylindriske rørspiral udgør kammerets væg. Forbrændingsgassen afkøles herefter i den ydre konvektionsdel hvor den varme røggas strømning imellem og udenpå to rørspiraler.

Det termiske design sikrer et lille olievolumen ift. ydelse, samt mulighed for optagelse af termiske udvidelser som følge af de høje temperaturer.

Som standard er kedlerne forsynet med monoblok brændere til naturgas, fyringsolie, sværolie eller til kombinationer af disse. Alle VTO hedtoliekedler bliver afslutningsvis trykprøvet og funktionstestet.

Udover standardudførelsen kan VTO hedtolie-kedler leveres i varianter, eksempelvis :
 

  100% kundetilpasset i alle detaljer
 
  Røggaskedler
 
  VTO-koblede varmevekslere
 
  Elektrisk opvarmet
 
  ATEX (EX-udførelse)
 
  Rustfri stål
 
  Komplette systemer på bundramme
 
    Indbygget i container.
 


Design af VTO-systemet

Kedler og VTO-systemer (hedtoliesystemer) skal som udgangspunkt konstrueres og bestykkes iht. DIN 4754. Trykbeholdere iht. PED og typisk gældende EN standarder.

Herudover følger man i Danmark den såkaldte Brandteknisk Vejledning Nr. 20 (den ratificerede udgave fra 2003 efter PED indførelse), med mindre man vælger at anvende sikkerhedsforskrifter der erstatter disse, hvilket er muligt iht. gældende regler.

Temperaturgrænserne afhænger af de eksakte omstændigheder, men for at sikre en lang levetid på den termiske olie, bør temperaturen ligge moderat.

På mineralsk olie er fremløbs-temperaturen typisk 280°C og returtemperatur 240°C. Dette temperatur-sæt kan i visse tilfælde sættes op til 300°C/260°C. Temperaturdifferencen på 40°C medfører et moderat flow. Til tider ønskes en temperaturdifferens på blot 20°C, hvilket giver dobbelt så stort flow med større rør i såvel kedlen og i systemet, samt dobbelt så store pumper, hvilket betyder at systemet alt andet lige blive noget mere bekosteligt.

Hedtoliekedlen er, udover brænder og blæser, forsynet med bl.a. sikkerheds-udstyr, herunder termostater, flowkontrol samt brænderarmatur, overvågnings-udstyr, automatik samt styring for fx. sekvensopstart, indbygget i den påmonterede kontroltavle.

Oliens cirkulation sikres med en speciel varmebestandig centrifugalpumpe, der placeres ved tilgang til kedlen – det koldeste sted. Dette giver den mindste varmebelastning af pumpe og el-motor, samt følgelig også den mindste risiko for kavitation af pumpe (fordampning af oliebestanddele som følge af lavt tryk på pumpens sugeside).

Pumper trykker således den termiske olie igennem kedlen og derefter ud til en eller flere forbrugere – varmevekslere, forvarmere, valser, reaktorer, tanke, varmespiraler, ovne eller andet termisk udstyr.

Fremløbstemperaturen på den termiske olie styres på hedtoliekedlen. Ved tendens til en vigende temperatur, vil brænderens kapacitets automatisk sættes op og dermed vil kedlen opretholde den konstante fremløbstemperatur.

Det er vigtigt at understrege at fremløbstemperaturen ikke skal og heller ikke må sættes op eller ned afhængig af et ændret varmebehov ude hos forbrugeren. Det ville svare til at sætte spænding på en el-installation op fra 220V til f.eks. 270V, når man havde behov for mere strøm.

En ændring i varmeydelse vil forekomme som følge af et ændret varmebehov ude hos forbrugerne. Det er derfor lokal at varmebehovet skal reguleres. Ændret varmebehov  bliver typisk opfanget af en temperaturtransmitter, der vil registrerer en temperatur på forbrugeren der adskiller sig fra et på forhånd bestemt temperatur set-point.

Når dette sker vil der komme et signal til f.eks. en 3-vejs reguleringsventil (volumenregulering) der ændrer den del af den termiske olie, der går gennem forbrugeren, og den del der går uden om samme (by-pass af samme).

Ved et reduceret varmebehov, vil en større mængde olie gå uden forbrugeren og retur til kedlen uden afkøling.

Specielt for hedtoliesystemer er det vigtigt med en effektiv udluftningstank, eftersom ilt med tiden kan ødelægge oliens termiske egenskaber. Tanken anvendes endvidere til at afkoge flygtige gasser og vanddamp.

Endvidere forefindes på systemet en sikkerhedsventil, der ved fejlagtig afspærring på strengen kan trykudligne til pumpens sugeside. Systemet er bestykket med specielt armatur og rørføring, der er temperatur- og oliebestandigt samt 100% tæt i godset.

Derfor bruges som minimum sejjern GGG40.3 eller stålstøbegods til armatur, og altid kun de helt lukkede såkaldte bælgsæde ventiler.

Hedtoliesystemet projekteres i høj grad efter de faktiske omstændigheder, - med en gennemtænkt rørføring med anvendelse af bl.a. kompensatorer og flex-slanger, der kan optage de termiske udvidelser og vibrationer, og kun svejste eller flangede samlinger.

 

 

Eksempel med opvarmning af procesluft

Skal hedtoliesystemet anvendes til opvarmning af procesluft, er forbrugeren en såkaldt hedtolie-kalorifer eller varmeflade.

Dette er en varmeveksler der ofte består af en hedeflade af glatte rør eller af specielle ribberør, der bestryges udvendig af procesluften, og indvendig gennem-strømmes af VTO. Løsningen med ribberør anvendes for at få en rimelig kompakt og økonomisk størrelse på kaloriferen.

Såfremt der anvendes ribberør med ribber af aluminium, sikres vederhæftigheden af aluminiumsfinnerne med de såkaldte compound finnerør, der er fremstillet som et aluminiumsrør (kappe) ekstruderet udenpå et stålrør - hvorefter finnerne drejes op af aluminiumsrøret.

Dermed bliver kontaktfladen mellem aluminium og rustfrit stål hele rørets hhv. indvendige og udvendige overflade.

Pga. de store termiske udvidelser konstrueres varmefladen med moduler á max. 3 rørrækker, med vendekammer i hver ende - hvoraf det ene vendekammer er "flydende" i kanaltværsnittet, dvs. at rørene kan udvide sig uden at forårsage kritiske spændinger.


 

hovedmenu                                                        kontakt