Procesverwarming

Wat is procesverwarming?

Procesverwarming is elke vorm van verwarming die warmte toevoegt aan een productieproces in plaats van aan een ruimte. Het doel is een medium of een machineonderdeel op een exacte procestemperatuur brengen en daar houden, ongeacht wat de omgeving doet.

Denk aan een tank met thermische olie die op temperatuur moet blijven, een leiding waarin het product niet mag stollen, of een extrudercilinder die per zone een ander temperatuurprofiel nodig heeft.

De temperatuur is daarmee een procesvariabele en geen comfortkwestie. Wijkt hij af, dan verandert de kwaliteit van je product of valt de lijn stil.

De warmte komt in vrijwel alle industriële toepassingen uit elektrische verwarmingselementen. Dat zijn componenten met een weerstandsdraad in een mantel, die hun warmte via contact afgeven aan het medium of aan het onderdeel dat verwarmd moet worden.

Een verwarmingselement is daarmee geen apparaat op zichzelf, maar een onderdeel dat in jouw installatie zijn werk doet.

Wat is elektrische procesverwarming?

Elektrische procesverwarming zet elektriciteit direct om in warmte op de plek waar die warmte nodig is, zonder tussenkring en zonder warmtewisselaar.

De weerstandsdraad in het element warmt op zodra er spanning op staat, en die warmte gaat via de mantel rechtstreeks het medium in. Dat maakt het rendement hoog en de regeling nauwkeurig, want er zit geen traag tussensysteem tussen de energiebron en het proces.

Het praktische verschil met een indirect systeem zit in de responstijd. Een elektrisch element reageert binnen seconden op een stuursignaal, waar een systeem met een tussenmedium eerst die hele kring moet opwarmen.

Voor processen waar de temperatuur binnen een paar graden moet blijven, is dat het doorslaggevende argument. Rokoma levert daarom uitsluitend elektrische verwarmingselementen en de meet- en regeltechniek die daarbij hoort.

Welke media verwarm je met procesverwarming?

Procesverwarming wordt toegepast op vloeistoffen, gassen en vaste onderdelen, en het medium bepaalt vrijwel alles aan de elementkeuze. De reden is dat elk medium warmte anders opneemt en afvoert.

Hoe slechter het medium de warmte van de mantel wegtrekt, hoe lager het vermogen per vierkante centimeter mag zijn.

• Water en waterige oplossingen: de warmteopname is hoog, waardoor relatief hoge vermogens toelaatbaar zijn. Het risico zit in kalkaanslag en droogkoken. Zodra het element droog komt te staan of onder een kalklaag verdwijnt, kan de warmte nergens heen en loopt de manteltemperatuur in korte tijd op.
• Thermische olie en viskeuze media: het toelaatbare vermogen per oppervlakte-eenheid ligt hier laag. Olie geleidt warmte slechter dan water en verkookt bij een te hoge filmtemperatuur. De verkoolde laag die op de mantel achterblijft isoleert, waardoor het element nog heter wordt en het proces verder verslechtert.
• Chemicaliën en agressieve media: het mantelmateriaal is hier bepalend in plaats van het vermogen. Zuren, logen en zoutoplossingen tasten standaard roestvast staal aan, dus de materiaalkeuze of een beschermende uitvoering is leidend.
• Lucht en gassen: de warmteopname is het laagst van alle media. De overdracht hangt vrijwel volledig af van de snelheid waarmee het gas langs het element stroomt. Valt de luchtstroom weg terwijl het element aan blijft, dan is oververhitting binnen korte tijd een feit.

Bij viskeuze massa's speelt bovendien de pompbaarheid van het medium mee. Die bepaalt hoeveel warmte er daadwerkelijk bij het element wordt weggevoerd, en daarmee hoeveel vermogen je kwijt kunt.

Waarom bepaalt de wattdichtheid of je element het haalt?

De wattdichtheid is het vermogen dat een element afgeeft per vierkante centimeter manteloppervlak, en dat getal bepaalt de levensduur van je element meer dan het totale vermogen.

Twee elementen van 3 kW kunnen totaal verschillend uitpakken. Het korte, dikke element heeft weinig oppervlak en dus een hoge wattdichtheid, terwijl het langere element datzelfde vermogen over veel meer mantel verdeelt en daardoor koeler blijft.

Wat er toelaatbaar is, hangt af van het medium en van de stroming eromheen. In stromend water kan de wattdichtheid een veelvoud zijn van wat in stilstaande thermische olie verantwoord is.

Die waarden zijn altijd indicatief en moeten per toepassing worden vastgesteld, want ze verschuiven met temperatuur, viscositeit en stroomsnelheid.

Het gaat bovendien niet alleen om het gemiddelde. Op plekken waar het medium stilstaat, bijvoorbeeld in een dode hoek achter een schot of onder in een tank, ontstaan hotspots terwijl de rest van het element netjes gekoeld wordt.

Die lokale pieken zijn in de praktijk de belangrijkste oorzaak van vroegtijdige uitval, en ze zijn op papier niet zichtbaar. Daarom is de opstelling van het element in de installatie net zo belangrijk als de specificatie op de tekening.

Hoe kies je het juiste verwarmingselement voor je proces?

Je kiest een verwarmingselement door in vaste volgorde vier vragen te beantwoorden: welk medium, welke temperatuur, hoe zit het element in de installatie en hoe wordt het geregeld.

Begin je bij het vermogen, dan loop je het risico dat het element op papier klopt maar in de praktijk te heet wordt.

Welke montagevariant past bij je installatie?

De montagevariant volgt uit de vraag hoe het element bij het medium komt. Een inschroefverwarmingselement gaat via schroefdraad door de tankwand of in een leiding en is de meest gebruikte uitvoering voor vloeistoffen onder druk.

Wanneer het element in het medium zelf hangt, bijvoorbeeld over de rand van een bad, spreek je van een immersion heater.

Stroomt het medium langs het element in plaats van eromheen te staan, dan zit je bij een doorstroomverwarmer. Het aantal passages is daarbij bepalend voor het benodigde vermogen, omdat het medium telkens opnieuw langs het element komt.

Moet de inhoud van een vat of container op temperatuur blijven zonder dat er iets in het product komt, dan verwarm je van buitenaf met een mantel of een bodemverwarmer.

Welk mantelmateriaal past bij je medium?

Het mantelmateriaal bepaalt hoe lang je element de chemische omgeving overleeft. Roestvast staal is de standaard voor water, olie en de meeste neutrale media.

Voor agressievere toepassingen zijn corrosiebestendiger uitvoeringen nodig, waarbij de keuze afhangt van de concentratie en de procestemperatuur van het medium.

Bij Rokoma is het merendeel van de verwarmingselementen op maat leverbaar, al vanaf één stuk. Dat is voor procesverwarming geen luxe maar noodzaak, omdat de combinatie van lengte, diameter, vermogensverdeling, aansluiting en materiaal zelden uit een standaard lijst komt.

Loopt er een productielijn waarvan je niet precies weet welke elementen erin zitten, dan kan een technicus die ter plaatse inmeten en per lijn vastleggen.

Hoe regel en beveilig je elektrische procesverwarming?

Elektrische procesverwarming regel je met een temperatuursensor in het proces, een regelaar die het gemeten signaal vergelijkt met je setpoint, en een schakelelement dat het vermogen naar het element stuurt.

Zonder die lus stuur je blind, want het element weet zelf niet hoe warm het medium is. Als meetpunt worden meestal thermokoppels of PT100-sensoren gebruikt, waarbij de plaatsing van de sensor bepaalt hoe representatief je meting is.

Daarnaast hoort er altijd een tweede, onafhankelijke beveiliging in het ontwerp. Een maximaalbegrenzer schakelt het element uit wanneer de temperatuur boven een vaste grens komt, ook als de regelaar zelf faalt.

Bij vloeistoffen komt daar een droogkookbeveiliging bij, die ingrijpt zodra het element niet meer volledig in het medium staat.

Deze beveiligingen zijn geen extra's: ze zijn het verschil tussen een defect element en een beschadigde installatie. De bijbehorende temperatuurregelaars en sensoren horen bij hetzelfde ontwerp als het element.

Wat gaat er in de praktijk mis bij procesverwarming?

De meeste storingen bij procesverwarming komen niet door een slecht element, maar door een element dat niet bij de situatie past. Drie oorzaken zijn samen goed voor het grootste deel van de vroegtijdige uitval.

• Een te hoge wattdichtheid voor het medium: de mantel wordt structureel te heet, ook al klopt het totale vermogen. Hetzelfde gebeurt wanneer het element correct is gespecificeerd maar op een plek zit waar het medium nauwelijks langs stroomt, met een hotspot als gevolg.
• Aanslag op de mantel: kalk, verkoolde olie of productresten vormen een isolerende laag tussen de mantel en het medium, waardoor de warmte minder goed weg kan en de manteltemperatuur oploopt. Dat proces versnelt zichzelf en verklaart waarom een element dat jaren goed draaide ineens binnen enkele weken bezwijkt.
• Een sensor op de verkeerde plek: de regelaar meet dan een temperatuur die niet representatief is voor het proces en doet keurig zijn werk, terwijl het medium ergens anders veel te heet wordt.

Waar wordt procesverwarming toegepast?

Procesverwarming komt voor in vrijwel elke sector waarin een temperatuur exact moet kloppen. De toepassing verschilt per branche, maar het principe blijft hetzelfde.

• Chemie en petrochemie: reactievaten verwarmen, opslagtanks op temperatuur houden en stolling of kristallisatie in leidingen voorkomen.
• Voeding en farma: reproduceerbare procestemperaturen in combinatie met hygiënisch uitvoerbare constructies.
• Kunststofverwerking: verwarming van cilinder, spuitneus en gereedschap, waarbij per zone een eigen temperatuur wordt aangehouden.
• Waterbehandeling en oppervlaktebehandeling: baden en processtromen op een constante temperatuur brengen en houden.
• Tankopslag en droogprocessen: warmteverlies compenseren en producten gecontroleerd op temperatuur brengen.
• Machinebouw: verwarmingselementen als onderdeel in een groter systeem inbouwen.

Procesverwarming samenstellen met Rokoma

Rokoma levert de verwarmingselementen en de regeltechniek waarmee je procesverwarming opbouwt, geen kant-en-klare installaties.

Dat betekent in de praktijk dat we met je meekijken naar de combinatie van medium, temperatuur, wattdichtheid, materiaal en montage. Vervolgens leveren we het element dat daarbij hoort, standaard of op maat vanaf één stuk.

Weet je niet zeker welk element in jouw situatie past, of twijfel je of de huidige uitvoering wel de juiste is? Aan de telefoon krijg je een technicus, geen verkoper, en geen keuzemenu.

Stuur je tekening of je specificatie mee via het contactformulier en we denken met je mee. Ook spoedlevering is mogelijk wanneer een lijn stilstaat.