Wie bereits an anderer Stelle auf der Website der Rothos Energy Systems GmbH erwähnt, werden Prozesswärmeanlagen mit unterschiedlichen Wärmeträgermedien betrieben. Weitere Hintergründe finden Sie im Fachbericht Wärmeträgeranlage optimieren statt ersetzen.
Eine Thermoölerhitzeranlage mit Erhitzer, Nebenanlagen und Rohrleitungen unterliegt den Regeln der in der EU geltenden Druckgeräterichtlinie (2014/68/EU) sowie der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV). Je nach Ausführung und Betriebsbedingungen können sich daraus unterschiedliche Anzeige-, Erlaubnis- und Prüfpflichten ergeben. Welche Anforderungen im konkreten Fall gelten und wer die jeweiligen Prüfungen durchführen darf, ist anlagenbezogen zu beurteilen.
Diese Regelwerke werden in Deutschland, in der EU und auch vorwiegend weltweit anerkannt und angewandt.
Thermoölanalyse: Regelwerk und Durchführung
Dieser Fachbericht beschäftigt sich speziell mit der Thermoölanalyse. Sie kann im Rahmen des sicheren und zuverlässigen Betriebs einer Thermoölerhitzeranlage eine wichtige Rolle spielen. Welche Prüfanforderungen und Intervalle im konkreten Fall gelten, richtet sich nach der jeweiligen Anlage und den einschlägigen Vorgaben.
Die Analysenart und die zu prüfenden Medien sind in der DIN 51529 „Prüfung und Beurteilung gebrauchter Wärmeträgermedien“ beschrieben.
Je nach Anlage und Prüfaufgabe können unterschiedliche Anforderungen an die Qualifikation der beteiligten Personen oder Stellen gelten. Analysen werden in der Regel von Thermoöllieferanten oder chemischen Laboratorien durchgeführt.
Der Hersteller bzw. Lieferant des Thermoöls gibt die zulässigen Grenzwerte des im Einsatz befindlichen Thermoöls an.
Welche Parameter werden bei einer Thermoölanalyse geprüft?
Für mineralisch-organische Thermoöle sind folgende Parameter zu bestimmen:
- Kinematische Viskosität
- Flammpunkt im geschlossenen Tiegel
- Neutralisationszahl
- Koksrückstand
- Wassergehalt (Optionswert)
Eine Beurteilung gelingt durch die Gegenüberstellung der zulässigen Grenzwerte und der Messwerte aus der Analyse.
Beispiel: Analyseergebnisse
| Parameter | Ergebnis der Thermoölanalyse | Neuwert | Beurteilung |
| Viskosität | 51,32 mm²/s | 31,0 mm²/s | Der Wert hat sich gegenüber den vorherigen Analysen erhöht, ist aber mit dem Nachfüllen von 20.000 Litern neuem Thermoöl im September 2012 begründet. |
| Flammpunkt | 136 °C | 220 °C | Der Flammpunkt liegt unter Beachtung des Alters und der thermischen Belastung in einem üblichen Bereich. Der aktuelle Wert ist unbedenklich. |
| Conradson | 0,12 Gew.-% | 0,0 Gew.-% | Der Conradsonwert liegt mit 0,12 Gew.-% über dem angegebenen Neuwert von 0,0 Gew.-%. |
| Feste Fremdstoffe | Wurde nicht analysiert | 0,0 Gew.-% | Eine Filtrierung des Thermoöls einmal pro Jahr ist empfehlenswert. Dies kann durch die Installation einer Nebenstromfilteranlage bei laufendem Betrieb erfolgen. |
| Neutralisationszahl | 0,06 mg KOH/g | 0,0 mg KOH/g | Die Neutralisationszahl liegt leicht oberhalb des Neuwertes, aber noch wesentlich unterhalb des Grenzwertes. |
| Wassergehalt | <100 ppm | <100 ppm | Der Wassergehalt liegt mit weniger als 100 ppm im absoluten Gutbereich. |
Bei mineralisch-organischen Wärmeträgern kann auch eine Bestimmung der Niedrig- und Hochsiederanteile hilfreich sein.
Synthetische Thermoöle
Für synthetische Thermoöle sind folgende Parameter zu prüfen:
- Kinematische Viskosität
- Flammpunkt im geschlossenen Tiegel
- Neutralisationszahl
- Koksrückstand nach Conradson
- Wassergehalt
- Unverdampfbare Rückstände
- Niedrig- und Hochsiederanteile
Entsprechende Bewertungen der Analysen von synthetischem Thermoöl führen wie bei der Beurteilung von mineralisch-organischem Thermoöl zu verwertbaren Ergebnissen.
Grundsätzliche Anmerkung: Mineralisch-organisches Thermoöl kann bei Verlust der notwendigen physikalisch-thermischen Eigenschaften nicht regeneriert werden. Es ist dann als Altöl zu entsorgen. Synthetisches Thermoöl kann in den Herstellerwerken regeneriert und der Wiederverwendung zugeführt werden.
Warum sind Thermoölanalysen durchzuführen?
Thermoölerhitzeranlagen werden mit den Eigenschaften von neuwertigen Thermoölen geplant. Thermoöl unterliegt bei Temperatureinwirkung einer Veränderung der Molekularstruktur, also einer „Alterung“.
Diese Alterung verändert die chemischen und physikalischen Eigenschaften. Dies kann die Wärmeübertragung negativ beeinflussen und den Energieeinsatz erhöhen. Ebenso kann sich der Partialdruck verändern, wodurch Verdampfungserscheinungen mit Betriebsstörungen auftreten können. Möglicherweise wird auch eine sichere Betriebsweise beeinträchtigt. Darüber hinaus können sich die WGK-Klasse und die Zulassung zur Lebensmittelverträglichkeit negativ verändern.
Welche Grenzwerte sind einzuhalten?
Die DIN 51529 gibt die zu analysierenden Parameter vor. Der Lieferant bzw. Hersteller des Thermoöls benennt die zulässigen Grenzwerte.
Muss das Thermoöl bei Unterschreitung eines Grenzwertes ausgetauscht werden?
Nein, nicht unbedingt. Ein Austausch ist spätestens dann erforderlich, wenn Maßnahmen einer Regenerierung keine Verbesserung ergeben.
Hinweis: Der Thermoöllieferant empfiehlt in der Regel den Austausch, sobald ein Grenzwert unterschritten wird. Er kümmert sich in der Regel nicht um mögliche Regenerierungsmaßnahmen, die nachfolgend beschrieben werden.
Mit welchen Maßnahmen können gealterte Thermoöle verbessert werden?
1. Teilaustausch des Thermoöls
Eine Verbesserung des Thermoöls und seiner Parameter ist nur relativ kurzfristig gegeben. Das neue Thermoöl nimmt schnell die schlechten Werte des Bestandsthermoöls an.
Der Teilaustausch ist mit Stillstand verbunden. Feststoffpartikel können möglicherweise nicht entsprechend mit entfernt werden.
2. Filtration des Thermoöls
Die Filtration des Thermoöls ist dann durchzuführen, wenn sich größere Messwerte von Feststoffpartikeln oder Verkokungsrückständen zeigen.
Für Großanlagen mit einem Thermoölinhalt von ≥ 10.000 bis 20.000 Litern eignet sich eine mechanische Reinigung durch Filterstationen mit Filtertöpfen und eigener Pumpe. Eine solche Filterstation sollte bei der Neuinstallation bereits mit eingeplant werden. Ein Stillstand der Thermoölanlage ist nicht nötig.
Bei Kleinanlagen genügt zur mechanischen Reinigung des Thermoöls eine Schmutzfänger-Doppelfilterstation mit Umschaltmöglichkeit. Auch hierbei ist kein Stillstand nötig.
3. Auskochen des Thermoöls
Durch das Auskochen des Thermoöls werden die Parameter Viskosität, Flammpunkt, Neutralisationszahl und Hochsiederanteile positiv beeinflusst.
Das Auskochsystem der Rothos Energy Systems GmbH ist ein integraler Bestandteil der Thermoölanlage. Es ist relativ kostengünstig und mit sehr guten Effekten zu installieren. Im Vergleich zu komplexeren Anlagen mit eigener Umwälzpumpe, Kondensatkühler und Steuerung ist es wesentlich günstiger zu realisieren.
Funktionsweise des ROTHOS-Auskochsystems
Bei laufendem Betrieb der Thermoölanlage wird über die sogenannte Heißfahrleitung ein geringer Teil des primärseitigen Volumenstroms zum Ausdehnungsgefäß transportiert. Das Thermoöl wird dabei auf eine Temperatur von ca. 260 °C aufgeheizt.
Das Ausdehnungsgefäß ist während des Auskochens über die Überlaufleitung zum Sammelgefäß und über die Entlüftungsleitung mit der Atmosphäre verbunden. Im Fußbereich des Ausdehnungsgefäßes ist eine Stickstoffspüllanze installiert, über die der Stickstoff mit feinen Bläschen durch das heiße Thermoöl gedrückt wird.
An der Oberfläche des heißen Thermoöls im Ausdehnungsgefäß bilden sich gasförmige Leichtsieder. Der Stickstoff dient als Transportmittel, um die Leichtsieder in die Überlaufleitung zu bringen. Damit keine gasförmigen Leichtsieder in das Sammelgefäß bzw. in die Atmosphäre gelangen, wird im Zuge der Überlaufleitung ein Kondensatgefäß installiert.
Im Kondensatgefäß mit entsprechender Oberfläche kondensiert der Leichtsieder und sammelt sich dort im Bodenbereich an. Eine Niveauüberwachung signalisiert den Füllgrad. Das Kondensat ist zu entleeren, damit keine Kondensatflüssigkeit in das Sammelgefäß gelangt. Das Transportmedium gelangt über die Lüftungsleitung zur Atmosphäre.
Dieses Auskochsystem kann bei laufender Produktion genutzt werden. Möglicherweise ist das Thermoölsystem mit geringen Mengen an neuem Thermoöl zu ergänzen.
Thermoölanalysen im Vergleich
4. Siedeverlaufskurve
Die Siedeverlaufskurven ermöglichen den Vergleich der 0-Probe bzw. des Frischöls mit späteren Thermoölproben.
5. Wie erfolgt eine Probenahme?
Das Thermoöl ist über ein entsprechendes Absperrventil aus dem Primärvorlauf über einen Probenahmekühler zu entnehmen. Das Thermoöl muss abgekühlt bei maximal ca. 50 °C in zwei 1-Liter-Probenahmeflaschen aus Metall abgefüllt und sofort luftdicht verschlossen werden.
Bei Neuanlagen sollte die Probeentnahmestelle mit Kühler bereits berücksichtigt werden. Bei einer Neuanlage oder einer Neubefüllung sollte immer eine 0-Probe gezogen werden.
Die befähigte Person (bP) ist mit der Probeentnahme durch ihre Schulung vertraut.
6. Resümee
Bevor Sie die Entscheidung zum Tausch des Thermoöls treffen, sollten Sie die Rothos Energy Systems GmbH ansprechen.
Durch die von uns vorgeschlagenen Maßnahmen konnten wir viele Firmen dabei unterstützen, Thermoölanlagen weiterhin mit Thermoöl innerhalb der zulässigen Grenzwerte zu betreiben.
Hierdurch wurden größtenteils Produktionsstillstände vermieden bzw. aufgeschoben. Zum Teil konnten außerdem gravierende Kosten für eine Neubefüllung des Thermoölsystems vermieden und damit Investitionen um Jahre verschoben werden.
Sprechen Sie die Rothos Energy Systems GmbH als Fachunternehmen der Wärmeträgertechnik an.
Sie möchten eine bestehende Wärmeträger-Anlage bewerten lassen? Nehmen Sie Kontakt mit Rothos Energy Systems auf.