Verkokung von Thermoöl ist im Kern Cracken und Polymerisation des Öls bei hoher Temperatur. Cracken erzeugt Leichtsieder, Polymerisation Schwersieder und Koks. Pro 10 °C Temperaturerhöhung verdoppelt sich die Crackrate etwa — „nur knapp über der Spezifikation" wird im Dauerbetrieb teuer.

Die Filmtemperatur ist die Kenngröße

In einem Umlaufsystem kann die Öltemperatur im Kern 280 °C betragen, während die Grenzschicht an der Rohrwand deutlich heißer ist. Diese Grenzschichttemperatur ist die Filmtemperatur: Kerntemperatur plus Wärmestromdichte mal thermischem Widerstand der Grenzschicht.

Sobald die Filmtemperatur den zulässigen Grenzwert des Öls überschreitet, beginnt die wandnahe Ölschicht zu verkoksen. Die Koksschicht leitet schlecht und treibt die Wandtemperatur weiter hoch — eine positive Rückkopplung. Viele Anlagen schaffen es in wenigen Monaten von „heizt langsamer" zu „vollständig verstopft".

Warum die Strömungsgeschwindigkeit zählt

Höhere Geschwindigkeit dünnt die Grenzschicht aus und senkt die Filmtemperatur. Für Thermoölanlagen werden 1,5–2,5 m/s empfohlen; unter 1 m/s verdickt sich die Grenzschicht deutlich.

In der Praxis gibt es vier typische Ursachen für zu niedrige Geschwindigkeit: zu kleine Pumpe, zu viele Krümmer, verstopftes Filter und zu weit geöffneter Bypass. Letzteres ist am tückischsten: Um die Austrittstemperatur zu korrigieren, wird der Bypass halb geöffnet, und der Hauptkreis behält nur die Hälfte des Auslegungsvolumenstroms.

Die Oberflächenlast setzt die Wärmestromdichte

Je höher die Oberflächenlast des Elements, desto höher die Filmtemperatur bei gleicher Geschwindigkeit. Für Thermoöl hält man sie bei 2–3 W/cm² — nicht die 6–8 W/cm² eines Warmwassersystems.

Leistungsstarke Einheiten sollten viele verteilt angeordnete Elemente nutzen, nicht wenige Hochleistungselemente gebündelt. Ersteres ergibt geringe Wärmestromdichte und gute Ölturbulenz, Letzteres eine lokale Heißzone direkt an den Elementen.

Öl hält nicht ewig

Mineralisches Thermoöl hat eine übliche Lebensdauer von 3–5 Jahren, synthetisches Öl erreicht 8–10 Jahre, sofern die Betriebsbedingungen normal sind. Den Ölzustand beurteilt man an drei Kennwerten: Koksrückstand, Säurezahl und kinematische Viskosität. Übersteigt der Koksrückstand 1,5 % oder die Säurezahl 0,5 mgKOH/g, ist ein Ölwechsel oder eine Teilauffüllung zu prüfen.

Frischöl nachzufüllen ist kein Allheilmittel. Peroxide im Altöl beschleunigen die Alterung des Neuen; ist der Koksrückstand bereits hoch, besser die Gesamtfüllung ersetzen und die Anlage reinigen.

Einige Auslegungsgewohnheiten

  • Ausdehnungsgefäß mit dem 1,2-fachen Ölinhalt der Anlage auslegen und über dem höchsten Punkt anordnen
  • Ausdehnungsgefäß unter 70 °C halten, damit heißes Öl bei Luftkontakt nicht oxidiert
  • Temperaturmessstelle am Heizeraustritt sowie Volumenstrom- oder Differenzdrucküberwachung im Rücklauf vorsehen
  • Beim Abschalten zuerst die Heizung abschalten und die Umlaufpumpe 15–30 Minuten nachlaufen lassen, um Restwärme abzuführen
  • Vor Inbetriebnahme einer neuen Anlage das Öl auskochen und entgasen, gestuft bis 120 °C, um Feuchtigkeit zu entfernen

Verkokung ist nicht allein das Problem des Heizkörpers und lässt sich auch nicht allein durch Gerätetausch lösen. Wer Geschwindigkeit, Filmtemperatur und Ölqualität im Griff hat, bekommt die Lebensdauer von selbst.