Ofensimulation

Betreiber und Investoren

In Verfahren, in denen die Prozessführung Temperaturen von über 300°C erfordert, werden die Grenzen der zur Verfügung stehenden Heizmittel erreicht, so dass dann meistens direkt befeuerte Öfen eingesetzt werden müssen. Hierbei ist eine der wesentlichen Voraussetzungen für einen sicheren Ofenbetrieb die Einhaltung der im Zuge der Auslegung festgelegten maximalen Rohrwandtemperatur. Diese ist wiederum von den Parametern auf der Feuerraumseite, z. B. der spezifischen Heizflächenbelastung und der Flammengeometrie, sowie den prozessseitigen Parametern, z. B. Durchsatz / Strömungsgeschwindigkeit abhängig.

Neben der messtechnischen Überwachung des Ofens hilft die theoretische Vorhersage der Rohrwandtemperaturen in den verschiedenen Betriebszuständen das Prozessverständnis zu vertiefen und so die Ofensicherheit zu erhöhen. Für diese Ofensimulation stehen verschiedene kommerzielle Softwarewerkzeuge zur Verfügung, die von der weyer gruppe eingesetzt werden. Die Ergebnisse der Ofensimulation können dann sowohl für die sicherheitstechnische Bewertung des Ofens aber auch für die betriebliche Optimierung des Ofens genutzt werden.

Ofensimulation für Industrieöfen: Effizientere Abläufe, präzise Planung und fundierte Entscheidungen

  • Aufnahme der Ofengeometrie
  • Simulation bestehender und neuer Fahrweisen
  • Optimierung des Betriebspunktes des Ofens
  • Vorplanung von Revamps, Recoiling und Produktwechseln
  • Herstellerunabhängige Dokumentation
  • Prüfung des Ofens vor Ort
weyer spezial: Ofensimulation

In Verfahren, bei denen die Prozessführung hohe Temperaturen (> 300 °C) vorschreibt, werden in der Regel direkt befeuerte Öfen eingesetzt. Man unterscheidet hierbei zwischen Prozessöfen und Raffinerieöfen. Am weitesten verbreitet sind die Raffinerieöfen, die zum Aufheizen oder Verdampfen von Kohlenwasserstoffen eingesetzt werden. In einer typischen Raffinerie findet man ca. 20 verschiedene Öfen…

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Die wichtigsten Fragen und Antworten zu Ofensimulation

Eine Ofensimulation ist eine rechnergestützte Analyse des thermodynamischen Verhaltens eines Prozess- oder Raffinerieofens. Sie dient dazu, Rohrwandtemperaturen, Flammenverläufe und Betriebszustände realitätsnah zu simulieren. Dadurch wird die Sicherheit erhöht, der Energieverbrauch optimiert und die Lebensdauer des Ofens verlängert.

Eine Simulation eignet sich für direkt befeuerte Öfen, darunter Raffinerieöfen (z. B. zum Erhitzen von Kohlenwasserstoffen) sowie spezielle Prozessöfen wie Spaltöfen zur Ethylenproduktion oder Reformeröfen zur Synthesegaserzeugung.

Die weyer gruppe nutzt unter für Raffinerieöfen sowie Spyro von KTI für Ethylenöfen. Diese Werkzeuge sind industrieweit validiert und speziell auf den jeweiligen Ofentyp ausgelegt.

Benötigt werden Geometrieangaben (Rohranordnung, Brenner, Fire-Box), Prozessdaten (Durchsätze, Stoffdaten) sowie gegebenenfalls Siedeanalysen (z. B. nach ASTM D86). Die weyer gruppe integriert zudem Daten aus Prozesssimulationstools, wie beispielsweise Pro II oder Aspen HYSYS.

Die Maximum Tube-Metal-Temperature (MTMT) gibt die höchste zulässige Temperatur der Rohrwand an. Sie ist entscheidend für die strukturelle Integrität des Ofens und dient als Grundlage für Festigkeits- und Lebensdauervorhersagen.

Durch frühzeitige Identifikation kritischer Betriebszustände (z. B. Überhitzung, ungünstige Strömungen) können Schäden vermieden, Instandhaltungen geplant und die Sicherheit des Betriebs gewährleistet werden.

Ja, die weyer gruppe simuliert sowohl bestehende als auch neue Fahrweisen. Das ermöglicht die Bewertung unterschiedlicher Prozessbedingungen, Lastfälle und Produktwechsel.

Unbedingt. Bei Revamps, Neuverrohrungen oder Produktwechseln liefert die Simulation wichtige Hinweise auf Machbarkeit, notwendige Anpassungen und potenzielle Risiken.

Durch die Simulation von Flammenlängen, Temperaturverteilungen und Emissionen lassen sich Brennerpositionen und -typen optimieren, was die Energieeffizienz und Verbrennung verbessert.

Ja. Durch die Optimierung von Rohrgeometrie, Strömungsverhältnissen und Wärmeübertragung lassen sich Energieverbrauch und Wirkungsgrad signifikant verbessern.

Das „Operating Window“ beschreibt den sicheren Betriebsbereich eines Ofens hinsichtlich Temperatur, Durchsatz, Druck und Produkttemperatur. Es bildet die Basis für Automatisierung und Betriebsanweisungen.

Die API 530 dient als Normengrundlage zur Berechnung der Lebensdauer von Rohren unter thermischer Belastung. Der Standard wird genutzt, um notwendige Wandstärken für den geplanten Einsatzbereich zu ermitteln.

Ja, die Druckverläufe innerhalb der Rohrschlangen und im Ofen selbst werden berücksichtigt, um strömungstechnisch kritische Zonen zu identifizieren.

Ja. Die Simulation deckt sowohl einphasige als auch zweiphasige Strömungen ab – ein entscheidender Aspekt bei Verdampfungs- oder Kondensationsvorgängen im Ofen.

Ja, die weyer gruppe bietet neben der Simulation auch eine Vor-Ort-Begutachtung an. Diese dient der Validierung der Modellparameter und der technischen Zustandserfassung.

Recoiling bezeichnet das Erneuern oder Umrüsten der Rohrschlangen eines Ofens. Die Simulation zeigt, ob neue Konfigurationen prozesstechnisch sinnvoll und sicher umsetzbar sind.

Idealerweise bei Produktwechseln, Umbauten, Turnarounds oder bei Sicherheitsbewertungen. Regelmäßige Simulationen helfen, Betrieb und Lebensdauer zu optimieren.

Ja, die weyer gruppe erstellt herstellerunabhängige Dokumentationen, die auch für behördliche Nachweise oder Sicherheitsgutachten verwendet werden können.

Die Dauer hängt vom Ofentyp, der Datenverfügbarkeit und dem Simulationsumfang ab. In der Regel benötigt eine Ofensimulation einige Tage bis wenige Wochen.

Digitale Simulationen ermöglichen die Bewertung zukünftiger oder ungewöhnlicher Fahrweisen, die messtechnisch nicht oder nur schwer erfassbar sind. Sie erhöhen die Prognosefähigkeit und helfen, präventive Maßnahmen zu treffen.

Ja, mit Erfahrungswerten, Vor-Ort-Aufnahmen und Prozessdaten kann auch eine realistische Simulation von Altanlagen erstellt werden.

Durch bessere Energieausnutzung, effizientere Verbrennung und geringeren Gasverbrauch trägt die Simulation zur Senkung des CO₂-Ausstoßes und zur Erfüllung von ESG-Zielen bei.

ESG-Ziele: Environmental, Social, Governance – also Umwelt, Soziales und Unternehmensführung sind strategische Nachhaltigkeitsziele, mit denen Unternehmen ihre ökologische Verantwortung, soziale Gerechtigkeit und ethische Unternehmensführung fördern.

Ja. Gerade in ATEX-Zonen ist die präzise Vorhersage thermischer Belastungen ein Sicherheitsfaktor. Die Simulation hilft, Explosionsrisiken durch Überhitzung zu vermeiden.

Ja. Die Simulation liefert valide thermodynamische Modelle, die in digitale Zwillinge eingebunden und für predictive Maintenance oder Prozessoptimierung in Industrie-4.0-Umgebungen genutzt werden können.

Ihre Ansprechpartner

Foto von Dr. Florian Merkel der horst weyer und partner gmbh

Dr. Florian Merkel

horst weyer und partner
Foto von Andrzej Kedziora der Weyer Polska Sp. z.o.o.

Andrzej Kędziora

Weyer Polska Sp. z o. o.

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