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Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Nov 26, 2015

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Grundlagen-der-Dampf-und-Kondensattechnologie
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Page 1: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

spiraxsarco.de

D i e b e s s e r e A n l a g e .

D A M P F T E C H N O L O G I E M I T Z U K U N F T

Grundlagen

Dampf- undKondensattechnologie

Page 2: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Grundlagender Dampf- und Kondensattechnologie

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2 | Spirax Sarco

„Grundlagen der Dampf- und Kondensattechnologie“© 1970–2014 SPIRAX SARCO GmbH, KonstanzNachdruck, auch auszugsweise, Kopie, Vervielfältigung und Verbreitung gleich welcher Art nur nach ausdrücklicher Zu-stimmung von SPIRAX SARCO.

Weitere Dokumentationen von Spirax Sarco:

• LeitfadenfürdiePraxis

• Arbeitsblätter(Auslegungsdiagramme)fürdieDampf-undKondensattechnologie

• GrundlagendesEinsatzesvonWärmetauscherninDampfanlagen

• GrundlagenfürWartungundBetriebvonDampfanlagen

Bestellungenü[email protected]

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Spirax Sarco | 3

Vorwort

„Nur wer Prozesse versteht, kann Prozesse regeln“

Vorwort zur Neuauflage von 2014Seitüber40JahrendruckenundliefernwirdiesesGrundlagenwerkfürKunden,StudentenundandereLeser,diesichfürDampfanlagenundderenwirtschaftlichenundstörungsfreienBetriebinteressieren.WaseinstalsFernlehrganggeschaffenwurde, hat sich bis heute zum wichtigsten Grundlagenwerk für die Dampf- und Kondensattechnik entwickelt.

NichtnurwegenseinergutenWärmeträgereigenschaften,sondernauchwegenseinerfaszinierendenUmweltfreundlichkeitist der Dampf ein bevorzugtes Medium in industriellen, thermischen Prozessen. Deshalb ist auch die große Nachfrage nach diesem Kompendium ungebrochen.

AuchwennsichinderPhysikdesDampfesnichtsändert,somachtdochdieTechnikFortschritteunddasBuchwirdandieVerän-derungeninderTechnikundihrerSpracheangepasst.MitdiesenÄnderungenwollenwiraberaufkeinenFalldieguteundeinfacheVerständlichkeitsowiedenhohenPraxisbezugverlieren.DiemeistenVerbesserungenbetreffendaherauchnurdiegraphischenDarstellungen, die abgebildeten Produkte und Maschinenelemente sowie die erwähnten, technischen Richtlinien und Normen.

UnserZielwares,dasWerkderVäterzumodernisierenundzuergänzen,ohnejedochdenursprünglichenCharmezuverlieren.

UnserbesondererDank fürdie laufendePflegeundÜberarbeitunggiltunseren fürdieTechnikverantwortlichenHerren:MarcusLange,RainerFiebelmannundJörgHilpisch.WegenihrergroßartigenLeistungmöchtenwirandieserStelleauchandieursprünglichenVerfasser,vorallemManfredBauerunddieMitarbeiter,diedasWerkübervieleJahregepflegthaben,anersterStelleJürgenTietböhlundKlausRümler,erinnern.

AllenunserenLesernwünschenwirvielSpaßbeimStudierenderausführlichenInformationenundwirhoffenSiefindenwert-vollenpraktischenNutzenbeiPlanung,BauundBetriebvonnachhaltigfunktionierendenDampfanlagen.

SPIRAX SARCO GmbH, Thomas Ritz, Geschäftsführer KonstanzimFrühjahr2014

Vorwort zur 1. Auflage von 1970DerSpiraxSarcoKorrespondenzkurs„GrundlagenderDampf-undKondensatwirtschaft“bedientsicheinermöglichstallge-meinverständlichenErklärungs-undAusdrucksweise.DamitsollendiegrundlegendenTatsachenauchsolchenTeilnehmernnahegebrachtwerden, die keine technischeAusbildung genossenhaben, sichmit dieserMaterie jedoch befassenmüssenoderwollen,seiesalsKaufmannimtechnischenBetrieb,währendderberuflichenAusbildungoderausanderenGründen.EinBlickaufdasInhaltsverzeichniszeigt,dassdieseAusführungenaberauchdemIngenieuroderTechnikernützlichsind,dersichneumitdiesemStoffbefassenmussodernurseltenbzw.beiläufigdamitzutunhat.DerFachmannwirdwertvolleArbeitsunterlagenfinden,z.B.inFormeinigerpraxisnaherneuerDiagramme.InderbetrieblichenPraxis treten immerwiederSchwierigkeitenauf:einerseitsweilDampfundKondensatnur technischeHilfsmittelsind,dievomKonstrukteurbiszumBetriebsingenieurmeistnurnebenbeigehandhabtwerden,andererseitsweildieseHilfsmitteleinenunerwartetgroßenEinflussaufLeistungundWirtschaftlichkeitderProduktionsanlageoderderHeizunghaben.GeradeweralsFachmannfürdieGesamtheiteinertechnischenAnlageverantwortlichistunddeshalbkeinDampf-Kon-densat-Spezialistseinkann,begrüßtesdaher,wenneineFirmaausderjahrzehntelangenBeschäftigungmiteinemsowichtigenTeilgebietdiegewonnenenundmitdemjeweilsneuestenStandderTechnikverbundenenErfahrungenbereitwilligweitergibt.SosolltedieserKorrespondenzkursimganzenfürdeninteressiertenLeservonbleibendemWertsein.Über120000Teilneh-meraus91(einundneunzig)Ländernhabenihnbisherstudiert.BeimStudiumderAufsätzetretensicherindividuelleFragenauf,diederTextnichtbeantwortet.Siesindherzlicheingeladen,IhreFragenanfolgendeAnschriftzusenden:

SPIRAX SARCO GmbH SPIRAX SARCO GmbH SPIRAX SARCO AGReichenaustraße 210 Dückegasse 7/2/8 Gustav-Maurer-Strasse 9D-78467Konstanz A-1220Wien CH-8702ZollikonZHTelefon+49(0)7531/5806-0 Telefon+43(0)1/69964-11 Telefon+41(0)44/3968000Telefax+49(0)7531/5806-22 Telefax+43(0)1/69964-14 Telefax+41(0)44/[email protected] [email protected] [email protected]

Wirwerdenunsbemühen,IhnensowohlingrundsätzlichenDampf-undKondensatfragenalsauchbeidiesbezüglichenPro-blemenIhrerBetriebspraxiszuhelfen.

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Inhaltsverzeichnis

1. Was ist Dampf? – Die physikalischen Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.1 WarumverwendenwirDampf?. . . . . . . . . . . . . . . . .71.2 Die wichtigsten Maßeinheiten des „SI-Systems“ . . .71.2.1 Die Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.2 Der Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.3 Energie,Arbeit,Wärmemenge . . . . . . . . . . . . . . . . 81.2.4 Leistung,Energiestrom,Wärmestrom . . . . . . . . . . 91.2.5 DichteundspezifischesGewicht . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.6 Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.7 Temperaturdifferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91.2.8 Der Normzustand; das Normvolumen . . . . . . . . . . 91.2.9 DiewichtigstenEinheitenundihre

Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.3 DieWärmeenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.4 WärmeinhaltundVerdampfungswärme . . . . . . . .101.4.1 WärmeinhaltdesWassers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .101.4.2 Verdampfungswärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.4.3 WärmeinhaltdesDampfes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111.5 DampfdruckundDampfvolumen . . . . . . . . . . . . . .121.5.1 WievielRaumnimmtderDampfein? . . . . . . . . . .131.6 WärmeundTemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141.7 DieWasserdampftafel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .141.7.1 Wasserdampftafel(trockengesättigter

Wasserdampf) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .161.8 Verschiedene Dampfarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.9 Kondensation des Dampfes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171.9.1 Kondensat im Dampfraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181.10 Wärmeübergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .181.11 Die Heizfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .191.12 DerWasserfilm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201.13 AnlaufvorgangundDauerzustand . . . . . . . . . . . . 201.14 Wärmeverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .211.15 SenkungderWärmeverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

2. Die Dampfanlage – eine Übersicht . . . . . . 23

3. Die Dampferzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243.2 Großraumwasserkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 3.3 Schnelldampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253.4 Reindampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263.5 ElektrischbeheizteDampferzeuger . . . . . . . . . . . .273.6 Wärmeträger-ErhitzerfürThermalöl . . . . . . . . . . .273.7 Kesselspeisewasser,Kesselwasser . . . . . . . . . . . . . .273.8 AusrüstungderDampfkessel . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4. Die Dampfleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.1 Rohrwerkstoff und Nenndruck . . . . . . . . . . . . . . . 294.2 Die Nennweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 294.3 DieAuslegungvonDampfleitungen . . . . . . . . . . . 304.3.1 AuslegungsdiagrammfürSattdampfleitungen . . .314.3.2 Strömungsgeschwindigkeitin

Sattdampfleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 324.4 Die Ausdehnung von Rohrleitungen . . . . . . . . . . . 334.5 DieIsolationvonDampfleitungen . . . . . . . . . . . . 354.6 Die Kondensation in Dampfleitungen . . . . . . . . . 36

4.7 Die Verlegung von Dampfleitungen . . . . . . . . . . . .374.8 DieEntwässerungvonDampfleitungen . . . . . . . . 394.9 Die Kondensatableitung aus Dampfleitungen . . . 404.10 LuftimDampfraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 424.10.1 ZweckmäßigeEntlüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434.10.2 Entlüfter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.11 Die Inbetriebnahme von Dampfleitungen . . . . . . 464.12 DerLufteinflussimDampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

5. Die Behandlung von Dampf . . . . . . . . . . . . 485.1 Dampftrockner,Abzweigungen,Dampfverteiler . 485.2 EntlüftungvonDampfleitungen . . . . . . . . . . . . . . 495.3 Druckreduzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505.4 DerTrocknungseffekt,überhitzterDampf . . . . . . 50

6. Der Wärmetausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526.1 Wärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526.2 DerWärmedurchgangskoeffizientk . . . . . . . . . . . 536.3 UngeregelteWärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . 536.4 GeregelteWärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546.5 DampfseitigeRegelungvonWärmetauschern . . . .556.6 AblaufregelungvonWärmetauschern . . . . . . . . . 566.7 TemperaturvonWärmetauschern . . . . . . . . . . . . 566.8 Heißdampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .576.8.1 Vereinfachtes Mollier-Diagramm . . . . . . . . . . . . . 586.9 DruckimWärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596.10 Der Rückstaueffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

7. Entwässerung von Dampfräumen, Kondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

7.1 DieBetriebsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .617.2 Vorüberlegungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627.2.1 SollenwireinnormalesVentilverwenden? . . . . . 627.2.2 SpezialventileundLochblenden . . . . . . . . . . . . . . 627.2.3 Kondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.2.4 LuftinKondensatableitern . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.3 SystemevonKondensatableitern . . . . . . . . . . . . . 647.3.1 MechanischeSchwimmer-Kondensatableiter . . . 657.3.2 ThermischeKondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . 677.3.3 ThermodynamischeKondensatableiter . . . . . . . . 697.3.4 StarreKondensatableiter(Blenden-Ableiter,

Labyrinth-Ableiter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .737.3.5 AktiverKondensatableiter(Pump-

Kondensatableiter) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 747.4 Die Auswahl des richtigen Kondensatableiters . . .757.4.1 WahlderKondensatableiterart . . . . . . . . . . . . . . . .757.4.2 WahlderKondensatableiterleistung . . . . . . . . . . 767.4.3 DerÜberdruckvordemKondensatableiter . . . . . .777.4.4 ÜberdruckhinterdemKondensatableiter . . . . . . 787.4.5 Kondensatanfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 797.4.6 Die Temperatur vor dem Kondensatableiter . . . . 807.4.7 Beispiele . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .817.4.8 Prospektangaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 827.5 UnvermeidlicheErschütterungen . . . . . . . . . . . . . 827.6 Installation von Kondensatableitern . . . . . . . . . . 827.6.1 Abstand des Kondensatableiters vom

Dampfraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

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Inhaltsverzeichnis

7.6.2 KondensatableiterüberdemWärmetauscher? . . 837.6.3 EntwässerungunterVakuum . . . . . . . . . . . . . . . . 847.6.4 Sammelentwässerung ist schlecht . . . . . . . . . . . . . 857.6.5 Doppeltgenäht–hältschlechter! . . . . . . . . . . . . . 877.6.6 Horizontalitis–eineneueKrankheit? . . . . . . . . . 887.7 Die Kontrolle von Kondensatableitern . . . . . . . . . 88

8. Die Kondensatleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . 918.1 Dampf in Kondensatleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . .918.2 Druck in der Kondensatleitung . . . . . . . . . . . . . . . .918.3 DasKondensatnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 938.4 BemessungvonKondensatleitungen . . . . . . . . . . 948.4.1 Auslegungsdiagramm für Kondensatleitungen . . 958.5 VerlegungvonKondensatleitungen . . . . . . . . . . . 978.6 WiekanndasKondensatangehobenwerden? . . 988.7 Kondensat aus verschiedenen Druckstufen . . . . . 998.8 Vorsicht:Frost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

9. Die Kondensatwirtschaft . . . . . . . . . . . . . 1039.1 Die Kondensattemperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1039.2 Die Nachverdampfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1059.2.1 Nachverdampfung bei Kondensatentspannung .1059.3 NachdampfoderFrischdampf? . . . . . . . . . . . . . . 1069.4 Nutzbringende Verwertung des Nachdampfes . .1079.5 Nachdampfsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1089.6 WohinmitderWärme? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1109.7 Isolierung von Kondensatleitungen . . . . . . . . . . . 1129.8 Kondensatkühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1129.9 Kondensataufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1139.9.1 WärmeverlusteinRäumenvonca.20°C . . . . . . . 1149.10 Wasseraufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1159.11 Der Speisewasserbehälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1159.10.1 BeispieleinerEntgasungsanlage . . . . . . . . . . . . . . 116

10. Regelsysteme in Dampfanlagen . . . . . . . . 11910.1 Die Druckreduzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11910.1.1 Membrangesteuerte Druckregler . . . . . . . . . . . . . 11910.1.2 Pilotgesteuerte Druckregler . . . . . . . . . . . . . . . . . 12010.1.3 DruckregelungmitHilfsenergie . . . . . . . . . . . . . . 12110.1.4 Die Druckminderstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12210.1.5 Sicherheitsventile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12410.2 Die dampfseitige Temperaturregelung von

Wärmetauschern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12510.3 DiekondensatseitigeTemperaturregelungvon

Wärmetauschern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12610.4 DieBemessungvonRegelventilen . . . . . . . . . . . .12610.5.1 kv-WertefürDampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12710.5.2 kv-WertefürWasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129

11. Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche . . . . . . . . . . . . . . . . 130

11.1 PlanungundBau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13011.1.1 Leistungsermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13011.1.2 Dimensionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13011.1.3 Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13111.1.4 Das Schmutzproblem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13211.1.5 Kondensatüberwachunggefällig? . . . . . . . . . . . . .133

11.1.6 Wasserschlagvermeiden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13411.1.7 Dampfabschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13511.1.8 Umführung=Entführung? . . . . . . . . . . . . . . . . . .13611.1.9 Einbaulage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13811.1.10 Die Anschlussarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13811.2 Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13911.3 Wartungnuralle500000Kilometer! . . . . . . . . 14011.4 Fehlersuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140

Anhang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142A1 Fachbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142A2 WichtigeNormenundRegelwerke . . . . . . . . . . . .145A3 ZeichnungssymboleinAnlehnungan

DIN 2429 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148A4 ISO-Rohre in Normwanddicke . . . . . . . . . . . . . . .152A5 Flanschmaße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153A6 Auswahl und Merkmale von

Kondensatableitern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154A7 Datenblätter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .156a Thermischer Kapsel-Kondensatableiter . . . . . . . .156b Bimetall-Kondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . .158c Thermodynamischer Kondensatableiter . . . . . . 160d Kugelschwimmer-Kondensatableiter . . . . . . . . . .162A8 FormelnundEinheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .166A9 Rückstaudiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .167A10 Mollier-Diagramm(h,s)fürWasserdampf . . . . 168A11 Anlagenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169A12 Suchwortverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .170

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1 – Was ist Dampf?

Wirallewissenwasgeschieht,wenninderKücheimTeekes-seldasWasserzukochenbeginnt:DampftrittausderTülleund wenn der Deckel nicht fest sitzt, springt er auf und ab.

WashatsichimKesselzwischendemEinfüllendeskaltenWassers und demEntweichen desDampfes aus der Tülleabgespielt?

Im gleichen Augenblick, in dem der Kessel mit dem kalten WasseraufdasFeueroderdenBrennergebrachtwurde,hatdieWärmebegonnen,sicheinenWegdurchdasMetalldesKessels indasWasserhinein zuverschaffen.Die ständigeWärmezufuhrhatdasWasserimmerwärmerwerdenlassen,bis es schließlich zu kochen begann.Sobald das Kochen einsetzte, hatte das Wasser einen Zu-standerreicht, indemesweitereWärmenichtmehrohneVeränderungen aufnehmen konnte. Da der Kessel sich je-dochnochaufdemFeuerbzw.aufdemBrennerbefand,ge-langteauchweiterhinWärmeandasWasser.Wasgeschah?

EineÄnderung bahnte sich imWasser an:Die überschüs-sigeWärme, die sich Zutritt zumWasser verschaffte, ver-wandelteeinenTeildesWassersinWasserdampf.Derent-weichendeWasserdampf führte die überschüssigeWärmeab.SolcherWasserdampf istgemeint,wennimFolgendenwieinderPraxiskurzvon„Dampf“gesprochenwird.

LießenwirdenKesselaufdemFeuerstehen,sowürdeim-mermehrWasserdurchdieeinströmendeWärmeverdampftwerden, bis schließlichdas gesamteWasser inDampf ver-wandeltwäre.(AnschließendbrenntderTopfdurch!)

1.1 Warum verwenden wir Dampf?

Warum verwendenwirDampf zumKochen vonMarmela-de, zum Sterilisieren von Operationsbesteck, zum Vulkani-sierenvonAutoreifen,zumErwärmenvonWaschwasserinWäschereien, zum Kochen von Konserven, bei der Erzeu-gungvonBenzinausRohöl,zumAntriebvonTurbinenundPumpen, zur Bewerkstelligung unzähliger Vorgänge in al-lenZweigenderIndustrie?WarumgeradeDampf?WarumistdieVerwendungvonDampfinderzivilisiertenWeltzueinemGemeingutgeworden?

DerGrundhierfürist,dasseinallgemeinerBedarfanWär-meenergie besteht und dass der Dampf ein besonders ge-eignetes wirtschaftliches Mittel zur Übertragung größererEnergiemengenvoneinerStellezueineranderendarstellt.Dampf lässt sich leicht herstellen, dies zudem noch aus Wasser,dasaufderErdereichlichverfügbarist.Dampfistbequem zu handhaben und ist ein wirklich vielseitiges Hilfs-mittel.

Zur Durchführung eines einfachen Versuchs über die im DampfenthalteneEnergiewollenwirunswiederdemTee-kessel zuwenden. Zunächst soll der Dampf auf seine Tem-peratur untersucht werden. Wenn wir ein ThermometerindaskochendeWasserundeinanderesThermometer inden Dampf an der Mündung der Tülle stecken, stellen wir fest, dass beide Thermometer gleich viel anzeigen, d. h. derDampfistebensoheißwiedaskochendeWasser(etwa100°C).

UndnunprüfenwirdenDampfaufseinArbeitsvermögen:Wir stellen fest, dassderKesseldeckel sich auf und abbe-wegt. Das Arbeitsvermögen, diemechanische Energie desDampfesistdieUrsachefürdieseBewegungendesDeckels.

Wird in einerKesselanlageDampf erzeugt, so tretenprak-tisch die gleichen Vorgänge auf wie beim Teekessel. Der Dampfkesselistdergroße,wunderbareBruderdesTeekes-sels. Der wichtigste Unterschied zwischen den beiden be-steht darin, dass der Teekessel eine Tülle hat – und das soll nicht nur eine humorvolle Feststellung sein, wiewir baldmerken werden.

1.2 Die wichtigsten Maßeinheiten des „SI-Systems“

Zunächst wollen wir Sie mit dem seit 1. 1. 1978 verbindlich gültigen Maßsystem, dem „SI-System“, und mit einigen Fachausdrücken vertrautmachen. Dies ist nicht nur zumallgemeinen Verständnis notwendig, sondern auch zur Ver-ständigungmitIhrenGesprächspartnernbeimBau,Umbau

1. Was ist Dampf? – Die physikalischen Grundlagen

Page 9: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

oder bei der Instandsetzung Ihrer Anlage.Wir werden inden folgenden Ausführungen nur noch mit den Maßein-heiten des SI-Systems arbeiten und die des alten „verbote-nen“technischenMaßsystemsnichtmehrverwenden.Um-rechnungen neues/altes Maßsystem geben wir nur in der folgendenkurzenErklärung.

Die in unserem technischen Fachbereich wichtigsten Grö-ßen sindKraft,Druck,EnergieundWärme,LeistungundWärmestromsowieTemperatur.

1.2.1 Die KraftDer Zusammenhang zwischen Masse und Kraft ergibt sich ausdemNewton’schenGrundgesetz(Fallgesetz):

Kraft=Masse×Beschleunigung F=m·a

DieKraftergibtsichimSI-SystemalsabgeleiteteGröße:1 kgm/s² = 1 kg · 1 m/s², wobei die abgeleitete Einheit kgm/s² den besonderen Namen „Newton“ (Einheitenzei-chenN,sprich„njuten“)erhielt.1N=1kgm/s².

Durch1kp=1kg·9,80665m/s²=9,80665kgm/s²ergibtsich der Zusammenhang zwischen Newton und dem alten Kilopondzu1kp=9,80665Nund1N=0,10197kp.

FürdiemeistentechnischenAnwendungenistdieUmrech-nungschongenaugenugwennmanschreibt:1kp=9,81Nbzw.1N=0,102kp.

NimmtmaneinenFehlervon2%inKauf,danngiltsogar 1kp≈10N.

1.2.2 Der DruckFürdenDruckgiltdieBeziehung:

Druck=KraftdurchFläche p=F/A

InderThermodynamikistfürdenDruckfrüherdieEinheit1kp/cm²=1atdestechnischenMaßsystemsvorherrschendgewesen.

DieabgeleiteteSI-EinheitfürdenDruckistN/m²,diedenbesonderenNamen„Pascal“(EinheitenzeichenPa)erhielt.

1Pa=1N/m².

DurchdieBeziehung1kp=9,80665NergibtsichdieUm-rechnungdestechnischenMaßsystemsindieSI-EinheitenfürdenDruckzu1at=1kp/cm²=98066,5N/m²=98066,5Pabzw.1Pa=1N/m²=0,102·10-�kp/cm²=0,102·10-4

at.Um diese für die Thermodynamik relativ großen Zahlen-werte zu vermeiden, wurde für die abgeleitete SI-Einheit105N/m²derbesondereName„Bar“(Einheitenzeichenbar)eingeführt,1bar=105N/m²=105 Pa.

Diese Einheit hat den Vorzug, dass sie zahlenmäßig etwamitderbisherverwendetenEinheitAtmosphäre (at)über-einstimmt.

DurchdieUmrechnungvon1kp=9,80665Nergibtsich1at=1kp/cm²=98066,5N/m²=0,980665barbzw.1bar=105N/m²=1,02kp/cm²=1,02at.

Nimmtman2%FehlerinKauf,danngiltsogar1at=1kp/cm²≈1bar.

Häufig wird der Druck als Druckdifferenz zum herrschenden Umgebungsluftdruck, dem Bezugsdruck, angegeben, weilnur dieser Differenzdruck mit dem Manometer unmittelbar gemessen werden kann. Dieser Differenzdruck wird ange-gebenalsÜberdruckpeoderalsUnterdruckpuzumBezugs-druck.

ZurVermeidungvonVerwechslungenistdannzuschreiben:

AbsoluterDruck =1bar oderpabs=1bar,Überdruck =1bar oderpe=1bar,Unterdruck =0,2bar oderpu=0,2bar,Druckdifferenz =1bar oder∆p=1bar

1.2.3 Energie, Arbeit, WärmemengeFürdieArbeitgiltdieBeziehung:

Arbeit=Kraft×Weg W=F·s

ImtechnischenMaßsystemwardieEinheitkpmgebräuch-lich:1kpm=1kp·1m

Die abgeleitete SI-Einheit für die Energie, Arbeit undWärmemenge ist Nm, die den besonderenNamen „Joule“(EinheitenzeichenJ,sprich„dschul“)erhielt.1J=1Nm=1Ws

DurchdieUmrechnungvon1kp=9,80665Nergibtsich:1kpm=9,80665Nm=9,80665Jbzw.1J=1Nm=0,102kpm.

Nimmtman2%FehlerinKauf,danngiltsogar:1kpm≈10Nm=10J.

Basisgröße Basiseinheit

Name Einheiten-zeichen

Länge Meter m

Masse Kilogramm kg

Zeit Sekunde s

Elektrische Stromstärke Ampere A

Thermodynamische Temperatur

Kelvin K

Stoffmenge Mol mol

Lichtstärke Candela cd

Page 10: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

DasmechanischeWärmeäquivalentbesagt,dassdieWärme-mengevon1kcalungefährderEnergieodermechanischenArbeitvon427kpmentspricht.1kcal≈427kpm.Die Verwendung desmechanischenWärmeäquivalents istim SI-System überflüssig, da Arbeit, Energie undWärme-mengeindergleichenEinheit(J)gemessenwerden.

DurchentsprechendeUmrechnungergibtsichmithinrei-chenderGenauigkeit:1kcal≈427kpm≈4200J=4,2kJbzw.1J≈0,102kpm≈2,39·10–4kcal,1kJ≈0,239kcalundweiter:1kcal≈4200Ws=11,6·10-4kWhbzw.1kWh=3,6MWs≈860kcal.

1.2.4 Leistung, Energiestrom, WärmestromFürdieLeistunggiltdieBeziehung:

Leistung=ArbeitjeZeiteinheit P=W/t

ImtechnischenMaßsystemwardieEinheitkpm/sgebräuch-lich,weiterhindiePferdestärke(PS)

1kpm/s=1kpm/1s 1PS=75kpm/s

Die abgeleitete SI-Einheit für die Leistung, den Energie-strom und denWärmestrom ist J/smit dem besonderenNamen„Watt“(EinheitenzeichenW). 1W=1J/s=1Nm/s.

DurchdieUmrechnung von 1 kp=9,80665NunddurchdasmechanischeWärmeäquivalent ergibt sichmit hinrei-chenderGenauigkeit:

1kcal/h≈1,58·10-³PS≈1,16W1W≈1,36·10-³PS≈0,860kcal/h1PS≈632kcal/h≈736W1PS≈0,736kW

1.2.5 Dichte und spezifisches GewichtDichte=MassedurchVolumen ρ=m/V

DasspezifischeGewicht(auchWichtegenannt)istdefiniertalsspez.Gewicht=GewichtdurchVolumen γ=G/V

FrüherwurdebeiVerwendungdestechnischenMaßsystemsdas spezifische Gewicht γ bevorzugt und in kp/m³ angege-ben.DieseBezeichnungdarfnichtmehrverwendetwerden.EsisthierfürdieimSIgebräuchlicheDichtezuverwenden,welcheinderEinheitkg/m³angegebenwird.DurchdieBe-ziehung1kp=1kg·9,80665m/s²stimmtderZahlenwertfür die Dichte ρ eines Stoffes überein mit dem Zahlenwert für die mit der Normalfallbeschleunigung γ=9,80665m/s²bestimmteWichteγ dieses Stoffes.

DieDichte1000kg/m³=1kg/dm³=1g/cm³entsprichtderWichte1000kp/m³=1kp/dm³=1p/cm³.

1.2.6 TemperaturDie thermodynamische Tem-peratur(T,ϑ)istdieBasisgrößedesSImitderBasiseinheitKel-vin(EinheitenzeichenK).Der Zahlenwert für die Tempe-raturdifferenz in Grad Celsius ist identisch mit dem Zahlen-wert der Temperaturdifferenz in Kelvin.Die Einheit Grad Celsius (°C)ist keine Basiseinheit des SI-Systems, darf aber weiter ange-wendet werden.

Die Celsius-Temperatur steht zur thermodynamischen Tem-peraturinfolgenderBeziehung:t=T–Tn(Tn=273,15K).Hierbei ist Tn die Normtemperatur bezogen auf den abso-lutenNullpunktderThermodynamik(0K).ErliegtaufderCelsius-Skalabei–273,15°C.Esgiltalso:0K=–273,15°Cbzw.0°C=273,15KBeispielfürT=373,15K:t=373,15K–273,15K=+100°C.

1.2.7 TemperaturdifferenzenFrüherwurdenTemperaturdifferenzeninderEinheitGrad(Einheitenzeichengrd)angegeben.Diesesistnichtmehrzu-lässig.Temperaturdifferenzenmüssen inKelvin (K)ausge-drücktwerden,z.B.:T1 – T2 =∆T=500K–450K =50Kt1 – t2 =∆t=100°C–50°C =50K

1.2.8 Der Normzustand; das NormvolumenDerNormzustand ist nachDIN 1343 ein durchNormtem-peratur und Normdruck festgelegter Zustand eines festen, flüssigen oder gasförmigen Stoffes.

Er ist definiert durch die Normtemperatur Tn = 273,15 Kbzw. tn=0°CunddenNormdruckpn=101325Pa=1,01325bar(früher1atm).

DieserausderbisherigenphysikalischenAtmosphäre(atm)hergeleitete Normzustand ist zu unterscheiden vom „tech-nischen“ Normzustand, welcher sich aus der bisherigen technischenAtmosphäre(at)herleitet.

Der technische Normzustand ist definiert durch die Norm-temperatur Tn=293,15Kbzw.tn=+20°CunddenNorm-druck pn=98066,5Pa=0,980665bar(früher1at).

Der aus der früheren physikalischen Atmosphäre herge-leitete Normzustand ist maßgeblich für die Definition des Normvolumens. Das Normvolumen Vn ist nachDIN 1343das Volumen im Normzustand bei Tn=273,15Kbzw.tn=0°Cundpn=101325Pa=1,01325bar(früher1atm).Dasstoffmengenbezogene (molare) Normvolumen des idealen

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1 – Was ist Dampf?

Gases ist Vmn=22,414m³/kmol.DasNormvolumenistalsokeineEinheit,sonderneinespezielleGröße,diez.B. inm³zu messen ist.

Esistnichtstatthaft,diefrüheroftbenutztenEinheitenzei-chen wie z.B. Nm³ mit ihren Bezeichnungen wie „Norm-kubikmeter“ zu verwenden. Denn einerseits kann sich eine Einheit wie z.B.m³ nicht imNormzustand befinden undzumanderenistderBuchstabeNalsEinheitenzeichenfürdieKrafteinheitNewtonfestgelegt.Eswirdempfohlen,fol-gendeSchreibweiseanzuwenden(Beispiele):

VolumendesGasesimNormzustand:

V =1m³ oder Vn =1m³ oder V =1m³(0°C,1,01325bar,trocken)

Das Volumen von 1 m³ eines trockenen Gases im Normzu-standentsprichtderGasmengevon26,9·1024 Molekülen.

1.2.9 Die wichtigsten Einheiten und ihre Umrechnung

altes Maßsystem SI-System

Kraft Kilopond Newton

1 kp = 9,81 N 1 N = 0,102 kp

1 kp ≈ 10 N 1 N ≈ 0,1 kp

Druck Atmosphäre Bar

1 at = 0,981 bar 1 bar = 1,02 at

1 at ≈ 1 bar 1 bar ≈ 1 at

mech. Energie

Kilopondmeter Joule

1 kpm = 9,81 J 1 J = 0,102 kpm

1 kpm ≈ 10 J 1 J ≈ 0,1 kpm

Wärme Kilokalorie Kilojoule

1 kcal = 4,2 kJ 1 kJ = 0,239 kcal

Leistung Pferdestärke Kilowatt

1 PS = 0,736 kW 1 kW = 1,36 PS

Wärmestrom (Leistung)

Kilokalorie pro Stunde Watt

1 kcal/h = 1,16 W 1 W = 0,860 kcal/h

Durcheinander? Eine Zusammenfassung der wichtigstenFormelnundUmrechnungenfindenSieinAnhang8.

1.3 Die Wärmeenergie

DieWärmeenergiewirdinKilojoule(kJ)angegeben.DiespezifischeWärmedesWasserscp beträgt nach dem SI-System cp=4,1868kJ/kgK,abgerundet

cp=4,2kJ/kgK

Das heißt: ≈ 4,2 kJ sind nötig, um ein Kilogramm (1 kg)WasserumeinGrad(1K)inderTemperaturzuerwärmen.

Früher wurde diese Wärmemenge als eine Kilokalorie (1 kcal) bezeichnet.FürUmrechnungenvonalten inneueWärmeeinheitengiltalso1kcal=4,1868kJabgerundet,all-gemein:

1kcal=4,2kJ

WirwerdenimweiterenVerlaufnurmitdengesetzlichvor-geschriebenenSI-Einheitenarbeiten,aufälterenWärmeer-zeugernfindetmanjedochnochdiealteEinheitkcal.

UmunsmitderWärmeenergievertrautzumachen,unter-nehmenwireineneinfachenVersuch.WirstelleneinenTopfmit genau 1 kgWasser auf das Feuer und führen soWär-mezu.DieTemperaturdesWassersmessenwirmiteinemThermometer.WenndieTemperaturdesWassersvon20°Cauf40°C,d.h.um20K(20Grad)gestiegenist,habenwiranWärmezugeführt

20·4,2=84kJ

Wennwir5kgWasserum5K,alsoz.B.von20°Cauf25°Cerwärmen,habenwirfolgendeWärmeenergiezugeführt:

Menge spezifischeWärme Erwärmung5kg · 4,2kJ/kgK · 5K =105kJ

Q=m∙cp∙∆T

1.4 Wärmeinhalt und Verdampfungswärme

1.4.1 Wärmeinhalt des WassersWievielWärmestecktnunz.B.inden200kgWasserinun-sererBadewanne,wenndasWasser40°Chat?Sind es die 200 · 25 · 4,2 = 21000 kJ, die derGasdurch-lauferhitzer an dasWasser abgegeben hat, um es von derZulauftemperaturvon15°Cauf40°Czuerwärmen?WennimWinterdieTemperaturdesKaltwassersnur10°Cbeträgt,mussderBadeofendoch200·30·4,2=25200kJaufbrin-gen,umdasgleicheErgebniszuerreichen,nämlich200kgWasservon40°C.

Will man zu einer einheitlichen Aussage – Wärmeinhalt–überdengleichenSachverhalt–200kgWasservon40°C– kommen, so muss man sich darüber einigen, bei welcher Wassertemperatur man mit der Messung der hineinge-stecktenWärmemengebeginnt.

DaWasserunterhalb0°Cgefriert,hatmanvereinbart,mitderMessungdesWärmeinhaltsdes(flüssigen)Wassersbei0°Czubeginnen.Um1kgWasservon0°Cauf50°Czuer-wärmen,sindnachderFestlegungdesKilojoule50·4,2=210kJnötig;derWärmeinhaltvon1kgWasservon50°Cbeträgt daher nach der eben genannten Vereinbarung 210 kJ. Wasser von 90°C hat einen Wärmeinhalt von 378 kJ/kg (Kilojoule je Kilogramm). Und in der Beurteilung des Ba-

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1 – Was ist Dampf?

dewassers kommenwir nun alle zu der gleichenAussage: 200 kg Wasser von 40°C haben einen Wärmeinhalt von 200·40·4,2=33600kJ.

NachdieserVereinbarunghatauchindieWannelaufendesWasser von 10°Cbereits einenWärmeinhalt von42kJ jekgWasser.DieseWärmeenergiewurdez.B.vonSonneundErdboden indasSchmelzwassergesteckt,bisdaraus10°C„warmes“Wasserwurde.Dawir diesenWärmeinhalt abermeist nicht ausnützen können, interessiert er uns hier so wenigwiedieWärmeenergie,diegenaugenommenauchbeiTemperaturenunterhalb0°CinallenStoffensteckt.

Wiederholen wir: Bei der Berechnung des Wärmeinhalts wird stets von 0 °C ausgegangen.

WasSiesoebengelesenhaben,kannauchalsersteLektionüberwirtschaftlicheBrennstoffverwendungbetrachtetwer-den.WennSieKohle,Öloder irgendeinenanderenBrenn-stoff verfeuern, um einen Stoff zu erwärmen, so werden Sie umsowenigerBrennstoffbenötigen,jewärmerdieserStoffzuAnfangist:Demmit10°CzulaufendenWassermussten25200kJzugeführtwerden,umdiegewünschteBadetem-peratur zu erreichen, während für das mit 15°C ankom-mendeWassernur21000kJnötigwaren.

Wirwollen uns stets bewusst bleiben, dass die wirtschaft-liche, d.h. sparsame Verwendung derWärmeenergie eineHauptaufgabederWärmetechnikist.UnsereBetrachtungenwerden deshalb immerwieder zumThemaEnergieeinspa-rung zurückkehren.

Doch jetzt geht’s einen Schritt weiter: Wir heizen einenDampfkessel, bis das Wasser zu sieden beginnt. Was ge-schiehtnun?

1.4.2 VerdampfungswärmeDaskochendeWasserhateineTemperaturvon100°C,undeswirdweitereWärmevonderFeuerungzugeführt.DieseWärmeverwandeltWasserinDampf.

Vorläufig wollen wir annehmen, dass unser Dampfkessel eineÖffnunghatwieetwadieTüllebeimTeekesselunddassder imKesselerzeugteDampfdurchdieseÖffnungaustre-ten kann.

UnterdiesenUmständenkanndasWassernichtüber100°Chinauserhitztwerden,auchwennimmermehrWärmevonderFeuerungaufdasWasserübertragenwird.DenGrundhierfür werden wir noch erklären. Die sozusagen überschüs-sigeWärme verwandelt jedoch einen Teil desWassers inDampf;einTeildesWassersändertalso,wiemansagt,sei-nen „Zustand“. Am Teekessel hatten wir mit Hilfe der Ther-mometer bereits festgestellt, dass der Dampf die gleiche TemperaturhatwiedaskochendeWasser.

Die Wärmeenergie, die lediglich Wasser verdampft ohnedie Temperatur zu erhöhen, wird als „Verdampfungswärme“ bezeichnet. Auf den Dampfkessel angewandt bedeutet dies, dassdiezusätzlicheWärme,dienachEinsetzendesSiedensdesWassersnochzugeführtwirdundWasserinDampfver-wandelt, im Dampf als Verdampfungswärme enthalten ist.

DieVerdampfungswärmewird,wieauch jedeandereWär-memenge, in kJ angegeben.

1.4.3 Wärmeinhalt des DampfesAnfangswurdegesagt,dassDampfeinguterTrägerfürWär-meenergie sei. Das wollen wir nun näher untersuchen.

Wir haben festgestellt, dass der imDampfkessel erzeugteDampf Wärmeenergie in zwei Stufen aufgenommen hat:Wasserwärme bei der Erwärmung des Wassers bis zumSieden und Verdampfungswärme bei der Verdampfung des Wassers.DergesamteWärmeinhaltdesDampfessetztsichalsozusammenausdemWärmeinhaltdessiedendenWas-sers und der Verdampfungswärme.

Misstmangenaunach,sozeigtsich,dasszurErwärmungvon1kgWasservon0°Cauf100°Crund417,5kJerforder-lichsind;umdiesesKilogrammsiedendesWasserbei100°Czu verdampfen,müssen aber weitere 2257,9 kJ zugeführtwerden.

Die Verdampfungswärme ist also sehr viel größer als der WärmeinhaltdesWassersgleicherTemperatur.

Temperatur

Energiezufuhr

100 °C

0 °C

Wasser

p = 1 bar atm.

Dampf

Page 13: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

InjedemkgDampf,derhiereineTemperatur von 100°C hat, ste-cken417,5kJFlüssigkeitswärmeund 2257,9 kJ Verdampfungs-wärme; der gesamte Wärmein-haltdesDampfesvon100°Cbe-trägtsomit2675,4kJ.

Bei jederbeliebigenDampfmen-ge finden wir bei dieser Tempe-ratur das gleiche Verhältnis vor. Wennwirz.B.anstellevon1kgeine Dampfmenge von 100 kg betrachten, so brauchen wir lediglich die zuvor genannten Zahlen mit 100 zu multiplizie-ren: 100 kg Dampf von 100°Chaben einen Wärmeinhalt von267540kJ,diesichaus41750kJ Wasserwärme und 225790 kJVerdampfungswärme zusam-mensetzen.

Durch das Verdampfen wird also in dem entstehenden Dampfeine imVergleichzurWasserwärmegroßeEnergie-menge gespeichert und die Tatsache, dass ein solch großer Teil des Gesamtwärmeinhaltes des Dampfes aus Verdamp-fungswärmebesteht,hatgroßeBedeutungfürdieAuslegungund Handhabung der Dampfanlagen. Die Gründe hierfür werdenwirimweiterenVerlaufdesBuches,vorallemwennvon der Verwendung des Dampfes die Rede sein wird, leicht verstehen.

1.5 Dampfdruck und Dampfvolumen

Der Ausdruck „Atmosphäre“ oder „atmosphärischer Druck“ ist Ihnensicherlichschonoftbegegnet.FürdenFall,dassSie seineBedeutungnochnichtgenaukennen,wollenwireineErklärungversuchen.

Luftwiegtzwarsehrwenig(einLiterwiegtrund1,3Gramm),da aber die Luftschicht über demErdboden sehr dick ist,drücktsiedochmitgroßerKraftaufdenErdbodenundaufalle Gegenstände, die sich dort befinden. Diese Kraft wirkt wegen der leichten Beweglichkeit der Luft in allen Rich-tungen in gleicher Stärke.WelchgroßeKraftdieLuftdabeitatsächlichausübt,könnenSie andenbekanntenSaughaken imBadezimmer feststel-len:DurchAndrückenaneineglatteWandwirddieLuftausder Saugschale herausgedrückt. Jetzt drückt nur noch die LuftvonaußengegendenHaken–undhältihnmitbeacht-licherKraftanderWandfest.

DaderLuftdrucksoallgegenwärtigist–zumindestaufderErdoberfläche,wosichimmernochdergrößteTeildestech-nischen Geschehens abspielt, hat man ihn angenähert als Druckeinheit gewählt. Aber: JenachWetterlage schwankt

derLuftdrucketwas;außerdemisteraufeinemBergnied-rigeralsimTal,weildieüberdemBergliegendeLuftschichtjadünnerist.AlsEinheitfürDruckmessungenhatmandes-halb imSI-SystemdenWertvon1bargewähltundgenaufestgelegt.

Solange inunseremDampfkesseldasangenommeneLochist,drücktdieLuftauchaufdasWasserimKessel.DeshalbkannkaltesWassernichtkochen.ErhitztmandasWasseraber,dannverdunstetes immerstärkerundbei100°C istder Punkt erreicht, an dem das Verdampfungsbestreben des Wassers, der „Dampfdruck“, die Größe des Luftdrucks er-reicht: Jetzt kannderDampfdruckdasWasser gegendenLuftdruckauseinanderdrücken,sodasssichimInnerndesWassersDampfblasenbilden;man sagt dann:dasWassersiedet oder kocht. (Bläschen, die sich beim Erhitzen desWassers oder auch beim längeren Stehen kaltenWassersbilden,sindkeineDampfblasen,sondernbestehenausLuft,diezuvorimWassergelöstwarundbeiderErwärmungent-weicht.)

Zur Klarstellung wollen wir die Daten kurz wiederholen:

DruckimInnernundaußerhalbdesDampfkessels: 1barDampfdruck: 1barTemperaturdesWassersimDampfkessel: 100°CTemperaturdesDampfes: 100°C

Nachdem die angenommene Öffnung in unserem Dampf-kesselalsHilfsmittelzurErklärungderVorgängebeiatmos-phärischem Druck gedient hat, ist ihr Zweck erfüllt und wir lassensieimfolgendenweg.WirerzeugenweiterhinDampfimKessel,beidemnunjedeÖffnungfehlt.DerDampfkannalsonichtmehrentweichen.Waspassiert?

DerDampfkesselistjetzteingeschlossenesGefäß.JemehrDampf in diesem Gefäß erzeugt wird, desto höher wird der Druck im Gefäß werden, da der Dampf mehr Raum für sich beanspruchtalsdasWasser,ausdemererzeugtwurde.DieVerhältnissesindähnlichwiebeimAufpumpeneinesFahr-radreifens,nurdassdortdieLuftmitHilfederPumpevonaußeneingedrücktwird.WiedieLuftimReifennachallenSeitendrückt,sodrücktauchderDampfnachallenSeiten:gegen die Innenflächen des Kessels und auf die Oberfläche desWassers.

Diese beidenPunkte, zunehmenderDampfdruck undWir-kungdesDruckanstiegsaufdieWasseroberfläche,sindder

Wasser

Dampf2257,9 kJ

417,5 kJ

Page 14: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

Anlass zuweiterenVorgängen, die vonBedeutung für diepraktische Verwendung des Dampfes sind. Genaugenom-men helfen sie uns, den Dampf zu unserem größtmöglichen Nutzen einzusetzen.

Da jetzt derDruck auf dieWasseroberfläche gestiegen ist,wirddasSieden,d.h. dieDampfblasenbildung imWasser,unterdrückt. Weiter zugeführte Wärme erhöht zunächstdieWassertemperatur und damit das Bestreben desWas-sers, zu verdampfen, sozusagen den Dampfdruck im Innern desWasserszuerhöhen,bisdiesergrößeristalsderaufdieWasseroberfläche wirkende Dampfdruck. Jetzt siedet dasWasser wieder, Wasser verdampft, der Dampfdruck überdemWassersteigt,usw.

Die genauen Gründe für diese Vorgänge brauchen wir nicht zuerforschen.Wirmüssenunsaberunbedingtmerken,dassdasWasserunterhöheremDruckbeihöhererTemperatursiedet.BeieinemDruckvon10barbeträgtdieSiedetempe-raturrund180°C.UmWasserbei10barzumVerdampfenzubringen,mussesalsoersteinmalauf180°Cerhitztwer-den;dazusindrund763kJjekgWassererforderlich.Zumanschließenden Verdampfen sind bei 10 bar weitere 2014 kJ je kg Wasser nötig. Der Wärmeinhalt des Dampfes von 10 bar beträgt also 2777 kJ/kg. Stellen wir dies wieder anschaulich dar, so erhalten wir fol-gendesBild:

Allgemein gilt: Bei zunehmendem Dampfdruck wird derGesamtwärmeinhalt größer,wobei aber dieWasserwärmesteigt und die Verdampfungswärme abnimmt. Bei sinken-dem Dampfdruck verringert sich der Gesamtwärmeinhalt bei einer stärkerenAbnahmederWasserwärmeundeinerZunahme der Verdampfungswärme.Zum Schluss des Abschnitts 1.4 erwähnten wir, dass der große Anteil der Verdampfungswärme am Gesamtwär-meinhaltvonbesondererWichtigkeit ist.Wennwir imZu-

sammenhang mit dem Dampfdruck einen Punkt besonders herausstellenmöchten,dannistesdieFeststellung,dassdieVerdampfungswärmejeKilogrammDampfumsogrößerist,jeniedrigerderDampfdruckist.

Der Dampfdruck wird nach dem SI-System in bar angegeben. WennkeinHinweisgegebenist,wiez.B.pe=…,istdarunterder absolute Druck zu verstehen. Das Manometer an einem Dampfkessel zeigt, entsprechend seiner Konstruktion, stets Überdrücke an, d.h. die Druckdifferenz (Überdruck) zumumgebenden Luftdruck. Diesen äußeren Luftdruck kannman mit dem Barometer messen, er wird meist in mbar(Millibar) angegeben, d.h. in tausendstel Bar. Wenn z.B.derLuftdruck 1010mbarbeträgtunddasManometerdesDampfkessels3,2baranzeigt,beträgtderabsoluteDampf-druck im Kessel

Barometer1010mbar = 1,01bar LuftdruckManometer = 3,2bar DampfüberdruckabsoluterDampfdruck = 4,21bar

Der in bar angegebene Druck ohne Hinweis gilt als absoluter Druck,sonstistz.B.zuschreibenpe=3,2bar.

Bei nur angenäherten Messungen nimmt man den Luft-druckstetsmit1baran.BeisehrgenauenMessungenmussparallelzurMessungdesDampfüberdruckesderLuftdruckmiteinemBarometergemessenwerden.

VonVakuumoderUnterdrucksprichtmandann,wennderDruckineinemRaumgeringeralsderumgebendeLuftdruckist. Gemessen wird dies häufig mit einem Mano-Vakumeter, dasz.B.einenAnzeigebereichvon2barüber0bis–1barhat.ZurErmittlungdesabsolutenDruckesistwiedersinnge-mäßderäußereLuftdruckzuberücksichtigen.ÜberschlägiggiltbeiAnzeigevon0,3barUnterdruck:absoluterDruck= 1–0,3bar=0,7bar.

1.5.1 Wieviel Raum nimmt der Dampf ein?

Der Raum, den 1 kg Dampf einnimmt, hängt vom Druck ab. 1kgWasserhat,fastunabhängigvomDruck,einenRaumin-haltvon1Liter.VerwandeltmandiesesKilogrammWasserganz in Dampf, so erhält man genau 1 kg Dampf, der aber

Dampf, 1 bar

Dampf, 10 bar

Wasser

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1 – Was ist Dampf?

vielmehrPlatzbeansprucht.Umzuzeigen,wiederRaum-inhalt, das sogenannte „Volumen“ des Dampfes, sich mit demDruckverändert,möchtenwirzweiBeispieleanführen:Bei etwaatmosphärischemDruckvon1bar,dasManome-ter zeigt 0 bar an, nimmt 1 kg Dampf einen Raum von etwa 1700Literein.BeieinemDruckvon10bar,dasManometerzeigt einen Dampfüberdruck von 9 bar an, hat 1 kg Dampf nurnocheinVolumenvon240Liter.

In jedemFallegingenwirvondergleichenMengeWasserausundsetztendasWasservollständiginDampfum.Wirstelltenjedochfest,dassdasVolumendesDampfessichbeisteigendem Druck verringert. Dies müssen wir uns gut mer-ken, zusammen mit der Tatsache, dass Dampf stets sehr viel mehrRaumeinnimmtalsdiegleicheGewichtsmengeWas-ser.Nur1LiterWasser,beiAtmosphärendruckverdampft,ergibteinegroßeDampfwolke.DieseErscheinungwirdunsspäter noch sehr beschäftigen.

Der Rauminhalt, das Volumen, wird vom Techniker häu-fig nicht in Liter sondern inKubikmeter angegeben: 1m³(sprich:Kubikmeter)isteinVolumen,dasgenauineinPaketvon1MeterLänge,1MeterBreiteund1MeterHöhepassenwürde.SiekennendassichervondenHolzfällernimWald:DieStämmewerden inStückevon 1mLängegeschnittenunddannin„Pakete“von1mBreiteund1mHöheaufge-schichtet; so entsteht 1KubikmeterHolz.–Benötigtmanein wesentlich kleineres Raummaß, so verwendet man das Litermaß:1000Litersindebensovielwie1m³.

1.6 Wärme und Temperatur

DieBegriffe„Wärme“und„Temperatur“sindziemlichallge-meinbekannt,jabeinahesogut,dassmansieverwechselt.Bevorwirfortfahren,möchtenwirdaherdiefolgendeErklä-rungeinfügen,umganzsicherzugehen,dassIhnenderUn-terschiedzwischenWärmeundTemperaturgeläufigist.

WärmeistdasZeug,daseinDingwärmermachtoderverän-dert – die Temperatur zeigt dagegen an, wie dicht gedrängt dieWärmeindem„Ding“sitzt:jedichter,destoheißer.Ein Vergleich soll dies etwas deutlichermachen. PumpenwirdenReifeneinesKinderrollersmit30StößeneinerLuft-pumpeauf,soisterbereitshart;gebenwirdie30Pumpen-stöße jedoch in einen zuvor leerenFahrradreifen, sowird

derReifenzwarrund,abernochweichsein:DerDruckimFahrradreifenistbeigleichemLuftinhalt(30Pumpenstöße)niedriger als im Rollerreifen.

„Pumpen“wirin10LiterWasser420kJhinein,dannsteigtdieTemperaturum10Grad; „pumpen“wirdie420kJ je-dochin1LiterWasser,dannsteigtdieTemperaturum100Grad,weildiegleicheWärmemengejetztineinenkleinerenKörper gesteckt wurde.Sie können nun selbst ausrechnen, dass in Ihrer mit „kaltem“ WassergefülltenBadewannesehrvielmehrWärmeenergiesteckt als in einemTopf kochendenWassers, den Sie hin-einschütten.DerBeweis:SiemüssenschonvieleTöpfevollheißenWassersbeigeben,bisdasWannenwassermerklichwärmer geworden ist.

Im „kalten“ Bodensee steckt also eine riesigeMengeWär-meenergie – aber die Natur hat dem menschlichen Ausbeu-tungsstreben einen Riegel vorgeschoben: Wärme geht be-kanntlich nur von Körpern höherer Temperatur auf Körper niedrigerer Temperatur über, nicht umgekehrt. Nach dem, was wir vorhin zur Erklärung der Temperatur sagten, istdasjaauchverständlich:DieWärmegehtebenvomKörperstärkerenWärmegedrängesdorthin,wosiemehrPlatzhat.UndnursolangewandertdieWärme,bisbeideKörperdiegleiche Temperatur haben.Aus unserem Bild vom Gedränge wird auch verständlich,dassdieWärmeübertragungumsoschnellervorsichgeht,jegrößerderTemperaturunterschiedist.

EineanfangsheißeBettflaschewirdzunächstraschkühler,dabei dasBett erwärmend.DieAbkühlung geht dann,we-gen der kleiner gewordenen Temperaturdifferenz, aber lang-samervorsich.AmnächstenMorgenhabenBettflascheundumgebendeBettteilediegleicheTemperatur.(NurwenndieFlascheherausfällt,wirdsiekühleralsdasBett!)

Die Aufheizung eines Behälters mit einer Dampfschlangegeht zunächst rasch vor sich, wird dann aber immer lang-samer.DiestündlichenWärmeverlusteeinerDampfleitungsindumsogrößer,jeheißerdieDampfleitungist.

1.7 Die Wasserdampftafel

Siewerdenjetztvielleichtdenken,dassdiesevielenBegriffewie kJ, Druck, Volumen usw. Ihren Kopf selbst in einen Dampfkessel verwandeln. Nun, keine Angst, wir wollen dies vermeiden, soweit es in unserer Macht steht. Deshalb haben wireingedrucktesGedächtnisfürSiebereit:ImAnhang1zudiesemBuch findenSie eineZusammenstellungderFach-ausdrücke,die indiesemBucherscheinen.SokönnenSiejederzeit rasch die Bedeutung eines auftauchenden tech-nischenBegriffsnachlesen.

Während Ihnen die Fachausdrücke sicher bald geläufigwerden, können Sie sich aber nicht die vielen Zahlenwerte fürDruck,TemperaturundWärmeinhaltvonWasserund

Spez. Volumen [m3/kg]

Überdruck p [bar]

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1200,20,40,60,81,01,21,41,6

Page 16: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

Dampf merken. Deshalb finden Sie auf der nächsten Seite eineZahlentafel,ausderSieaufeinenBlickdiebenötigtenZahlen entnehmen können. Diese Zusammenstellung wird Dampftafel genannt.

FürjedenAnfängeroderFachmann,dermitDampfumge-hen muss, ist eine solche Dampftafel unentbehrlich. Aber auch für jene, die über denDampf und all dieDinge, dieman damit anstellen kann, soviel wie möglich wissen wollen, ist die Dampftafel von Nutzen.

Dampftafeln werden in verschiedenen Ausführungen ge-druckt.FürIhreneigenenBedarfundfürdieZweckediesesKurses enthält die beiliegende Tafel alle wichtigen Angaben.

DieZahlenindenDampftafelnsindübrigensnichtdasEr-gebnis ausgeklügelter Rechnungen, sondern das Resultat vonMessungen,dieanWasserundWasserdampfdurchge-führt wurden.

ErschreckenSiebittenichtvordiesem„Zahlenfriedhof“.Wirwerden die Anwendung der Tafel erläutern, so dass Sie sich langsam an ihren Gebrauch gewöhnen können. Zunächst mussaberdieBedeutungderachtverschiedenensenkrech-ten Zahlenreihen, kurz Spalten genannt, erklärt werden.

Die erste Spalte gibtdenÜberdruckpean,alsodenWert,den uns das gewöhnliche Manometer an der Rohrleitung anzeigt.ZurAbkürzungverwendetmananstelledesWortesDruckdenBuchstabenp. Überdrückeunter0barsindklei-neralsderLuftdruck,alsoVakuum.DieWertesetzeneinenLuftdruck von 1 bar voraus und liegen deshalb um 1 barniedriger als die absoluten Drücke.

Die zweite Spalte gibt den absoluten Druck in bar an, also den vom luftleeren Raum ausgehenden Druck.

Die dritte Spalte zeigtdieTemperaturan,beiderWasserunterdemzugehörigenDruck,Spalte1oder2,siedet.WieSie wissen, hat der dabei entstehende Dampf genau die glei-cheTemperatur.DieseSpaltegiltdahersowohlfürWasserals auch für Dampf. Die Temperatur wird in Grad Celsius (°C) gemessen; zurAbkürzungkannmandenBuchstabent verwenden.

Die vierte Spalte gibtdenWärmeinhaltdesWassersimSie-dezustand an, der mit h' bezeichnet wird.

Die fünfte Spalte gibt die Verdampfungswärme ∆hv an, also diejenigeWärmemenge, dieman in 1 kgWasser derbetreffenden Temperatur (Spalte 3) steckenmuss, um esvollständig zu verdampfen. Hier fällt uns wieder auf, dass dieVerdampfungswärmeumsokleinerwird, jehöherdieDampftemperatur steigt.

Die sechste Spalte entsteht durch Zusammenzählen der WertederSpalten4und5;WärmeinhaltdesWassersund

Verdampfungswärme ergeben zusammen den gesamten Wärmeinhalt h" oder die Enthalpie des Dampfes. Da bei steigenderTemperaturdieWasserwärmeetwasmehrsteigtalsdieVerdampfungswärmeabnimmt,steigtdieEnthalpiedes Dampfes mit zunehmender Temperatur langsam an.

Die siebte Spalte enthält das spezifische, d. h. für 1 kg gel-tende Volumen des Dampfes. Während das Wasser fastnicht zusammendrückbar ist, sich aber bei steigender Tem-peratur ausdehnt und deshalb bei steigender Temperatur eine geringe Vergrößerung des spezifischen Volumens er-fährt, nimmt das spezifische Volumen des Dampfes mit stei-gendem Druck sehr stark ab. Das spezifische Volumen wird durchdenBuchstabenv gekennzeichnet; fürWasserwirdeinStrichangefügt:v',fürDampfzweiStriche:v".

Die achte Spalte nennt die Dichte des Dampfes, d. h. die Masse(inkg)von1m³DampfbeiverschiedenenDrücken;eswirddurchdengriechischenBuchstabenρ(„rho“)abge-kürzt.JehöherderDruckist,jestärkeralsoderDampfver-dichtet wurde, desto schwerer wird 1 m³ Dampf.

Page 17: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

1.7.1 Wasserdampftafel (trocken gesättigter Wasserdampf)

Überdruck pe

[bar]

absoluter Druck pabs

[bar]

Sattdampf-temperatur t

[°C]

Enthalpie Wasser h’

[kJ/kg]

Verdampf.-wärme ∆hv

[kJ/kg]

Enthalpie Dampf h’’

[kJ/kg]

Volumen Dampf v’’ [m³/kg]

Dichte Dampf ρ’’ [kg/m³]

Der Über­druck ist bezogen auf einen absoluten Umgebungs­druck von 1,0 bar

0,10 45,8 191,8 2393,0 2584,8 14,6700 0,0682 0,20 60,1 251,5 2358,0 2609,5 7,6500 0,1307 0,30 69,1 289,3 2336,0 2625,3 5,2290 0,1912 0,40 75,9 317,7 2319,0 2637,0 3,9930 0,2504 0,50 81,3 340,6 2305,0 2645,6 3,2400 0,3086 0,60 86,0 359,9 2294,0 2653,9 2,7320 0,3660 0,70 90,0 376,8 2283,0 2659,8 2,3650 0,4228 0,80 93,5 391,7 2274,0 2665,7 2,0870 0,4792 0,90 96,7 405,2 2266,0 2671,2 1,8690 0,5350 1,00 99,6 417,0 2258,0 2675,0 1,6940 0,5903

0,10 1,10 102,3 429,0 2251,0 2680,0 1,5490 0,64560,20 1,20 104,8 439,0 2244,0 2683,0 1,4280 0,70030,30 1,30 107,1 449,0 2238,0 2687,0 1,3250 0,75470,40 1,40 109,3 458,0 2232,0 2690,0 1,2360 0,80910,50 1,50 111,4 467,0 2226,0 2693,0 1,1590 0,86280,60 1,60 113,3 475,0 2221,0 2696,0 1,0910 0,91660,70 1,70 115,2 483,0 2216,0 2699,0 1,0310 0,96990,80 1,80 116,9 491,0 2211,0 2702,0 0,9770 1,02350,90 1,90 118,6 498,0 2206,0 2704,0 0,9290 1,07641,00 2,00 120,2 505,0 2201,0 2706,0 0,8850 1,12991,50 2,50 127,4 535,0 2181,0 2716,0 0,7180 1,39282,00 3,00 133,5 561,0 2163,0 2724,0 0,6060 1,65022,50 3,50 138,9 584,0 2147,0 2731,0 0,5240 1,90843,00 4,00 143,6 605,0 2133,0 2738,0 0,4620 2,16453,50 4,50 147,9 623,0 2120,0 2743,0 0,4140 2,41554,00 5,00 151,8 640,0 2107,0 2747,0 0,3750 2,66674,50 5,50 155,5 656,0 2096,0 2752,0 0,3430 2,91555,00 6,00 158,8 670,0 2085,0 2755,0 0,3160 3,16466,00 7,00 165,0 697,0 2065,0 2762,0 0,2727 3,66707,00 8,00 170,4 721,0 2046,0 2767,0 0,2403 4,16158,00 9,00 175,4 743,0 2029,0 2772,0 0,2148 4,65559,00 10,00 179,9 763,0 2013,0 2776,0 0,1943 5,1467

10,00 11,00 184,1 781,0 1999,0 2780,0 0,1774 5,637011,00 12,00 188,0 798,0 1984,0 2782,0 0,1632 6,127512,00 13,00 191,6 815,0 1971,0 2786,0 0,1511 6,618113,00 14,00 195,0 830,0 1958,0 2788,0 0,1407 7,107314,00 15,00 198,3 845,0 1945,0 2790,0 0,1317 7,593015,00 16,00 201,4 859,0 1933,0 2792,0 0,1237 8,084116,00 17,00 204,3 872,0 1921,0 2793,0 0,1166 8,576317,00 18,00 207,1 885,0 1910,0 2795,0 0,1103 9,066218,00 19,00 209,8 897,0 1899,0 2796,0 0,1047 9,551119,00 20,00 212,4 909,0 1888,0 2797,0 0,0995 10,050320,00 21,00 214,9 920,0 1878,0 2798,0 0,0949 10,537424,00 25,00 223,9 962,0 1839,0 2801,0 0,0799 12,515625,00 26,00 226,0 972,0 1829,0 2801,0 0,0769 13,003929,00 30,00 233,8 1008,0 1794,0 2802,0 0,0666 15,015030,00 31,00 235,7 1017,0 1785,0 2802,0 0,0645 15,503939,00 40,00 250,3 1087,0 1713,0 2800,0 0,0498 20,080340,00 41,00 251,8 1095,0 1705,0 2800,0 0,0485 20,618649,00 50,00 263,9 1154,0 1640,0 2794,0 0,0394 25,380759,00 60,00 275,6 1214,0 1571,0 2785,0 0,0324 30,864269,00 70,00 285,8 1267,0 1506,0 2773,0 0,0274 36,496479,00 80,00 295,0 1317,0 1443,0 2760,0 0,0235 42,553289,00 90,00 303,3 1364,0 1381,0 2745,0 0,0205 48,780599,00 100,00 311,0 1408,0 1320,0 2728,0 0,0180 55,5556

149,00 150,00 342,1 1611,0 1004,0 2615,0 0,0103 97,0874199,00 200,00 365,7 1826,0 592,0 2418,0 0,0059 169,491220,00 221,00 374,2 2107,0 0,0 2107,0 0,0032 312,500

Page 18: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

Zur Erläuterung wollen wir uns aus der Tafel einige Bei-spieleherausgreifen.BeieinemÜberdruckvon5baroderabsolutenDruckvon6barsiedetdasWasserbei 158,8°C.BeidiesemDruckunddieserTemperaturhat 1kgWassereinenWärmeinhalth" von670kJ,d.h. dieseWärmemen-ge wird zur Erwärmung von 0°C auf 158,8°C benötigt;umes zu verdampfen, sindweitere2085kJ aufzubringenund der so erzeugte Dampf hat eine Wärmeeinheit von 2755kJ.Das spezifischeVolumendiesesDampfesbeträgt0,316m³/kg.

ImzweitenBeispielsollunsdieDampftafelsagen,waspas-siert, wenn wir die Ventile vor und hinter einem Dampfap-parat,etwaeinemLufterhitzer,zudrehenunddenApparatauf80°Cabkühlenlassen.InSpalte3suchenwir80°C;dadieserWert nicht angegeben ist, nehmenwir dennahelie-gendenWert81,3°C.Danebensteht inSpalte2derDruck0,5 bar,während Spalte 1 keineAngabe enthält,weil „Va-kuum“ herrscht. Durch das Abkühlen ist der Druck in un-seremApparatalsounterdenLuftdruckgefallen!WennwireinnachaußenführendesVentilöffnen,strömtLuftindenApparat hinein.

Schließlich wollen wir noch einen Blick auf die letzte Zei-le der Tafel werfen. Die Verdampfungswärme (Spalte 5)nimmt mit steigendem Druck immer mehr ab und wird bei einemabsolutenDruckvon221,2bar/374°Cnull,d.h.dasWasser geht ohneZufuhrweitererWärme inDampfüber.Oberhalb 374°C gibt es alsonurnochüberhitztenDampf,keinflüssigesWassermehr.

Die horizontalen Linien zwischen den Zahlenreihen derDampftafel sollen lediglich dasEinhalten der Zeilen beimZahlensuchen erleichtern.

Drucktafel wird unsere Dampftafel genannt, weil in der ers-ten Spalte Drücke stehen. Nach glatten Zahlenwerten der Temperatur geordnete Dampftafeln nennt man entspre-chend Temperaturtafeln.

Schließlich sindwirnoch eineErklärung schuldig fürdenFall,dassSiedieDampftafelganzgenaustudierthaben.ImAbschnitt 1.3 habenwir das Kilojoule und die spezifischeWärmedesWasserscp=4,1868kJ/kgKvorgestellt.WennSiedenWertfüreinenabsolutenDruckvon6barkontrol-lieren, finden Sie

h=670kJ/kgbeit=158,8

cp=670/158,8=4,2191kJ/kgK

DiespezifischeWärmedesWassersistalsonichtkonstant,sondernverschiedengroß,jenachdem,obdasWasservon10 auf 11°C oder von 149 auf 150°C erwärmtwird.WennmanfürBerechnungendiegenauenWertefürdieWärmein-haltevonWasserbenötigt,müssendiesedenWasserdampf-tafeln entnommen werden.

1.8 Verschiedene Dampfarten

BisherhabenwirimmernurvonDampf gesprochen und da-mit Sattdampf gemeint, das ist Dampf, der in unmittelbarer BerührungmitWasser steht. Auch unsere Dampftafel be-ziehtsich,wieihreÜberschriftbesagt,aufdenSättigungszu-stand, d. h. sie gilt für Sattdampf. Von diesem Sattdampf der Dampftafel wird außerdem angenommen, dass er „trocken“ ist,d.h.dasserkeineWassertröpfchenenthält.

InderPraxisistDampfmeisteinwenig„feucht“,d.h.erent-hältWasserteilchen,weshalb er auchNassdampf genannt wird – oder der Dampf ist mehr oder weniger überhitzt:WirdderausdemKesselkommendeDampfvomWasserge-trenntundwirdihmweiterWärmezugeführt,soverdampftzunächst das etwa mitgerissene Wasser, der Dampf wirdtrocken. Sobald alles Wasser verdampft ist, führt weiterhineingesteckteWärmezueinerTemperaturerhöhung,derDampf wird „überhitzt“. Jetzt liegt die Dampftemperatur höher als die Sättigungstemperatur, sie folgt nicht mehr der Sattdampfkurve.

Auf den ersten Blick möchte man annehmen, dass über-hitzter Dampf besser ist als Sattdampf, weil er sicher trocken istundmehrWärmeenthältalsderSattdampf.InmanchenFällenistdasrichtig.ZurBeheizungmitDampfeignetsichSattdampf jedochmeistensvielbesser,wiewirspäter (Ka-pitel6)sehenwerden.SolangewirgutenBetriebsdampfvorunshaben,beidemWassergehaltoderÜberhitzunggeringsind,könnenwirbedenkenlosdieWertederDampftafelfürunsere Rechnungen benutzen. Nur bei stärkerer Überhit-zungodersehrnassemDampfmüssenwirBerichtigungenvornehmen,umFehlerzuvermeiden.

Im nächsten Abschnitt werden wir uns mit dem Dampf be-fassen,nachdemerdenKesselverlassenhat.Eswirddannin der Hauptsache um die Kondensation des Dampfes und dieVerwendungderDampfwärmeinderPraxisgehen.ImerstenTeildiesesKapitelsvermitteltenwireinenÜber-blick über die physikalischen Grundlagen von Dampf. Nun kommenwir zuderFrage:Was tunmitdemDampf?DerDampf, denwir hergestellt haben, ist einWärmespeicher.Wirwollennunsehenwaspassiert,wennwirdenDampffüruns arbeiten lassen.

1.9 Kondensation des Dampfes

SattdampfkannWärmenurabgeben,indemerkondensiert.HaltenSie IhrenFingerkurz indenDampfstrom,derauseinem Topf mit kochendemWasser aufsteigt: Der Fingerwird etwas schmerzen, weil der Dampf ihn erwärmt – und derFingerwirdnass,weilderDampfbeiderWärmeabga-be andenFingerkondensiert, d.h. sichwieder inWasser

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1 – Was ist Dampf?

verwandelt. Für einen kurzenAugenblickwardasWassersie-dend heiß, aber es kühlt sich dann rasch durchWärmeabga-be an Finger und Luft ab undwennSiedasWasseramFingermit der anderen Hand befühlen, ist es nur noch mäßig warm.Insgesamt ist an Ihrem Fingerdie Geschichte der Dampfer-zeugung rückwärts abgelaufen:Der Dampf gibt die Verdamp-fungswärme ab und wird dabei zu Wasser von genau der glei-chen Temperatur wie sie der Sattdampf hat. Dann gibt das WasserWärmeabundwirdda-bei kühler.

DaWasser von 100°C, das soeben aus kondensierendemDampf entstanden ist, genau den gleichen WärmeinhalthatwiedasWasser,dasbei 100°C imDampfkessel siedet(sieheDampftafel),mussderkondensierendeDampfgenaudieVerdampfungswärmeabgeben,umzuWasserzuwerden,nichtmehrundnichtweniger.Bei100°CwerdenalsonachSpalte 5 der Dampftafel 2258 kJ je kg Dampf abgegeben.DasGleichegiltfürdieAbkühlungdesWassers:BeiAbküh-lungvon100°Cauf36°CwirdgenausovielWärmeabgege-benwiebeiErhitzungvon36°Cauf 100°Chineingestecktwerdenmuss(rund64∙4,2=269kJ).

Wirmerkenunsalso:BeiderKondensationwirdderDampfinWasservongenaugleicherTemperaturzurückverwandelt(ausDampfvon170°CwirdWasservon170°C!);dabeiwirdgenaudiezurjeweiligenTemperaturlautDampftafelgehö-rende Verdampfungswärme frei.DasdurchdieKondensationdesDampfesentstehendeWas-ser nennt man Kondenswasser oder einfach Kondensat.

1.9.1 Kondensat im DampfraumNehmen wir einmal an, wir müssen für viele Menschen Sup-pekochen.Kochtöpfesindnichtbesondersgroß.Wirbenut-zen daher Gefäße, die zum Kochen großer Mengen Suppe, Marmeladeetc.verwendetwerden.EssinddiesgroßeKes-sel, die durch Dampfmäntel, die sie umschließen, geheizt werden.

Die Suppe befindet sich im Kochkessel, wir lassen Dampf in den Mantel einströmen. Der Dampf gibt seine Verdamp-fungswärme ab, zunächst an die Mantelwand des Kessels und dann an die Suppe. Das heiße Kondensat läuft an der WanddesMantelsnachuntenundsammeltsichimMantel-boden.WennwiresimBodenbeließen,würdedasWasserim Mantel steigen; dadurch würde der für den Dampf ver-fügbare Raum immer kleiner werden. Schließlich wäre der MantelmitWasserbisobengefülltundfürdenDampfwärekein Platz mehr vorhanden.

Das wäre natürlich schlecht, denn nun würde trotz offenem DampfventilnichtweitergeheiztunddurchdieWärmever-lusteandieUmgebungwürdedieSuppe samtKochkesselund Kondensat schließlich kalt werden. Tatsächlich kann dieserFallinderPraxisbeiallenArtenvonDampfanlagengelegentlich auftreten, seien es Kochkessel, Bügelmaschi-nen, Lufterhitzer oder chemische Reaktionsgefälle. WenneineAnlagederart„absäuft“,weißderBetriebsmann,dassetwas nicht in Ordnung ist. Das „Gewusst wo“ soll Ihnen diesesBuchvermitteln.

Im vorliegenden Fall wissen Sie sicher Abhilfe: Das Kon-densat muss aus dem Dampfraum entfernt werden. Dies gilt aber nicht nur für denKochkessel. DurchWärmeverlusteentsteht auch in der Dampfleitung Kondensat – auf Ausnah-men werden wir später eingehen – , das den Dampfstrom behindert und durch das Auftreten von Wasserschlägensogar zur Zerstörung von Leitungen und Armaturen füh-renkann,wennesnichtsachgemäßentferntwird.Kurz:Zujeder Dampfanlage gehören gut funktionierende Vorrich-tungen zur Kondensatableitung.

1.10 Wärmeübergang

Kehren wir zum Kochkessel zurück. Selbst bei laufender EntwässerungdesMantelskannesMomentegeben, inde-nenderkondensierendeDampfimMantelmehrWasserbil-det als durch das Ablaufloch abfließt. In diesem Augenblick

Temperatur Dampf=

Temperatur Kondensat

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1 – Was ist Dampf?

sammeltsichamBodendesMantelsKondensat,dasaufdieAbführung wartet. Der Mantel ist dann teilweise mit Kon-densat angefüllt.

Das Kondensat hat zunächst Siedetemperatur, d. h. es ist ge-nauso warm wie der Dampf, der in den Mantel eingeleitet wird.Wenndemsoist,warumsollmandannaberdasKon-densatmöglichstschnellausdemMantelabführen?IstesnichtgenausonützlichzurErwärmungderSuppewiederDampf?

Nein, aus mehreren Gründen nicht: Wasser gibt Wärmenicht so leicht ab wie Sattdampf. Wenn Sattdampf Wär-meabgibt,wirderzuWasser,wieSiejawissen.SiewissenaberauchausAbschnitt1.5,dassWassereinvielkleineresVolumen einnimmt als der Dampf. Bei der Kondensationentsteht deshalb ein Hohlraum, in den sofort Dampf nach-strömt.DerWärmeträgerDampfströmtalsosozusagenau-tomatischandieStelle,anderWärmegefordertwird.BeimWasseristdasabernichtderFall:Esbleibtverhältnismäßiglange an der Stelle stehen, an der esWärme abgibt.Wär-menachschubvonwärmeremWassermusserstdiebereitskühlereWasserschichtdurchlaufen,eheerandaszubehei-zendeGutgelangt.Mansagt,derWärmeübergangvonWas-seraufandereStoffeistschlechteralsderWärmeübergangvon Dampf auf andere Stoffe. Nach dem Gesagten werden Sieverstehen,dassdiesauchgilt,wennDampfundWassergleiche Temperatur haben.

BeidergleichenTemperaturbleibtesjedochnicht.Dampfbehält beim Kondensieren seine Temperatur bei und gibt vielWärmeab,Wasser (Kondensat)hat vielwenigerWär-meinhalt–vgl.BilderKapitel1.5–undkühltsichbeiderWärmeabgabeab.DasWasserwirdalso rasch (wegendesgeringerenWärmeinhaltes)kälter.DadurchwirdauchderTemperaturunterschied zwischen Kondensat und Suppe kleiner.AuchausdiesemGrundwirdderWärmeübergangschlechter, d. h. die Suppe wird vom Kondensat langsamer erwärmtalsvomDampf.WennmanalsonichtvielZeitzurVerfügung hat – und wer hat heutzutage schon Zeit – dann muss das Kondensat schnellstens aus dem Kochkessel ent-fernt werden.WasdanachmitdemheißenKondensatgeschieht,daswirduns später noch sehr eingehend beschäftigen. Vorläufig wol-len wir die Vorgänge im Kochkessel weiter beobachten, denn dieTatsachen,diewirdabeifeststellen,sindvongrößterBe-deutungfürjeglichenUmgangmitDampfundKondensat.

1.11 Die Heizfläche

Die Trennwand zwischen dem heizenden Stoff und dem be-heizten Stoff nennt man „Heizfläche“. Sie verstehen sicher-lich, dass um somehrWärme übertragenwird, je größeruntersonstgleichenBedingungendieHeizflächeist.Umaus demDampfmöglichst vielWärme so schnellwiemöglich herauszuholen und auf die Suppe zu übertragen,

muss aber jeder Quadratzentimeter dieserHeizfläche bes-tens ausgenutzt sein.

WaswiralsHeizflächebezeichnethaben, ist indenZeich-nungen der Kochkessel auf der vorigen Seite durch eine di-ckeLiniegekennzeichnet.ImerstenBildistallesKondensataus dem Mantel entfernt, die Heizfläche wird mantelseitig nur von Dampf berührt. Steht dagegen Kondensat im un-teren Teil des Heizmantels, ist die vom Dampf berührte Flächekleiner;dierestlicheHeizflächewirdvomKondensatbeheizt, das seine Sache viel schlechter macht als der Dampf, wie wir im vorhergehenden Abschnitt erfuhren. Die Heiz-flächeistjetztgewissermaßengeteilt:EinTeilbringtgutenWärmeübergang,derandereTeilist„abgesoffen“undträgtnurunbefriedigendzurBeheizungderSuppebei.Mansagtdeshalb, durch den Kondensatstau sei die wirksame Heiz-fläche kleiner geworden. Der Kochkessel im zweiten BildbrauchtzurErwärmungderSuppe längeralsdererstege-zeigte Kessel.

Unsere frühere Behauptung, dass sich das Kondensat imHeizmantel rasch abkühlt, wollen wir anhand des folgenden BildesundeinigerZahlennochmalsprüfen.

Diese Zeichnung stellt die Verhältnisse im Dampfmantel un-seres Kochkessels etwas deutlicher dar. Das Kondensat hat imAugenblickdesEntstehensdiegleicheTemperaturwiederDampf.DaesdurchdieHeizflächeWärmeandiekalteSuppe abgibt, kühlt sich das Kondensat ab. Der Dampf be-rührtabernurandenStellenA,BundCdasangesammelteKondensat.DortkannderDampfdasKondensatauf(fast)Siedetemperatur halten; bei Dwird dieWärme vomKon-densatjedochvielschnellerandieSuppeabgegeben,alssiewegendeslängerenWegesvonCnachDgelangt.BeiDwirdsich das Kondensat also stärker abkühlen.

Produkttemperatur

DampfKondensat-Film

Metall-Wand Wasser-Film WasserLuft

A A

BB

C CD

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1 – Was ist Dampf?

Betrachten wir einmal die Zahlen. Angenommen, Dampfund Kondensat haben einen Überdruck von 1,5 bar. DerDampfwieauchdasKondensatbeiA,BundChabendannlautSpalte3derDampftabelle eineTemperaturvon rund127°C.Nehmenwirferneran,dieSuppeseibereitsauf70°Cerhitzt.

Der Dampf gibt beim Kondensieren 2181 kJ/kg ab. Das Kon-densathatbei127°CeinenWärmeinhaltvon535kJ/kg.Eskann sich nicht weiter als bis zur Suppen-Temperatur ab-kühlen,woeseinenWärmeinhaltvon293kJ/kghat.AusjedemkgKondensatkönnenwiralsobestenfallsnoch535–293=242kJherausholen.DafürgehtdieseWärmeviellangsamer auf die Suppe über, denn während an der dampf-benetztenHeizflächeüberalletwa127°Cherrschen,beträgtdieKondensattemperaturimMittelbestenfallsetwa100°C.Der Temperaturunterschied zwischen Kondensat und Sup-pebeträgtalsonuretwa30Grad.

Sowohl der Temperaturunterschied zwischen Suppe und Kondensat als auch die aus dem Kondensat herausholbare Wärmemengewirdumsokleiner,jeheißerdieSuppewird.DazukommtnochdieTatsache,dassdieWärmevomKon-densatlangsamerabgegebenwirdalsvomDampf(sieheAb-schnittKapitel6).Wennman also die Suppemöglichst schnell erhitzen soll,die allermeisten Dampfapparaturen sollen möglichst schnell möglichst viel leisten, dann lohnt es sich nicht, wegen der 242ausdemKondensatherausholbarenKilojouleeinebe-trächtliche Verlangsamung des Erwärmungsvorgangs inKauf zu nehmen.

Dies ist aber noch nicht alles, was wir von unserem Kochkes-sel lernen können.

1.12 Der Wasserfilm

Kehrenwir zum vorletztenBild zurück.Wenn derDampfmit der kälteren Metallfläche in Berührung kommt, gibter seine Verdampfungswärme ab und kondensiert. Dabei schlägt sich dasWasser als dünne Schicht auf derMetall-fläche nieder. Sobald diese Schicht dicker wird, beginnt das WasseranderWandherunterzulaufen.BeideVorgängekönnenSieimWinterz.B.andenFenster-scheibenodereinerAutoscheibebeobachten:Wennmehre-re Menschen in einem Auto fahren, das nicht gut belüftet ist, schlägtsichdervondenInsassenausgeatmeteWasserdampfan den Scheiben nieder, er kondensiert dort. DieWasser-schicht wird immer stärker, bis schließlich dicke Tropfen an der Scheibe herunterlaufen.

WährendderKondensationdesDampfesistdieHeizflächedampfseitig also mit einer dünnen Schicht Kondensat, mit einemWasserfilmbedeckt.ZuBeginndiesesBucheswurdeerwähnt,dassWasserdieWärme schlechter abgibt als Dampf, weil dieWärme nur

ziemlichlangsamdurcheineWasserschichtwandernkann.Seit langem ist bekannt und durch Messungen bewiesen, dass eineWasserschicht von z.B. nur¼mmStärke demWärmedurchgangetwadengleichenWiderstandentgegen-setzt wie eine Stahlwand von 17 mm Stärke oder wie eine 135mmdickeKupferplatte!ZurErzielungeinesgutenWär-medurchganges ist es demzufolge sehr wichtig, dafür zu sor-gen, dass der Kondensatfilm an der Heizfläche dünn bleibt –dies ist fürdenWärmedurchgangsogarwichtigeralsdieFrage,obdieTrennwandausKupferoderStahlbesteht.

EinWasserfilm an derHeizfläche ist also schlecht – undzwarumsoschlechter, jedickerer ist.DickwirdderWas-serfilm vor allem dort, wo das Wasser schlecht ablaufenkann,alsoz.B.anwaagerechtenWänden.AberauchanStel-len, die wenig Dampfbewegung zu spüren bekommen, wird das Kondensat dicker an der Heizfläche hängen, denn eine kräftigeDampfströmungblästdasWasservonderHeizflä-cheab.AusdiesemGrundistinunseremBildbeiAundBeine–übertrieben–dickeWasserschichtanderHeizflächegezeichnet.DortwirdjawenigDampfkondensiert,deshalbist der Dampfstrom geringer; dadurch wächst der Konden-satfilm an der Heizfläche, demzufolge wird weniger konden-siert; der Dampfstrom wird weiter geringer usw. Sie sehen, derWärmedurchgangunddamitdieLeistungunseresKoch-kessels wird zwangsläufig kleiner, wenn wir das Kondensat nicht richtig ableiten.

DerKondensatfilmhatandieserStellediegleicheWirkungwie der Topflappen, mit dem die Hausfrau den heißen Koch-topfanfasst:ErverringertdenWärmeübergang.Und:Wieder Topflappen besser schützt, wenn er doppelt genommen wird, so behindert auch der Kondensatfilm den Wärme-übergangumsomehr,jedickererist.GleichesgiltnatürlichauchfüranderewärmehemmendeStoffewiez.B.Schmutz-schichtenoderLuft.

Leiderwird diese äußerstwichtige Tatsache in der Praxisoftnichtbeachtet:UngünstigeDampfführung imApparat,verschmutzte Heizflächen, schlechte Entwässerung, Ver-nachlässigungderEntlüftung etc. sindkleineSünden,dieunglaublich viel Geld kosten; denn die Verhältnisse im Sup-penkessel,denwirhierjanuralsBeispielanführten,treteninvielenanderendampfbeheiztenBetriebsanlagenauf.Wirwerden noch oft darauf zurückkommen.

1.13 Anlaufvorgang und Dauerzustand

Als wir die Suppe in den Kochkessel brachten, war alles noch kalt. Der später einströmende Dampf musste zuerst das Me-talldesKesselserwärmen,dannkonntedasErwärmenderSuppe beginnen.

In diesem ersten Stadium ist der Temperaturunterschied zwischen dem heißen Dampf und dem kalten Metall bzw. derkaltenSuppeamgrößten,mitzunehmenderErwärmung

Page 22: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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1 – Was ist Dampf?

der Suppewird er kleiner. Deshalbwird anfangs in jederMinutemehrWärmeübertragen,mehrDampfkondensiertund mehr Kondensat gebildet als später, wenn die Suppe kocht. Dieses erste Betriebsstadium wird der „Anlaufvor-gang“ genannt.

Sobald das Metall des Kessels angewärmt und die Sup-pewärmergeworden ist, verändern sichdieBedingungen.Der Temperaturunterschied zwischen dem Dampf und der Suppe verringert sich laufend und die Geschwindigkeit des Wärmeflusses verlangsamt sich entsprechend.DerDampf-verbrauch lässt nach, und in gleichem Maße wird auch die in jederMinuteanfallendeKondensatmengekleiner.

Wenn die Suppe schließlich kocht und deshalb ihre Tem-peratur nicht mehr verändert, ist der Anlaufvorgang abge-schlossen und der Dauerzustand erreicht.

Warumesunbedingterforderlichist,diesewechselndenBe-dingungen einer Dampfbeheizung richtig einzukalkulieren, wird etwas später erklärt werden.

1.14 Wärmeverluste

BittewerfenSieerneuteinenBlickaufunsereKochkesselinKap.1.11.BisherwarunserganzesInteresseaufdenÜber-gangderWärmevomMantelaufdieSuppegerichtet.Wasgibtessonstnochzuberücksichtigen?

DerDampfgibtseineWärmeüberallab,woeraufkältereStoffe stößt. Dies ist manchmal von Vorteil, sehr oft aber vonNachteil.Vorteilhaftistdiesz.B.beiderHeizschlangeeinesWarmwasserbereiters,wodieWärmenachallenSei-tenhinverwendetwerdenkann,vonNachteilaberbeiEin-richtungenwiedemSuppenkessel,wodieWärmenurnacheiner Richtung, nämlich zur Suppe hin, benötigt wird.

Als der Dampf in den Mantel des Kochkessels strömte, er-wärmte er nicht nur die Heizfläche, sondern auch die äu-ßere Hülle des Kochkessels, und diese erwärmte wiederum dieumgebendeLuft.DieserVorgangistunsausderPraxisdestäglichenLebensjageläufig.AlleWärmeaber,diederDampf abgibt, ohne damit die Suppe zu erwärmen, ist für denKochprozessverloren,bedeutetWärmeverlust.

Das Schlimmste kommt aber erst:Während derWärmeü-bergang vom Dampf an die Suppe beim Aufheizvorgang im-mergeringerwird,sorgtdieLuftbewegungumdenKesseldafür, dass der Temperaturunterschied zwischen Dampf undLuftetwagleichgroßbleibt.DieWärmeverlustenachaußen bleiben also annähernd unverändert.

WiegroßsinddieseWärmeverluste?DieAntworthängtna-türlich sehr von der Größe und von der Gestaltung des Ap-parates ab. Man kann die Verluste anhand der anfallenden Kondensatmenge aber ermitteln und wenn wir für unseren

Suppenkessel die stündlichen Verluste nach außen mit dem Wärmeinhaltvonetwa10kgDampfansetzen,habenwirei-nenpraxisnahenWertfürunsereweiterenÜberlegungen.

Nehmenwiran,dieErzeugungeinerTonneDampf(1000kg) kosteetwa30€.DerobengenannteVerlustvon0,01toder0,3€ jeStundemag Ihnenvernachlässigbarklein erschei-nen.FürdieBetriebsküchestimmenwirauchzu(fallsesdenohnehingeplagtenKöchennichtzuheißwird).RechnenwirdagegeneinmaldenjährlichenVerlustinderMarmeladen-kochereieinerKonservenfabrikaus:Esseien30KochkesselinBenutzung,täglich8Stundenan250TagenimJahr;dassindjährlich30·8·250=60000Kocherstunden.SetzenwirdenstündlichenVerlustwiederzu0,3€an,sobeläuftsich der jährliche Verlust auf 18000 €.Wenn wir davondurch geeignete Maßnahmen 2⁄3 einsparen, sind das immer-hinjährlich12000€.DietechnischenVerbesserungendürf-tendeshalbproKessel400€kosten,wennsiesichschoninrund einem Jahr bezahlt machen sollen.

InWirklichkeit ergäbe sichnocheingünstigeresErgebnis,weil die gleichen Maßnahmen, die zur Verringerung der Wärmeverluste führen, auch den Kochvorgang beschleu-nigen.EsergäbensichdaherbeträchtlicheweitereEinspa-rungen durch Verringerung der Kosten für Maschinen und Arbeitskräfte.

1.15 Senkung der Wärmeverluste

Wassindnunaber„geeigneteMaßnahmen“,mitdenensolchverlockendeEinsparungenerzieltwerdenkönnen?

WennwirimWinterfrieren,verringernwirdieWärmever-luste unseres Körpers dadurch, dass wir einen Mantel anzie-hen. Genauso verfahren wir mit den Rohren und Apparaten einerDampfanlage:WirversehensiemiteinemIsolierman-tel, mit einer Isolation. Diese besteht im Allgemeinen aus einemMaterial,dasmöglichstvielLuftsoenthält,dasssichdieLuftmöglichstwenigbewegenkann.DieIsolierwirkungderartiger Stoffe beruht auf der sehr schlechten Wärme-leitungdurchruhendeLuft.NehmenSieeinsolchesStückIsoliermaterial,z.B.Styropor,festindieHand;schonnachwenigen Sekunden wird es Ihnen warm erscheinen, weil die im Isolierstoff eingeschlossenen Luftbläschen die Wärmeder Hand nur sehr schlecht durchlassen, während die Zim-merluftdieWärmeschnellerwegträgt.FassenSiedagegeneinEisenstück vonZimmertemperatur an, so erscheint esIhnenkalt,weilMetalledieWärmesehrgutdurchlassen.

Zu einer guten Isolation gehört also gutes Isoliermaterial – aber auch eine gute Ausführung bzw. ein guter Zustand derIsolierung.EinefeuchtgewordeneRohrisolierungwäreschlechteralsgarkeine,weildasfeuchteMaterialdieWär-me besser von der Rohroberfläche ableitet und wegen seiner großenOberflächeauchbesserandieUmgebungsluftabgibt,alsesdasnackteRohrtäte.WirumgebenalsodieWärme

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1 – Was ist Dampf?

überall dort, wo sie nicht durchdringen soll, mit einer „Dor-nenhecke“.

EsgibtabernocheineweitereMöglichkeit,dieWärmever-lustezuverringern:SorgenwirdurchguteKondensatablei-tung dafür, dass eine Kesselfüllung Marmelade statt in 60 Minutenbereits in45Minuten fertig ist, sohabenwirda-durchdieWärmeverlusteproKesselfüllungumetwa25%reduziert.

Gute Ausführung der Dampf- und Kondensatanlage be-schleunigt den Arbeitsablauf und erbringt dadurch nicht nurEinsparungenanMaschinen-undArbeitszeit,sondernaucheineVerringerungderanteiligenWärmeverluste.

Page 24: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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2 – Die Dampfanlage

EineDampfanlagebestehtausdenHauptteilen– Wasseraufbereitung– Dampferzeuger, Dampfkessel– Dampfleitungen– Verbraucher– KondensatsystemEinenochdetailliertereÜbersichtfindenSieinAnhang11.

In jederDampfanlage gibt esmindestens zwei Stellen, andenensichderAggregatzustanddesArbeitsmediumsWas-serändert:1. DurchdieeingesetzteWärme(Verdampfungswärme)entstehtWasserdampfausWasser

2. DerWasserdampfgibtseineWärme(Kondensations-wärme)wiederab,esentstehterneutWasser(Konden-sat)

ZurDampferzeugungistWassererforderlich.GewöhnlichesWasser ist aber nicht geeignet, da es mehr oder weniger„hart“ ist, d. h. Stoffe enthält, die zunächst unsichtbar im

Wassergelöstsind,sichaberbeimErhitzenalsKesselsteinim Dampfkessel absetzen und ihn in kurzer Zeit unbrauch-barmachenwürden.Die„Wasseraufbereitungsanlage“(10)machtausdem„Rohwasser“,dasz.B.demöffentlichenNetzentnommen wird, für den Dampfkessel geeignetes „Zusatz-wasser“.

ÜberdasKesselspeisewassergefäß(8)unddieKesselspeise-pumpe(9)gelangtdasWasserindenDampferzeuger(1).Indiesem wird der Dampf erzeugt. Der Dampf strömt durch dieHauptleitung(2),dieDampfverteilerunddieNebenlei-tungen(3)zudenverschiedenenArtenvonDampfverbrau-chern(4,5und6).DortwirddergrößteTeilderausdemBrennstoffindenDampfübergegangenenWärmeentnom-men,wodurchderDampfkondensiert,alsozuWasserwird.Der im Dampfkessel verfeuerte Brennstoff wird aber nurdann wirklich gut ausgenutzt, wenn der Kreislauf geschlos-senist.DazudienendieKondensatleitungen(7).Durchdie-sefließtdasKondensatzurück.WürdedasKondensatein-fachinsFreiegelassen,sowürdeWärmeenergieunddamitBrennstoff vergeudet. Außerdemwissen Sie, dass für denDampfkessel warmes und aufbereitetes Wasser benötigtwird. Durch die Sammlung und Rückführung des Konden-sates zumDampfkessel sparenwiralsoKosten fürBrenn-stoff,fürWasserundfürWasseraufbereitung.

Restlos kanndieWasseraufbereitung allerdingsnicht ein-gespart werden, denn Dampf und Kondensat kann in der Anlage verloren gehen, z.B. durch undichte AnlagenteileoderwennDampfdirektinWassereingeleitetwird,umeszuerwärmen.DiefehlendeWassermengewirddurchZulei-tungvonaufbereitetemFrischwasser(10)indasKesselspei-sewassergefäß(8)ergänzt.

2. Die Dampfanlage – eine Übersicht

1 Dampf-erzeuger

9 Kessel-speisepumpe

10 Wasser-aufbereitung

Kondensat-sammelbehälter

8 Kesselspeise-wasserbehälter

Atmosphäre

4,5,6Verbraucher

Entlüftung

Kondensat-ableiter

2 Dampf

7 Kondensat

Frischwasser

3

Absalzen,Abschlammen

Dampferzeuger

Dampfleitung

Verbrau-cher

Kondensatsystem

Wasser-aufbereitung

Wärme

Wärme1

2

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3 – Die Dampferzeugung

Dampf kann in der industriellen Praxis auf verschiedeneArtundWeiseerzeugtwerden.DerinKapitel1alsBeispielgenommene Teekessel veranschaulicht das grundsätzliche Prinzip.JenachAnwendungsfallundBetriebsbedingungensind verschiedene Konstruktionen für Dampferzeuger reali-siertworden.DiesesKapitelsolleineneinfachenÜberblickgeben, wobei nur die für die Verfahrenstechnik gebräuch-lichenBauartenberücksichtigtwerden:• Großraumwasserkessel• Schnelldampferzeuger• Reindampferzeuger• ElektrischbeheizteDampferzeuger• Wärmeträger-Erhitzer

3.1 Allgemeines

Moderne Dampfkessel erlauben heute einen problemlosen BetriebdankausgereifterBerechnungs-undFertigungsver-fahren und dank eines hohen Sicherheitsstandards für die Ausrüstung.Kesselexplosionen aufgrund vonWasserman-gel oder Verpuffungen wegen ungenügender Vorlüftung des Flammrohreskönnenpraktischausgeschlossenwerden.

Trotzdem bedürfen Dampfkessel einer sorgfältigen Pflege undWartung.HierkönnenmenschlicheFehleroderNach-lässigkeitenzueinemmeistverkanntenRisikowerden:EinDampfkesselkanneine schlafendeBombesein!Dieoben-stehendeAbbildungsolldiesverdeutlichen:AufgetragenaufderAbszisse ist derWasserinhalt einesDampfkessels, aufderOrdinatedieäquivalenteMengeSprengstoffSEMTEX.Parameter der einzelnen Kurven ist der Kesseldruck. Als BeispielseieinKesselmiteinerLeistungvon5t/hDampfbeieinemDruckvon10barangenommen.DerWasserinhalteinesGroßraumwasserkesselsbeträgtdannca.8t.WiedemDiagramm zu entnehmen ist, entspricht dieserWasserin-halt unter Siedebedingungen einer Sprengkraft von 200 kg SEMTEX.DiesistinetwadieMenge,mitder1992derersteAnschlagaufdasWorldTradeCenter inNewYorkverübtwurde. Die erschreckenden Bilder über die angerichtetenBeschädigungensindvielleichtnochinErinnerung.

3.2 Großraumwasserkessel

Großraumwasserkessel stellen die am häufigsten verwende-te Konstruktion von Dampferzeugern dar. Sie werden in die-serFormfürLeistungenbisca.30t/hund32barhergestellt.

Eine liegendeKesseltrommel verfügt über ein Flammrohrmit vorgeschaltetem Brenner und in der Regel über zweiRauchgaszüge. Die heißen Rauchgase werden in der hin-terenWendekammerumgelenktunddurchströmendener-stenRauchgaszug.Eine erneuteUmlenkungerfolgt indervorderenWendekammer,vonderdieRauchgaseüberdenzweiten Rauchgaszug zum Schornstein gelangen. DieWärmezufuhrwirddruckabhängigundjenachBrenner-bauart einstufig, zweistufig oder kontinuierlich geregelt. Die Speisewasserzufuhr erfolgt im Intervall (Pumpe ein–aus)oder stetig über ein Speisewasserregelventil, wobei die Spei-sepumpe meist ständig läuft. Bei größeren Kesselleistungen kommt oft auch eineDrei-Komponenten-Regelung zur Anwendung. Hierzu wer-den neben dem Kesselniveau auch die eingespeiste Was-sermenge und die abgegebene Dampfmenge gemessen. DieDifferenzdieserMengen istbeikonstanterLastgleichNull.BeiplötzlichenLaständerungenzuhöhererLaststeigtdas Kesselniveau durch Aufsieden, obwohl eigentlich mehr Dampf entnommen wird und der Wasserspiegel sinkensollte.DasSpeisewasserventilwürdedurchdashoheWas-serniveau also in Schließrichtung fahren. Durch Aufschalten derMengendifferenzaufdasNiveausignalwirddiesemEf-fekt entgegengewirkt, so dass die Speisewassermenge ent-sprechendderLastanforderungerhöhtwird.

Kessel-Wirkungsgradebis89%sindmöglich.Wirkungs-gradverbesserungenkönnendurchVorschalten einesEco-nomizers zum Aufwärmen des Kesselspeisewassers erreicht werden. Der Economizer besteht aus einem von Wasserdurchströmten Rohrbündel, das hinter dem letzten Rauch-gaszug in den Schornstein eingebaut wird und Resthitze aus den heißen Abgasen aufnimmt.Überhitzter Dampf wird erzeugt, indem man den erzeugten Sattdampfweitererhitzt.BeiGrossraumwasserkesselnkanndieszumBeispielerreichtwerden, indemmandenDampfdurcheinanderhinterenWendekammereingebautesRohr-bündel strömen lässt.

MaßnahmenfürdensicherenKesselbetrieb:DieWärmequelle,derBrenner,wirddurchdenFeuerungs-automatenabgesichert.DerFeuerungsautomat…

3. Die Dampferzeugung

10

100

200

300

400

500

SE

MT

EX

(kg

) 30 b

ar20

bar

10 b

ar

5 bar

20 30

WASSERINHALT DES KESSELS (t)

Brenner

Dampf

VordereWendekammer

HintereWendekammer

1. Zug 2. Zug

Flammrohr

Wasserspiegel

Page 26: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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3 – Die Dampferzeugung

• sorgtvorderZündungfüreinegenügendeDurchlüftungdesFlammrohresundderRauchgaszüge

• überwachtdasVorhandenseinderZündflamme• überwachtbeiGasbetriebdenGasdruckunddieDichtig-

keit der beiden Gasventile.

BeiDrucküberschreitungensorgtzunächstderSicherheits-druckbegrenzer für ein Abschalten des Brenners und alsletzte Sicherung tritt das Sicherheitsventil in Aktion und bläst Dampf ab.

BeiWassermangelsorgenzweiWasserstandbegrenzer„inbe-sondererBauart“(d.h.baumustergeprüfteundvomTÜVabge-nommeneGeräte)füreinsofortigesAbschaltendesBrenners.

EigenschafteneinesGroßraumwasserkessels:• großesWasservolumen;wirktwieeinDampfspeicher,posi-tiveAuswirkungbeischnellen,kurzenLastschwankungen

• Baugröße,Gewicht• robust,langlebig• langeAufheizzeit• trockenerDampfbeientsprechendgroßemDampfraum• plötzliche Dampfentnahme; gutes Verhalten wegengroßemWasservolumen

• höhereAnschaffungskostenbezogenaufSchnelldampfer-zeuger

• niedrigeWartungskosten• wenigVerschleiß• Kesselwasserüberwachung• Kesselhauserforderlich• AufstellungskriteriensindstrengeralsbeiSchnelldamp-

ferzeugern• fürdenBetriebistgeschultesPersonalerforderlich• TÜVÜberwachungerforderlich

3.3 Schnelldampferzeuger

Schnelldampferzeuger sind für eine Vielzahl von Anwen-dungen geeignet. Sie werden sowohl für den Dauerbetrieb, alsauchzurkurzfristigenBereitstellungvonDampfeinge-setzt. Insbesondere sind die Aufstellungskriterien in den meisten Ländern wesentlich weniger streng als für Groß-raumwasserkessel.DieUrsachehierfüristdasgeringeent-halteneWasservolumen.GernewerdenSchnelldampferzeu-ger auch in Parallelbetrieb eingesetzt.

Bei Schnelldampferzeugern handelt es sich in der Regelum sogenannte Zwangsdurchlaufkessel. Eine ständig vonWasser durchströmte Rohrschlange wird von der Bren-nerflamme und den entstehenden Rauchgasen im Gegen-stromprinzipbefeuert.BedingtdurchdiegroßeFlächederRohrschlangeunddervergleichsweisekleinenWassermen-gewirdeineschnelleAufheizzeiterreicht.Ebenfallsbedingtdurch die kleine Wassermenge sind die Wärmeverlustedurch Abstrahlung nach Abschalten des Brenners gering.ZurLeistungsregelungwirddieWasserumlaufgeschwindig-keitderFeuerleistungangepasst.DieSpeisepumpehatdieEigenschaft, einenvorgegebenenWasserfluss sicherzustel-len,umdiegewünschteWasser-/Dampfrelationzuerhalten.Außerdemwirddadurchverhindert,dassÜberhitzungeninTeilbereichen der Rohrschlange auftreten.

Prinzipbedingt hat der aus dem Rohrsystem austretende Dampf eine hohe Restfeuchte, so dass der Einsatz einesnachgeschalteterWasserabscheiders(Dampftrockners)un-bedingt notwendig ist, um eine trockene Dampfqualität zu erzielen.DieserWasserabscheiderhatauchnocheinezweiteFunktion–indemausdemRohrsystemmitgerissenenWas-ser sind auch Salze enthalten. Diese gilt es aus dem Dampf zu entfernen um die Dampfanlage vor Salzen, also vor Kor-rosion zu schützen.DiesernachgeschalteteWasserabscheider(Dampftrockner)kann auch in die Dampferzeugungsanlage integriert sein. Besonderswichtigistes,diekorrekteFunktionderEntwäs-serungdesWasserabscheiders(Dampftrockners),meisteinKondensatableiter, regelmäßig zu überwachen. Das dort abgeschiedeneWasserwird,jenachLeitfähigkeitentwederverworfen oder in den Speisewasserbehälter zurückgeführt.

FallsdasabgeschiedeneWasser indenSpeisewasserkreis-lauf zurückgeführt werden soll, was energetisch durchaus sinnvoll ist,mussdieLeitfähigkeitdiesesWasserkontinu-ierlich,vorderRückführungaufEignungüberprüftwerden.Erfolgtdiesnicht,sobestehtGefahrdesständigenAufsal-zens des Speisewassers.

Ein besonderes Augenmerk muss auf die Umwälzpumpegeworfen werden. Die Anforderungen an sie sind hoch. Die Pumpe ist eine Kernkomponente der Anlage. Die Pumpe muss jeder Änderung der Leistungsabnahme folgen. WirempfehlenbeiderAuswahlderPumpeaufbesondereWar-tungsarmutbzw.Wartungsfreundlichkeitzuachten.

Die Güte der Regelung ist ein weiterer wichtiger Punkt. In der Vergangenheit neigten Schnelldampferzeuger zu einer gewissen Trägheit, die zur Folge haben konnte, dass beieiner sehr schnellen Steigerung der Dampfabnahme der Dampfdruck am Schnelldampferzeuger auf einen unzuläs-sigtiefenWertfiel.ModerneRegelungenkönnendiesinderRegel kompensieren.

SehrhäufigwerdenSchnelldampferzeugerimBereichbis20barbeieinerKesselleistungbiszu2000kg/hproEinzelan-

Wasser-abscheider(Trockner)

Speise-pumpe

Page 27: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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3 – Die Dampferzeugung

lageeingesetzt.EssindaberauchSchnelldampferzeugerfürhoheLeistungenbis10t/hoderfürhoheDrückebisz.B.100bar lieferbar.

Eigenschaften eines Schnelldampferzeugers: • geringerPlatzbedarf;geringesGewichtbezogenaufdieLeistung

• schnellesAnfahrverhaltenimVergleichzuGroßraum-wasserkesseln

• schnelleAnpassunganLaständerungen;kannmitgeeig-neter Regeltechnik erreicht werden

• vereinfachteAufstellungskriterienwegendesgeringerenGefährdungspotentials(jenachModell)

• AnlagenfürhoheDrücke/Temperaturentechnischrealisierbar

• niedrigeAnschaffungskostenbezogenaufdieLeistung• geringesWasservolumen;wenigAbpufferungsmöglich-keitdurchWasservolumen

• HoheDampffeuchte;kanndurchEinsatzeinesDampf- trockners minimiert werden

• mitgerisseneSalze;könnendurchdenEinsatzeinergeeigneten Dampftrocknung ausgeschieden werden

• Pumpe;aufWartungsarmut/Wartungsfreundlichkeitachten

• Parallelschaltungmöglich

DasobenstehendeBildzeigtdieBauarteinesSchnelldamp-ferzeugers, die die Vorteile eines Großraumwasserkessels mit denen eines oben beschriebenen Schnelldampferzeu-gers verbindet: Eine obere und eine untere Ringtrommelsind durch Steig- und Fallrohre miteinander verbunden.Als Wärmequelle wird ein Sturzbrenner verwendet. DieRauchgase umspülen den inneren Ring der Steigrohre, um anschließend die äußeren Fallrohre zu umspülen. Durchdieses Prinzip entsteht für das Kesselwasser ein natürlicher Umlauf.In der oberen Ringkammer bildet sich ein großer Aus-dampfraum mit definiertem Wasserspiegel, so dass ei-nerseits eine hohe Dampftrocknung erreicht wird und an-dererseits die bei Großraumwasserkesseln eingesetzten Sicherungsmaßnahmen anwendbar sind. Der zwar etwas größereWasserinhalt erlaubt dennoch eineAufstellung ingeschlossenenRäumen.DurchdievertikaleBauweiseistderPlatzbedarf gering.

Weiter erwähnenswert sind Kleinraumwasserkessel. Diessind Dampferzeuger, die ebenfalls die Vorteile von Groß-raumwasserkesseln mit denen von Schnelldampferzeugern verbinden.DieseGerätewerdenhergestellt fürLeistungenbisca.500kg/hbeica.10bar.

3.4 Reindampferzeuger

Reindampferzeuger werden nach dem Prinzip der Rohrbün-del-Wärmetauscher realisiert.AlsHeizquelledient inallerRegel industrieller Sattdampf. Da zur Herstellung von Rein-dampferzeugernhochwertigeEdelstähleverwendetwerdenmüssen, sind direkt beheizte Reindampferzeuger mittels Öl-oderGasbrennerseltenzufinden.DerHeizdampfwirddenLeistungsanforderungenentsprechenddemReindamp-ferzeuger geregelt zugeführt.

Die Anforderungen an die Sicherheitsausrüstung sind gerin-geralsdiebeidirektbeheiztenDampferzeugern,jedochistein Sicherheitsventil unabdingbar.Der erzeugte Reindampf wird für Sterilisationszwecke im Krankenhaus,zurLuftbefeuchtung, inderLebensmittelin-dustrieundinderPharmazieverwendet.FürdieQualitäts-anforderungenandenReindampfgiltdieNormEN285.

Fallrohre

SteigrohreHeizdampf

Reindampf

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3 – Die Dampferzeugung

3.5 Elektrisch beheizte Dampferzeuger

DieseDampferzeugerverfügenalsHeizquelleübereinBün-delvonElektro-HeizstäbennachdemTauchsieder-Prinzip.Die Leistungsregelung erfolgt Thyristor-gesteuert. Sie fin-denVerwendungmeist inkleinerenEinheitenmitWasse-rinhaltenbis50l,wosiedanneineEinheitz.B.mitSterili-satoren bilden. Da diese Dampferzeuger direkt beheizt sind, entspricht ihre Ausrüstung weitgehend der von Großraum-wasserkesseln.IhrEinsatzsolltesorgfältigüberlegtwerden,daStromgene-rell ein teures Heizmedium ist.

3.6 Wärmeträger-Erhitzer für Thermalöl

Wärmeträger-ErhitzersindzwarkeineDampferzeuger,son-dern dienen indirekt zurDampf- oderWarmwassererzeu-gung.WärmeträgeristThermalöl,dasineinemZwangsum-laufKonstruktionenwiedieinAbschnitt3.3beschriebenenSchnelldampferzeuger durchläuft. Das Thermalöl wird auf Temperaturen bis zu 300 °C, in Spezialfällen auch bis zu380 °C aufgeheizt. In nachgeschalteten Rohrbündel-Wär-metauschern wird dann dieWärmeenergie abgegeben, eskann zum Beispiel Dampf oder Heißwasser erzeugt wer-den. Speziell in der Textil- und Kunststoff-Industrie wer-den Thermalöl-Heizsysteme direkt verwendet, wenn hohe Temperaturen (typischerweise 220°C-300°C) erforderlichsind.DerEinsatz vonHochdruck-Dampfkesselenwäreoftzu teuer, da lediglich hohe Temperaturen benötigt werden, aber nicht der hohe Druck.

Eigenschaften Wärmeträgererhitzer für Thermalöl: • EinsatztypischerweisebeiTemperaturen von200°Cbis350°C• DrückeindenAnlagensindgering,Pumpendruck meistunter5bar• Ölesindsehrkriechfähig• wesentlichgeringereWärmekapazitätalsWasser• typischerweisegeringeDifferenzdrücke in Thermalölanlagen• hoheBrennbarkeitdesThermalöls(Luftkontakt/ Undichtigkeitenvermeiden!)• GefahrderVerkrackungdurchÜberhitzung• austretendesÖlkannzuVergiftungenführen• GrundwasserschädlichkeitdesÖls.

3.7 Kesselspeisewasser, Kesselwasser

WirmöchtenandieserStellenochmalsaufdieWichtigkeiteiner gut eingestellten Speisewasser-Aufbereitungsanlage hinweisen.ProblemeundmangelndeWartungderSpeise-wasseraufbereitung führen unweigerlich zu Problemen im Dampfkessel und in nachgeschalteten Anlagenteilen. In der PraxissindungenügendgewarteteWasseraufbereitungsan-legen leider viel zu oft anzutreffen.

Zulässige Werte für die Speisewasser-Beschaffenheit unddiemaximalzulässigeKesselwasser-BeschaffenheitsindinderEN12953-10aufgeführt.IndenmeistenFällenschrei-ben die Hersteller von Dampferzeugungsanlagen wesentlich strengereWertevor,alsdieNormzulässt.DieseWertesindbei den Lieferanten der entsprechendenKesselanlagen zuerfragen.

Die Einhaltung der zulässigenWasserwerte sind notwen-digeVoraussetzungenfüreinensicherenKesselbetrieb.BeiNicht-EinhaltungdieserWertekommtesmeistzuAblage-rungen und Korrosion auf den Kesselheizflächen und/oder zu Korrosion in nachgeschalteten Anlagenteilen.

EinzuhoherSalzgehaltinz.B.einemGroßraumwasserkes-sel führt zu „Schäumen und Spucken“ des Kessels. Hierbei werdenWasserundSalzemitdemDampfinsDampf-Rohr-leitungssystem mitgerissen und führen zu Ablagerungen, ErosionundWasserschlägen.Diesgilteszuverhindern.

Eine wichtige Maßnahme zur Einhaltung des zulässigenLeitfähigkeitdesKesselwassersbeieinemGroßraumwasser-kesselistdasregelmäßige,automatischesAbsalzen:

Mit dem Speisewasser werden Salze in das Kesselwasser ein-getragen. Diese Salze verbleiben beim Verdampfungsprozess imKesselwasser, so dass sich dieses eindickt,mit der Fol-ge, dass die Kesselwasserdichte im Kessel ansteigt bzw. die Leitfähigkeit sicherhöht.Umzuverhindern,dass zulässigeGrenzwerte überschritten werden, greift das Absalzsystem regulierend ein. Durch das Absalzen wird ein Teil des Kessel-wassers verworfen und durch frisches Speisewasser ersetzt. Hierdurch wird das Kesselwasser wieder verdünnt, so dass dessenDichte(Salzgehalt)indenzulässigenGrenzenbleibt.

SiekönnendenEffektdes„SchäumenundSpuckens“leichtmit einem eigenenVersuch ausprobieren: Schütten Sie inkochendheißesWassereinfachSalzundSiewerdenschnellerkennen,waswirmitSchäumenundSpuckenmeinen.Bit-te achten Sie darauf, dass Sie sich nicht verletzen.

Dampf

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3 – Die Dampferzeugung

3.8 Ausrüstung der Dampfkessel

Für die Berechnung, Herstellung, Genehmigung, Aufstel-lungundBetriebvonDampfkesselngaltbiszum1.10.2002dieDampfkesselverordnung (DampfkV) als obere Instanz.FürdieDetailswarendieTechnischenRegeln fürDampf-kessel(TRD)maßgeblich.

DurchInkraftretenderDruckgeräte-Richtlinie(DGRL)hatsichu. a. dieEinteilungderDampfkesselklassen vollkom-men geändert.

Mit dem Inkrafttreten der Betriebssicherheitsverordnung(BetrSichV) am02.Oktober2002 fielen eine ganzeReihevon Verordnungen, Vorschriften und Regeln weg, wie zum BeispielauchdieDampfkesselverordnung(DampfkV).

EinZiel,dasdiesogenannteArtikel-Verordnung(BetrSichV)verfolgt,istdieUmsetzungvonEG-RichtlinieninnationalesRecht.

Seit2013geltendieEN-NormenEN12953(Großraumwas-serkessel) und EN 12952 (Wasserrohrkessel). Die TRD´shaben ihre Gültigkeit verloren.

TypischeAusrüstungen fürGroßraumwasserkessel derKategorie IV sind:• Begrenzer(höchstenundniedrigstenWasserstand,Druck,TemperaturbeiÜberhitzer)

• Sicherheitsventil• Regelungen(Niveau,Kesselwasser-Leitfähigkeit)• Abschlamm-Steuerung

Typische Geräteausrüstungen sind:• NiveausondenzurkontinuierlichenFüllstandsregelung

• TÜV-/typgeprüfteNiveausondenzurAlarmierungbeizuhohem oder zu niedrigem Kesselwasserstand

• Absalzsysteme,umdasfortschreitendeAufkonzentrierendesKesselwassersdurchZuspeisenvonFrischwasserimzulässigenBereichzuhalten

• Abschlammeinrichtungen mit Zeitgeber, um Schlammund Ablagerungen regelmäßig auszuschleusen

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4 – Die Dampfleitung

Das folgende Kapitel ist den Dampfleitungen gewidmet. Dabei bleiben manche Dinge zu den eigentlichen Rohrlei-tungen unerwähnt oder werden nur am Rande gestreift, weil dieseAusführungen lediglich alsErgänzungder sonstigenFachliteraturgedachtsind;siekönnenAusbildungundBe-rufserfahrung in der Montage von Dampfleitungen nicht ersetzen.FürdenFachmannsollderNutzendarinbestehen,dassEr-fahrungenderBetriebspraxisweitergegebenwerden,dieinden Handbüchern oder im Studium zu kurz kommen oder unerwähnt bleiben; für den mehr am Rande Interessierten, z.B.denverantwortlichenEinkäufer,solldieAuswahlunddie Erklärung das Verstehen erleichtern. Für beide Perso-nengruppengilt:DiePraxis ist so vielseitig, dassdasHeilnicht in den Rezepten liegen kann, sondern nur im Ver-ständnis der Zusammenhänge.

4.1 Rohrwerkstoff und Nenndruck

Für Dampf- und Kondensatleitungen kommen hauptsäch-lichnahtloseRohrenachDIN1629inFrage.Dieallgemei-nen Verwendungshinweise dieser Norm können Sie dem beiliegenden Auszug entnehmen. Welches Material undwelcheWanddickeimEinzelfalleinzusetzensind,dasmussjeweilsanhandderauftretendenDrückeundTemperaturenerrechnetbzw.denBerechnungsunterlagendesHerstellersentnommen werden.

Um eineUnzahl von „zulässigenBetriebsüberdrücken“ zuvermeiden,wurdendieinderPraxisvorkommendenDrücke inwenigeDruckbereicheeingeteilt,derenjeweiligerHöchst-wert den Bereich kennzeichnet und Nenndruck genannt wird, abgekürzt „PN“.DiefrühereBezeichnungfürdenNenndruck„ND“,diemannochinvielenUnterlagenfindet,wurdedurch„PN“ersetzt,um sie im internationalen Gebrauch verwendbar zu machen. „Nenndruck25“oder„PN25“heißtzunächst„zulässigerBe-triebsüberdruckbis25barbei20°C“.DiewichtigstendieserNenndrückesind:PN6,10,16,25,40,63 (früher64), 100, 160, 250,nähereAngaben sieheDIN EN1333.

Esgenügtnun,zueinemRohrleitungsteil–RohrstückoderArmatur–denNenndruckanzugeben,um seinenEinsatz-

bereichzukennzeichnen:Ein„VentilPN25“istbei20°Cbispe=25bareinsetzbar.DieFestigkeitderWerkstoffenimmtmitzunehmenderTem-peraturab;deshalbdarfeinVentilPN25nichtmitDampfvon pe=25barund300°Cbetriebenwerden.DINEN10216gibt Hinweise, bis zu welchen Drücken man Rohrleitungs-teile eines bestimmten Nenndrucks bei höheren Tempera-tureneinsetzenkann.IsteinVentilPN25beispielsweiseausStahlgussGS-C25,dannkannesimAllgemeinenbei200°Cbis pe=22bar,bei300°Cbispe=17bar,bei400°Cbispe=13bareingesetztwerden;über400°CisteinanderesMate-rial, etwa GS-22 Mo 4 zu verwenden.

Aus den genannten Normen ersehen Sie weiter, dass für Dampf- und Kondensatleitungen bis pe = 10 bar/183°C„nahtloseStahlrohreinHandelsgüte“(WerkstoffSt00DIN1629)zulässigsind.Bispe=24bar/300°CkönnennahtloseStahlrohreausSt35inAusführungPN40oderPN64ein-gesetztwerden(ohneAbnahmezeugnis).Über300°CsindRohre aus „warmfesten“ Stählen zu verwenden (DIN EN10216).IndenletztenJahrensindeineReihevonWerkstoffnormenüberarbeitet worden. Wir verwenden die noch weit ge-bräuchlichenBezeichnungen,eineÜbersichtderneuenfin-den Sie in Anhang 9 und 10.

4.2 Die Nennweite

Rohre für allgemeine Zwecke des Rohrleitungsbaus werden nichtaufBestellungangefertigt–daswärevielzuteuerundwürde zu langedauern– sondernnachLagerlisten.Dabeimuss man natürlich die Zahl der gefertigten Rohrdurchmes-serbeschränken.Eswärezuaufwendig,zwischen10und100mm Innendurchmesser etwa 90 verschiedene Rohrweiten zu liefern. Das ist auch gar nicht nötig, denn die Rohrnetzbe-rechnungen sind ja stetsmit Ungenauigkeiten und Sicher-heitszuschlägen beladen, so dass es sinnlos wäre, ein genau dem Rechenergebnis entsprechendes Rohr zu verlegen.

Es genügt völlig, wenn Rohrweiten verfügbar sind, derenQuerschnitte–unddamitdieKapazitätderLeitung–sichvonDurchmesserzuDurchmesserumetwa60bis100%er-höhen. Dann benötigt man zwischen 10 und 100 mm nicht beispielsweise 90 Rohrweiten in Abstufungen von 1 mm, sondern nur 10 Rohrweiten mit Innendurchmessern von (etwa)10,15,20,25,32,40,50,65,80und100mm.Hat

4. Die Dampfleitung

Kleinanlagen6PN

10

16

25

4063

100160250

Übliche Dampfanlagen

Turbinen/Kraftwerk

Wandstärke

Innen-durchmesser

1013,6

1517,3

2022,3

2528,5

3237,2

4043,1

5054,5

6570,3

8082,5

Nennweite DNInnendurchmesser mm

100107,1

125131,7

150159,3

200207,3

250260,4

300309,7

350339,6

400388,8

500486

Nennweite DNInnendurchmesser mm

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4 – Die Dampfleitung

manz.B.errechnet,dasseineLeitungvon37,5mmInnen-durchmesser nötig ist, dann nimmt man eben die nächst-größere(40mm)oderunterUmständendienächstkleinere(32mm)Leitung.DieseÜberlegungengelten ingleicherWeise füralleTeile,die mit den Leitungsrohren verbunden werden, also fürRohrverbindungen,Formstücke(Fittings)undArmaturen–nur müssen die Größennormen so festgelegt werden, dass diese Teile alle zusammenpassen. Das ist der Zweck der sogenannten Nennweite,nacheineminternationalenÜber-einkommen abgekürzt „DN“ (früher „NW“): Teile einerbestimmten Nennweite und gleicher Druckstufe passen an-schlussmäßigzueinander.(Obsie funktionsmäßigzueinan-derpassen,isteineganzandereSache!)NunsindaberjenachMaterial(KupferoderStahl)undjenachBetriebsüberdruck (2 bar oder 150 bar) unterschied-liche Wanddicken der Rohre und Rohrleitungsteile nötig.Aus diesem Grund konnte man nicht den Innendurchmesser für alle Anwendungsfälle festlegen; um ein Zusammenpas-sen der Rohrleitungsteile zu erreichen, wird vielmehr der Außendurchmesser festgelegt – die „Nennweite“ gibt nur denungefährenInnendurchmesseran.DN50istz.B.nor-malerweiseeinRohrmit60,3mmAußendurchmesserund2,9mmWanddicke,also54,5mmInnendurchmesser(DIN ENISO6708).DieNennweiteistalsonureineRichtgrößefür den Innendurchmesser – aber auch für das Zusammen-passen der Rohrleitungsteile sind weitere Angaben wie Au-ßendurchmesser,Wanddicke,Gewindeartusw.erforderlich.ImAnhangfindenSieeinenAuszugausDINEN10220überNennweiten.FürallgemeineBetrachtungengenügtes,denInnendurchmes-sereinesRohresDN50mit50mmanzunehmen.Beigenau-erenBerechnungenistesdagegenbesser,denwahrenInnen- durchmesser der verwendeten Rohrsorte zugrunde zu legen.

4.3 Die Auslegung von Dampfleitungen

JeschnellermanmitdemFahrradfährt,destogrößerwer-denderLuftwiderstandunddieReibung,destomehrEner-gie muss man fürs Treten aufbringen. Ähnlich geht es dem DampfinderRohrleitung,wozwar(hoffentlich)keinLuft-widerstand, dafür aber die Reibung an der Rohrwand zu überwindenist:

Schickt man 800 kg/h Sattdampf von pe = 10 bar durcheine300mlangeLeitungDN65,dannströmtderDampfdarinmiteinerGeschwindigkeitvon13m/sundverliertaufden300Meternetwa0,5barDruck,d.h.amLeitungsendeherrscht ein Dampfdruck von pe=9,5bar.WirdderDruckam Leitungsende aus irgendeinem Grund höher, dannströmt weniger als 800 kg/h, wird der Enddruck niedri-ger,dannströmtmehrals800kg/h–bei13m/sbrauchen

800kg/hunterdengenanntenUmständenebeneineDruck-differenzbzw.einenDruckabfallvon0,5bar.

SolltediegleicheDampfmengedurcheineLeitungDN40geschickt werden, dann ginge das nur, wenn man den Druck amEndederLeitungaufpe=2,4barermäßigte;derDampfwürde indieserLeitungalso7,6barseinesDruckesverlie-renundamLeitungsendemitrund100m/sströmen–aller-dingsnichtlange,denndieLeitungwäreinfolgederhohenStrömungsgeschwindigkeit bald zerstört; benötigt man am Leitungsende einen Druck von mindestens pe = 8,6 bar,danngehendurchdieLeitungDN40nichtmehralsrund370kg/hdurch;dieseMengeströmtmitrund17m/s.Lange Dampfleitungen müssen deshalb so ausgelegt wer-den, dass sowohl Druckabfall als auch Geschwindigkeit in denzulässigenGrenzenbleiben.BeiHeißdampfleitungenistfernerzubeachten,dassderDampfinderLeitungabkühltunddassdieÜberhitzungganzoderteilweiseverlorengeht.

Beispielhafte Druckverluste:

Dampf-menge [kg/h]

Dampf-druck [barü]

Nennweite Druck abfall

[bar/100m]100 2 DN 32 0,20500 2 DN 80 0,071000 2 DN 100 0,07100 10 DN 20 0,70500 10 DN 40 0,501000 10 DN 65 0,025000 10 DN 125 0,12100 25 DN 15 1,30500 25 DN 25 2,001000 25 DN 40 0,805000 25 DN 80 0,60

BeikürzerenLeitungenistderDruckabfallnichtsowichtig;selbst inderzukleinenLeitungDN40inobigemBeispielsinktderDampfdruckbei20mLeitungslängenurumrund0,35bar,alsovondenangenommenenpe=10baraufrundpe=9,65bar.DasistimAllgemeinendurchauszulässig.BeiderAuslegungkurzerLeitungenkannmandeshalb imAll-gemeinendenDruckabfallunberücksichtigtlassen.Wichtigist jedoch, dass die Dampfgeschwindigkeit nicht zu großwird,weilsonstdieLeitungzustarkbeanspruchtwird.An-derseitssolldieLeitungnichtgrößerseinalsunbedingtnö-tig, weil sie sonst unnötig teuer wäre.

In den meisten Industrieländern ist es üblich, für Satt-dampfleitungen Geschwindigkeiten von 20 bis 30 m/s,mitunterbis40m/szuzulassen:DieErfahrunghatdieZu-lässigkeitdieserWertebestätigt.BeihöherenGeschwindig-keiten dagegen wäre mit Schäden, insbesondere durch die abschleifende Wirkung der vom Sattdampf mitgeführtenWasserteilchen, zu rechnen. Da überhitzter Dampf keineWasserteilchen enthält, darf er schneller strömen: 40 bis 60 m/s sind gebräuchliche Geschwindigkeiten für Heiß-dampf.Fassenwirzusammen:

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4 – Die Dampfleitung

4.3.1 Auslegungsdiagramm für Sattdampfleitungen

Dampfdruck (bar absolut)

ztashcrudf

pma

D)tiekgidni

whcsegfpma

D s/m 52 ieb( )h/gk ni(

leipsieB

).sba rab 6( Ürab 5

kcurdfpma

Dh/gk 055

ztashcruD-fp

madttaS

mm 05

sinbegrE

05 N

D N

D rereßörgtshcän

Page 33: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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4 – Die Dampfleitung

°C

Die Druckangaben sind absolute Drücke. Strömung m/s

Benutzung:°C -> bar ->-> kg/h -> DN -> m/s

Beispiel:11 t/h Dampf 11 bar/260 °Cströmen durch Leitung DN 150mit Geschwindigkeit 39 m/s

4.3.2 Strömungsgeschwindigkeit in Sattdampfleitungen

Page 34: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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4 – Die Dampfleitung

Dampfgeschwindigkeit• inkurzenSattdampfleitungenetwa25m/s• inkurzenHeißdampfleitungen40bis60m/s

DasDiagramm „Auslegung vonSattdampfleitungen“ 4.3.1.zeigt Ihnen auf einen Blick, welche Leitungsgröße füreine bestimmte Anwendung zu wählen ist, falls man eine Dampfgeschwindigkeit von max. 25m/s zulässt. Auf demDiagrammistbereitseinBeispielangegeben.Hiernocheinweiteres:

Von einer Reduzierstation soll eine 10 m lange Sattdampf-leitung fürmax. 3300kg/hDampf vonpe = 7 bar verlegtwerden. Läßt man max. 25 m/s Dampfgeschwindigkeitzu, dann ist lautDiagramm4.3.1 eineLeitungDN 125 zuwählen. (EineLeitungDN100 fördert lautDiagrammnur 3000kg/h,bzw.bei3300kg/hergibtsicheineStrömungs-geschwindigkeitvon27,5m/s,wasaberauchnochimRah-mendesÜblichenliegt.) Zur Auslegung kurzer Heißdampfleitungen dient das Dia-gramm „Strömungsgeschwindigkeit in Dampfleitungen“ 4.3.2,dasaberauchfürSattdampfgilt.Beispiel:

Wie groß muss eine kurze Heißdampfleitung für pe =15bar/400°C ausgelegt werden, wenn bei 500 kg/h eineDampfgeschwindigkeit von 60 m/s nicht überschritten wer-densoll?ImDiagramm„Strömungsgeschwindigkeit“gehenwirvomoberenTeil„Dampftemperatur“400°CwaagerechtbiszurLinie16bar(pe=15bar),vondasenkrechtnachun-tenbiszurLinie500kg/h(vonlinksuntennachrechtsobensteigend); vonda geht’swaagerechtnach linksbis zudenLinienfürDN25undDN20(vonlinksobennachrechtsun-tenverlaufend);senkrechtunterdemSchnittpunktmitderLinieDN25findenwir:ca.55m/s;unterDN20liegtca.85m/s.EswirdalsoeineLeitungDN25gewählt.

4.4 Die Ausdehnung von Rohrleitungen

Sie wissen, dass die Stoffe sich beim Erwärmen im Allge-meinen ausdehnen. (DassWasser zwischen 0°C und 4°Cdas nicht tut, hängt mit physikalisch-chemischen Verän-derungen des Wassers zusammen.) Demzufolge werdenRohrleitungenbeimAufheizenebensolängerwiedieEisen-bahnschienenimSommer.BeimMünzgeldistdieserEffekt(leider)vernachlässigbar,beidenRohrleitungenmussmanihnberücksichtigen:Rohrleitungen,diewechselndenTem-peraturen unterliegen, müssen so verlegt werden, dass sie sich frei verlängern oder verkürzen können.

Die Kraftwirkung sich verlängernder oder verkürzender Rohre ist so groß, dass behindernde Halterungen losgeris-sen werden können. Außerdem versuchen unsachgemäß montierte Rohre, die Spannungen durch Verbiegen aus-zugleichen, so dass mindestens die Verbindungen undicht werden, wenn nicht Risse und Sprünge in Leitungsteilenund Armaturen entstehen. Halterungen gerader Rohrstre-ckenmüssendeshalbeineaxiale,d.h.inLängsrichtungdesRohreswirkendeVerschiebungderLeitungzulassen.DiesistauchschonbeikurzenLeitungsstückenundverhält-nismäßig kleinen Temperaturänderungen wichtig. Sicher haben Sie schon Heizungsrohre in Wohnungen knackenhören: Hier sind die Halterungen der Heizungsrohre zustrammangezogen;dadurchwerdensievonderWärmebe-wegung(Längsverschiebung)desRohrszunächsteinStückmitgezogen, rutschen dann aber wegen ihres steigenden WiderstandesgegendieseVerbiegungmiteinemhörbarenKnackgeräusch auf dem Rohr zurück.

WiegroßsindsolcheLängenänderungen?Stahlrohre(undGussteile) verändern ihre Länge je Meter Rohrlänge undjeGradTemperaturänderungum rund0,011mm (KupferundrostfreierStahletwa0,016bis0,019mm).DasichjederMeterRohrumdiesenBetragverlängert,istdieLängenän-derungderLeitung(L2–L1inmm)umsogrößer,jelänger

Temperaturdifferenz K

Ausdehnung mm

100

10

1

0,1

60 80 100 120 140 160 180 200

1000

200 m

100 m

50 m

20 m

10 m

5 m

2 m

1 m

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4 – Die Dampfleitung

dieLeitungist(LängeL1inMeter)undjestärkerdieTempe-raturverändertwird(Temperaturänderung[t2-t1]inKelvin).WennSie’salsFormelmögen:VerlängerungvonStahlrohrenbeiTemperaturerhöhung:(L2 –L1)=0,011·L1·(t2 – t1)mm

Beispiele:1. Kühlt sich ein nur 10 m langes Heizungsrohr, das zunächstvonWassermit90°Cdurchflossenwurde,auf20°C ab – z.B. weil das Heizkörperventil geschlossenwurde–dannverkürztsichdiesesRohrstückum(L2 –L1)=0,011·10(90–20)=7,7mm.DasgibtdemRohrreich-lichGelegenheit,sichüberetwaige„Beklemmungen“lautvernehmlichzubeschweren!

2.Wird einenur 100m langeDampfleitung, die zunächstaußerBetriebeineTemperaturvon–10°Chat,mitDampfvon 300°C beschickt, dann vergrößert sich die Gesamt-längeum100·0,011=1,1mmproGradTemperaturerhö-hungundum1,1·310=341mmbeiErwärmungum310°Grad(von–10auf+300°C).Siekönnensichdenken,dasseine Verschiebung eines Rohrstücks um 341 mm nichtzulässig ist, wenn z.B. Anschlussstellen (Dampfentnah-meleitung, Kondensatstutzen) oder Krümmungen vor-handen sind:Würde eine senkrecht nach unten abzwei-gendeEntwässerungsleitung,dienach3mLängeineineandereLeitungmündet,um34cmseitlichweggebogen,dannmüssten Schweißnähte reißen und Flanschverbin-dungen undicht werden. Man fängt die Rohrverlängerung deshalb bei längeren Leitungen in sogenannten Deh-nungsausgleichern auf, ehe sie zu groß wird.

3. BeieinerTemperaturdifferenzvon100Kdehntsichein20m langes Stahlrohr um ca. 22mmaus (Beispiel ausdemDiagramm).

Wir wollen nun nicht die Einzelheiten sachgemäßen Deh-nungsausgleichs behandeln, dazu gibt es entsprechende Fachliteratur. Lediglich die Grundprinzipien sollen durcheinige Skizzen erläutert werden.

Regel:Die Rohrhalterungen müssen Längsbewegungen der Rohre zulassen. In längeren Leitungen müssen Deh-nungsausgleicher dafür sorgen, dass sich einzelne Rohrabschnitte nicht zu stark bewegen. Durch Fest-punkte ist dafür zu sorgen, dass die Rohrbewegungen keinen Schaden anrichten.

Natürlich verändern die Rohre bei Temperaturveränderung auch ihren Querschnitt. Das ist bei der Montage der Rohr-halterungenebenfallszubeachten.WoSpielzwischenRohrundFührungbenötigtwird,mussesauchbeiheißerLeitungnochvorhandensein.Dieskannmanz.B.durchZwischen-legen einer zusammendrückbaren Zwischenlage, etwa eine 3bis5mmdickeIsolierschicht,erreichen.Rohrstellen, die sich nicht bewegen dürfen, werden durch strammsitzendeHalterungenfestgehalten,z.B.anAbzwei-gungen.DannmussaberanandererStellefürBewegungs-möglichkeitgesorgtwerden.BeikürzerenLeitungengenügtes im Allgemeinen, Verbiegungsmöglichkeiten des Rohres vorzusehen.DieseVerbiegungendürfenabernichtzuWas-sersäckenführen;siemüssendeshalbdurchgeeigneteFüh-rungen in waagerechte Richtung gelenkt werden.

Bei längeren Leitungen sind die erwähnten Dehnungsaus-gleichererforderlich,diedieWärmedehnungderRohreauf-nehmen:

Dabeiistaberzubeachten,dasssicheinlängeresLeitungs-stück leichter durchbiegt als ein Dehnungsaufnehmer nach-gibt.Durch eine geeigneteRohrführung kann die Leitungjedochgezwungenwerden,dieVerlängerungnurdortwir-kenzulassen,wosiekeinenSchadenanrichtet:beidenDeh-nungsaufnehmern.

Festlager

Falsch Richtig

Loslager

Falsch

Richtig

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4 – Die Dampfleitung

Was für die Rohrleitung gilt, trifft übrigens auch für denBlechmantel zu,derdie Isolation schützendumgibt.AuchdieserMantel hat eineWärmedehnung, dieman dadurchberücksichtigen kann, dass man den Mantel überlappend (teleskopartig)soverlegt,dasssichdieMantelteileineinan-derschieben können. Der dadurch entstehende Spalt muss aber mit dauerelastischem Material gut abgedichtet werden, umdasEindringenvonFeuchtigkeitzuverhindern.

Der Abstand der Rohrhalterungen voneinander muss stets so gewählt werden, dass die restlose Entwässerung derLeitungnichtdurchdasDurchhängenzwischendenHalte-rungenverhindertwird–seiesdurchdasLeitungsgewichtoderdurchWärmedehnunghervorgerufen.

4.5 Die Isolation von Dampfleitungen

Leitungen,dieheißeMedientransportieren,gebenWärmeandieUmgebungab.DieserWärmeverlustiststetsvorhan-den und lässt sich durch eine geeignete Isolierung nur sehr stark vermindern, niemals ganz beseitigen. Man erstrebt daher einen Kompromiß zwischen laufenden Betriebsko-stendurchWärmeverlusteundden Installations-undUn-terhaltskosten für die Isolierung. Diese sogenannte „wirt-schaftliche Isolierdicke“, die also eine gute Verminderung der Verluste bei tragbarem Aufwand für die Isolierung und dieWartungderLeitungerbringt,liegtjenachLeitungsgrö-ße, Dampftemperatur und örtlichen Verhältnissen (Win-danfall,Umgebungstemperatur)bei3bis10cmDickederIsolierung (bei hohen Innentemperaturen und größerenNennweitenauchmehr).FürdenEinzelfallgebendieHer-steller von Isoliermaterial genaue Hinweise.

WichtigeralsdieDickederIsolierungistesaber,dieLeitungüberhaupt zu isolieren und die Isolation vor Feuchtigkeitzuschützen(feuchteIsolierungverliert innennenswertemMaße die Isolierfähigkeit und wird auf Dauer irreparabel zerstört).

Die Isolation der Hauptleitungen des Dampfnetzes dürfte fürjedenselbstverständlichsein.AberwiestehtesmitdenkürzerenundkleinerenNebenleitungen?SchätzenSie ein-mal,waseine15mlange,nicht isolierteSattdampfleitung,pe=12bar,DN25,proJahrmehrkostetalseineisolierteLeitungunterdengleichenUmständen!FüreineHallemiteiner Raumtemperatur von rd. 20°C lässt sich dies über-schlägig berechnen mit Hilfe unseres Diagrammes „Wär-meverluste in Räumen von ca. 20°C“. Dieses DiagrammgehtaufgesammelteErfahrungswerte zurückundgiltnurfür überschlägige Berechnungen.GenauereWärmeverlust-rechnungensindauszuführennachDiagrammender„Wär-metechnischen Arbeitsmappe“, herausgegeben vom VDI-Ver-lag.

Nach dem Diagramm lässt sich der Wärmeverlustwiefolgtberechnen:

WärmeverlustfürRohrpe=12bar

TemperaturnachDampftafel192°C 3,3kW/m² (Kilowattprom² Rohroberfläche)RohroberflächeDN25(äußererDurchmesser33,7mm) 0,106m²/m

Wärmeverlustpro1mRohr 0,35kW/mdgl.für15mRohr 5,2kW1kW=1kJ/s 5,2kJ/s

stündlicherWärmeverlust5,2·3600 18720kJ/h

Verdampfungswärme∆hv 1971 kJ/kgbei pe=12bar (lt.DampftafelSp.5)

BenötigteDampfmengezurDeckungdesWärmeverlustes18720/1971 9,5kg/h

EineIsolierungderDampfleitungmiteinerDickevon50mm reduziertdenWärmeverlustaufetwa¹⁄10, damit errechnet sich derWärmeverlustgegenübereinersoisoliertenRohrleitung.

Isolation

Rohr

Dichtkitt

Falsch: Kondensatpfütze

Richtig: Kondensat läuft ab

IsolierstärkeIsolation

Rohr

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4 – Die Dampfleitung

Wärmeverluste in Räumen von ca. 20 °C

nicht abgedeckteWasserober�ächebei ruhiger Luft

für Luftgeschwin-digkeit v (m/s)Korrekturfaktor:f = (l+v)/2

nicht isolierteBehälterwändeoder Rohre

Scheibenrippenrohr

Ober�ächentemperatur (°C)

)2m/

Wk( tsulrevemrä

W

Dampfverluststündlich9,5–0,95= 8,55kg/h

imJahrbeieinschichtigemBetriebvon2000Betriebsstunden 17,1t/a

WärmeverlustkostenbeieinemDampfpreisvon30,–€/t 513€/a

Dasheißt,beinureinschichtigemBetriebverprasstdieslä-cherlicheRöhrchenvon15mLängegut500€imJahr.WashattenSiegeschätzt?

EineIsolierungistbeidenheutigenEnergiepreisendringlichnotwendig und bezahlt sich durch die Kosteneinsparung von selbst, meist schon in einem halben Jahr, stets aber in einem Jahr. Dies ist abhängig von den Jahresbetriebsstunden.

In diesem Zusammenhang noch ein Hinweis: Die Wär-meverluste einer isolierten Rohrleitung können ganz er-heblichüberdemerwartetenWertliegen,um50bis100%,

wennnicht schonbeiderMontagederLeitungaufdieDi-ckederspäterenIsolationRücksichtgenommenwird:DieLeitungmussvonWandundDeckebzw.BodengenügendAbstandhabenunddieLeitungmussauchandenHaltevor-richtungen, Rohrverbindungen und Armaturen etc. gut iso-liert werden können. Schließlich ergibt eine 70 mm starke IsolationumeineLeitungvon50mmDurchmessereinenAußendurchmesser von rund 200 mm.

Nochmals sei’s gesagt: Dicke allein ist noch nicht einmalbei der Isolation gesund; die sorgfältige Ausführung ist fast noch wichtiger. Meist ist es am billigsten, Isolierarbeiten ei-nerbewährtenFachfirmazuüberlassen.

4.6 Die Kondensation in Dampfleitungen

WirdeineDampfleitunginBetriebgenommen,soerwärmtder einströmendeDampf die Leitung und kondensiert da-bei. Deshalb entsteht beim „Anfahren“ einer Dampfleitung zunächstverhältnismäßigvielKondensat:IneinerLeitung

Page 38: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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4 – Die Dampfleitung

DN100fälltjeMeterLeitungslängeetwa0,5kgKondensatinnerhalbz.B.15Minuten(=Aufheizzeit)an,wennsiemitDampfvon190°Cbeschicktwird.WennderVorgang1Stun-de in diesem Ausmaß andauern würde, fielen demnach 2 kg Kondensat proMeter an (50 kg in einer 25m langenLei-tung). Man sagt deshalb, die „Kondensationsgeschwindig-keit“beträgtwährendderersten15Minuten2kg/h.DieserVorgang ist jedoch abgeschlossen,wenndieLeitung annä-hernd Dampftemperatur erreicht hat.

Setzt man eine gute Isolierung voraus, dann beträgt der Wärmeverlust einer Dampfleitung DN 100 bei 190°C Be-triebstemperaturimFreiennichtmehrals0,17kW/m(Kilo-watt pro Meter Leitungslänge) einschließlich Armaturenund Halterungen, d. h. der stündliche Kondensatanfall liegt höchstens bei etwa0,3 kg jeMeter Leitungslänge; das istrund¹⁄7 der Kondensationsgeschwindigkeit beim Aufheizen.

WennderDampfinunseremBeispielüberhitztist,fälltbeientsprechender Berechnung im Dauerbetrieb überhauptkeinKondensatan,weilzunächstnurdieÜberhitzungdesDampfessinkt,ohnedasserkondensiert.DieWärme,dieinden Sattdampf hineingesteckt wurde, um ihn zu überhitzen, d. h. seine Temperatur bei gleichbleibendem Druck über die Sattdampftemperatur zu erhöhen, wird nun als Verlust an dieUmgebungabgegeben,wobei zunächstnurdieTempe-ratur des Dampfes sinkt; solange die Dampftemperatur über derSattdampftemperaturbeimjeweiligenDruckliegt,kon-densiert der Dampf nicht.

ImDauerbetriebfälltinunseremBeispielalsohöchstens¹⁄7 derKondensatmengeproZeiteinheit(z.B.proMinute)an,die beim Aufheizen zu bewältigen ist.

Was wir an einem Beispiel herausfanden, gilt ganz allge-mein: Beim Anfahren von Dampfleitungen tritt stets eingewisser Kondensatanfall auf, während im Dauerbetrieb ei-ner richtig isolierten Dampfleitung wesentlich weniger oder

– bei ausreichend überhitztem Dampf – fast kein Kondensat anfällt.(SieheauchKap.4.9)

KönntemanunterdiesenUmständennichtaufdieEntwäs-serungderDampfleitungverzichten?DasfolgendeBildzeigtdieFolgensolcherUnterlassung:WasserschlagzerstörtLei-tungen und Armaturen.

WenndasKondensatausderDampfleitungnichtrechtzei-tig entfernt wird, sammelt es sich allmählich an (A); derschnellströmende Dampf kräuselt die Wasseroberfläche(B),bisdasKondensatschließlichdenDampfstromsostarkbehindert, dass ein Wasserpfropfen losgerissen wird (C).

Dieser Wasserpfropfen wird mit DampfgeschwindigkeitdurchdieLeitunggetrieben.

FürtrockenenDampfist25m/s(=90km/h)einedurchausnormaleGeschwindigkeit(Kapitel4.3).Wirdabereinmit90km/hbewegterWasserpfropfendurcheinHindernisplötz-lichabgebremst,dannsinddieFolgenähnlich,wiewenneinKraftwagenmit90km/hgegeneineWandfährt:InderLei-tungentstehteinWasserschlag,beidemörtlichDrückevonmehreren tausend bar auftreten können. Temperaturregler, Reduzierventile oder auch nur ein Rohrkrümmer werden zerrissen. Viele Unglücksfälle, teils mit tödlichen Verlet-zungen,beweisendieBedeutungdieserVorgänge.

GleichesgiltübrigensauchfürWasserleitungen,wenndieStrömung plötzlich in Gang gesetzt oder abgebremst wird, z.B.durchMagnetventile.NursinddieStrömungsgeschwin-digkeiten viel kleiner und die Abbremszeiten größer als in derDampfleitung,sodassdieFolgennichtsokatastrophalsind. Vielleicht haben Sie selbst schon die „Klopfgeister“ in denLeitungengehört?(Dassollnatürlichnichtheißen,dassMagnetventile grundsätzlich schlecht seien – sie müssen nur fürdie jeweiligeAnwendungausreichend langsamöff-nenundschließen.)Auf die Entwässerung einer Dampfleitung zu verzichten –selbst wenn es eine Heißdampfleitung ist – wäre also ebenso riskant, wie mit dem Auto in der Stadt „nur einige hundert Meter“ mit 100 km/h zu fahren: Ein Unfall oder Führer-scheinentzug wäre nicht verwunderlich. Die Dampfleitung muss vielmehr so verlegt und betrieben werden, dass keine Wasserschlägeauftreten. In jedemFallmuss fürguteEnt-wässerunggesorgtwerden.ObdieEntwässerungvonHandnur während des Anfahrens oder automatisch erfolgt, ist eine andere Frage, auf die in Kapitel 7 noch eingegangenwird.

4.7 Die Verlegung von Dampfleitungen

Neben der Zweckmäßigkeit ist die Betriebssicherheit derwichtigsteGesichtspunkt bei derErstellung vonDampflei-tungen. Dazu ist, wie im vorhergehenden Kapitel gezeigt wurde,eineguteEntwässerungderDampfleitungunerläss-lich.WoundwiewirddieLeitungrichtigentwässert?

WasserunddamitauchdasKondensatfließtfreiwillignurbergab, nicht bergauf. Deshalb sammelt sich das Konden-sat an allen Tiefpunkten einer Leitung, wenn die LeitungaußerBetrieb ist.AuchinderHeißdampfleitungkühltderDampf sich bei der Außerbetriebnahme ab und kondensiert. Werden diese Kondensatpfützen nicht beseitigt, dann er-schwerensiedasAnfahrenderLeitungerheblichundrufenWasserschlägehervor.DeshalbgiltalsGrundregelfürHeiß-dampf-wiefürSattdampfleitungen:

Alle Tiefpunkte einer Dampfleitung müssen entwässert werden.

A B C

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4 – Die Dampfleitung

DiebeidenfolgendenBilderzeigenalsBeispiel,wieeinHin-dernis umgangen wird.

DienatürlicheBewegungsrichtungdesWassers–bergab–führtzurnächstenGrundregel:

Dampfleitungen sind mit Gefälle zumEntwässerungpunktzu verlegen; die Leitung soll in Strömungsrichtung desDampfesfallen.Gefällenichtkleinerals1:100bis1:200.

Der zweite Teil dieser Regel, dass Kondensat und Dampf in gleicher Richtung strömen sollen, ist erforderlich, weil sonst derDampfKondensatmitreißtundwennnichtzuWasser-schlag,danndochzuerhöhterErosionführt(daswirdspä-ter noch behandelt). In den beiden folgenden Bildern istdasGefällederLeitungderDeutlichkeitwegenübertriebenstark gezeichnet.

DieAnordnungganzobenergibtimrechtenLeitungsteilun-günstigeStrömungsverhältnisse.Besser ist esdeshalb,dieLeitungkurzsenkrechtnachobenzuführenunddannwie-der mit Gefälle in Strömungsrichtung verlaufen zu lassen.

Die Entwässerung einer Dampfleitung sollte schematischalsosoaussehen:

DasGefällederLeitungdarfnichtzukleinsein,einerseitsweil sonst das Kondensat an der Rohrwand klebenbleibt (die Rohrreibung ist größer als die Wirkung der Schwer-kraft),andererseitsweildasGefällesonstdurchdieDurch-biegungderLeitungzwischendenHalterungenwirkungslosgemachtwerdenkann,wieesinKap.4.4gezeigtwurde.EinGefällevon1:100bis1:200hatsichalszweckmäßigerwie-sen,d.h.0,5bis1cmAbsenkungauf1mLängeoder0,6bis1mAbsenkung je 100Leitungslänge.Gefälle vonwenigerals1:500sindpraktischwirkungslos,inbesonderenFällenkannsogareinGefällevon1:50sinnvollsein.

Nun kann es aber sein, dass das Gelände in Strömungs-richtungansteigtoderdassausanderenGründenz.B.beieiner1000mlangenLeitungeinHöhenunterschiedvon10mzwischenAnfangundEndederLeitungnichtmöglichist.IndiesenFällenverlegtmandenerforderlichenAnstiegderLeitung in ein kurzes, senkrecht nach oben verlaufendesRohrstück.WirddiesbeieinerlängerenLeitungmehrmalswiederholt, so entsteht ein sägezahnförmiger Leitungsver-lauf:

Der Abstand der Entwässerungsstellen darf nicht zu großgewähltwerden,weilsonstdieGefahrvonWasserschlägenbesteht.Eine genaueBerechnungdes richtigenAbstandesistwegenderVielzahlderEinflussgrößennichtmöglichundsystematische Untersuchungen liegen aus dem gleichenGrund nicht vor. Auch kann bei langsamem Aufheizen der Abstand größer sein als bei raschem Anfahren. Man muss deshalb von den bisherigen Erfahrungen ausgehen, diebei richtiger Ausführung der Entwässerungsstellen einenAbstandvon25bis50malsangebrachterscheinenlassen.Dann wird auch der im nächsten Kapitel beschriebene Kon-densatstutzen nicht unhandlich groß.

25 m

Dampf

Dampf

Dampf

Kondensat

Kondensat

Kondensat

1:100 - 1:200

richtig

richtig

falsch

falsch richtig

DampfKondensatDampf

Kondensat

DampfKondensat

DampfKondensat

falsch

richtig

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4 – Die Dampfleitung

4.8 Die Entwässerung von Dampfleitungen

Häufig wird zur Ableitung des Kondensates eine viel zu kleineLeitungandieDampfleitungangeschlossen.Einbe-trächtlicher Teil des Kondensates kann über eine zu kleine Entwässerungsöffnung hinwegfließen. Wird dagegen einKondensatstutzen gleicher Nennweite wie die Dampfleitung verwendet,dannkanndasKondensatdie„Falle“nichtum-gehen.UnserenächsteRegellautetdaher:

Kondensatstutzen sollen die gleiche Nennweite wie die Dampfleitung haben.

EineAusnahmebildenlediglichLeitungenmitNennweitenüber etwa DN 200, für die ein Stutzen DN 200 ausreicht, weil nicht so viel Kondensat anfällt, dass der ganze Rohr-durchmesser benötigt wird.

Wenn die Dampfleitung nach oben geführt werden muss,dannwirdsinngemäßebensoverfahren:

Beim Aufheizen der Dampfleitung fällt durch die zuerstkalten Rohrwandungen sehr viel mehr Kondensat an als im Dauerbetrieb. Würde der Kondensatableiter nach derKondensationsgeschwindigkeit während der Anwärmzeit, alsoz.B.fürdieersten15Minutenausgewählt,dannwäreerindenerstenfünfMinutennochzuklein,für99%derBe-triebszeit aber zu groß, also unnötig teuer und häufig auch schlechteralseinkleinererAbleiter.EinkleinererAbleiterwürdeaberbeimAnfahrendiegefürchtetenWasserschlägenicht verhindern, weil er das Kondensat nicht so schnell ab-führen kann wie es anfällt. Zum größeren Kondensatanfall kommt nämlich noch die Tatsache hinzu, dass die Druck-differenz beim Aufheizen kleiner ist, so dass der Ableiter er-heblichweniger leistet alsbeimBetriebsdruck. (SieheDia-grammKapitel4.9)

Dieses Problem kann jedoch sehr einfach gelöst werden:Man sammelt das Kondensat außerhalb der eigentlichen Dampfleitung im Kondensatstutzen, der zu diesem Zweck genügend lang sein muss: Hat der Kondensatstutzen dieNennweitederDampfleitung,dannsollteeretwa50cmlangsein.SinddieEntwässerungsstellenweiterals25mvonei-nander entfernt, so muss der Stutzen entsprechend länger

gemachtwerden(1mLängebei50mAbstand).AufdieBe-rechnung eines solchen Kondensatstutzens soll verzichtet werden; zunächst mag der Hinweis genügen, dass die ange-gebene Stutzengröße ausreicht, das beim Aufheizen aus der Dampfleitung kommende Kondensat so lange aufzunehmen, bisdieRohrtemperaturetwa¾desEndwertserreichthat.Dann muss der Kondensatableiter genügend Leistung ha-ben, das weiterhin anfallende Kondensat abzuführen und das vorher angesammelte Kondensat allmählich aus dem Stutzen zu entfernen.

SchließtmannunnochdieLeitungzumKondensatableiterseitlichetwasüberdemBodenandenStutzenan,sodientder Stutzenboden gleichzeitig als Schmutzsammelraum; ein abnehmbarerBoden(Blindflansch)ermöglichtdiegelegent-licheReinigung.DasBildzeigtdienachdiesenHinweisenausgeführteundinderPraxisgutbewährteAusführungderLeitungsentwässerung.

Der Vorteil der doppelten Sicherung gegen die Verstopfung von Armaturen durch Schmutzsammelraum und Schmutz-fänger sollte nicht unterschätzt werden. Die Hoffnung, durch Weglassen dieser Einrichtungen Installationskosten undWartungszeitzusparen–„derSchmutzsollsich(durchRe-gel-undAbsperrarmaturen,WärmetauscherundLeitungen)seinen Weg bis zum Kondensatsammelgefäß suchen“, sohört man mitunter –, wird nur selten erfüllt. Denn in die-sem Fall treten Verstopfungen auf, die Betriebsunterbre-chungen zur falschen Zeit erforderlich machen. Oder eine wandernde Schweißperle macht eine Armatur unbrauchbar. OderWasserschlägeverkündenweithinhörbar,dassbeiderInstallationgepfuschtwurde.EinSchmutzfängeristohnehinbilliger als eine Schweißperle, die eine Riefe in den Ventil-sitz des Kondensatableiters gräbt. Der solcherart bedingte Wartungsaufwand (DampfverlustbisderSchadenbemerktwird, Fehlersuche,Montagezeit, Ersatzteile) ist zwar nichtregelmäßig, dafür aber um so störender und kostspieliger, versprichtalsodemInstallateurwiedemBetrieballerhandÄrger.

WerdendagegendieBödenderKondensatstutzen vor derInbetriebnahme abgenommen, dann entweichen beim DurchblasenderLeitungen etwanochvorhandeneFremd-körper wie Schweißperlen, Muttern, Dichtungsreste, Sand auf dem kürzesten Weg und ohne Schaden anzurichten.

DampfKondensat

richtig

500 mm

falsch

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4 – Die Dampfleitung

Das„reibungslose“AnfahrenderLeitungistalsogesichert.Der Schmutzsammelraum zwischen Stutzenboden und seit-lichem Abgang der Kondensatleitung bietet bis zur näch-sten Überholung der Anlage Platz für später abgerosteteSchweißperlen, Walzhaut, Schlamm. Der Schmutzfänger vordemKondensatableiter–wievor jederanderenRegel-armatur – ist die letzte Sicherung gegen mitgerissene Schäd-lingeinderLeitung.

DerDampf strömtdurchdenEingang in das zylindrischeSiebunddurchdieLöcherzumAusgang.Fremdkörperwer-dendurchdasSiebfestgehalten.Wichtigist,dassder„freieSiebquerschnitt“, das ist die Summe aller Lochflächen imSieb,mehrfachgrößer istalsderQuerschnittderLeitung;dadurchbleibtderWiderstand,denderSchmutzfängerderStrömungentgegensetzt,auchdannnochklein(d.h.nichtwesentlich größer als ein gleich langes gerades Leitungs-stück),wenneinTeildesSiebesmitSchmutzgefülltist.InKapitel 11.1.4 werden wir nochmals auf dieses Gerät, seine Ausführungsformen (z.B. Abblasevorrichtung, Reinigungs-mechanik)unddierichtigeMontageeingehen.

Ist im Kondensatableiter bereits ein Schmutzfänger einge-baut, dann kann auf die Montage eines getrennten Schmutz-fängers verzichtet werden.

Wenn eine Dampfleitung längere Zeit, etwa mehrere Mo-nate, ununterbrochen in Betrieb sein muss und eine zeit-weiligeBetriebsunterbrechungkostspieligist,istesempfeh-lenswert, die Regelarmaturen, wie z.B. Temperaturregler,Reduzierventile, Kondensatableiter, die irgendwann einmal ausfallen können, mit Absperrventilen und einer „Umge-hungsleitung“, auch „Umführung“ oder „Bypass“ genannt,zu versehen.

BeieinerStörungamKondensatableiterwirddasVentilinderUmgehungsleitungweniggeöffnetunddieVentilevorund hinter dem Kondensatableiter geschlossen. Nun kann

der Ableiter ausgetauscht oder repariert werden, ohne dass die Entwässerung der Dampfleitung unterbrochen wird.SinddieEntwässerungspunktederDampfleitungnicht zuweit voneinander entfernt, dann kannman auf dieUmge-hungsleitung verzichten: Bis zur nächsten Entwässerungs-stelle wird keinWasserschlag auftreten, und der nächsteKondensatableiter wird auch genügend Kapazität haben, den zusätzlichen Kondensatanfall zu bewältigen, wie im nächsten Kapitel gezeigt wird. Die Absperrorgane vor und hinterdemAbleitersindallerdingsauchunterdiesenUm-ständen nicht entbehrlich. Sie ermöglichen übrigens auch eine regelmäßige Wartung des Schmutzfängers und desKondensatableiterswährend des Betriebes der Anlage. Soist eine bessere Arbeitsverteilung für das Wartungsperso-nal möglich, die allein schon die etwas höheren Kosten der Installationrechtfertigenkann.Einebesonderskostengün-stigeVarianteistderEinsatzdampftauglicherKugelhähne.

Die im vorigen Bild benutzten Symbole für verschiedeneRohrleitungsteile entsprechen der Norm DIN 2429 „Sinn-bilder für Rohrleitungsanlagen“. Durch die Vereinbarung solcher Zeichen ist es möglich, Rohrleitungspläne herzustel-len,dieübersichtlichundfür jedenFachmannohne langeErklärungen verständlich sind.Wirwollen deshalb die ge-normtenZeicheninZukunftbenutzen,ohnejedesmalihreBedeutunganzugeben.DieErklärungfindenSieinAnhang3,„ZeichnungssymboleinAnlehnunganDIN2429“.

Das Kondensat fließt, zumindest beim Anfahren und nach demAbstellenderAnlage,amBodenderRohrleitung.Des-halb ist es besser, den Rohrboden gerade durchgehen zu las-sen und nur die Oberseite entsprechend einzuziehen, also exzentrischzureduzieren:

Reduzierungen kurz vor oder nach Regelventilen können zentrisch ausgeführt werden, da in der Rohrleitung turbu-lente Strömung herrscht und die Druckreduzierung durch dasRegelventileine(leichte)Überhitzungverursacht(sieheKap.6.8).UnabhängigdavonisteineguteEntwässerungna-türlich hilfreich.

4.9 Die Kondensatableitung aus Dampfleitungen

WelcheAnforderungenstelltdieLeitungsentwässerunganden Ableiter? Wie gezeigt wurde, muss frühzeitiger Ver-schleißderAnlagedurchErosionundBeschädigungdurchWasserschlag verhindert werden, indem für rasche Ent-fernung des Kondensates aus den Dampfleitungen gesorgt wird. In den Dampfleitungen ist das Kondensat aber in so engem Kontakt mit dem Dampf, dass das Kondensat prak-tisch immer nahezu Siedetemperatur besitzt.

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4 – Die Dampfleitung

Werden thermischeKondensatableiter,wie z.B. der Bime-tall-Kondensatableiter,fürdieEntwässerungvonLeitungenverwendet,istaufdierichtigeAusführungderEntwässerungbesonderenWertzulegen.DerBimetall-Kondensatableiterstaut das Kondensat insbesondere auch bei Schwankungen des Gegendruckes an, die in längeren Kondensatleitungen mit Verzweigungen häufig sind; er sollte nur bei ausrei-chend großem Kondensatsammelraum vorgesehen werden.

Thermische Kapsel-Kondensatableiter sollten ebenfalls ei-nengroßenAnstauraumaufweisen,umdienotwendigeUn-terkühlung ohne Rückstau in die Dampfleitung zu ermögli-chen. Nähere Angaben finden Sie hierzu in Kapitel 7.

Der Thermodynamische Kondensatableiter ist dagegen für dieLeitungsentwässerungsehrgutgeeignet,weilergroßeRobustheit mit verzögerungsfreier Kondensatableitung ver-bindet.Ungeeignetisterjedochdort,woderDruckinderKondensatleitungmehr als etwa 50% des Druckes in derDampfleitung beträgt.

Entwässerungstechnisch ideal aber wesentlich teurer sindKugelschwimmerableiter. Ein Blick auf Kapitel 7.4.1 undAnhang 6 zeigt uns außerdem, dass der Kugelschwim-merableiterwegenderEmpfindlichkeitgegenWasserschlagoder Frost als erste Wahl für die Leitungsentwässerungnicht inFragekommt.AlsAlternativekommtgelegentlichderGlockenschwimmerableiterzumEinsatz.

FürDampfgeringererÜberhitzungsinddienormalenther-modynamischen und Kugelschwimmerableiter geeignet. Bei stärkererÜberhitzung (etwawenn dieDampftempera-turmehralsca.50KüberderSattdampftemperaturliegt),sind die Sonderausführungen zu wählen. Notfalls kann aber aucheinNormalgerätbeistärkererÜberhitzungeingesetztwerden, wenn der Ableiter 1 bis 3Meter vomKondensat-stutzen entfernt angebracht und die Zuleitung nicht isoliert wird. Dann genügt nämlich schon der Wärmeverlust derZuleitung,umdemDampfdieÜberhitzungzunehmen.Diegleiche Anordnung, nur mit etwas längerer Zuleitung, kann gewähltwerden,wenneinmaldieVerwendungeinesBime-tallableiterszurLeitungsentwässerungnichtzuumgehenist.Das Kondensat kann sich dann in der Zuleitung so weit ab-kühlen,dassdieÖffnungstemperaturdesBimetallableiterserreicht wird.

WelcheLeistungmussderKondensatableiterhaben?Setzenwir voraus, dass gemäß Kapitel 4.8 ein Kondensatstutzen von 50 cmLänge und gleicherNennweitewie dieDampf-leitungdenKondensatanfallbiszurErwärmungderLeitungaufetwa¾derEndtemperaturaufnimmt.DanngenügteinKondensatableiter, derbeimEnddruck etwadasDoppelteder beim Aufheizen durchschnittlich anfallenden Konden-satmenge abführt.

WirdderAbleiterderartbemessen,dannstelltdiefolgendeGrafikschematischdieVorgängebeimAufheizendar:Zuerst

istdieLeitungkalt,esbildetsichschnellvielKondensat.Der AbleiterkannaberwegendesnochkleinenLeitungsdruckesnurwenigableiten.DerÜberschuss(dieimDiagrammzwi-schenAundB liegendeFläche)bleibt teils inderRohrlei-tung hängen, teils wird er so lange vom Kondensatstutzen aufgenommen, bis die Abführleistung des Ableiters größer wirdalsderKondensatanfall.VonderZeitBanbautderAb-leiter den Kondensatvorrat im Stutzen ab, bis er nach dem Zeitpunkt D nur noch den laufenden Kondensatanfall im Dauerbetriebabzuführenhat.DieserZustand(ZeitD)wirdjenachAnfahrgeschwindigkeitetwazumEndederAufheiz-zeit bis etwa nach der doppelten Zeit erreicht. Das Ableit-vermögen des Kondensatableiters beim Betriebsdruck derLeitungistetwadoppeltsogroßwiederdurchschnittlicheKondensatanfall während der Aufheizzeit. Siehe auch Kapi-tel 4.6.

Wie das Diagramm auch zeigt, ist der Ableiter für denDauer betrieb etliches zu groß; aber wenn er weniger leistete, müsste der Kondensatstutzen größer gemacht werden, um einÜberlaufenwährendderZeitAbisB–unddamitWas-serschläge usw. – zu verhindern; dann würde der Stutzen störendgroß.Vorallemaber:EsgibtkaumeinenAbleiterkleinerer Leistung! Wenn man nämlich für verschiedeneBetriebsdrücke den durchschnittlichen Kondensatanfallwährend der Aufheizzeit berechnet und aus den Gerätepro-spekten (auch verschiedenerHersteller) nach der genann-ten Regel einen Ableiter aussucht, dann landet man im All-gemeinenbeiderkleinstenGrößedesjeweiligenTyps.WirkönnenunsereRegelalsoerfreulicheinfachfassen:

Zur Dampfleitungsentwässerung genügt im Allgemeinen der kleinste Kondensatableiter eines Typs, wenn ein Kon-densatstutzenvonetwa50cmLängeinderNennweitederDampfleitungvorgesehenunddieLeitungalle25mentwäs-sert wird.

UmgekehrtzeigtIhnendasDiagrammauch,dassderKon-densatableiter für den Dauerbetrieb vielfach zu groß würde, wenn Sie ihn absichtlich größer machten, um den Stutzen verkleinern oder weglassen zu können.

Typischer Kondensatanfall beim Anfahren einer Dampflei-tung:

Ableitvermögen desKondensatableiters

Kondensatanfall

Kondensatanfall

Kondensatdurchflussdurch den Ableiter

Kon

den

satm

enge

pro

Zei

t

A B C D Zeit

Konden-satan-stau

Kondensat-abbau

Aufheizzeit

Page 43: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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4 – Die Dampfleitung

Kondensatanfall nicht isolierte Leitung [kg/h m]

Druck [bar ü]

DN 25 DN 50 DN 100 DN 250

2 0,26 0,47 0,88 2,11

5 0,33 0,59 1,11 2,65

8 0,37 0,67 1,26 3,02

13 0,43 0,77 1,47 3,51

32 0,59 1,06 2,01 4,81

Bei isoliertenLeitungenverringernsichdieWerteaufz.B.25%.

4.10 Luft im Dampfraum

In kaltem Zustand ist fast jede Dampfanlagemit Luft ge-füllt. Denn wenn die Dampfzufuhr bei der Außerbetrieb-nahme abgestellt wird, kondensiert der in den Leitungenstehende Dampf, und der Druck nimmt rasch ab. Könnte überhaupt nichts in die Anlage einströmen, dann würde der DampfdruckbeiAbkühlungauf20°C auf einenabsolutenDruckvonetwa0,023barsinken(Dampftafel,Spalte2und3),d.h.derDruckindenLeitungenwürdenunstarkunterdem Atmosphärendruck liegen. So weit kommt es jedochfast nie, weil die Dampf-Kondensat-Anlage Bauteile ent-hält,diezwargegeneineninnerenÜberdruckeinwandfreiabdichten, inumgekehrterRichtung, alsobei einemÜber-druck von außen, aber nicht oder nur unvollständig dichten. Deshalb strömt, sobald der Innendruck unter den Atmo-sphärendrucksinkt,LuftvonaußenindieDampf-Konden-sat-Anlage:durchStopfbuchsenundFlanschverbindungen,durch die Kondensatleitungen und Kondensatableiter vom Kondensatsammlerher,durchEntlüfterundBelüfter.

WirddieAnlagewiederinBetriebgenommen,dannströmtDampf ein, der dank seines höherenDruckes die Luft zu-sammenpresst; der Druck in der Anlage steigt. Nun muss aberdieLuftentweichenkönnen,denndasienichtkonden-siert, würde sie den weiteren Zustrom von Dampf unmög-lichmachen.Nehmenwiran,dieLuftkannüberEntlüfterund Kondensatableiter aus der Dampfanlage abströmen; DampfströmtdannnachundschiebtdieLuftvorsichher.

NunkannmanabernichtanjederEckeeinenEntlüfteran-bringen.Deshalbwerden in strömungsungünstigenEckenLuftreste zurückbleiben. Ferner strömt der Dampf ja mitTurbulenz inunddurchdieLeitungen,sodassersichteil-weisemitderLuftvermischt.

Aus diesen Gründen ist auch nach der ersten Phase der In-betriebnahmeundderdabeierfolgtenEntlüftungnochLuftin der Anlage.

Schließlich kann auch während des Dauerbetriebs laufend einegeringeMengeLuftmitdemDampfinsSystemgelan-gen,denndasRohwasser enthält geringeMengenLuft ge-

löst, die bei der Dampferzeugung als Gas frei werden und vomDampfindieLeitungenmitgenommenwerden,wenndas Speisewasser vorher nicht ganz sorgfältig entgast wurde. DieseLuftmengeistzwarkleinimVergleichzurerzeugtenDampfmenge(innichtentgastemheißemWassersindeini-geMilligrammLuft jeLiterSpeisewassergelöst),dadieseLuft aber im Dampfraum nicht kondensiert, sammelt siesichausgerechnetdort,wosieammeistenstört:anderWär-metauscherfläche.

Der Dampf strömt sozusagen freiwillig dorthin, wo er benö-tigtwird,nämlich zurHeizfläche.DeshalbwirdauchLuft,die der Dampf mitführt, zur Heizfläche transportiert. Dort kondensiertderDampfundläuftalsKondensatab.DieLuftkann aber bei diesen Temperaturen nicht kondensieren, sie legt sich vielmehr in einer Schicht über die Heizfläche. Die Folge ist eine ganz erhebliche Verringerung der Heizlei-stung,weilLuftdieWärmesehrschlechtleitet.(DeshalbistLuft jaderwichtigsteBestandteil von Isolierstoffen.)Eine(reine)LuftschichtvonnureinemZehntelMillimeterDicke setzt demWärmedurchgangden gleichenWiderstand ent-gegen wie eine etwa 10 Millimeter dicke Schmutzschicht auf der Heizfläche oder wie eine 16 Zentimeter starke Stahl-wand–dasheißt,schoneinegeringeLuftmengekanndenWärmetauscherweitgehendunbrauchbarmachen.

WirddieLuft ineineEckedesDampfraumsgedrängt,ausder sie aufgrund der Strömungsverhältnisse nicht entwei-chen kann, dann sinkt ihre Temperatur erheblich unter die TemperaturdesSattdampfesbeimjeweiligenDruckab;diehiervon betroffenen Teile der Heizfläche werden demzu-folge eine erheblich tiefere Temperatur aufweisen als man erwartet, wenn man lediglich auf den Dampfdruckmesser schaut(denngewöhnlicherwartetmandiezumherrschen-denDampfdruckgehörendeSattdampftemperatur).

DarüberhinausbegünstigtdieLuftwegendesinihrenthal-tenenSauerstoffesdieKorrosion,setztalsodieLebensdauerder Apparate herab.Nochmals:LuftbehindertdenWärmedurchgangsehrstark,setzt die Temperatur herab und bewirkt erhöhte Korrosion. AusdiesenGründen ist Luft in einerDampfanlagehöchstunerwünscht und man versucht, sie möglichst restlos aus den Dampfräumen zu entfernen und fernzuhalten.

Die wichtigsten Gesichtspunkte für die Entlüftung erge-ben sich aus den vorstehenden Betrachtungen:• BeiInbetriebnahmedieLuftmöglichstraschabführen• VermischungvonDampfundLuftmöglichstvermeiden• ToteEckenentlüften• DasSpeisewassergutaufbereiten

FürdenKonstrukteurvonWärmetauschernistnochwichtig,dassertoteEckenzuvermeidensuchtunddurchFührungder Dampfströmung entlang der Heizfläche (nicht senk-rechtzuihr)derAusbildungvonLuftfilmenanderHeizflä-che entgegenwirkt.

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4 – Die Dampfleitung

Die Speisewasserentgasung ist bei allen größeren Anlagen selbstverständlich.BeikleinenAnlagenwirdvoneinerEnt-gasungsanlage aus Kostengründen häufig abgesehen. Hier solltezumindestdasSpeisewasserauf80bis90°Cerwärmtwerden, um wenigstens den größten Teil der Gase auszutrei-ben.

4.10.1 Zweckmäßige Entlüftung

BetrachtenwirzunächstdiegesamteDampfanlage:

Der Kreislauf führt vom Kessel durch die Dampfleitungen unddurchdieWärmetauscherüberdieKondensatableiterund durch das Kondensatnetz zurück zum Speisewasserge-fäß.InjedemFallwirdalsoLuftzudenKondensatableiterngelangen. Deshalb sollen diese Geräte eine ausreichende Entlüftungsleistungaufweisen.

Bei der Inbetriebnahme fällt aber oft so viel Luft inner-halb sehr kurzer Zeit an, dass die Kondensatableiter, deren HauptaufgabejanichtEntlüftung,sondernKondensatablei-tung ist, mehr oder weniger überfordert sind.

ManentferntdeshalbeinenTeilderLuftschonvorher, in-demmanmindestensamEndederDampfleitung,beigrö-ßerenLeitungslängenauchschonvorher,Entlüfteranbringt.Dadurch wird die beim Aufheizen in der Anlage vorhandene Luftrascherabgeführt,undderDampfhatwenigerGelegen-heit,sichmitderLuftzuvermischen.ImobigenBildsinddie fürdieEntlüfternotwendigenTrichter gezeichnet, diedas möglicherweise mit der Luft austretende KondensatübereineRohrleitungindenKanal führensollen.BeidenfolgendenBildernsindzurVereinfachungdieTrichterweg-gelassen.HatderWärmetauschereinengrößerenDampfraum,dannsollte aus dem gleichen Grund auch der Dampfraum mit einem oder mehreren Entlüftern versehen sein. Dies ist

auchdannerforderlich,wennderDampfraum„toteEcken“aufweist,indiesichdieLuftverkriechenkönnte.

Eine gut entlüfteteAnlage kommt schneller auf ihre volleLeistung als ein schlecht entlüftetes System,weil die Satt-dampftemperatur im Dampfraum früher erreicht wird. Dies rechtfertigt den Einsatz getrennter Entlüfter, zumaldie Kondensatableiter während des Anfahrvorgangs durch den mehrfach höheren Kondensatanfall bei noch niedriger Druckdifferenz meist voll belastet sind.

Wird das Kondensat einem Sammler zugeführt, aus demder Nachdampf zur weiteren Verwendung abgezogen wird, dann sollte der Sammler natürlich ebenfalls entlüftet wer-den, um eine unnötige „Vergiftung“ der mit dem Nachdampf beheiztenVerbrauchermitLuftzuvermeiden.

InderDampfleitungschiebtderDampfdieLuftvorsichher,undesgibtkaumtoteEcken.DeshalbisthierdasEndederLeitungbzw.sinddieEndenvonEntnahmeleitungenzwei-fellosderrichtigePlatzfürdieEntlüftung.

Das gleiche Prinzip gilt aber auch für die Entlüftung vonWärmetauschern:

Entlüfter werden dort angebracht, wo die Dampfleitung zu Ende ist sowie an strömungsarmen Ecken, in welche die Luft abgedrängt wird.

BetrachtenwirdasaneinigenschematischenBeispielen:

Dampferzeuger

Nachdampf

Dampf

Kondensat

Kon

den

sat

Atmosphäre

Speisewasser-pumpe

Entspanner

Wärme-tauscher

Luft

LuftLuft

Luft undKondensat

Luft undKondensat

Speise-wasser

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4 – Die Dampfleitung

In dem von unten mit Dampf versorgten Heizregister(klei-nerQuerschnitt!)wirddieLuftvordemDampfhergescho-ben.DerEntlüftermussdeshalbobenangebrachtwerden.

Das von oben mit Dampf beaufschlagte Heizregister zwingt die Luft nach unten; die Entlüftung muss hier unten er-folgen, also vom Kondensatableiter wahrgenommen werden.

Hier handelt es sich um die Mulde einer Heißmangel oder um eine Kocheinrichtung, die von einer Seite mit Dampf be-schicktwird.DerDampfschiebtdieLuftvorsichher,reißtdabeiauchdenLuftfilmvonderWärmetauscherflächemitunddrücktdieLuftzumKondensatableiterundindieent-gegengesetzteEcke;dorthingehörtdeshalbeinEntlüfter.

IndiesemBeispielwirdderDampfraumvonzweiSeitenmitDampf gespeist.DieLuftwirdnachunten zumKondensa-tableitergedrückt,dergleichzeitigalsautomatischerEntlüf-terwirkenmussodereinensolchenEntlüftereingebauthat.

Luft

Dampf

Kondensat

Luft wird vom Dampfnach oben geschoben

Dampf

Kondensat+ Luft

Luft wird vom Dampfnach unten geschoben

Dampf

Kondensat+ Luft

Luft wird vom Dampfweiter geschoben

Luft

Dampf Dampf

Kondensat+ Luft

Luft wird vom Dampf nach

unten geschoben

Dampf Dampf

Kondensat+ Luft

LuftLuft

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4 – Die Dampfleitung

DieDampfzuführung unten seitlichwird z.B. beiWürzep-fannen in Brauereien angewendet. Der Dampf drückt dieLuft sowohl nach oben – deshalb müssen dort Entlüfterangebracht werden – als auch nach unten zum Kondensa-tableiter, der dieser Aufgabe gewachsen sein muss.

Ausder imvorherigenBild gezeigtenDampfzuführunganzwei Punkten ergeben sich andere Verhältnisse, die eine EntlüftungandergegenüberliegendenSeiteerfordern.DieEntlüftungsöffnungensolltengegenüberdenDampfeintritt-söffnungen versetzt sein, weil dadurch Luftpolster am be-sten vermieden werden.

Bei großräumigen Dampfverbrauchern empfiehlt es sich,durch geeignete Dampfführung eine gleichmäßige Dampf-strömungunddamitaucheineeindeutigeEntlüftungzuer-möglichen, wie die beiden folgenden Abbildungen andeuten sollen. Sterilisierkammern und Trockenräume gehören zu dieser Gruppe.

EinenderschwierigstenFälle fürdieAnbringungvonEnt-lüftern bilden die rotierendenTrockenzylinder(Kalander).

Hierbleibtnichtsanderesübrig,alseinenEntlüfterandasEnde des Steigrohrs anzuschließen, um wenigstens dieje-

nigeLuftvollständigabzuführen,dieinsSteigrohrgelangt.Zwar hat man auch schon Entlüfter in die gegenüberlie-gende Stirnwand des Zylinders eingesetzt, wo sie aufgrund der Strömungsverhältnisse hingehören, doch kann diese Anordnung wegen der damit verbundenen Unfallgefahrnicht empfohlenwerden. Auch ein Entlüfteranschluss amgegenüberliegendenLager,rechts imBild, ist imAllgemei-nen nicht möglich.

Anmerkung: Mitunter wird unter Hinweis darauf, dass bei gleichemDruckundgleicherTemperaturLuftschwereristalsWasserdampf,gefordert,dassdieEntlüftermöglichstun-tenangebrachtwerdensollen.Dasistabernichtrichtig:ei-nerseits weil die Voraussetzung gleichen Druckes praktisch nie zutrifft (nachdemPartialdruckgesetz), anderseitsweildervermischendeEinflussderStrömungenimDampfraumund der Molekularbewegung sehr viel größer ist als das Trennbestreben aufgrund der unterschiedlichen Molekular-gewichte.Wenndasnichtsowäre,dannmüssteineinemab-geschlossenenZimmerdieLuftamBodentrockensein,anderZimmerdeckemüsstesichderWasserdampfsammeln.Dasistaber,wieSiewissen,nichtderFall(dassderWasser-dampf vom Kochtopf rasch aufsteigt, liegt daran, dass er wie auchdieumgebendeLuft,einesehrvielhöhereTemperaturhatalsdieZimmerluft).ImDampfsystemwirddieLuftviel-mehr, wie gesagt, teils vor dem Dampf hergeschoben, teils ist sie mit dem Dampf vermischt und wird von diesem an die Heizfläche getragen sowie in Bereiche geringer Strömung(toteEcken)abgedrängt.

ÜberdiesegrundsätzlichenErwägungenhinaus istbeiderMontage von Entlüftern zu bedenken, dass die Entlüftermeistens nicht nur Luft durchtreten lassen. In kaltemZu-standsindsiegeöffnet,leitenbeieinerÜberflutungderLei-tungoderdesWärmetauschersalsoaußerLuftauchWasserab,undwährenddesBetriebesöffnendieEntlüfteringewis-sen Zeitabständen, um Luft-Dampf-Gemische abzulassen.GelegentlicherDampfaustrittistdeshalbkeineFehlfunktion, sondern gehört zur normalen Arbeitsweise der Geräte. Da aber niemand gernWasser- und Dampfspeier im Betriebhat, wird der Ausgang der Entlüfter über einen offenenTrichter an die Kanalisation angeschlossen oder, weniger günstig,abermanchmaldaskleinereÜbel,festmitderKon-densatleitung verbunden.

4.10.2 EntlüfterDieZeiten,indenenmanvonHandeineEntlüftungsschrau-beanderDampfleitungundamWärmetauschereinigeZeitöffnete,bismanglaubte,dassnunalleLuftundallesLuft-Dampf-Gemisch abgelassen sei, sind vorbei. Denn eine ein-fache und zuverlässige Möglichkeit, die richtige Zeitdauer der Handentlüftung zu bestimmen, gibt es nicht – abgese-hendavon,dassjaauchwährenddesBetriebesderAnlageentlüftetwerdensollte,umauchgeringeMengenLuftvonder Heizfläche fernzuhalten. Deshalb verwendet man heu-te nur noch automatische Dampfentlüfter, also Geräte, die LuftundLuft-Dampf-Gemischeselbsttätigablassen,reinen

Dampf

Dampf

Kondensat+ Luft

Luft

Luft

Dampf

Kondensat+ Luft

Luft Luft

Dampf

Kondensat+ Luft

Ungünstig: Die Luft kann sichüber den Dampfraum verteilen

Günstig: Die Luft wird zu den Entlüftungsstellen gedrängt

Dampf

Kondensat

Luft

Luft

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4 – Die Dampfleitung

Dampf aber zurückhalten. Das gelingt aufgrund der Tatsa-che,dasssichdieLuftundauchDampf-Luft-Gemischeun-ter die Sättigungstemperatur abkühlen, während luftfreier Sattdampf stets die (lautDampftafel, Spalte 3) zum jewei-ligen Druck gehörende Temperatur hat.

BetrachtenwiralsBeispieleineMangelwalze,diemitSatt-dampf pe=10barbetriebenwird,alsomitDampfvon184°C.SammeltsichineinerEckeLuft,danngibtdieseWärmeab,wie an anderen Stellen der Dampf; da sie dabei aber nicht kondensiert, kann kein Dampf nachströmen; die an der Heizfläche liegende Luft kann deshalb WärmenachschubnurdurchWärmeleitungdurchdiedavorstehendeLufthin-durch erhalten.DaLuft dieWärmeaber sehr schlecht lei-tet,kommtnichtgenügendWärmenach,umdiehoheAn-fangstemperaturderLuftaufrechtzuerhalten,unddieLuftkühlt sich an der Heizfläche ab, die Heizfläche wird sich auf z.B.115°Codergarnochwenigerabkühlen.

Diese für den Betreiber der Maschine so ungünstige Ei-genschaftderLuftwirdanderseitsausgenutzt,umdieLuftund Luft-Dampf-Gemische zu entfernen. Die in Kapitel 7beschriebenen thermischenKondensatableiter (Schnellent-leerer,thermischeKapsel-undBimetall-Kondensatableiter)öffnen,wenndieTemperaturumeinenbestimmtenBetragunter die jeweilige Sattdampftemperatur fällt oder wenneine bestimmte Temperatur unterschritten wird. Deshalb lassen sich diese Geräte ohne jede Änderung als automa-tischeEntlüfterverwenden.Entlüfter nach dem Schnellentleerer-Prinzip (folgendesBild)inmodernerAusführungalsthermischerKapsel-Kon-densatableiter (Kapitel 7) öffnen wenige Grad unter Satt-dampftemperatur, leiten also auch Dampf-Luft-Gemischezuverlässig ab.

EntlüftermitBimetallsteuerung sind robust und fürhoheDrücke und überhitzten Dampf verwendbar, werden heute aber nicht mehr so häufig eingesetzt.

4.11 Die Inbetriebnahme von Dampfleitungen

WirdderDampfineinekalteLeitunggeschickt,dannfälltzunächst sehr viel Kondensat an, wie wir soeben gesehen haben. Steigt der Druck in der Dampfleitung zu schnell an, dann wird das Kondensat mit viel zu hoher Geschwindigkeit durchdieLeitungengejagtundverursachtSchädenanLei-tungen, Armaturen undWärmetauschern – auch bei rich-tigerAnordnungderEntwässerungseinrichtungen.Deshalbmuss die Inbetriebnahme kleiner wie großer Anlagen lang-sam erfolgen.

Noch ein anderer wichtiger Grund spricht für langsames Aufheizen:DasLeitungsrohr erwärmt sichdann gleichmä-ßiger, so dass die Spannungen im Material klein bleiben. Wird der Dampfdruck dagegen rasch erhöht, dann sam-melt sich unten im Rohr kühleres Kondensat, während die Rohroberseite von merklich heißerem Dampf berührt wird. Unter- und Oberseite des Rohrs haben dann unterschied-liche Temperaturen und verlängern sich demzufolge unter-schiedlich,sodasssichdieLeitungu.U.trotzeinwandfreierMontageverbiegt;undichteFlanschverbindungensinddieFolge.

Wieunvermutet großdiesesBestreben, sich zu verlängern,ist,zeigteinekurzeRechnung:Eine25mlangeRohrleitungDN50 führeuntenKondensatvon145°C,obenSattdampfvon170°C(pe=7bar),sodassderTemperaturunterschiedzwischen Rohroberseite und Rohrunterseite im Mittel nur etwa25Kbeträgt;nachderFormelvonKapitel4.4wirdsichdieOberseiteum7mmmehrverlängernalsdieUnterseite.DieshatzurFolge,dasssichdasRohrinderMittedes25mlangenStücksumrd.400(vierhundert)mmausderNormal-lage anheben möchte. Zwar wirken Halterungen, Rohrge-wicht und entstehende zusätzliche Rohrspannungen dieser Verbiegung entgegen, aber Sie werden wohl nicht bezweifeln, dass erhebliche Materialbeanspruchungen auftreten.

In den dickwandigeren Rohrleitungsteilen wie Flanschenund Armaturen entsteht beim raschen Anwärmen auch eine beträchtliche Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Außenseite. So entsteht wieder ein Verbiegungsbestreben, das gefährlicheSchäden zurFolgehabenkann, zumaldiedickwandigeren Armaturen häufig aus weniger elastischen Gußwerkstoffen bestehen.

Größere,seltenanzufahrendeLeitungenwerdenhäufig„vonHand“inBetriebgenommen:AndenEntwässerungsstellenwerdenAblassventilevonHandgeöffnet(eigentlichmüssensie schon von der Außerbetriebnahme her geöffnet sein),dannderDampfindieLeitunggelassenundderDrucklang-

Dampfpe = 10 bar184 °C

Luft

Dampf

Oberfläche 115 °C

Oberfläche 175 °C

Kapselelement

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4 – Die Dampfleitung

samerhöht.WennkeinKondensatmehranfällt,werdendieEntwässerungsventilewiedervonHandgeschlossen.

Diese Handhabung ist vor allem bei Dampfleitungen zu Tur-binen wichtig. Jede Automatik kann nämlich einmal ausfal-len, und dann wäre der Schaden an der Turbine sehr groß.

WerdenLeitungen, die imDauerbetrieb stets ausreichendüberhitzten Dampf führen, beim Anfahren von Hand ent-wässert, dann genügen wenige Kondensatableiter, denn es fällt nach dem Aufheizen praktisch kein Kondensat mehr an. Voraussetzung ist allerdings, dass stets so viel Dampf strömt, dassdieÜberhitzungtatsächlichnichtverlorengeht;strömtnämlichwenigeralsbeiderBerechnungderLeitungange-nommen wurde, dann kühlt sich der Dampf durch die im-mervorhandenenWärmeverlustederLeitungraschabundes bildet sich Kondensat. Dass alle Tiefpunkte entwässert werden müssen, wurde bereits gesagt.

In den meisten Fällen wird jedoch die automatische An-fahrentwässerung der Leitungen durch KondensatableitergrößereZuverlässigkeitundWirtschaftlichkeitermöglichen.Dies gilt besonders für alle häufig aufzuheizenden Dampf-netze.

Ob von Hand oder automatisch „angefahren“ wird, ob die Anlagegroßoderkleinist,stetsgiltdieRegel:

Dampfleitungen dürfen nur langsam aufgeheizt werden.

Freilich,mit der Angabe „langsam“ können Sie nicht vielanfangen, wenn Sie nicht schon erhebliche Erfahrungenhaben (und dann brauchen Sie solche Regeln nicht). Der-artigeErfahrungenlassensichabernichtvoneinerAnlageaufeineandereübertragen.BetrachtenSieesdeshalbnurals Anhaltspunkt – und natürlich unverbindlich –, wenn wir Ihnen vorschlagen, den Druck niemals schneller als in 3bis5MinutenvonnullaufdenEnddruckzuerhöhen;jenach Verhältnissen sind bis zu 20 Minuten, bei großen An-lagen noch mehr Aufheizzeit vorzusehen. Die Aufheizzeit ist nicht schon dann richtig, wenn keineWasserschläge undUndichtheitenauftreten,sondernwennsichLeitungenundArmaturen gleichmäßig erwärmen können und wenn keine hohen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten.

4.12 Der Lufteinfluss im Dampf

Der Druck eines Gasgemisches ergibt sich aus der Summe derEinzeldrücke.BeieinemGemischausLuftundDampfist daherGesamtdruck=PartialdruckDampf+PartialdruckLuft

Beispiel: 10 bar Druckanzeige am Manometer10%Luftanteil

Gesamtdruck10bar=9barDampfdruck+1barLuftdruck

Bei 10 bar Druck würdeman eine Dampftemperatur von184,1°Cerwarten(WasserdampftafelKap.1.7).Tatsächlichist jedoch nur 9 bar Dampf-Partialdruck vorhanden, d.h.dieTemperaturbeträgtnur179,9°C!

ZusätzlichzurHerabsetzungderTemperaturführtdieLuftzuschlechterenWärmedurchgangskoeffizienten,Beispiel:

Luftanteil [ %] Wärmedurchgangs-koeffizient [W/m²K]

0 1800

1 1590

2 1430

3 1300

4 1180

Schlechte Entlüftung ändert also sämtliche Berechnungs-grundlagen für einenWärmetausch. Schlechte EntlüftungistvielöfterdieUrsache fürFehlstörungenvonProzessenalsmangemeinhindenkt.WeramkleinenEntlüfterspart,der spart an der falschen Stelle und muss überdimensional mehrfürdenWärmetauscherausgeben.

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4 – Die Dampfleitung

5.1 Dampftrockner, Abzweigungen, Dampfverteiler

Viele Dampferzeuger liefern keinen überhitzten Dampf, mancheschickenmitdemDampfsogarsehrvielWasserindieLeitung.SelbsteineanfänglicheÜberhitzungkanndurchdieWärmeverlustederLeitungverlorengehen,sodassderDampf „nass“ wird.

WosolcheVerhältnissevorliegen,istVorsichtgeboten.Für„trockenen“DampfisteineGeschwindigkeitvonz.B.25m/s durchaus angebracht und normal. Nassdampf wirkt aber wieeinSandstrahlgebläse:Diemit90km/hdurchdieLei-tung schießenden Wassertröpfchen zersägen – buchstäb-lich! – Leitungen und Ventilsitze oder bohren Löcher inRohrbogen. Diese sogenannte „Erosion“ ist deshalb eineziemlichteureAngelegenheit.AußerdembehindertWasserim Dampf den Wärmeübergang in den Wärmetauschern, reduziertalsoderenLeistung.

Aus diesenGründen versuchtman, dasWassermöglichstrasch aus dem Dampf zu entfernen durch den Einbauvon „Wasserabscheidern“ indie Sattdampfleitungen, auch

„Dampftrockner“ genannt.

Die Wassertropfen werden an die Prallbleche geschleu-dert und laufen von diesen zum Boden des Gerätes. Dader Querschnitt des Trockners mehrfach größer ist als der Querschnitt der Dampfleitung, strömt der Dampf im Gerät solangsam,dasserdasWasservondenPrallblechennichtlosreißen kann, vorausgesetzt natürlich, der Trockner wird richtig entwässert.

Das Prinzip ist einfach, aber auch hier kommt der Schweiß vor demPreis (= Erfolg), d.h. es bedarf langwieriger Ver-suche, um Dampftrockner mit zufriedenstellendem Trock-nungseffekt zu entwickeln: Bei zu hoher Dampfgeschwin-digkeitimTrocknerwirddaszuerstabgeschiedeneWasserwieder mitgerissen – bei zu kleiner Dampfgeschwindigkeit wandert dasWasser mit dem Dampf um die Prallplattenherum.

DieEntwässerung vonDampftrocknern sollte nicht durchdie rückstauenden Bimetall- oder Kapselableiter erfolgen.ErsteWahlsindKugelschwimmer-undThermodynamischeKondensatableiter.

Da man sich mit gutem Grund so sorgfältig bemüht, das Wasser aus den Dampfleitungen zu entfernen, dürfte esauch verständlich sein, wenn man eine Abzweigung zur EntnahmevonDampfauseinerHauptleitungnichtuntenanschließt, wo evtl. Kondensat fließt, sondern stets an der OberseitederHauptleitung.AufdieseWeisekommtsowe-nigKondensatwiemöglichindieEntnahmeleitung.

5. Die Behandlung von Dampf

BeladenerDampf

TrockenererDampf

Entlüftung

Entwässerung

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5 – Die Behandlung von Dampf

Mehrere engbeieinanderliegendeEntnahmeleitungenwer-den nicht einzeln an die Hauptleitung angeschlossen, son-dernübereinenDampfverteiler:

Die ausreichend bemessene Entnahmeleitung führt zueinem größeren Rohrstück, dem „Verteiler“. Der größere Querschnitt des Verteilers sorgt dafür, dass die vom Ver-teiler ausgehenden Nebenleitungen gleichmäßig mit Dampf versorgt werden. Da der Verteiler mehrere Nebenleitungen zusammenfasst und an leicht zugänglicher Stelle montiert werden kann, vereinfacht er die Bedienung der Dampfan-lage und erleichtert die Übersicht. Da er einen Tiefpunktbildet, muss er entwässert werden, wobei der kleinste Kon-densatableiter im Allgemeinen ausreicht.

5.2 Entlüftung von Dampfleitungen

SchließlichmüssenwirbeimBauvonDampfleitungennochberücksichtigen,dasssichvielLuftindenLeitungenbefin-det,wenndieAnlageaußerBetriebist.ErstwenndieseLuftentfernt ist,kanndieAnlage ihrevolleLeistungerreichen,wie später noch bewiesen wird. Deshalb ist es wichtig, auch die Dampfleitungen zu entlüften.(WirsindbereitsinKap.4.10daraufeingegangen.)

Da die Luft, auch wenn sie mit Dampf vermischt ist, zuörtlichen Temperaturerniedrigungen führt, trägt eine gute EntlüftungderLeitungenauchdazubei,beimAnfahrenwieim Dauerbetrieb Temperaturdifferenzen im Material soweit wie möglich zu vermeiden und so die Materialbeanspru-chung zu verringern.

Luft ist bei gleichem Druck schwerer als Dampf; in denDampfleitungen geht es wegen der hohen Strömungsge-schwindigkeitenjedochso„turbulent“zu,dassdieLuftkeineChancehat,sichvorwiegendamBodenderLeitungabzuset-zen.BeimAnfahrenvermischtsichderDampfteilweisemitderLuft,teilsschiebtersievorsichherdurchdieLeitungen.

Wir sehen deshalb am Ende der Dampfleitung stets Ent-lüfter vor. Auch wenn ein eingesetzter Kondensatableiter bereitsüberguteEntlüftungseigenschaftenverfügt.Beilän-gerenLeitungenwirdmanauchimVerlaufderLeitungnocheinigeEntlüftungspunkteanordnen.BeiderGestaltungderEntlüftungsstellenundbeiderAus-wahlderGeräteistzubeachten,dassLuftnichtnurbeiderInbetriebnahmederLeitungzuentfernen ist.Luftundan-derenichtkondensierendeGase,z.B.Kohlendioxid,werdenvomDampferzeugerauchwährenddesBetriebesmitdemDampfvermischtindieLeitungengeschickt,wenndasKes-selspeisewasser nicht sehr sorgfältig aufbereitet und entgast wurde, also besonders in kleineren Anlagen.

AlsEntlüftersindthermischeKondensatableiterbesondersgeeignet:Schnellentleerer,ThermischerKapsel-Kondensat-ableiterundBimetall-Kondensatableiter(Kapitel7).

DieseGerätewirkenbeientsprechendemEinbaugleichzei-tig alsBelüfter:BeiAußerbetriebnahmederDampfleitungöffnensiefrüheroderspäterundlassenLuftindieAnlage,sodasseinerestloseEntwässerungmöglichist,zumindestaberkeinKondensatindieDampfleitungenundWärmetau-scher zurückgesaugt wird.

AufdieWirkungsweisederEntlüfterwirdspätereingegan-gen. Hier soll lediglich noch darauf hingewiesen werden, dassLuftbzw.SauerstoffundKohlendioxidzusammenmitWasserbesonderskorrosivwirkt;deshalb istesgünstiger,denAusgangdesEntlüftersübereinenTrichterandieKa-nalisation anzuschließen, als Luft oder Luft/Dampf-Ge-mische in die Kondensatleitung zurückzuführen, wodurch jaauchdieWirksamkeitalsBelüfterwegfiele.

Trotzdemwird häufig der letztereWeg gewählt, weil derEntlüfterimAllgemeinenauchwährenddesBetriebeszeit-weise öffnet, um Luft/Dampf-Gemische abzulassen (odereinfach deshalb, weil er sich an einem nicht durchströmten Rohrende befindet, das sich langsam abkühlt). Dann ent-weicht aber bei Montage zwischen Entlüfter und Ablauf-trichteretwasDampfindieUmgebung,wasmitunterstört.Bei stärkerer Abkühlung oder beim Anfahren der Anlage

Kondensatableiter

Ablauftrichter

Entlüfter

Dampf

Blindflansch

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5 – Die Behandlung von Dampf

kannauchKondensat,d.h.Wasser,austreten,weshalbeinWasserabflussstetsvorgesehenwerdenmuss.

EinfesterAnschlussdesEntlüftersandieKanalisationistjedochnichtzulässig:BeimAbschaltenderAnlageentstehtinderDampfleitungeinUnterdruckundetwagleichzeitigöffnet der Entlüfter; dadurch könnte Schmutzwasser ausderKanalisationindieDampfanlagegesaugtwerden.Wirdanderseits der Entlüfter einmal defekt oder nur undicht,dann bliese Dampf in die Kanalisation, was zu Schäden an der Kanalisation und zu empfindlichen und schlecht er-kennbaren Dampfverlusten führen kann.

5.3 Druckreduzierung

IndenmeistenBetriebenarbeitenDampfverbrauchermitunterschiedlichenDampfdrücken.DerEinsatzeineshohenDampfdrucks kann nötig sein, weil ein Prozess eine hohe Temperatur erfordert– z.B.Aufheizenauf200°C–oderwennderWärmetauscherwegenderhohenDampftempe-ratur die geforderte Leistungmit einer kleinerenWärme-tauscherflächeerbringt (sieheKapitel6)undderApparatdeshalbtrotzdeshöherenBetriebsdrucksbilligerist.

Anderseits gibt es Prozesse und Apparate, bei denen der Dampf eine bestimmte Temperatur oder einen bestimm-ten Druck nicht überschreiten darf. Es wird Ihnen nichtschwerfallen, hierfür aus Ihrem eigenen Arbeitsbereich Beispielezufinden.

Nunwäreesnatürlichvielzuaufwendig,fürjedenbenötig-tenDruckeinenDampferzeugeraufzustellen.Eswirdviel-mehr ein Kessel installiert, der Dampf mit dem höchsten im BetriebbenötigtenDruckerzeugt;DampfvonniedrigeremDruck erhält man aus dem Hochdruckdampf durch den EinsatzvonReduzierventilen.

EineReduzierung desDampfdruckes ist auch dann erfor-derlich, wenn fremdbezogener Dampf (aus einem Fern-dampfnetzodervoneinemNachbarbetrieb)fürdieeigenenZwecke einen zu hohen Druck hat.

Die Reduzierung und Regelung des Dampfdruckes ist mit-unter zur Temperaturregelung eines Produktionsprozesses geeignet. Sie wissen, dass kondensierender Dampf bei einem bestimmten Druck eine genau bestimmte Tempera-turhat:Sattdampfvonpe=3barhat 144°C (DampftafelSpalte 3). Man kann deshalb die Temperatur anWärme-tauscherflächen regeln, indem man den Sattdampfdruck konstant hält. Von dieser Möglichkeit wird dann Gebrauch gemacht, wenn man mit dem Temperaturfühler nicht oder nur schlecht an die Stelle herankommt, deren Temperatur geregelt werden soll.

Beispiel: Um die Temperatur eines dampfbeheizten rotie-rendenTrockenzylindersaufz.B.140°Czuregeln,wäreeinekostspielige Temperaturmesseinrichtung nötig. Einfacher

beigleichemErfolgistesindiesemFall,denDampfdruckim Trockenzylinder auf etwa pe=3bareinzustellen.DaderDruck im Zylinder überall gleich ist, ist damit auch eine gleichmäßige und bei konstantem Druck auch zeitlich kon-stanteTemperaturderZylinderwandzuerwarten.(EinigeVersuche werden zeigen, ob der Dampfüberdruck auf 2,8 bar, 3barodereinenanderenWerteingestelltwerdenmuss,umdiegewünschteZylindertemperaturzuerreichen).Voraus-setzung ist allerdings eine sofortige Kondensatableitung, denn bei Kondensatstau im Zylinder sinkt die Temperatur ab(vgl.Kapitel7).

In größeren Anlagen wird der Dampf prinzipiell unter hö-herem Druck durch das Leitungsnetz geschickt und erstbeimVerbraucheraufdenzulässigenWertreduziert.DennjehöherderDruckist,destokleineristdasDampfvolumenund desto kleiner kann (bei etwa gleicher Geschwindig-keit)dieRohrleitungsein,destoniedrigerwerdenalsodieErstellungs- und Betriebskosten für Leitungen, Isolation,Stützkonstruktionen,laufendeWärmeverluste,etc.,bisbeieinembestimmtenDruckdieEinsparungenkleinerwerdenals die Mehrkosten wegen des höheren Drucks für den Kes-selundLeitungensowiefürdieArmaturen.Die Druckregelung, die dazu notwendigen Komponenten und die Auslegung der Regelorgane sind in Kapitel 10 be-schrieben.

5.4 Der Trocknungseffekt, überhitzter Dampf

Schließlich noch ein Wort zur Veränderung des Dampf-zustandes bei der Druckreduzierung. Wird überhitzterDampf reduziert, ohnedassmerklichWärmenach außenabgegeben wird, dann ist der Dampf auch nach der Redu-zierungüberhitzt:AusDampfvon15bar/300°CwirdbeiReduzierungauf3barDampfvon270°C;vorderReduzie-rung lag dieDampftemperatur (300°C) rund 100KüberderSattdampftemperatur(200°C);nachderReduzierungliegt die Dampftemperatur (285°C) rund 142 K über derSattdampftemperatur(143°C);dieTemperaturistzwarge-sunken,dieÜberhitzungistabergestiegen.(Wiedasausge-rechnetwird,sollunserstspäterbeschäftigen.)

Sattdampf ist dagegen in Wirklichkeit meist mehr oderweniger „feucht“, d.h. er enthältKondensat in Formklei-ner Tröpfchen.Wird der Druck reduziert, dann wird einTeil dieser Tropfen zuWasserdampf, so dass der Dampf„trockener“ wird. Je nach dem ursprünglichen Wasserge-halt ist der reduzierte Dampf noch feuchter Dampf oder DampfmitgeringerÜberhitzung:Aus15-bar-Dampfmit4Gewichtsprozent Wasseranteil (Temperatur 200°C) wird3-bar-Dampf mit 1% Wasseranteil und 143°C (der Satt-dampftemperatur bei 3 bar); aus 15-bar-Dampf mit nur2%WasseranteilwirdDampfvon3bar/152°C,alsomit9K über der Sattdampftemperatur (d.h. 9 K überhitzt); indiesemFallsindbeiderReduzierungalleWassertröpfchenverdampft.

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5 – Die Behandlung von Dampf

Regel:Sattdampf wird bei Druckreduzierung trockener oder leicht überhitzt. Überhitzter Dampf bekommt bei der Druckreduzierung zwar eine niedrigere Temperatur, die Überhitzung ist aber nach derReduzierung größer alsvorher.

Mehr zum Thema Heißdampf in Kapitel 6.8.

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6 – Der Wärmetausch

6. Der Wärmetausch

DiebisherigenKapiteldiesesBuchesbeschäftigtensichmitdenEigenschaftenvonDampfundmitderDampfverteilung.SosindwirnunbeimWärmeverbraucherangekommen:Im„Verbraucher“wirddemDampfdieWärmeenergieent-nommen und dem Produkt bzw. dem Prozess zugeführt. VomStandpunktderEnergieversorgungwirdderVerbrau-cher deshalb allgemein als „Wärmetauscher“ bezeichnet.Dabei ist hier natürlich der beabsichtigte Wärmetauschgemeint, nicht etwa der ungewollte, aber nicht zu verhin-derndeWärmeverlustz.B.derDampfleitungen.

Ausführlichere Informationen zum Wärmetausch und zuWärmetauschern finden Sie in unseren „Grundlagen desEinsatzesvonWärmetauscherninDampfanlagen“.

6.1 Wärmetauscher

EswürdedenRahmendiesesBuches,derjademKreislaufDampf und Kondensat gewidmet ist, weit sprengen, woll-tenwiraufdieWärmetauscherimEinzelneneingehen.DerWärmetauschist janichtSelbstzweck,sonderndienteinerAufgabe; diese Aufgabe bestimmt deshalb die konstruk-tiven Einzelheiten des Wärmetauschers und die Ausfüh-rungsmöglichkeiten sind so vielgestaltig wie die Zahl der Anwendungen. Deshalb wollen wir uns hier nicht mit der BerechnungundderAusführungvonWärmetauschernbe-fassen,sowichtigundinteressantdiesetechnischenFragenauch sind, sondern uns auf die Betriebsweise und die Be-triebsbedingungen im Hinblick auf Dampf und Kondensat beschränken.

DampfbetriebeneWärmetauscherhabendieAufgabe,Wär-meenergie von Dampf durch die Heizfläche auf einen ande-ren Stoff zu übertragen. Schematisch ist das in der folgenden Abbildungdargestellt:

InderMehrzahlderFällesolleinWärmetauscherbestimm-ter Baugröße eine möglichst hohe Leistung haben, damitman, einfach gesagt, mit möglichst geringen Anschaffungs-kosten möglichst viel erreicht.

Nochmals:WärmetauschersollenWärmeübertragen.Des-halbgibtmandie„LeistungeinesWärmetauschers“durchdenWärmestrom Q inW (Watt) oder kW (Kilowatt) an.Dabeierinnernwirunsdaran,dass1W=1J/sund1kW= 1 kJ/s ist.

Wieviel Dampf in kg/h benötigt eigentlich einWärmetau-scher?BerechnenlässtsichdasmitderFormel

m =Q·3600/∆hv

m Dampfmenge in kg/hQ LeistunginkW∆hv Verdampfungs-/Kondensationswärme in kJ/kg

AlsFaustformelkannindenüblichenindustriellenAnwen-dungen m =1,7·Qverwendetwerden.Ein500-kW-Wärme-tauscherbenötigtalso850kg/hDampf.

Wovon hängt die Leistung einesWärmetauschers ab? Be-trachten wir als einfaches Beispiel den Heizkörper imWohnzimmer: Je höher die Temperatur desHeizungswas-sersund jegrößerderHeizkörper ist,destogrößer istdieHeizleistung, der Wärmestrom.WasausdemHeizkörperinsZimmerkommtgehtdurchdasFensterwieder hinaus: je größer die Fensterfläche und jegrößerderUnterschiedzwischenRaum-undAußentempe-ratur, desto schneller.Wirwissenaberauch,dassbeigleicherGrößeundgleichemTemperaturunterschiedeinDoppelfensterwenigerWärmedurchlässtalseineeinfacheVerglasung.DieLeistungeinesWärmetauschershängt alsonochvonweiterenGrößenab–leidervonziemlichvielen:Wanddicke,MaterialundOber-flächenbeschaffenheit der Heizfläche, Dicke des Kondensat-films, Strömungsgeschwindigkeit der Stoffe, Ablagerungen auf der Heizfläche, usw. usw.

ManhatfürdieseEinflüsseErfahrungswerteundkanndes-halb unter bestimmten Annahmen und mit beträchtlichen SicherheitszuschlägenWärmetauscher berechnen. Für dietatsächlicheLeistungdesApparatsfasstmanalledieseFak-toren in dem „Wärmedurchgangskoeffizienten“ k zusam-menundstelltfest:

Wärmedurchgangskoeffizient k:Pro Quadratmeter Heizfläche und je Grad Temperatur-differenz zwischen heizendem und beheiztem Stoff über-trägt der Wärmetauscher x kJ pro Sekunde. Der Wärme-durchgangskoeffizient wird deshalb angegeben in der Dimension W/m² K.

Indiesemwichtigenk-WertstecktalsosowohldieGeschick-lichkeit des Wärmetauscher-Konstrukteurs als auch dieSorgfaltdesBetreibersderAnlage:GünstigeStrömungsver-hältnisse einerseits, richtige Installation, gute Entlüftung,

ÜbertrageneWärme

Heizfläche

BeheiztesMedium

Temperatur t2

HeizendesMedium

Temperatur t1

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6 – Der Wärmetausch

Sauberhaltung der Heizfläche anderseits sind von entschei-denderWichtigkeitfürdieLeistungvonWärmetauschern.

Fassenwirzusammen:

DerWärmestromQ (W)einesWärmetauscherssteigtmitdemWärmedurchgangskoeffizienten k,mit derGrößederHeizflächeA (m²) undmit der Temperaturdifferenz t1 – t2 (K)zwischenheizendemundbeheiztemStoff.Als„Wärme-tauscherformel“ oder „Wärmedurchgangsformel“ geschrie-ben:

Q = k · A · (t1 – t2) (W)

DieFormelkannauchk=Q /A(t1 – t2)geschriebenwerden.Darausistersichtlich,dassderk-Wertin(W/m²K)gemes-sen wird.

Wie Sie sehen, ergibt sich dieser Zusammenhang zwangs-läufig aus denUmständen. Es handelt sich um einNatur-gesetz,dasganzallgemein fürdieWärmeübertragungvoneinemStoff durch eineWand an einen anderenStoff gilt:fürdenWärmeverlust IhrerWohnungebensowie fürdenWärmetauscherinderRaffinerie.

Ob dieses Gesetz nun neu für Sie ist oder schon lange zum festenBestandIhresWissensgehört–beiderBeurteilungder Vorgänge im Dampf-Kondensat-Netz müssen wir es stets vor Augen haben und zu Rate ziehen.

6.2 Der Wärmedurchgangskoeffizient k

Mit dem im vorigen Kapitel eingeführten Wärmedurch-gangskoeffizienten,auchkurz„k-Wert“genannt,habenwiruns zwar zunächst vor der Berücksichtigung von Einzel-heitenderWärmetauschergedrückt;daderk-WertaberdieLeistung eines Wärmetauschers ganz entscheidend beein-flusst,ergibtsichnundieFrage:Wiegroßistk?Im Grunde ist das Problem durch den k-Wert natürlichnicht einfacher geworden: Für die Berechnung einesWär-metauschersistdieBerücksichtigungderEinzelheitennichtzu umgehen.

Für eine überschlägige Berechnung des KondensatanfallsvondampfbetriebenenWärmetauschernkannmanfolgendek-Wertezugrundelegen:

beheiztes Medium k-Wert W/m² · K

Luft 10

Öl 100

Wasser 1000

Merkenwirunsdazunochdenungefährenk-WertfürdenWärmeübergangvonWasserdurcheineWandaufWasser:

k(Wasser/Wasser)=300(W/m²K)

Heizmedi-um (Stoff 1)

Beheiztes Medium (Stoff 2)

Umlauf k-Wert [W/m² · K]

Gas Gas 1 bar erzwungen 5–10

Gas Gas 200 bar erzwungen 100–400

Flüssigkeit Gas 1 bar erzwungen 10–40

Flüssigkeit Gas 200 bar erzwungen 200–600

Flüssigkeit Flüssigkeit natürlich 50–600

Flüssigkeit Flüssigkeit erzwungen 100–1200

Dampf Gas natürlich 5–10

Dampf Gas erzwungen 15–60

Dampf Flüssigkeit natürlich 100–1000

Dampf Flüssigkeit erzwungen 600–3000

Aus diesen Zahlenwerten können wir zunächst zwei wichtige Folgerungenziehen:

VonDampfgehtdieWärmeanWasserhundertmalbesseralsanLuft.DasisteinerderGründe,warumDampfanlagenundWärmetauschergutentlüftetwerdenmüssen.SchlechtentlüfteteAnlagenhabeneineschlechteLeistung.Undwei-ter:

VonDampfgehtdieWärmeanWasserdreimalbesseralsvonWasserdurchdieHeizflächeanWasser.Das ist einerder Gründe, warum das Kondensat so schnell wie möglich aus demWärmetauscher entfernt werden sollte. SchlechtentwässerteWärmetauscherhabeneinegeringereLeistung.

EineAusnahmevonderletztenRegelbildennurbilligeWär-metauscher wie Heizschlangen, Raumheizkörper, Begleit-heizungen: Bei diesen Anlagen kann man das Kondensatanstauen, um die Kondensatwärme auszunutzen; den ge-ringerenk-WertunddieniedrigereTemperaturgleichtmandurch Vergrößerung der Heizfläche A aus, so dass man nach Q =k·A·(t1 – t2)dennochdiebenötigteLeistungerhält.

6.3 Ungeregelte Wärmetauscher

Sie wissen, dass der Dampf ein viel größeres Volumen ein-nimmtalsdasKondensat.Wenn1LiterDampfbeipe=5barkondensiert,entstehtnureinTeelöffelvollKondensat(Spal-te7derDampftafel:Bei5baristdasVolumendesDampfesrund 0,32 / 0,001 = 320mal größer als das Volumen dergleichenGewichtsmengeKondensat).

Durch die Kondensation des Dampfes entsteht also im Dampfraum ein „Loch“, in das sofort Dampf nachströmt.DasistjaeinerderVorteiledesDampfes:dassernichtge-pumpt werden muss, sondern freiwillig dorthin strömt, wo er benötigt wird.

Die Erklärungmit dem „Loch“ ist nicht wörtlich gemeint.Dampfistjasehrbeweglich;sowieDampfkondensiert,ver-ringert sich der Druck an der Kondensationsstelle etwas, undneuerDampf strömtnach.Wird diesesNachströmennicht durch zu kleine Zuleitungen oder enge Querschnitte

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6 – Der Wärmetausch

des Dampfraumes behindert, dann sinkt der Druck im Kon-densationsbereich nur wenig unter den Dampfdruck in der Leitung.DamitdemDruckdeskondensierendenDampfesseine Temperatur fest verbunden ist, ist auch die Tempera-tur im Dampfraum etwa konstant.

Wie steht es abermit der Temperatur des beheizten Stof-fes?Mit einemder üblichen elektrischenRaumheizgerätekönnen Sie ein kleines Zimmer schnell erwärmen – stel-len Sie das gleiche Gerät aber in einen großen Saal, dann istseinEinflussunmerklichgering,weildieGeräteleistungzukleinistimVergleichzumBedarf.Gleiches,nurnichtsoextrem, geschieht an jedem ungeregeltenWärmetauscher,derStoffeerwärmensoll:BeigeringemWärmebedarferhältder beheizte Stoff eine höhere Temperatur; bei steigendem Wärmebedarf(z.B.durchvergrößerteAbnahmeoderdurchniedrigereAnfangstemperaturdesStoffes)sinktdieTempe-ratur des beheizten Stoffes.

InmanchenAnwendungsfällenistdieseErscheinungdurch-auszulässig.Sollz.B.einSchmierölbehälterbeheiztwerden,umdasÖlpumpfähigzuhalten,sogenügtes,einefürdietiefste mögliche Außentemperatur ausreichende Dampfbe-heizung in Form einer Heizschlange vorzusehen. Bei hö-heren Außentemperaturenwird dasÖl dann zwar stärkererwärmt als für die Pumpfähigkeit nötig wäre, doch schadet dasdemÖlnicht.

Besonders einfach können solche ungeregelten Begleithei-zungen mit Bimetall-Kondensatableitern ausgeführt wer-den.

6.4 Geregelte Wärmetauscher

DienähereBetrachtungdesletztenBeispielsführtunsaberschoneinenSchrittweiter:Wirnahmenan,dassdiehöhereÖltemperaturnichtschadet–sienütztaberauchnicht,istalso unnötig. Das heißt, die zwangsläufig für die tiefste Au-ßentemperatur ausgelegte Tankbeheizung ist während viel-leicht95%derHeizzeitunnötig stark, verbrauchtdeshalbmehrDampfalsnötigwäre,istzuteuer.EsistbeimÖltankalsonichtandersalsbeiderBeheizungvonWohngebäuden:UngeregelteHeizungenführenzuschockierendenHeizungs-rechnungen.(DieTankbeheizungwirdallerdingsnichtvomGehalt des Betriebsingenieurs abgezogen. Für einen ein-zigen Tank von 8 m Höhe und 4 m Durchmesser, ohne Iso-lation,wärendasbeieinernur5KhöherenTanktemperaturalsnötigetwa250€monatlichunnötigeBetriebsausgaben–ausgerechnetmitHilfeunsererWärmetauscherformelmitk=10undDampfkostenvon30€jeTonne.)In unserem Beispiel nahmen wir an, dass höhere Tempe-raturdemÖlnichtschadet.InderPraxisgibtesabervieleStoffe, die einerseits beheizt werden müssen, anderseits aber eine bestimmte Temperatur nicht überschreiten dür-fen, weil sie sonst verdampfen, sich zersetzen oder andere verboteneDinge tun.EineinfachesBeispielhierfür isteindampfbeheizterWarmwasserboiler.BleibtdieHeizschlangestets unter Dampfdruck von pe=5bar/159°C,dannwirddasBoilerwasser bei geringerEntnahme zu kochen begin-nen.Ergebnis:DerDruckimWarmwassersystemsteigtaufpe=5barodereinSicherheitsventilblästdauerndundstarkDampf ab und damit Geld in den Himmel.

SchließlichistesnochhäufigderFall,dassdieTemperaturdes beheizten Stoffes auch bei schwankendem Verbrauch nur wenigschwankendarf.LufterhitzersinddafüreineinfachesBeispiel:BeiderRaumbeheizungwirdeinTemperaturfüh-ler imRaumdieKondensation imLufterhitzer so steuern,dassdieRaumtemperaturtrotzSonneneinstrahlung,Wind-anfall und schwankender Außentemperatur nur unmerklich schwankt. Soll dagegen ein empfindliches Produkt bei hö-herer Temperatur im Luftstrom getrocknet werden, dannkanneineTemperaturregelungmitFühlerimLuftstromfüreineLufttemperatur sorgen, dieumnichtmehr als einigeZehntelGradvomgewünschtenWertabweicht.

FassenwirdieseGesichtspunktezusammen:

Wärmetauscher müssen geregelt werden, wenn• größereTemperaturschwankungenunzulässigsind• bestimmteTemperaturennichtüber-oderunter-

schritten werden dürfen• dieAnlagemitgrößtmöglicherWirtschaftlichkeit

arbeiten soll.

Bimetall-kondensatableiter

Begleitheizung

Dampf

Bimetall-Kondensatableiter

Heizschlange

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6 – Der Wärmetausch

6.5 Dampfseitige Regelung von Wärmetauschern

UmbeimThemaunseresKurseszubleibenundunsnichtinRegelungs- und Verfahrenstechnik zu verlieren, müssen wir unsnunwiederaufdieBetrachtungderDampf-undKon-densatseitebeschränken.WasesdazuindiesemundindenfolgendenKapitelnzusagengibt,istallerdingssehrwichtig:Mangelndes Verständnis dieser Vorgänge verhindert allzu oftdieBeseitigung vonerheblichenStörungen imProduk-tionsablauf.

DiedampfseitigeRegelungvonWärmetauschernerfolgtimAllgemeinendurcheinRegelventil,dasvordemWärmetau-scherdenDampfdurchflussnachBedarfverändert:

Alle derartigen Regelventile vergrößern oder verringern eine Durchflussöffnung und setzen so der Dampfströmung einen größeren oder kleineren Durchflusswiderstand entgegen. Der Dampf erfährt am Regelventil also einen Druckabfall, dessenGrößevonder jeweiligenStellungdesRegelventilsabhängt. Entsprechend dem augenblicklichenDruck stelltsich – genau nach Dampftafel – die Kondensationstempe-ratur t1 im Dampfraum ein. Durch Veränderung des Dampf-drucks verändert das Regelventil also die Temperatur im DampfraumundbeeinflusstsoschließlichdieWärmeabga-be Q desWärmetauschers,diejanachderFormelQ =k·A·(t1 – t2)mitderTemperaturt1steigtundfällt.Also:

Dampfseitige Regelung von Wärmetauschern ist stets mit schwankendem Druck im Dampfraum verbunden, und der unter 6.10 beschriebene Rückstaueffekt wirkt sich negativ aus.

Ohne diesen Druckabfall am Regelventil ist eine Regelung nicht möglich. In Kapitel 11 werden Sie sehen, dass zu einer guten Regelung sogar ein Druckabfall am Regelventil von mindestens10bis20%erforderlichist.DieseTatsachewirdaberbeiderAuswahlderWärmetauscheroftaußerAchtge-lassen. Sie wirkt sich meist nur deshalb nicht aus, weil die Leistungen so stark mit Sicherheitszuschlägen versehenwerden, dass die Geräte größer sind als nötig. Das ist aller-

dingsverständlich,denneinunnötiggroßerWärmetauscherbeeinflusst „nur“ den Preis und die Regelung, ein zu kleiner aber führt stets zu Reklamationen.

BeispielfüreinendampfseitiggeregeltenWärmetauscher:

Dampf

Kondensat

Temperatur-fühler

Regel-ventil

Wärme-tauscher

Kondensat-ableiter

p1

p2

p1 > p2

p1

p2

p1 = p2

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6 – Der Wärmetausch

6.6 Ablaufregelung von Wärmetauschern

Prinzipiell gibt es noch eine Alternative zu der soeben be-schriebenenRegelung:MansetztdasRegelventilindenAb-laufdesWärmetauschers.

AufdenerstenBlickscheintdieseineeleganteLösung:dasRegelventil darf kleiner und damit billiger sein, weil es das kleinere Kondensatvolumen und nicht das Dampfvolumen durchlassen muss und eine höhere Druckdifferenz verfüg-bar hat, und der Druck im Dampfraum und damit die Tem-peraturbleibtetwakonstantaufdemmaximalenWert.

DieVorteiledieserRegelungsind:

• AusnutzungderRestenergiedesheißenKondensats,d.h.ca.10•15%Dampfersparnis

• niedrigeKondensattemperatur,inAnlagenmitspeziellerKondensataufbereitung (z.B.Aktivkohlefilter) zwingendvorgeschrieben

• geringe Nachverdampfung und damit keine Druck-probleme,GeräuscheoderWasserschlägeimKondensat-system

• kostengünstigeAusführungderRegelventile.

Diese Art derWärmetauscher-Regelung bietet also einigeVorteile,dieinderPraxisjedochnurdannsinnvollgenutztwerden können, wenn die folgenden Rahmenbedingungen strikteingehaltenwerden:

1. DasKondensatstaut indenWärmetauscherzurück.Ander Grenzfläche zwischen Dampf und Kondensat besteht erhöhte Korrosionsgefahr, vor allem wenn der Dampf ungenügend entlüftet wurde. Aus diesem Grund darf für kondensatseitiggeregelteWärmetauschernurEdelstahlalsWerkstofffürdieHeizseiteeingesetztwerden.

2. Relativ kühles Kondensat kommt mit heißem Dampf in Berührung.AnderOberflächeimplodiertderDampfundes entstehen kleine Druckschläge und Geräuschbildung. Auf die optimierte Auslegung des Wärmetauschers ist

daherbesonderenWertzulegen.PlattenwärmetauscherfürDampfbietensichwegendergeringerenBerührungs-fläche zwischen Dampf und Kondensat besonders an.

3. Kondensat muss sich im Wärmetauscher stauen undwird durch ein relativ kleines Regelventil abgeführt. Aus diesemGrundistdieseArtderWärmetauscher-Regelungrelativlangsam.FürschnelleProzessekannsienichtein-gesetztwerden.TypischerEinsatzdieserRegelungistderHeizungsprozessmitrelativstabilenBetriebsparametern.

4. DasRegelventil (eigentlicheinWasserregelventil)mussbesondersexaktausgelegtwerden.AufjedenFallisteinezu große Dimensionierung des Regelventils unter allen Umständenzuvermeiden.

5.Da der Wärmetauscher zu großer Menge mit heißemKondensat gefüllt sein kann, kommt es beim schnellen Abschalten des Sekundärkreislaufes durch die zurück-bleibende Energiemenge zu Überhitzungen des Sekun-därmediums.Um diese „Überschwingungen“ zu verhin-dern, kann z.B. je nach Anlage ein Zwangsumlauf desSekundärmediums hilfreich sein. Der Dampfdruck des Sekundärmediums sollte höher sein als der Druck auf der Primärseite.

Alles in allem ist also die kondensatseitige Regelung eines dampfbetriebenen Wärmetauschers sehr interessant. WieimmerbeikomplexerenProzessengiltauchhier:„Gewusstwie“ hilft, einiges an Ärger und Problemen zu vermeiden.

BeispielfüreinenWärmetauschermitAblaufregelung:

6.7 Temperatur von Wärmetauschern

ImDampfraumdesungeregeltenWärmetauschers ist,wieinKapitel6.3gesagt,dieTemperaturannäherndkonstantund gleich der Sattdampftemperatur beim vorhandenen

Dampf

Kondensat

Temperatur-fühler

Regel-ventil

Wärme-tauscher

Kondensat-ableiter

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6 – Der Wärmetausch

Dampfdruck. Das entstehende Kondensat hat zunächst ebenfalls Sattdampftemperatur und wird sich bei richtiger EntwässerungbiszumVerlassendesWärmetauschersnurum wenige Grade abkühlen (etwa 1 bis 10 K unter Satt-dampftemperatur).

Beim dampfseitig temperaturgeregelten Wärmetauscherwird die Temperatur im Dampfraum zwischen dem Satt-dampfwert beim vollen Dampfdruck und der Temperatur desbeheiztenStoffes schwanken.Wirdz.B. ineinem tem-peraturgeregeltenGegenstromapparatÖlauf120°Cerhitztmittels Dampf von pe=10bar/184°C,dannschwanktdieTemperaturimDampfraumzwischenetwa120°C–beige-ringemÖldurchfluss–und184°CbeimaximalerLeistung.

6.8 Heißdampf

Wie sieht es imWärmetauscher bei der Verwendung vonüberhitztemDampfaus?BetrachtenwireinenFallderPra-xis:IneinergroßenTeppichfabrikisteinTrocknerinBetrieb,derHeißluftvon160°Cbenötigt.DerBetriebsleiterbatumÜberprüfung der Temperaturregler und der Kondensatab-leiter,weilnureineLufttemperaturvonetwa150°Cerreichtwurde,sodassderTrocknernichtdieerhoffteLeistunger-zielte. Temperaturregler und Kondensatableiter arbeiteten aber einwandfrei.

Esstelltesichheraus,dassdieLufterhitzermitDampfvonpe=3bar/260°Cgespeistwurden;dieLufteintrittstempe-ratur(vordenLufterhitzern)lagbeietwa80°C,daeinTeilderLuftumgewälztwurde.

Nunwaresklar:DieDampftemperaturlagmit260°Czwarsehr hoch, aber durch Abkühlung des Dampfes bei pe=3baraufdieKondensationstemperatur (144°C)werdennur247,5kJ/kgfrei,währendbeiderKondensationbei144°ClautDampftafel(Spalte5)2737,6kJ/kgabgegebenwerden.Dasheißt, rund90%derverfügbarenWärmemengemussbei144°Cabgenommenwerden,währendnur10%beihö-hererTemperaturübertragenwerden.SelbstbeieinerLuf-teintrittstemperaturvon10°ChättedieSolltemperaturvon160°C nur erreichtwerden können,wennman einen Teildes Dampfes durch die Lufterhitzer ohne Kondensationdurchgeblasenhätte.Eswarabermöglich,denDampfdruckaufpe=8barzuerhöhen,alsoaufeineKondensationstem-peraturvonrd.175°C,unddamitwarenalleSchwierigkeitenbeseitigt.

EntschuldigenSiebittedievielenZahlenangabenindiesemBeispiel.SiesollendemdaraninteressiertenLeserdieNach-rechnungermöglichen.FürunsereallgemeineBetrachtunggenügtdieFeststellung:Anfängliche Überhitzung des Dampfes verschwindet im Wärmetauscher schnell.

EineandereFrageistes,obdurchdiehöhereTemperaturdesHeißdampfes nicht derWärmedurchgang pro Quadratme-

terHeizflächegesteigertwerdenkann,wasnachderFormel Q =k·A·(t1 – t2)jazuerwartenwäre–wennderk-Wertunverändert bliebe. Der Heißdampf verhält sich aber ähn-lichwieLuft:Derk-WertvonHeißdampfistimAllgemeinen(d.h. bei den inWärmetauschern üblichen Temperaturenund Drücken) so viel kleiner als für Sattdampf, dass derWärmedurchgangtrotzderhöherenTemperaturschlechteristalsbeiSattdampf.ImWärmetauscherkönnenwirdurchVerwendungvonHeißdampfalsonurLeistungverlieren.

Diese Eigenschaft desHeißdampfes lässt sich aber in derDampfleitung inklingendeMünzeumsetzen:DaderHeiß-dampfdieWärmeschlechterabgibtalsSattdampf,sinddieWärmeverluste einer Heißdampfleitung geringer als dieWärmeverluste einer gleich großen Sattdampfleitung beigleichemDruck.Außerdem trittbeiHeißdampfkeineEro-siondurchschnellbewegteWasserteilchenauf.

Haltenwiralsofest:HeißdampfkommtzurBeheizungvonWärmetauschernim Allgemeinen nicht in Frage. Er behindert den Wärme-durchgang. Deshalb ist er aber in Dampfleitungen güns-tiger als Sattdampf.

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6 – Der Wärmetausch

Konsequenz: Man versucht, den Dampf am Beginn einerlängeren Dampfleitung so weit zu überhitzen, dass die DampftemperaturdurchdieWärmeverlustebiszudenVer-brauchern etwa auf Sattdampftemperatur sinkt. Das kann natürlichnichtgenaugelingen. InderPraxis liegtamEin-gangderWärmetauscherpraktisch immerentweder leichtüberhitzterDampfoderDampfmiteinigenProzentWasser-gehaltvor(inungünstigenFällenstarkeÜberhitzungoderhoherWasseranteil).

„Trocken gesättigter Dampf“ ist also ebenso ein theoretischer Fall wie die durchschnittliche Körpergröße von sagen wir172,7cmdesausgewachsenenWesteuropäers–oderkennenSieeinenManndieserGröße?SelbstwennSiedieseFragefestbejahen,kannIhreAntwortnichtrichtigsein,denndieKörpergrößeändertsichimLaufdesTagesundimLaufdesLebensumweitmehralseinenMillimeter–ähnlichgeht’sdemDampf(seineAbkühlunginderLeitunghängtzumBei-spielvonderjeweiligenEntnahmemengeab).

Die Beurteilung der Dampfüberhitzung erfolgt mit einembesonders komplizierten Diagramm, dem Mollier-Dia-gramm(6.8.1).

Auf der senkrechten Achse des Mollier-Diagramms ist der Wärmeinhalt(Enthalpieh)inkJ/kgaufgetragen.Innerhalb des Diagramms finden Sie Drucklinien in bar und Temperaturkurven in °C. Das Mollier-Diagramm wird inder Mitte durch die Sattdampfkurve geteilt. Oberhalb der Sattdampfkurve liegt daher Dampf vor, unterhalb dieser Sattdampfkurve liegt Dampf mit einer bestimmten Rest-feuchtigkeit vor. Auch diese Restfeuchtigkeit ist in Kurven ausgedrückt,wobeidieSattdampfliniedenWert1unddieKurven nach unten anfangend mit 0,99 den Grad der Tro-ckenheitangeben.DieKurve0,95heißtdaher95%mit5%Restfeuchtigkeit. In unserer einfachen Übersicht des Mollier-Diagrammskönnen Sie diese Ermittlungskurve erkennen. Wir habendabei einBeispiel fürdieErmittlungderÜberhitzung ein-getragen:Dampf mit einem Trockengrad von 98% wird von 8 auf 2 bar reduziert.

Ergebnis:DieTemperaturnachderReduzierungbeträgtca.130°C.Dampfbei2barhat jedoch lautWasserdampftafelnur eineTemperatur von 120°C.DieÜberhitzung beträgtalso130–120°C=10K.

1 bar

0.5 bar

0.2 bar

0.1 bar

0.04 bar

0.01 bar

3800

SpezifischeEnthalpie[kJ/kg]

3600

2000

3200

3400

3000

2800

2600

2400

2200

1800

400bar 200bar 100bar 50bar 20bar 10bar 5bar 2bar

50

x=0.9

x=0.85x=0.8

X=0.75

x=0.7

6 .0 6 .5 7 .0 7 .5

Spezifische Entropie [kJ/kg]g

8 .0 8 .5 9 .0

150

100

x=0.95x=0.98

°C

6.8.1 Vereinfachtes Mollier-Diagramm

feuchterDampf

überhitzterDampf

trockengesättigterDampf

trockengesättigterDampf

Druckreduzierung

überhitzterDampf

feuchterDampf

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6 – Der Wärmetausch

Hätte vor der Druckreduzierung Dampf mit einem Trocken-gradvon97%vorgelegen,würdenachderDruckreduzierungüberhauptkeineÜberhitzungmehrauftreten.AlleindieseBetrachtungzeigtschon,wierelativdieFragederÜberhit-zung nach Druckreduzierungen zu betrachten ist.

SelbstimFall,dasstatsächlichdieberechneteÜberhitzungvon 10 K vorläge, würde bereits ein relativ kurzes Stück schlecht isolierter Rohrleitung ausreichen, um die Über-hitzungvollständigabzubauen.InderPraxisgibtesindenmeistenFällendaherkeinenAnlass,sichwegendiesenge-ringenÜberhitzungenSorgenzumachen.

6.9 Druck im Wärmetauscher

InKapitel6.3hattenwirgesagt,dassimDampfraumdesun-geregeltenWärmetauschersetwadergleicheDruckherrschtwie in der Dampfzuleitung.

Wiewir inKapitel6.4gesehenhaben,könnenwir fürdendampfseitig geregelten Wärmetauscher nur noch sagen,dassderDruckschwanktzwischendemLeitungsdruckbeivoll geöffnetem Regler (mit richtig ausgewähltem Reglerentsprechend geringerer Druck) und dem zur geregeltenTemperatur gehörenden Dampfdruck.

MachenwirunsdaswiederaneinemBeispielausderPraxisklar:

IneinemsoebenneuerstelltenBetonwerkwirdfestgestellt,dass die in Heizformen hergestellten Fertigbauteile un-gleichmäßig beheizt werden. Natürlich reklamiert man in solchenFällenbeimLieferantenderKondensatableiter.DieFormenwerdenmitSattdampfvonpe=0,5barbeheiztundauf80°Ctemperaturgeregelt.MerkenSiewas?

Die Bauingenieure forderten, dass der Beton nicht über90°Cerwärmtwird,weilersonst„verbrennt“.DieTempera-turfühler sitzen deshalb in der Trennwand zwischen Dampf-raumundBeton,sodasssieetwadieOberflächentemperaturdesBetons feststellen. Sobald der Temperaturfühler einerFormnahean80°Ckommt,beginntderRegler,dieDampf-zufuhr zu drosseln. Der Druck im Dampfraum sinkt so lange, bis die Dampftemperatur gerade ausreicht, die gewünschte Wandtemperatur von 80°C aufrechtzuerhalten. Dazu warabereineDampftemperaturvon85°Causreichend,weilderWärmeübergang zwischenDampf undMetallwand gut istundaußerdemnachdemAufheizendergefülltenFormnurnochwenigWärmebedarfbesteht.Und nun sehen Sie bitte in die Dampftabelle! Aus Spalte2 und 3 ersehen Sie, dass zu einerDampftemperatur von

85°C ein absoluter Sattdampfdruck von rund 0,6 bar ge-hört,d.h. imDampfraumherrschtUnterdruck=Vakuum.Das entstandene Kondensat konnte deshalb nicht aus dem Dampfraumabfließen,dieFormbegann„abzusaufen“.Wosich das Kondensat sammelte, kühlte es sich rasch ab und derBetonhattedortnichtdienötigeTemperatur.DaganzeZimmerwände hergestellt wurden, war die Form ziemlichgroß und es dauerte einige Zeit, bis der Kondensatspiegel den Temperaturfühler erreichte, so dass dieser die Verände-rung bemerken und für eine Druckerhöhung sorgen konnte.

Ergebnis:VerschiedeneStellenderBetonplattenwurdenun-terschiedlich stark beheizt. Dabei war die Dampfbeheizung gerade deshalb gewählt worden, weil damit eine gleichmä-ßigereBeheizunggroßerFlächenmöglichist,alsesbeieinerWasserbeheizungderFallwäre(mitLetztereristzumindestdas ebenfalls wichtige gleichmäßige Aufheizen ziemlich schwierig).Wastun?AusderBeschreibungderKondensat-ableiter in Kapitel 7 werden Sie lernen, dass diese Geräte Kondensatnichtabsaugenkönnen.Eswurdedeshalbeinfürsolche Anwendungen geeigneter Kondensatheber bzw. ein aktiver Pump-Kondensatableiter eingesetzt.

Wo ein Vakuum-System vorhanden ist (sehr selten, sehrkompliziert!), kann in einem derartigen Fall die Konden-satleitung an das Vakuum-System angeschlossen werden. Wenn die räumlichen Verhältnisse es zulassen, z.B. beihochliegenden Lufterhitzern, genügt es statt dessen, dieKondensatleitung mehrere Meter nach unten zu ziehen, so dassdieWassersäulevordemKondensatableitergrößeristalsderUnterdruckimDampfraum;dannwirdeinAbsaufendes Dampfraumes vermieden.

Merkenwirunsalso:Im dampfseitig temperaturgeregelten Wärmetauscher kann der Dampfdruck stark schwanken. Liegt die gere-gelte Temperatur – allgemein die „Sollwerttemperatur“ genannt – unter 100 °C oder ist der Gegendruck aus der Kondensatleitung zu groß, dann kann im DampfraumVakuum auftreten. Die Entwässerung muss in diesen Fällen besonders sorgfältig ausgeführt werden.

6.10 Der Rückstaueffekt

Im vorherigen Kapitel haben wir beschrieben, dass das schließendeVentilbeieinerdampfseitigenWärmetauscher-RegelungzugeringerenDrücken imWärmetauscher führt.EsistnureineFragederZeit,bisderDruckimWärmetau-scher nicht mehr ausreicht, das Kondensat gegen den Druck in der Kondensatleitung oder gegen den Atmosphärendruck aus dem Dampfsystem zu drücken.

Glauben Sie bitte nicht, dass das in Ihrer Dampfanlage oder bei IhremWärmetauscher nicht passieren kann. ImGegenteil – bei den meisten dampfseitig geregelten Wär-metauschern muss unterhalb einer bestimmten Last desWärmetauschers mit Rückstau gerechnet werden. Dieser

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p2

p1 > p2

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p2

p1 = p2

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6 – Der Wärmetausch

umgangssprachlichals„Absaufen“bezeichneteEffektführtzu

• erhöhterKorrosionimWärmetauscher• erhöhterGeräuschbildung• AufschwingenderTemperaturregelung• imExtremfallzuschwerenAnlagenschäden.

Einebesonders einfacheBeurteilungdesRückstaueffektesist mit unserem zugegebenermaßen stark vereinfachten Rückstau-Diagrammmöglich:

Im Rückstau-Diagramm sind auf der linken senkrechten Achse die Temperaturen und auf der rechten senkrechten Achse die Dampfdrücke aufgetragen. Auf der waagerechten AchseistabsteigenddieLastdesWärmetauschers in%an-gegeben.

Zur näherenErläuterung habenwir folgendes Beispiel ge-wählt:ErwärmungvonWasservon10°CRücklaufauf80°CVor-lauf.DampftemperaturausdemDampfnetz130°C.GegendruckimKondensatnetz10mWS(1bar)

Wir tragen zuerstPunkt 1 indasRückstau-Diagrammein,d.h.10°C.Erhitztwirdauf80°C,unserPunkt2.

Zur Erhitzung steht Dampf mit max. 130°C (RegelventilganzoffenundohneDruckabfall)zurVerfügung(Punkt3).

WirverbindendiePunkte1,2und3.Punkt4istderSchnitt-punktvonGegendruckimKondensatnetz–inunseremBei-spiel1barmitderLinie3–2.GehenwirvonPunkt4nach

unten auf die waagerechte Achse des Diagrammes, so erhal-tenwirPunkt5:80%.

FürdiesesBeispielheißtdasalso,dassderWärmetauscherbeiunterhalb80%seinerLeistungzurückzustauenbeginnt,daderDruckimWärmetauschergeringeristalsderGegen-druckinderKondensatleitung.Einsicherlicherstaunlichesund überraschendes Ergebnis. Vor allem wenn man be-rücksichtigt,dassWärmetauscherseltenbeivollerLeistungbetriebenwerdenundvieleWärmetauscherüberdimensio-niertsind,wirdverständlicher,warumesinderPraxiszusovielen Problemen durch Absaufen kommt.

Mehr Informationen zum Rückstaudiagramm finden Sie in unseren„GrundlagendesEinsatzesvonWärmetauscherninDampfanlagen“.VieleAnwender greifen in solchenFällen zum schnellstenund kostengünstigsten Mittel und setzen einen Vakuumbre-cheramWärmetauscherein.DiesistsichereineguteersteHilfe,aberwelcheAuswirkungenhatderVakuumbrecher?

1. Der Vakuumbrecher führt auch gleichzeitig Sauerstoff in das System ein und die Korrosionsgefahr steigt.

2.DurchdenVakuumbrecherherrscht imWärmetauschernieVakuum, sondern imniedrigstenFallAtmosphären-druck.Sehenwirunseinmalan,wasdas fürunserBei-spielbedeutet:

Atmosphärendruck ist 0 bar Überdruck. In unserem Dia-grammschneidetdieLinie zwischenPunkt2und3die0-bar-Überdruck-Linie bei 40% Last des Wärmetauschers.Ein weiteres erstaunliches Ergebnis, denn das bedeutetnichtweniger, alsdass selbstbeimEinsatz einesVakuum-brechersoderbei freiemAuslaufausdemWärmetauscherbei einerLastdesWärmetauschersunter40%Kondensatzurückstaut.

Wieoft tretennunsolcheRückstaufälleauf?VielöfteralsSie meinen. Stellen Sie sich einmal eine Heizungsanwen-dungvor,beiderderWärmetauscherimWintereinGebäu-demitEnergiezuversorgenhat.SelbstverständlichwirdimSommerbetriebnureingeringerTeildesWärmetauscherswirklich benötigt. Oft genug nur noch einige Prozent der ur-sprünglichenLeistung.Ähnliches passiert beiNachtabsen-kung.SiekönneninsolcheinemFalljedeWetteeingehen:der Rückstaueffekt tritt mit Sicherheit ein.

In den Griff bekommen können Sie das ganze Problem auf rechteleganteArtundWeise:• DurchEinsatzeinesaktivenKondensatableiters(Kapitel7.3.5).

• DurchdenEinsatzeinesKondensathebersmitDruck-pendelleitung(Kapitel7.6.3).

1

2

5

43

Gegen-druckKonden-satleitung

Max. Dampf-temperatur

Austritts-temperaturSekundär-medium

Last des Wärmetauschers [%]

Eintritts-temperaturSekundär-medium

Üb

erd

ruck

[bar

]

Tem

per

atur

[°C

]

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7. Entwässerung von Dampfräumen, Kondensatableiter

Sie wissen bereits, dass das Kondensat so schnell wie mög-lich aus demWärmetauscher entferntwerden soll:DamitdiegrößtmöglicheLeistungdesWärmetauschersverfügbarbleibt,umgleichmäßigeWärmeabgabezuerzielenundwe-genderKorrosions-undWasserschlaggefahr.

UmdenVerlustvonwertvollemDampfzuverhindernundumdenWärmetauschprozessüberhauptgeregeltzubekom-men, hat der Kondensatableiter also die Aufgabe, alles Kon-densat, das zu ihm gelangt, ohne wesentliche Verzögerung durchzulassen, Dampf aber zurückzuhalten. Luft dagegensoll ebenfalls den Kondensatableiter passieren können.

Bei der Erfüllung dieser Aufgabe sorgt der Kondensatab-leiter dafür, dass der Druck im Dampfraum sich nicht auf die Kondensatleitung überträgt. Auch das ist wichtig, denn wenn der Druck in der Kondensatleitung nahe beim Dampf-druck liegt, kann die Entwässerung einzelner Wärmetau-scher behindert oder unmöglich werden.

Die Vielfalt der industriellen Prozesse bzw. die Mannigfal-tigkeitderWärmetauscherhatzueinerReiheverschiedenerKondensatableiter geführt, deren Vorzüge und Grenzen beimEinsatz–besservorher!–berücksichtigtwerdenmüs-sen.

BittehaltenSiesichimmervorAugen,dassSchwierigkeitenanDampfanlagen tatsächlich in etwa98%derFällenichtdurch Mängel an Geräten wie Stellventilen, Kondensatablei-tern, Temperaturreglern oder Druckminderern verursacht werden,sonderndurchFehlerinderPlanungundAusfüh-rung:DieGerätesindzugroß,zuklein,vomfalschenTyp,ungünstigangeordnet, falschmontiert,mitunter(seltener)auch unbefugt verändert.

Der Grund liegt wohl darin, dass die Planung häufig zwangs-läufigvonFachleutenfürdenFertigungsprozessvorgenom-men wird, die sich um die Hilfskreisläufe weniger kümmern könnenunddeshalbdarinauchwenigerSchulungundEr-fahrung haben.

Aber auch bei den spezialisierten Rohrleitungsplanern grö-ßerer Projekte werden regelungstechnische Erfordernisseund manchmal sogar die Naturgesetze nicht genügend be-achtet. In einer neugebauten deutschen Raffinerie wurden Kondensatleitungen aus Netzen mit Dampf von pe=42bar

und3barzusammengeführt.DurchNachverdampfunger-zeugtedasKondensataus42bar,dasjaeineAnfangstem-peraturvonetwa253°Chat,einengrößerenÜberdruckals 3barinderKondensatleitung.DieEntwässerungdes3-bar-Netzeswurdedadurchstellenweiseunmöglich.Beimerstenstarken Frost froren beträchtliche Leitungslängen ein (anStellen,wokeinKondensatableitermehrsaß)undmusstenunter hohem Kostenaufwand erneuert werden.DochSie sind sichderBedeutungauchderkleinenZahn-räderimGetriebebewusst,sonstwürdenSiediesesBuchjanicht lesen.

7.1 Die Betriebsbedingungen

DerEinsatzeinerRegelarmaturistnichtSelbstzweck,son-dernerfolgtzurLösungeinerAufgabe.EineAufgabekannman aber natürlich nicht zweckentsprechend lösen, wenn man sie nicht vollständig kennt. Deshalb darf man nicht über den Sohn seufzen, wenn er nach der Aufforderung „Bringst du mir bitte meine Schuhe?“ die braunen stattdergewünschtenschwarzenSchuhebringt.FürdasThemadiesesKapitelsheißtdas:UmeinenWärmetauscher tech-nischeinwandfreientwässernzukönnen,mussmandieBe-triebsbedingungen kennen.

In denmeisten Fällen erscheint die Information denkbareinfach: „Ein Kondensatableiter mit Anschluss DN 15 fürDampfmiteinemÜberdruckvon8bar“.ImÜbrigensollderKondensatableiter halt das ankommende Kondensat durch-lassen und Dampf zurückhalten.

Wennnunaber jemand zu IhnenkämeundallenErnstes„einAutomit14-Zoll-Rädernfür135km/h“bestellte,wür-denSiesichdanichtvorsichtigzurückziehen?DennSiehal-ten es vielleicht noch nicht einmal für überflüssig, zu fragen, obderWageneineDrehstromanlagehabensollodernicht.Dabei muss dieses Auto doch nur Personen von einem Ort zu einem anderen befördern.

Sagenwiresendlich:DieHerstellervonKondensatableiternwollen, wenn sie die Kundenberatung ernst nehmen, immer mehr über eine Dampfanlage erfahren als der Kunde selbst weiß.Warum?Weilsieaus ihrer intensivenBeschäftigungmit einem Spezialgebiet die einzelnen Aspekte der Aufgabe „Kondensatableitung“besserkennenalsderPlaneroderBe-treibereinerAnlage.EsistdeshalbinIhremeigenenInter-esse,wennSiesichbemühen,demBerateroderLieferantenalle erforderlichen Informationen zu geben.

ImAnhang6diesesBucheshabenwirunter1.diemöglichenFragenzusammengestellt.ErschreckenSiebittenichtdarü-ber,nichtalleFragensindinjedemFallwichtig.Esisttat-sächlichausreichend,etwazubestellen:„KondensatableitermitFlanschenDN15fürdieEntwässerungeinerSattdampf-

Dampf undKondensat Kondensat

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

leitung pe=8bar(KondensatableitunginsFreie).“Aberge-rade wenn Sie bereits häufiger mit Kondensatableitern zu tun hatten, werden Sie beim Durchsehen der geforderten Datenfeststellen,dassjedederFragenvongewisserBedeu-tung ist. Allerdings sind manchmal mit einer Antwort schon viele weitere Fragen beantwortet, wie in obigem Beispiel:WenneineSattdampfleitungzuentwässernist,brauchtderHersteller nur noch Vordruck und Gegendruck gesagt zu bekommen,weileralleanderenBetriebsbedingungeneinerzweckentsprechend(!)ausgeführtenDampfleitungkennt.

Vielleicht zeigt Ihnen die Vielzahl der geforderten Auskünfte aber auch, dass Sie bisher beimEinkauf oderEinbau vonKondensatableitern manchen Gesichtspunkt übersehen ha-ben.

Natürlich kann man auch großzügiger verfahren und, um nureinBeispielzunennen,anstattnachdennäherenLeis-tungsverhältnissen zu fragen, den Ableiter so auslegen, dassseineKapazitätinjedemFalleausreicht–dannisteraber mit Sicherheit zu groß, d. h. zu teuer, möglicherweise schlechterinderFunktionundunterUmständenvonkürze-rer Lebensdauer (also wirklich keine zweckentsprechendeLösungdergestelltenAufgabe.)

AlsaufmerksamerLeserdiesesBucheswerdenSiedengol-denen Mittelweg zwischen „wissenschaftlicher“ Problemlö-sungundgedankenlosemEisenhandelselbstfinden–odereine solche Aufgabe getrost dem Spezialisten überlassen. FürwelchedieserbeidenMöglichkeitenSiesichauchent-scheiden:Es istvonVorteil fürSie,wennSie sichanhandder folgenden Kapitel mit den Gesichtspunkten für die Ab-leiterwahl vertraut machen.

7.2 Vorüberlegungen

InKapitel1und6hattenwirdieVerhältnisseimWärmetau-scher, das war unser Suppenkessel, genauer untersucht und festgestellt, dass das Kondensat so schnell wie möglich aus dem Dampfraum – beim Suppenkessel ist das der Heizman-tel–entferntwerdensollte.Wiekanndasgeschehen?

LassenwirdasAblaufrohrimBodendesSuppenkesselsein-fach offen, so fließt das Kondensat zwar schnell heraus, aber sobald das Kondensat weg ist, wird Dampf ausströmen und verlorengehen:DerDruckfältab,Energiegehtverloren.

Wirmüssen also eineMöglichkeit suchen, dasKondensatablaufen zu lassen und den Dampf zurückzuhalten. Dies ist die erste und wichtigste Aufgabe, die mit dem Ausdruck „Kondensatableitung“ gemeint ist.

7.2.1 Sollen wir ein normales Ventil verwenden?

Wirkönnenversuchen,dieAufgabemiteinemvonHandzuöffnenden bzw. zu schließenden Absperrhahn oder Ventil zu lösen.BeimÖffnenwirddasKondensatabfließen,undwir

werdendasVentildanachschließen,umeinEntweichendesDampfes zu verhindern. Machen wir also einen Versuch an unserem Suppenkessel.

Wir lassenDampf in denMantel des Kessels einströmen.Da zunächst noch alles kalt ist, kondensiert der Dampf sehrschnell.WiröffnendeshalbdasVentilganz,damitdasKondensatschnellabläuft.Balddanach istderKochkesselerwärmt,derDampfgibtimmernochWärmeabundkon-densiert, jedoch etwas langsamer als zuvor. Es fällt daherauch weniger Kondensat an. Jetzt beobachten wir, dass nicht nurKondensat, sondern auchFrischdampf aus demVentil strömt. Daher schließen wir das Ventil so weit, dass dasKondensatsichetwasstauenkannundeinEntweichenvon Dampf nicht mehr stattfindet.In der Theorie hört sich dies ganz annehmbar an, für die PraxisistdiebeschriebeneMethodejedocheineQual:Wirmüssten recht bald wieder am Ventil drehen, bis wir die Einstellunggefundenhätten,diegeradeausreicht,umallesKondensat, aber keinen Dampf durchzulassen. Sie können sich sicher vorstellen, dass dies nicht nur Mühe bereitet, sondern auch praktisch kaum erreichbar ist, weil Tempera-tur,DruckundWärmeverbrauchunddamitderKondensat-anfall doch stets schwanken. Darüber hinaus ist es schwie-rig, zwischen Frischdampf, d.h. dem vomDampferzeugerkommenden Dampf und dem u.U. aus dem Kondensatentstehenden Dampf, dem sogenannten „Nachdampf“ oder „Entspannungsdampf“,zuunterscheiden.DieseFragewirduns später noch beschäftigen.

Selbst bei der größten Geschicklichkeit und den besten Kenntnissen der Arbeitsweise des Ventils und des Dampf-verbrauchers würden wir mit dem von Hand betätigten Kondensatventil unweigerlich Dampf verschwenden oder Kondensat anstauen.

7.2.2 Spezialventile und LochblendenAnstatt dauernd am Ventil zu drehen, um mit den Ände-rungen der Kondensationsgeschwindigkeit im Dampfraum Schritt zu halten, könnten wir das Ventil auch so einstellen, dassesgeradeeinenSpaltbreitgeöffnetist.DiegleicheWir-kungwirdmiteinerBlendeerreicht,dieeinkleinesLochhatund anstelle des Kondensatventils eingebaut wird. Solche Vorrichtungen werden mitunter tatsächlich noch verwen-det. Theoretisch können sie sogar wunschgemäß funktio-nieren, wenn der Kondensatanfall sehr gleichmäßig ist und wenndasLochinderBlendebzw.dieVentilstellunggenauan diesen Kondensatanfall angepasst ist.

AberderÄrgerdesLebensbeginntbeimWörtchen„wenn“:EsgibtsowenigeDampfanlagen,dieübergrößereZeiträu-me genau gleichbleibenden Kondensatanfall haben, und das Risiko, durch falsche Ventileinstellung oder falsche Blen-denöffnung bzw. durch wechselnde BetriebsbedingungenDampf zu verschwenden oder die Leistung der Anlage zuvermindern, istsogroß,dassdieseEntwässerungsvorrich-tungenheutenichtmehrernstlichinFragekommen.

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.2.3 KondensatableiterWir brauchen also eine Vorrichtung, die selbsttätig allesKondensatdurchlässt,aberDampfzurückhält.Einsolchesautomatisch arbeitendes Gerät nennt man „Kondensatab-leiter“. Da die erstenKonstruktionen dieser Art die FormgroßerTöpfehatten,isthäufignochdieBezeichnung„Kon-denstopf“ anzutreffen; auch „Kondensatabscheider“, „Ab-leiter“, „Dampfstauer“, „Kondensatautomat“, „Kondens-wasserabscheider“ usw. sind nur andere Bezeichnungen,Abkürzungen oder Kosenamen für das, was in den Normen, also sozusagen standesamtlich, „Kondensatableiter“ heißt. In der DINEN26704findenSiedieamtlicheBeschreibungdes Kindes.

Wie gesagt, ein Kondensatableiter soll alles Kondensatdurchlassen und Dampf zurückhalten. Darüber hinaus ist esabervongroßerWichtigkeit, aufwelcheArtundWeiseder Kondensatableiter diese Aufgabe erfüllt: ob das Kon-densatsofortbeimEntstehenodererstnacheinergewissenAbkühlung abgeführt wird, ob die Kondensatentfernung kontinuierlichoderstoßweiseerfolgt,oballerFrischdampfzurückgehaltenwirdodernicht–usw.AusderBetrachtungdesSuppenkesselswissenSie,dassdieseFragenvongroß-erBedeutungfürdieLeistungeinerDampfanlagesind.Daaber die Industrie nicht mit Suppenkesseln arbeitet (dasmussjamalzugegebenwerden!),sonderneineUnzahlun-terschiedlicher Aufgaben mit zum Teil entgegengesetzten Forderungenstellt,kanneskeineStandardlösunggeben,diefüralleEntwässerungsaufgabengleichgutist.Wirmüssenvielmehr die Kondensatableitertypen, die es gegenwärtig gibt,betrachtenund ihre jeweiligenVorzügeundGrenzenkennenlernen.Glücklicherweise–besser gesagt: dankderAusdauer und dem Geschick der Konstrukteure – genü-genwenigeArtenKondensatableiter,umalleinderPraxisvorkommenden Dampfanlagen zweckentsprechend zu ent-wässern, das heißt mit möglichst geringem Aufwand zu-verlässigeFunktionundgrößtmöglicheLeistungundWirt-schaftlichkeit zu erreichen.

DieseAufgabeisteigentlichziemlichleichtzulösen.Ledig-lich die nötige Aufmerksamkeit fehlt mitunter, denn Dampf und Kondensat sind ja nur Hilfsmittel im Betrieb, nichtSelbstzweck, und der Kondensatableiter ist meist wertmä-ßigvonziemlichuntergeordneterBedeutung.Deshalbreichtz.B.derLieferumfangvielerApparatenurvomDampfein-lassstutzen bis zum Anschluss für den Kondensatableiter –allesÜbrigeistdemBetreiberderAnlageüberlassen.Wiesoll man aber von diesem erwarten, dass er genügend Zeit und Spezialkenntnisse einsetzt, um die Kondensatableitung richtig auszuführen, wenn schon der Konstrukteur des Ap-parats, der doch seine Schöpfung am besten kennt, dieser Aufgabe ausweicht, sei es, weil er sie für unwichtig hält oder weilersichnichtzuständigfühlt.BekanntlichistabereineKette nur so stark wie das schwächste Glied, d. h. die tollste ApparaturkannnureinemäßigeLeistungerbringen,wenndie Dampfzuleitung zu klein ist oder ein für diese Anlage un-geeigneter Kondensatableiter eingesetzt wurde.

BitteglaubenSiees:Jetztkonntez.B.beidermodernstenMaschine einer bestimmten Art durch bessere Dampffüh-rungimWärmetauscherundgünstigeKondensatableitungeine Leistungssteigerung vonmehr als 30% erreicht wer-den–ohneErhöhungderHerstellkosten.VielleichtmeinenSie, dass das einemwirklichenFachmannnicht passierenkann.Aber jedesFachwissenhatLückenundgewissseineGrenzen.HättenSie ineinemanderenFalldarangedacht,dass einige Lufterhitzer, die regelmäßig nach etwa sechsMonaten durchgerostet waren, nicht nur durch geeignete Entlüftung sondern wesentlich durch eine Änderung derKondensatableitungvonihremLeidenbefreitwerden?DieZahl der Dampfanlagen ist groß, in denen sich trotz neuester EinrichtungenjährlichnochbeträchtlicheBeträgeeinsparenlassen,wenndieWärmeenergiebessergenutztwird.

Doch Sie sind sich dieser Tatsachen sicherlich bewusst, sonst würdenSiejanichtdieZeitopfern,dieseSeitenzulesen.

BeiunserenÜberlegungenistdieBetrachtungvonNeben-sächlichkeiten oder gar vermeintlichen Selbstverständlich-keiten deshalb wichtig, weil nicht selten diese Dinge es sind, dieauchvomIngenieurübersehenwerden.Esgenügtnäm-lich nicht, den richtigen Kondensatableiter an einem dampf-beheiztenApparateinzusetzen,umzufriedenstellendeEnt-wässerungzuerreichen,wenn50MeterentfernteineandereLeitungsführung nötig wäre. Aus diesem Grund sind bei-spielsweise vor kurzem in einer großen Chemieanlage, die vonhochqualifiziertenFachleutengeplantwar,ganzeRohr-leitungsnetze eingefroren und zerstört worden. Die zweifel-los erstklassigen Produktionsanlagen waren lahmgelegt. In einemanderenBetrieb,einerRaffinerie,wurdeeingroßerKugelbehälterbeimEntleerenvomäußerenLuftdruckstarkeingedrücktundbeschädigt,weildieBelüftungseinrichtungnichtrichtigfunktionierte:eingroßerSchaden,hervorgeru-fendurcheinekleineUnaufmerksamkeitbeiderInstallationeinesBauteilsvonverschwindendkleinemWert,verglichenmitdemWertdesBehälters.

HabenSiealsobitteGeduldmitdiesemBuch,wennesnichtgleich mit Konstruktionszeichnungen und Installationsplä-nen aufwartet. Das grundlegende Verständnis der Vorgän-geistdasWichtigere,dennnurdieseslässtsichingleicherWeise auf Teekessel, Suppenkocher, Papiermaschine undReaktionskolonne anwenden – und ermöglicht es Ihnen, Beweisführungenanderer(auchdiesesBuches)kritischzuprüfen.

7.2.4 Luft in KondensatableiternJetzt muss noch kurz von der Luft in Dampfräumen ge-sprochen werden, damit Sie verstehen, weshalb dies bei der nachfolgendenBeurteilungderverschiedenenAbleiterkon-struktionenvonWichtigkeitist.

Wenn die Dampfzufuhr zu einer Leitung oder Anlage ge-sperrt wird, kondensiert der Dampf, und es entsteht in der Dampfanlage ein Vakuum. Rohrleitungen und Apparate

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

lassen zwar Dampf unter höherem Druck nicht nach außen, aber wenn der Druck außen größer ist als innen, dringt meist Luft ein: durch Stopfbuchsen und Flanschverbindungen,durch Entlüfter (die jetzt als Belüfter wirken) usw. EineDampfanlage außer Betrieb ist daher meist mit Luft undmehroderwenigerKondensatgefüllt.WirdeinesolcheAn-lageinBetriebgenommen,somussderzuströmendeDampfzuerstvielLuftundKondensatverdrängen.Aberauchwäh-renddesDauerbetriebeskönnengeringeMengenvonLuftoderKohlendioxid (CO2)mitdemDampfbzw.Kondensatvermischt sein.

Diese Gase werden schließlich zum Kondensatableiter ge-langen.DieKondensatableitermüssendeshalbinderLagesein,außerKondensatauchLuftdurchzulassen;andernfallswürde sichdieLuft imKondensatableiter stauenunddenZufluss des Kondensates behindern oder gar unmöglich ma-chen; die Anlage würde also langsam oder gar nicht arbei-ten!

Diesen Schwierigkeiten suchte man früher zu begegnen, in-dem man die Kondensatableiter mit einer Vorrichtung ver-sah, mit der man die Ableiter während des Anfahrvorganges von Hand voll öffnete. Diese Handbedienung hat aber er-hebliche Nachteile, denn sowohl das Öffnen als auch dasSchließenwirdhäufigvergessen;Ersteresmachtsichschnellbemerkbar, aber das vergessene Schließen bleibt meist un-entdeckt, weil es die Anlage nicht blockiert; dies führt dann zu dauernden hohen Dampfverlusten. Dieses Risiko und der BedienungsaufwandmachendieHandbetätigungvielteureralseineselbsttätigeEinrichtung.DieautomatischeEntlüftungvonKondensatableiternwirddurchEinbauoderAnbaubesondererEntlüftungselementeerreicht oder dadurch, dass der Ableiter aufgrund seines Konstruktionsprinzips inderLage ist,mitdemKondensatauchLuftabzuführen.

Am häufigsten werden heute thermische Kapselelemente als Entlüftungselemente eingesetzt. Dieses Funktionsele-ment ist genau das gleiche wie das Hauptelement eines ther-mischen Kapsel-Kondensatableiters (Kap. 7.3.2 2A). Ausdiesem Grund sind thermische Kapsel-Kondensatableiter auchdieAbleitermitderbestenEntlüftungseigenschaft.

Thermische Kapseln werden auch in Kugelschwimmer-Kon-densatableitereingebaut,dadieseansonstenkeineEntlüf-tungseigenschafthätten.AlsseparatesElementerhöhendieEntlüftungskapselnsogarnochdieAbleiterleistungüberdieindenjeweiligenDiagrammenangegebenWertehinaus.

Alternativ und immer noch häufig eingesetzt werden auch Bimetallelemente, wobei sie, vor allem im Dauerbetrieb,nicht ganz so effizient sind wie die thermische Kapsel. Dem-zufolgeverfügenauchBimetall-Kondensatableiterüberan-nehmbareEntlüftungseigenschaften,vorallem imAnfahr-zustand.

Der thermodynamische Kondensatableiter entlüftet nicht so gut,wobei ein besonderer Ventiltellermit Entlüftungsele-ment hilft, diesen Nachteil zu beseitigen.

Glockenschwimmer-Kondensatableiter sind als Entlüfterungeeignet: ihre Entlüftung erfolgt über eine kleine Boh-rung, die gleichzeitig den Nachteil hat, dass sie auch immer eine geringe Menge Dampf verschwendet.

Wirmerkenuns: zuroptimalenEntlüftungvonDampfan-lagen werden thermische Kapsel-Entlüfter eingesetzt, alszweiteWahlBimetallentlüfter.

NochzweiHinweisezumEinbaueinesEntlüfters:

1. WirwollenunsnichtanderDiskussionbeteiligen,unterwelchen Umständen Luft leichter oder schwerer alsDampf ist. Bei der Leitungsentlüftung, aber auch beivielen Behältern, wird der Entlüfter oben angebracht.UntenwürdeernurdurchKondensatblockiertwerden.

2.DerEntlüfterlässtnichtnurLuftundanderenicht-kon-densierbare Gase passieren. Theoretisch könnten auch Kondensat(wiebeieinemKondensatableiter)oderWas-sertröpfchen austreten Es empfiehlt sich daher bei derEntlüftung innerhalb von Gebäuden, den Entlüfteraus-gang in einen Trichter zu führen, der evtl. anfallendes Wasser in die Kanalisation und nicht auf den saubergewischtenBodenleitet.

7.3 Systeme von Kondensatableitern

Gemeinsame Aufgabe von Kondensatableitern aller Syste-me ist es,Kondensatund ingewissemMaßauchLuft ausden Dampfleitungen und Dampfverbrauchern zu entfernen, Dampf jedoch nicht durchzulassen. Es muss also sowohlKondensat von Dampf als auch Luft von Dampf getrenntwerden.DieBenennungundBeschreibungist„amtlich“ge-geben in der Norm DINEN26704„Kondensatableiter-Sys-teme,Begriffe“.WirwerdendieserNormweitgehendfolgen.ZunächsteineÜbersichtüberdieverschiedenenSysteme:

7.3.1 MechanischeSchwimmer-Kondensatableiter A Kugelschwimmer-Kondensatableiter B Glockenschwimmer-Kondensatableiter C Offener Topfschwimmer-Kondensatableiter

7.3.2 Thermische Kondensatableiter A Thermische Kapsel-Kondensatableiter B ThermischeBimetall-Kondensatableiter C Stauer-Kondensatableiter

Kondensat Luft

Kondensat-ableiter

Dampf undKondensat

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.3.3 Thermodynamische Kondensatableiter A Thermodynamische Kondensatableiter B Impuls-Kondensatableiter

7.3.4 Starre Kondensatableiter

7.3.5 Aktive Kondensatableitung Kondensatableiter mit Pumpfunktion

7.3.1 Mechanische Schwimmer- Kondensatableiter

Je nach Ausführung des Schwimmers im Kondensatableiter werden nach DIN EN 26704 folgende Untergruppen vonSchwimmerkondensatableitern unterschieden, solche mitA) geschlossenem Schwimmer genannt „Kugel-

schwimmer-Kondensatableiter“B) offenem Glockenschwimmer d. h. dem „Glocken-

schwimmer-Kondensatableiter“ ,C) offenem Topfschwimmer-Kondensatableiter.

A) Kugelschwimmer-KondensatableiterDiese mechanischen Schwimmer-Kondensatab-leiter benutzen als Trenn-methode den großen Un-terschied der spezifischen Gewichte von Dampf und Kondensat. In einem klei-nen „Sammelbehälter“, dem Kondensatableiter-Gehäu-se, ist ein Schwimmer (1)montiert, der über einen Mechanismus (2) das Ab-laufventil (3) betätigt. Zu-laufendes Kondensat hebt oder senkt den Schwimmer und öffnet oder schließt das Ablaufventil.

AufdieseWeise lässt sichabernichtdieLuft vomDampftrennen,dennderUnterschiedihrerspezifischenGewichteist dafür zu gering. Deshalb muss in die Schwimmerkonden-satableiterentwedereinbesonderesautomatischesEntlüf-tungsventil(4)eingebautwerden,dasnachdemPrinzipdes

später beschriebenen thermoelastischen Kondensatableiters arbeitet,oderaufandereWeisefürdieEntfernungvonLuftundnicht kondensierbarenGasen gesorgtwerden.Beson-dereAusführungenenthalteneinBypass-Ventil(5),daseineständigeStrömungbewirkt.Wichtigz.B.beiderEntwässe-rung von beheizten Zylindern.

Vorteile• unverzüglicheKondensatableitungbeiSattdampftempe-

ratur ohne Kondensatanstau• zuverlässigdichtdurchWasservorlage• großeLeistungbeikleinenDrücken• KondensatableitungunabhängigvonLast-undDruck-

schwankungen• optimalesAbleiterprinzipfürdampfseitiggeregelte Wärmetauscher• beimEinsatzgeeigneterEntlüfterelementesehrguteEntlüftungseigenschaften

• optionalmiteinstellbaremBypassgegenDampfab-schluss und für rotierende Heizzylinder

Einsatzgrenzen• Kugelschwimmer-Kondensatableitersindfrostempfind-

lich.• BeiFrostgefahrmüssensieisoliertoderentwässert

werden.• BeeinträchtigungdesSchwimmermechanismusdurch

Vorschalten eines Schmutzfängers verhindern• NichteinsetzenbeibesondererWasserschlagsgefahr• UnbedingtdieEinbaulagebeachten

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

B) Glockenschwimmer-Kondensatableiter

Der Glockenschwimmer-Kondensatableiter verfügt über eine umgestülpte Glocke (1) alsHauptelement.Hängt dieGlocke unten, so ist dasAusgangsventil (2) geöffnet. Ein-tretendes Kondensat umspült die Glocke und verlässt den Glockenschwimmer-Ableiter durch das Ausgangsventil.

Tritt Dampf in den Ableiter, füllt dieser die Glocke; die Glocke wird leichter und schwimmt auf, das Auslassventil schließt. Kondensiert der Dampf nach einer bestimmten Zeit, senkt sich die Glocke wieder, das Auslassventil öffnet sich.

Was aber passiert, wenn Luft oder nicht-kondensierbareGaseindenAbleitereinströmen?AuchdannhebtsichdieGlocke,unddasAuslassventil schließt.DaLuft abernichtkondensiert, muss sie anderweitig die Glocke wieder ver-lassen. Zu diesem Zweck befindet sich an der Oberseite derGlockeeinekleineBohrung(3),durchwelchedieLuftentweichenkann.LeiderabernichtnurLuft,sondernauchDampf:derGlockenschwimmer-Kondensatableitervergeu-det immer etwas Dampf und ist energetisch der schlechteste der fünf Haupt-Ableitertypen. Noch schlechter ist nur noch der starre Kondensatableiter (Blendenableiter) aus Kap.7.3.4.

Vorteile• unverzüglicheKondensatableitungohneKondensat-

anstau• robustundwasserschlagunempfindlich• zuverlässigdichtdurchWasservorlage• geeignetfürdenEinsatzbeiHeißdampf(VorsichtbeiVerlustderWasservorlage)

Einsatzgrenzen• reduzierteEntlüftungseigenschaften,evtl.separatenDampfentlüfterbeigroßemLuftanfallparallelschalten

• beiFrostgefahrmüssendieAbleitersorgfältigisoliertwerden

• großeGefahrvonDampfverlustendurchdieEntlüf-tungsbohrung im Schwimmerelement

• UnbedingtdieEinbaulagebeachten

C) Offener Topfschwimmer-Kondensatableiter

DeroffeneTopfwirddurcheinenFedermechanismusnachobengedrückt,dasVentil schließt.Erst eintretendesKon-densat und Kondensatströmung erzeugen soviel Gewicht, dass der Topf nach unten sinkt und das Ventil öffnet.

Die Eigenschaften der Topfschwimmer-Kondensatableitersind ähnlich wie die der Glockenschwimmer-Ableiter. Sie sind jedoch anfälliger gegen Wasserschläge, Vibrationenund Verschmutzung.Die ganzen Zusammenhänge sind sehr filigran und die EntlüftungseigenschaftenbeimAnfahrengleichNull.KeinWunder,dassdieserAbleitertypschonlangenichtmehrein-gesetzt wird.

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Ventil

Steigrohr

Topf, oben offen

Kondensatströmungdrückt die Feder nachunten, Ventil öffnet

Federmechanismus

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.3.2 Thermische KondensatableiterDiese Ableiter sind nach DINEN26704nochmalsunterteiltin

• thermoelastische Kondensatableiter, die durch Druck und Temperatur gesteuert sind. Hier wird unterschieden zwischen solchen,

A) diemitFlüssigkeitteilgefülltenDruckdosenarbeiten (imfolgenden„Schnellentleerer“oder„thermischeKapsel-Kondensatableiter“genannt).Beidiesenbetätigtdie Druckdose abhängig von Druck und Temperatur das Verschlussorgan

B)diemitBimetallformstückenarbeiten(imfolgenden„Bimetall-Kondensatableiter“genannt).BeiihnenwirkenverschiedeneBimetallelementetemperaturab-hängig auf das Ableiterventil.

• thermostatische Kondensatableiter, die nur temperatu-rabhängig arbeiten

C) Stauer-Kondensatableiter

A) Thermische Kapsel-Kondensatableiter

Die Kapsel-Kondensatableiter gehören zu den thermoelas-tischen Kondensatableitern und unterscheiden Dampf und Kondensat,die jadiegleicheSättigungstemperaturhaben,dadurch,dassmanfürdasKondensatetwasUnterkühlungfordert,inderPraxiszwischen5Kund30KjenachKon-struktionundJustierung.DurchihreBauartfolgensiedemVerlauf der Siedetemperatur abhängig vom Druck.

Das Prinzip der thermoelastischen Kondensatableiter lässt sichauchfürdieTrennungvonLuftundDampfverwenden.Nach dem von Dalton entdeckten Naturgesetz ist der Ge-samtdruck einer Gasmischung gleich der Summe der Teil-drückederGasbestandteile,und jedesGasbestandteil ver-hält sich so, als ob es den gesamten Raum ausfüllt. Dieses GesetzgiltpraktischauchfüreinGemischausWasserdampfund Luft. Je nach der Größe des Luftanteiles im Dampf-Luft-GemischistderTeildruckderLuftmehroderwenigerhochundebensoderdesWasserdampfes.

DieAuswirkungseianeinemBeispielerklärt.DasDampf-Luft-Gemisch stehe unter einem absoluten Gesamtdruckvon3bar,dabeibetragederTeildruckderLuftwegendeshohenLuftanteils 1bar. IndiesemFallewärederDampf-teildruck 2 bar mit einer Siedetemperatur nach der Dampf-tafel von 120,2°C. Die Siedetemperatur des Wassers von 3barist133,5°C.DasGemischhatalsoeineum133,5–120,2=13,3KniedrigereTemperatur.DieseTemperaturdifferenzgegenüber der Siedetemperatur zum Gesamtdruck benutzen die thermoelastischen Kondensatableiter zum Trennen von WasserdampfundLuft.IhreVentilesindunterhalbderSie-detemperaturgeöffnet.ErstwennangenähertdieSiedetem-peraturerreicht ist, schließtdie thermischeKapsel (1)dasVentil (2). Die thermoelastischen Kondensatableiter sinddeshalb zugleich Dampfentlüfter.

Thermische Kapselableiter stauen Kondensat, da sie eine UnterkühlungdesKondensates benötigen. Sie dürfen kei-nesfalls isoliert werden.

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Vorteile• sicheresFunktionsprinzipdurchgenaueAngleichungan

die Sattdampfkurve• AbleitungmitdefinierterUnterkühlungunterSatt-

dampftemperatur• robustundkompakt• reduzierteEmpfindlichkeitgegenWasserschlagundFrost

• hervorragendeEntlüftungseigenschaften,auchalsDampfentlüfter verwendbar

• großerLeistungsbereichbeikleinenAbmessungenundGewichten

Einsatzgrenzen• VorsichtbeistarkerÜberhitzung(Heißdampf)• nichteinsetzenbeidampfseitiggeregeltenWärmetau-

schern oder nur mit entsprechend großem Abstand vom Wärmetauscher;nichteinsetzenfürDampftrockner

B) Thermische Bimetall-KondensatableiterAuchdieBimetall-Kondensatableitergehörenzudenther-moelastischen Kondensatableitern. Das Arbeitsprinzip sind Bimetall-Elemente (1),die sichabhängigvonderTemper-taurwölbenundsodasAbleiterventil(2)öffnen.

DadieBimetall-Elementenurtemperaturabhängigarbeiten,folgen Bimetall-Ableiter nicht völlig der Sattdampfkurve.Zur Annäherung an die ideale Ableitfunktion werden daher mehrereBimetallelementeeingesetzt,diesichsoergänzen,dass quasi eine Annäherung an die Sattdampfkurve erfolgt.

Auch Bimetall-Ableiter stauen Kondensat an und dürfenkeinesfalls isoliert werden.

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Vorteile• sichereKondentsatableitungmitangemessenerUnter-

kühlung• guteAnnäherungandieSattdampfkurvedurcheinzigar-tigeSpiraxSarco-Bimetallelemente

• robustundunempfindlichgegenWasserschlagundFrost• guteEntlüftungseigenschaften

Einsatzgrenzen• erhöhterKondensatanstau,daherwenigergeeignetfürdampfseitiggeregelteWärmetauscher,Dampftrocknerund Dampfräume, in die Kondensat nicht zurückgestaut werden darf

• wenigergeeignetfürgroßeLast-undDruckschwan-kungen

C) Stauer-Kondensatableiter

Der Stauer ist ein thermostatischer Kondensatableiter und arbeitet nur temperaturabhängig, folgt also nicht dem Sie-deverlaufderTemperaturabhängigvomDruck.Wenndie-seraufeineÖffnungstemperaturvonz.B.90°Cjustiertist,dann öffnet er auch bei unterschiedlichen Drücken stets bei 90°C.Ein thermostatischesAusdehnungselement (1), z.B.einemitFlüssigkeitvollständiggefüllteDruckdose,betätigtdasAbschlussorgan(2,3).

Vorteile• sehrgutgeeignetzumvollständigenEntleerenkalter

Anlagen

Einsatzgrenzen• FunktionsprinzipnurabhängigvonderTemperaturund

daher als echter Kondensatableiter weniger geeignet• empfindlichgegenWasserschläge,DruckstößeundÜberhitzung

7.3.3 Thermodynamische KondensatableiterDiese Ableiter benutzen die unterschiedlichen Druckver-hältnisse von strömendem Dampf um Dampf und Konden-sat zu trennen. Als Abschlusskörper wird entweder ein Ventilteller benutzt A) „thermodynamischer Kondensatableiter TD“ odereindurchbohrtes,beweglichesFormstückB) „Impuls-Kondensatableiter“.

A Thermodynamische Kondensatableiter

Diese Kondensatableiter-Konstruktion gelang, als man ei-nen Entlüfter für Kugelschwimmer-Kondensatableiter fürhöhere Drücke entwickelte. Sie bestach bei ihrer Anwen-dungalsKondensatableiterwegenihrerKleinheit,Einfach-heit und Anpassungsfähigkeit

Im oberenBild sehenwir,wieKondensat durch denEin-gangEeinströmtunddenVentiltellerVgegendieKappeKdrückt. Das Kondensat fließt in den Ringkanal und durch den Ausgang in die Kondensatleitung.

Nachkommender Dampf will den gleichen Weg nehmen,strömt aber viel schneller als das Kondensat; dadurch sinkt der Druck der Strömung stark ab; nun drückt der Dampf, der seitlich um den Ventilteller in die Steuerkammer gelangt ist und dort nicht strömt, also einen höheren Druck hat als der strömende Dampf, den Ventilteller nach unten. Dadurch wird die Dampfströmung abgeschnitten. Der Ventilteller sitzt auf dem inneren ringförmigen Sitz und verhindert, dassFrischdampf indenRingkanalRund indieKonden-satleitung gelangt. Gleichzeitig dichtet der Ventilteller aber auchdenäußerenringförmigenSitz:DamitwirdderDampfin der Steuerkammer D zwischen Kappe K und Ventilteller V eingesperrt. Dieser Dampf hat zwar einen etwas geringeren DruckalsderDampfimWärmetauscher,abererdrücktaufeinevielgrößereFlächealsderFrischdampf,dervonuntendrückendnurdenQuerschnitt derEintrittsbohrungB zur

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4Ventilsitz

Ventilkegel Druckdose (Balg)

Einstellfeder(Temperatur-einstellung)

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B

KVDR

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Verfügung hat. Deshalb bleibt der Ableiter nun geschlossen. Das ist sozusagen der wichtigste Trick des TD.

KommtwiederKondensat,sosammeltessichvordemEin-gang. Dadurchwird derWärmenachschub zumDampf inder Steuerkammer geringer; dieser Dampf beginnt zu kon-densieren und dadurch sinkt sehr rasch der Druck in der Steuerkammer und damit die Schließkraft. Das Kondensat vordemVentilteller,beiB,stehtaberunterdemDruckdesFrischdampfes;eskannnundenVentiltellernachobendrü-ckenund indieKondensatleitungabfließen:dasSpiel be-ginnt von neuem.

DerTDarbeitetalsostoßweise.Obdiesvorteilhaftist(weildieHeizflächevonKondensatundLuftbesserfreigeblasenwirdalsbeieinemkontinuierlicharbeitendenAbleiter)odernachteilig(weilz.B.eineRegelunggestörtwird),kannwie-der nur anhand der zu entwässernden Anlage entschieden werden.

In der obigen Erklärung des thermodynamischen Funk-tionsprinzips wurde behauptet, dass der Druck im strö-menden Dampf absinkt. Das ist ein Naturgesetz: Die Be-wegungsenergie des strömenden Stoffes stammt aus der Druckenergie;davonaußenkeineEnergiezugeführtwird,muss der Druck abnehmen wenn der Stoff strömt; kommt die Strömung wieder zur Ruhe, so steigt der Druck wieder, allerdingsnichtmehrganzaufdenfrüherenWert,weilin-zwischen Energieverluste durch Reibung eingetreten sind(GesetzvonBernoulli).

SiekönnensichvondiesemSachverhaltselbstüberzeugen:Halten Sie einen Streifen Papier an der Schmalseite fest, so dass der Rest des Papiers nach unten hängt; blasen Sie dann kräftig über das Papier. Das Papier wird nicht nach unten gedrückt,sondernhochgehoben,weildieströmendeLuftei-

nenkleinerenDruckhatalsdienichtströmendeLuftunterdem Papier. Nach oben blasend, können Sie den Papierstrei-fen sogar senkrecht nach oben aufsteigen lassen.

So arbeitet der TD auch dann in der beschriebenenWei-se,wenn ermit derKappenachuntenmontiertwird: dieDampfströmung durch das Gerät saugt den Ventilteller nach oben!DerTDistalsoinbeliebigerLageeinsetzbar.

So einfach das Gerät auch aussieht – erst das Zusammenspiel vielerFeinheiteninKonstruktionundFertigungermöglicht den wirklich guten Kondensatableiter. Den wichtigsten die-serPunktemüssenwirnochbesprechen:ZwischenEingangund Ausgang fällt der Druck des Kondensates etwa vom Druck im Dampfraum auf den Druck in der Kondensatlei-tung ab. Hatte das Kondensat vorher fast Siedetemperatur, soentstehtbeidieserEntspannungsehrvielNachdampf(inKapitel8.4und9.2wirddieseErscheinungnochausführ-lichbehandelt).DasisteinNaturgesetzunddeshalbbeije-dem Ableiter so. Der TD ist nun aber derart ausgeführt, dass bereits dieser Nachdampf den oben beschriebenen Schließ-vorgangauslöst.Frischdampfwirdalsonichtdurchgelassen.Zum Schließen ist anderseits aber so viel Nachverdampfung nötig, dass normalerweise dasKondensat bis etwa 1 bis 3Grad unterhalb der Sattdampftemperatur durchgelassen wird. Diese beiden Reaktionsweisen sind sozusagen der TrickNr.2desTD,oderrichtigergesagt:dasErgebnissehrlangwierigerEntwicklungsarbeit.

FälltzeitweiseüberhauptkeinKondensatan,dannistnacheinerSchließzeitvon½Minutebis½Stunde(jenachGrößeundTyp)derDruckinderSteuerkammerdurchWärmeab-gabe nach außen doch so weit gefallen, dass das Gerät öff-net; die sofort einsetzende Dampfströmung bringt das Gerät jedochsoraschwiederzumSchließen,dassderDampfver-lustextremkleinbleibt.Genauerausgedrückt:DerFrisch-dampfverlust des TD bei Betrieb ohne Kondensatanfallist nicht größer als derDampfverlust, den z.B. einKugel-schwimmerableiter gleicher Leistung – der ja theoretischüberhauptkeinenFrischdampfdurchlässt– infolge seinerWärmeabgabe andieUmgebunghat; dieseWärmeabgabedes größeren Ableiters wird nämlich durch Kondensation vonFrischdampfimAbleiterinnernergänzt.

Durch die große Ansprechgeschwindigkeit des TD ist auch eine Ausführungmöglich, die sich zur Entwässerung vonHochdruck-Heißdampfleitungen und für überhitzten Dampf eignet.

WiesiehtesnunbeimÖffnenaus?DerTDöffnetdurchdieoben beschriebene Verringerung derWärmenachlieferungbei Kondensatanfall so rasch, dass ein nennenswerter Kon-densatstau nicht auftritt. Der TD führt das Kondensat also mitsehrgeringerUnterkühlungab,d.h.derWärmetauscherwird, soweit es am Kondensatableiter liegt, durch den TD kondensatfreigehalten,wasfürdiemeistenWärmetauschervon Vorteil ist.

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

DerTrickNr. 3beimTD ist dieKonstruktion.DerSpiraxSarcoTDisteinDrei-Loch-TD,derdreiAuslasskanälebesitzt.

Der entscheidende Unterschied zum einfachen Ein-Loch-TD besteht darin, dass das Kondensat über drei über den Umfang des oberen Ringkanals gleichmäßig verteilte Ab-lasskanäle abströmt. Diese Kanäle sind in ihren Quer-schnitten, Längen undUmlenkungen so ausgebildet, dasssie dem abströmenden Kondensat gleiche Widerständeentgegensetzen. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Ventilteller annähernd parallel auf die Ventilsitzringe aufsetzt. Das zufallsbedingte Aufsetzen auf der einen oder anderenStellewirdsichgleichmäßigüberdenUmfangver-teilenundsoeinenüberdenUmfanggleichmäßigverteiltenVerschleiß verursachen. Bei ganz gleichmäßig verteiltemVerschleiß würde die Abdichtung zwischen Teller und Sitz hierdurch überhaupt nicht beeinträchtigt werden. Durch die gegenüberdemEin-Loch-TDvergrößertenWiderständederAbströmkanäle wird ein weicheres Aufsetzen des Ventiltel-lers auf die Sitze erreicht, was sich in einer geringfügigen VergrößerungdesLeerlaufverlustesbemerkbarmacht.DieLeerlaufverluste von thermodynamischenKondensatablei-ternsindjedochdabeiineinersogeringenGrößenordnung,dass sie als unerheblich vernachlässigbar sind. Die erheblich geringere Flächenpressung beim Aufprall, die annäherndparalleleFührungdesVentiltellersundderüberdengesam-tenUmfangderSitzeverteilteVerschleißhabenzurFolge,dassdieLebensdauerderneuenDrei-Loch-TDsgegenüberdenEin-Loch-GerätenumeinMehrfacheserhöhtist.

Die verbesserte Strömungsführung durch die drei gleich-mäßigverteiltenAbströmkanälehatzurFolge,dassnunderBereichdereinwandfreienFunktionvonbisher50%Gegen-druckbezogenaufdenDruckvordemAbleiter,auf80%Ge-gendruck erweitert werden konnte.

DieEntlüftungseigenschaftenstützensichebenfallsaufdenthermischen Öffnungsvorgang, so dass gute Dauerentlüf-

tung gewährleistet ist. Schwierigkeiten können auftreten, wennbeimAnfahrenungewöhnlichgroßeLuftmengenmitgroßer Geschwindigkeit anfallen (wenn unter diesen Um-ständenz.B.dasDampfventilzuraschaufgedrehtwird),dadasGerätdannmitLuftebensoabschließtwieimDauerbe-trieb mit Dampf; das lässt sich aber vermeiden. Der TD wird sogar gelegentlich anstelle des thermischenEntlüfters zurEntlüftung von Kugelschwimmerableitern bei hohenDrü-cken verwendet.Für noch bessere Entlüftung bietet Spirax Sarco TDsmitspeziellemEntlüftungstelleran.

Das rasche Ansprechen des TD verursacht ein Anschlagen des Ventiltellers an den Sitz bzw. an die Kappe. Dadurch entsteht ein Geräusch, das im normalen Industrie- und HandwerksbetriebkeineRollespielt(wennmanesdeutlichhören will, benötigtman ein Hörrohr). In einem ruhigenBüroraum aberwürde dasArbeiten des Tellers undmehrnoch das wechselnde Strömungsgeräusch in der Leitungstören. An solchen Stellen sollte der TD also nicht eingesetzt werden.FürdenBetriebsmannistdasArbeitsgeräuschdesTDsogareinVorteil:Mankannsoleichtfeststellen,obundwie das Gerät arbeitet.

Beim TD ermöglichen die Strömungsverhältnisse bei derInbetriebnahme die Anfahrentlüftung. Der thermische Teil derWirkungsweise sorgt dafür, dass die imDauerbetriebanfallendeLuftzusammenmitdemKondensatentweicht.

Vorteile• SehrguteAnpassunganschwankendenDruckundwechselndenKondensatanfallimganzenEinsatzbereich.

• DasKondensatwirdpraktischohneVerzögerungabge-leitet.

• SehrkleineAbmessungenundsehrgeringesGewicht.• BeliebigeEinbaulage,unempfindlichgegenErschütte-rungen,unempfindlichgegenWasserschlagundFrost,kann frostfrei installiert werden.

• Sehrrobust,korrosionsbeständig(alleFunktionsteilesindausrostfreiemStahlgefertigt).

• ImAllgemeinenausreichendeEntlüftungsleistung.• Funktionsweiseakustischüberprüfbar.• DerTDisteinsehrpreiswertesGerät.• AuchfürhöhereDampfdrücke.• FürgeringeÜberhitzunggeeignet;fürstärkereÜberhit-

zung ist die entsprechende Ausführung zu wählen.

EinsatzgrenzenWiebeimBimetallableiterbedürfendieEinsatzgrenzenauchbeidieserAbleiterkonstruktioneinerErläuterung.

• LiegtderÜberdruckimDampfraumunteretwa0,5bar,dannwirddieFunktiondesAbleitersunsicher,weildieNachdampfbildung zu gering und die Strömung des Nachdampfes im Gerät zu langsam ist, um rasches und sicheres Abschließen gegen Frischdampf zu bewirken.DeshalbwirdderEinsatzdesTDerstab1barBetriebs-

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

überdruck empfohlen – nach oben aber gibt es keine funktionsbedingten Druckgrenzen.

• HoherDruckinderKondensatleitungerzeugteineKraft,die im Ringkanal R von unten gegen den Ventilteller drückt.WirddieserGegendruckzuhoch,danngehtderVentilteller nach oben und der TD öffnet auch dann, wenn er nicht sollte. Deshalb darf der Druck in der Kon-densatleitungnichtmehralsetwa80%desDruckesvordem Kondensatableiter betragen.

Aus den beiden vorgenannten Gründen ist der TD für temperaturgeregelte Anlagen weniger geeignet.

• SteigtderDruckinderKondensatleitungaberüberdenDruckimDampfraum,wasz.B.beiAußerbetriebsetzungder Dampfanlage passieren kann, dann sperrt der TD sicher ab, erwirkt dann als Rückschlagventil. (Auch indiesemFallbautsichinderSteuerkammereinDruckauf,der durch die größere Angriffsfläche auf der Oberseite des VentiltellersdasGerätschließt.)

• FürextremhohenKondensatflussistderTDnichtgeeig-net.

Sie sehen, auch der TD ist nicht vollkommen und muss mit Verständnisbenutztwerden!

B) Impuls-KondensatableiterDieses Gerät gehört nach DIN EN 26704 zum System 3„Thermodynamische Kondensatableiter“ mit beweglichem FormstückalsAbschlussorgan.

ErbenutztdieEntspannungdesKondensates,umdasAb-laufventilzubetätigen:KaltesKondensatdrücktvonuntengegen die Abschlussscheibe C des Steuerkörpers S, hebt die-senhochund entweicht in dieKondensatleitung.EinTeildes Kondensates fließt um die Scheibe C herum in die Steuer-kammerKunddurchdieBohrungBimSteuerkörperindieKondensatleitung. Nähert sich die Kondensattemperatur dem Sattdampfwert, dann baut der entstehende Nachdampf in der Steuerkammer K einen Druck auf, der den Steuerkör-per S nach unten drückt und so den Kondensatstrom un-terbricht. Der Druck in der Steuerkammer baut sich dann jedochdurchdieBohrungBab, sodassderAbleiternachkurzer Zeit wieder öffnet, um inzwischen angefallenes Kon-

densat abzulassen – oder das Druckpolster in der Steuer-kammerdurchFrischdampfzuerneuern.

Durch Verschieben des Konus D nach oben oder unten passt sichderAbleiterandiejeweiligenBetriebsbedingungenan.Um die Frischdampfverluste klein zu halten, müssen dieÖffnungenengbleiben;dadurchkannaberdieFunktiondesGerätes schon bei geringem Schmutzanfall gestört werden. Wegen seiner Empfindlichkeit, hervorgerufen durch dienotwendigengenFertigungstoleranzen,konntesichdiesesAbleiterprinzipinderPraxisnichtdurchsetzen.

Vorteile• Kleinundleicht• korrosionsbeständig• ausreichendeEntlüftung.

Einsatzgrenzen• BeigeringemKondensatanfallstärkereFrischdampfver-

luste; • empfindlichauchgegenfeineVerschmutzungen.• DerGegendruckinderKondensatleitungmussstetskleinsein(maximal20bis40%desVordruckes).

Einstellschraube

Konus

BeweglicheImpulsdüse

Ventilsitz

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.3.4 Starre Kondensatableiter (Blenden-Ableiter, Labyrinth-Ableiter)

Starre Kondensatableiter können den Dampf nicht wirklich zurückhalten, setzen aber dem Durchgang von Dampf einen größerenWiderstandentgegenalsdemKondensat:Dampfund Kondensat müssen nacheinander eine oder mehrere Blenden und Entspannungsräume durchströmen. In derBlendefindeteinDruckabfallstatt.DadurchentspanntsichdasKondensatundbildetumsomehrNachdampf,jeheißeresist.(AuchdieseErscheinungwerdenwirnochausführlichbesprechen).DerNachdampf(Entspannungsdampf}behin-dertalsodenDurchflussumsostärker,jeheißerdasKon-densatist.DerFrischdampfhat’samschwersten.Die Luft wird bei diesen Ableitern nicht vom Dampf ge-trennt, sondern entweicht mit diesem und mit dem Konden-sat durch die Austrittsöffnung.

BeiderBeschreibungdesTDwurdeunteranderembereitsgesagt, dass heißes Kondensat bei der Entspannung vielNachdampf bildet. Mit „viel“ Nachdampf ist die Tatsache gemeint,dassDampfbeidenüblichenDrücken jaeinvielgrößeres Volumen beansprucht als Wasser (Kapitel 1.5),dass also schon eine kleine Gewichtsmenge Nachdampf zu einem großen Dampfvolumen und damit oft zu Platzschwie-rigkeiten in der Kondensatleitung führt.Strömt heißes Kondensat von einem Raum höheren Druckes durcheineengeÖffnung,eine„Blende“,ineinenRaumge-ringeren Druckes, dann breitet sich der entstehende Nach-dampfsostarkaus,dasserdieStrömungdurchdieBlendebehindert.DieseErscheinung trittanderAustrittsöffnungjedes Kondensatableiters als Durchfluss hindernder unddeshalbunerwünschterEffektauf.DerDüsenableitermachtausderNoteineTugend:EineodermehrereBlendenoderEntspannungsräume, also Entspannungsstufen, werdenvom Kondensat bzw. Dampf durchströmt.

Bei diesem Ableiter sind die Raumverhältnisse sowie dieWandformendurchBerechnungundVersuchsofestgelegt,dass die Strömung von Kondensat mit Siedetemperatur bzw. vonFrischdampfsehrstarkgedrosseltwird,währendunter-kühltes Kondensat leichter abfließt. Durch Veränderung der Durchflussöffnung kann der starre Ableiter von Hand an die jeweiligenBetriebsverhältnisseangepasstwerden.Abgese-hen von dieser Justiermöglichkeit mit Hilfe der Spindel S besitztderDüsenableiterkeinebeweglichenTeile.Weil erkeinen Regelmechanismus wie andere Ableiter besitzt, wird er „starrer Kondensatableiter“ genannt. Das betriebliche und finanzielle Risiko durch Dampfverlust oder Kondensat-stau ist groß, weshalb dieser Ableitertyp nur in Sonderfällen inBetrachtkommt.

Vorteile• KeinebeweglichenTeile,deshalbbesondersfunktionssi-

cher; klein. • FürgroßeLeistungenundhöchsteDrücke,wenndieBetriebsbedingungenabsolutkonstantsind.

• BeliebigeEinbaulage,kannfrostsicherinstalliertwerden.

• GuteEntlüftungsleistung.

Grenzen• GefahrerheblicherFrischdampfverlusteoderstarkenKondensatstausbeischwankendenBetriebsbedingungenund(oder)ungünstigerEinstellung.

Starre Kondensatableiter werden heutzutage nicht mehr eingesetzt.DieKostenundunnötigeUmweltverschmutzungdurch Dampfverluste sind nicht akzeptabel. Außerdem führt der erhöhte Dampfanteil im Kondensatsystem zu• negativenRückwirkungenaufEntwässerungund Regelung der Dampfverbraucher • erhöhterGeräuschbildung• erhöhterWasserschlaggefahrmitSchädigungvonAnlageunderhöhterGefährdungvonMenschundUmwelt

• unkontrollierbaremKondensatrückstau

SoeinfachsichdasPrinzipdesstarren(Blenden-)Konden-satableitersanhört:ErverursachtinderPraxissovielePro-bleme,dasswirvonseinemEinsatzdringendabraten.

Einstufige Entspannung

Mehrstufige Entspannung

Stufendüsen Handverstellung der Düsenanlage

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.3.5 Aktiver Kondensatableiter (Pump-Kondensatableiter)

InFällen,woderDruckimDampfsystemnichtmehrgrößerals der Druck im Kondensatsystem ist und deswegen Kon-densat nicht mehr durch den Kondensatableiter gedrückt werden kann, wird der aktive Kondensatableiter eingesetzt (eineweitereOptionwärederEinsatzeinerKondensathe-beanlagemitPendelleitung,Kapitel7.6.3).

Der aktive Kondensatableiter oder Pump-Kondensatableiter ist, vereinfacht ausgedrückt, ein Schwimmer-Kondensatab-leiter mit einer integrierten mechanischen Pumpe.

Ist der Differenzdruck zwischen Dampfraum und Kon-densatleitung groß genug, hebt sich der Schwimmer durch anfallendes Kondensat und das Kondensat wird durch den ÜberdruckindieKondensatableitunggefördert.DieFunk-tion ist genau die gleiche wie bei einem Kugelschwimmer-Kondensatableiter.

IstjedochderDifferenzdrucknichtgroßgenug,sofälltim-mer mehr Kondensat an und der Schwimmer des Ableiters hebtsichweiter (1a).AnderObergrenzedieserHubbewe-gung schaltet der integrierte Edelstahlfedermechanismusum.DasEntlüftungsventilschließt(1b),unddasDampfven-tilöffnet.DereintretendeDampfdrücktdasKondensatjetztindieKondensatleitung(2).DieintegrierteRückschlagklap-pe im Pumpkondensatableiter verhindert, dass der Arbeits-dampf ins eigentliche Dampfsystem zurückgedrückt wird.

NachdemPumpvorgangöffnetwiederdasEntlüftungsven-til(3),derDruckimPumpkondensatableiterwirdabgebaut,und neues Kondensat kann aus dem Dampfsystem nachflie-ßen. Der Pumpkondensatableiter arbeitet also intermittie-rend.BeiderAuslegungderLeistungsdatenistdieszube-rücksichtigen und vor allem die Kondensatleitung nach dem Pumpkondensatableiter entsprechend groß auszulegen.

Auch die Zulaufleitung zum Pumpkondensatableiter soll-te so groß ausgelegt werden, dass während des Pumpvor-ganges,beidemjakeinKondensatvomWärmetauscherinden Kondensatableiter nachfließen kann, genügend Anstau-raum zur Verfügung steht.

DiewesentlichenElementebeiderInstallationeinesPump-kondensatableitersfürdenVakuumbetriebsind:1. Ausreichend dimensionierte Zuleitung zum Pumpkon-densatableiter(Anstauraum)

2.DruckpendelleitungzurückzumWärmetauscherausgangoderalternativauchzumEingangdesWärmetauschers;Kondensat kann einfach hydrostatisch zum Pumpkon-densatableiterzulaufen.UnbedingtminimaleZulaufhöhebeachten!

3.Entlüftung des Pumpkondensatableiters über einenDampfentlüfter

4.ZufuhrvonFrischdampffürdieKondensatförderung. Achtung:unbedingtbeachten,dassauchdieseDampfzu-

fuhrleitung entwässert werden muss, es darf kein anfal-

1a Dampfventil öffnet

2 Dampf drückt Kondensat weg

3 Entlüftungsventil baut Druck ab

1b Entlüftungsventil schließt

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5

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

lendes Leitungskondensat vor dem Dampfeinlassventilanstehen.

5.Ausreichend dimensionierte Kondensatleitung; diePumpleistung des Pumpkondensatableiters ist nicht kon-tinuierlich,sondernmitkurzzeitigenSpitzenwerten!

6. In stark intermittierend betriebenen Anlagen bei län-gerem Anlagenstillstand kann es vorkommen, dass der Pumpkondensatableiter im Anlagenstillstand teilweise gefüllt stehen bleibt. Bei Wiederinbetriebnahme derAnlage trifft dann heißer Treibdampf auf kaltes Konden-sat und es kann zu Implosionsschlägen kommen. In sol-chenFällenkannderPumpkondensatableiterübereinenStauerkondensatableiter oder manuell entleert werden.

7.4 Die Auswahl des richtigen Kondensatableiters

AusderBeschreibungderFunktionsweisederKondensatab-leiterergebensicheinigeEigenschaften,dieallenAbleiterngemeinsamsind.DeshalbsinddieseEigenschaftenfürdenFachmannzwarselbstverständlich,aberes istmenschlich,dass manchmal auch (oder gerade?) selbstverständlicheDinge übersehen werden.KeinKondensatableiterkannKondensatansaugen.Esmussalso durch richtige Installation dafür gesorgt werden, dass dasKondensatstetsausdemWärmetauscherabfließtundzum Kondensatableiter gelangt. Auch sollte nicht gleich-zeitig Frischdampf undKondensat in denAbleitereingangkommen, sonst weiß der arme Ableiter nicht, ob er nun öffnenoderschließensoll.DieseForderungbereiteteinigeSchwierigkeiten,wennderBodendesDampfraumesnichtdurchbohrt werden darf; dann muss man schon gut planen, ummitdemindiesemFallhochliegendenKondensatablei-terguteEntwässerungzuerreichen.

Gar nicht freiwillig fließt das Kondensat zum Ableiter, wenn z.B.einemitDampfvonpe=0,5barbetriebeneAnlagezurHerstellung vonBetonfertigteilen auf80°C temperaturge-regeltwird,umdas„Verbrennen“desBetonszuverhindern.EinBlickaufdieSattdampftafelzeigtunsnämlich,dasszudieserTemperatureinabsoluterSattdampfdruckvonca.0,5bar, also Vakuum, gehört. Hier kann auch der beste Konden-satableiter nicht verhindern, dass die Heizplatten teilweise absaufen, so dass der Beton ungleichmäßig beheizt wird.(DieLösungdieserAufgabewerdenwirspäterbesprechen.)

Ferner:KeinnormalerKondensatableiterkannKondensatwegpumpen. (Alternativen sind aktive „Pump-Kondensat-ableiter“oderKondensatheber).StetsistesderimDampf-raum höhere Druck, der das Kondensat in die Ablaufleitung drückt. Soll die Ablaufleitung hinter dem Kondensatableiter ansteigen, dann muss die Differenz zwischen dem Druck im DampfraumunddemDruckamEndederKondensatleitunggroß genug sein, um das Kondensat hochzudrücken.

Schließlich:KeinKondensatableiter istabsolut frostsicher.Zwar gibt es Kondensatableiter, die „zerfriersicher“ sind

(z.B. der TD), das heißt, das Einfrieren beschädigt oderzerstört den Ableiter nicht, nach dem Auftauen arbeitet er wieder einwandfrei. Darf die Dampfanlage aber nicht ein-frieren, dann muss dies stets durch die Installation gewähr-leistet werden, d.h. durch die Art der Leitungsverlegungsowie durch geeignete Abmessungen der Rohrleitungen. Bei den norwegischen Staatsbahnen z.B. haben sich vielethermodynamische Ableiter TD seit langem bei Tempe-raturen bisminus 30°C sogar imunterbrochenenBetriebgutbewährt,währenddiegleichenAbleiterbeiminus5°Ceinfrieren, wenn sie das Kondensat in eine lange und dünne Leitungabführen,dievomEndeherselbstimDauerbetriebzufriert.

Alternativen dazu sind Ableiter mit ständigem Dampf-schlupf: Glockenschwimmer- oder Kugelschwimmer-Kon-densatableitermiteinstellbaremBypass.

7.4.1 Wahl der KondensatableiterartNach den vielfältigen Beschreibungen, Erklärungen undBezeichnungen, die Ihnen in diesem Kapitel angebotenwurden, werden Sie verstehen, dass bei einem Vergleich verschiedener Ableitertypen nur versucht werden kann, die wichtigen Merkmale zu erfassen und einander gegen-überzustellen.DabeiwurdenmöglichstumfassendeBerech-nungenzugrundegelegt.EsliegtjedochinderNaturjederGesamtbetrachtung,dasseseinzelneErfahrungengibt,diedavonabweichen(miteinerKörpergrößevon2,10mmussmaninfastallenBettenkrummliegen).SolltenSiedennochskeptisch sein – Skepsis ist der Glaube, dass nicht nur der Wein,sondernauchdasGlasvergiftetsei–dannsinddiefolgenden Angaben vielleicht zumindest als Zusammenstel-lung der Eigenschaften, die unter Umständen zu berück-sichtigensind, fürSievonWert.EingenauesAbwägen istohnehin nur dann sinnvoll möglich, wenn eine bestimmte AnwendungderAbleiter,alsoineinembestimmtenBetrieboderaneinerbestimmtenAnlageuntergegebenenBetriebs-verhältnissenzugrundegelegtwird.Denn:

Den universellen Kondensatableiter gibt es nicht!

DiemeistenAbleiterwerdenaneinerbestimmtenEinsatz-stelle einigermaßen arbeiten, wenn sie wenigstens für den herrschendenBetriebsdruck geeignet sindund ein ausrei-chendes Kondensatableitungsvermögen haben. Nach dem heutigen Stand der Technik kann und muss man aber mehr verlangen: einewirtschaftlich und technisch optimale Lö-sung, die auf längere Zeit zufriedenstellende Arbeitsweise ermöglicht. (DerErfolgreicheunterscheidet sichvomVer-sager oft nur dadurch, dass er nicht zu faul ist, seinen Ver-standzu„strapazieren“.)DasgiltfürdieEntwässerungeinesDampfbügeleisens nicht weniger als für die Kondensatablei-tung in einer Gasspaltanlage. Welchen KondensatableitersollmanalsofüreinengegebenenBedarfsfallwählen?

StattvomKondensatableiterkannmanauchvomWärme-tauscher ausgehen und den erfahrungsgemäß geeigneten

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Ableiterwählen. EineÜbersicht über die sich ergebendenMöglichkeitenbietet der „SpiraxSarcoLeitfaden“, indemSie in Taschenformat die verschiedenstenWärmetauscherund Bemerkungen zu ihrer zweckmäßigen Entwässerungsowie anderenützlicheHinweise finden.Falls Sie sich fürdiese kleine Schrift interessieren und sie noch nicht besit-zen, genügt eineE-Mail;dannwird Ihnender „Leitfaden“zugeschickt.

Bei bereits vorhandenen Anlagen wirdman zunächst vondengegebenenBetriebsbedingungenausgehenwollenunddies nur dann verändern – verbessern –, wenn es sich als nötig erweist. Als Anregung für dieses Vorgehen ist der An-hang 6 „Auswahl und Merkmale von Kondesatableitern“ gedacht.

FassenwirdiewichtigstenGesichtspunktenocheinmalzusammen:

Das Kondensat soll im Allgemeinen möglichst schnell und unabhängig von Druck- und Lastschwankungen aus demDampfraum entfernt werden.

Thermodynamische Kondensatableiter TD sind für Dampfleitungen und die verschiedensten WärmetauschermitkleinerbisgroßerLeistungbesondersgeeignet.Siesindrobust,zerfriersicher,extremkleinundeinfach.

Kugelschwimmer-Kondensatableiter empfehlen sich für temperaturgeregelteAnlagenoderWärmetauschermitsehrgroßem Kondensatanfall, sowie dort, wo wegen zu geringem VordruckoderhohemGegendruckderEinsatzdesthermo-dynamischen Ableiters nicht möglich ist. Sie sollten mit au-tomatischderDampfdruckkurvefolgendemEntlüfterverse-henseinoderinSonderfällenmiteinemBypass.

Bimetall-Kondensatableiter werden für Anwendungen eingesetzt, wo ausnahmsweise stärkere Unterkühlung desKondensates zulässig oder gar erforderlich ist.

Schnellentleerer-Kondensatableiter sind zwar zunächst die billigsten Kondensatableiter, aber nicht so robust und korrosionsfest wie andere Arten. Sie werden für Dampfheiz-körper und andere kleine Dampfräume verwendet, bei de-nen gelegentlicher Kondensatstau nicht schadet.

ThermischeKapsel-Kondensatableiterhaben einen wei-tenAnwendungsbereich sowohl fürdieEntwässerung vonDampfleitungenals auchvonWärmetauschern.Siehabengute Entlüftungseigenschaften, sind jedoch nicht geeignetfür überhitzten Dampf von mehr als 100 K über Sattdampf-temperaturunddieDruckgrenzefürdenmax.Betriebsüber-druck beträgt 17 bar.

Glockenschwimmer-Kondensatableiter werden nur in Anlagen verwendet, wo Dampfschlupf erwünscht ist.

Stauer-Kondensatableiterbieten bei kleinen und billigen Wärmetauschern(Heizschlangen)einebilligeTemperatur-regelungunter100°C.

MitunterwirdmandiegetroffeneEntscheidungspäterab-ändern müssen, wenn sich herausstellt, dass die gewünschte Ableiterart in der benötigten Ausführung nicht erhältlich ist. So kann es z.B. nötig sein, einenBimetallableiter anstelleeinesKapselableiterseinzusetzen,wenndieWasserschlag-gefahr zu groß erscheint. Oder man entwässert größere Wärmetauscher mit Kugelschwimmerableitern, wenn dieLeistungderzunächstvorgesehenenBimetallableiternichtausreicht.

Als Hilfe zur Auswahl des richtigen Kondensatableiters sei andieserStellenochmalsaufAnhang6diesesBucheshin-gewiesen.

7.4.2 Wahl der KondensatableiterleistungErinnernSie sichnochanunsereÜberlegungen zurWahlderAbleitergrößefürdieEntwässerungvonDampfleitungen(Kapitel 4)? Dort mussten die Vorgänge sorgfältig unter-sucht werden, bis man schließlich zu einer einfachen Regel kam und alle Einzelheiten wieder vergessen durfte. NunkönnenwirsolcheUntersuchungenleidernichtfürjedeArtvonWärmetauschernanstellen:DazuistdieVielfaltzugroß.Selbst ein Versuch, dieWärmetauscher in wenigeHaupt-gruppen einzuteilen, bleibt in diesem Fall problematisch,weiljedeAussagemitzunehmenderAllgemeingültigkeitanWertfürdenEinzelfallverliert.AuseinerWettervorhersagefür einen ganzenKontinent z.B.,wirdderEinzelne seltenFolgerungenfürseinenSonntagsausflugziehenkönnen.

Mankanndeshalbzwarsagen,dassmeistguteErgebnisseerzielt werden, wenn der Kondensatableiter etwa doppelt bis dreifach so viel Kondensat ableiten kann wie im Dauer-betrieb(unterdenDruckverhältnissendesDauerbetriebs);einebindendeRegelistdasabernicht.(AusdiesemGrundewäreesz.B.auchwenigpraxisgerecht,einenbestimmtenSi-cherheitsfaktorschonindieLeistungstabellenderAbleitereinzubauen.)

WirformulierendeshalbdieRegeletwasvorsichtiger:Der Kondensatableiter muss auch bei der kleinsten Druckdifferenz, die im Dauerbetrieb am Ableiter auf-tritt, d.h. kleinster Vordruck minus größter Gegen-druck, jederzeit das anfallende Kondensat abführen können. Darüber hinaus ist ein Zuschlag erforderlich, der besondere Verhältnisse berücksichtigt, vor allem die Inbetriebnahme der Dampfanlage. Die Höhe dieses Zuschlages wird am besten mit dem Ableiterhersteller anhand der Betriebsdaten besprochen.

NunzudenEinzelheitendieserRegel:ÜberdieDruckverhältnisseamKondensatableiterwirdimFolgenden noch gesprochen. Dass dies besonders wichtigist,wissenSie ja,dennkeinKondensatableitersaugtKon-

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densat ab. Das Kondensat wird vielmehr durch den Ableiter hindurchgedrückt, wenn der Druck vor dem Ableiter größer ist als der Druck nach dem Gerät.

Je größer der Differenzdruck am Ableiter ist, desto mehr Kondensat kann das Gerät ableiten. Wird der Differenz-druck für den eingebauten Ableiter zu klein, dann wird der Wärmetauschernicht genügend entwässert und säuft teil-weise oder ganz ab. Die Kenntnis des Differenzdruckes ist fürdieWahlderAbleitergrößealsounerlässlich.

Über den Kondensatanfall wird in den Kapiteln 4.9 und7.4.7gesprochen:

Wird der zu bewältigende Kondensatanfall mit den Leis-tungsangaben der Prospekte verglichen, dann ist darauf zu achten, dass nur der Heißwasser- oder Siedekondensat-durchflussdesAbleiterszugrundezulegenist:DerKaltwas-serdurchfluss kann nämlich wesentlich höher sein als der Siedekondensatdurchfluss, also zurWahl eines zu kleinenAbleiters verleiten.

Schließlich ist in der obigen Regel noch von einem „Zu-schlag“ die Rede, auch „Sicherheitsfaktor“ genannt. Soweit damit die Ungenauigkeiten der Angaben für Druck bzw.Differenzdruck und Kondensatanfall berücksichtigt werden, haben wir es mit dem üblichen „Angstzuschlag“ zu tun. Zum weitaus größeren Teil berücksichtigt der Sicherheitsfaktor jedocheinerseitsbesonderezeitweiseauftretendeBetriebs-zustände(z.B.denAnfahrvorgang),anderseitsdieEigenartdesgewähltenKondensatableitersunterdengegebenenBe-triebsbedingungen(z.B.beimBimetallableiterdieVerstär-kungdesKondensatstaus,wennderGegendrucksteigt).

Ängstlichkeit ist hier genauso wenig angebracht wie über-mäßige Großzügigkeit. Der zu klein gewählte Ableiter bringt bestenfalls,d.h.wenndieAnlageüberhauptläuft,eineu.U.empfindliche Produktionseinbuße, der viel zu groß gewählte Ableiter kann aber erhebliche unnötige Kosten und eben-fallsBetriebsschwierigkeitenverursachen.

Leideristesnichtüberflüssigzubetonen,dassmitAbleiter-„größe“, stets die Leistung (= Kondensatdurchfluss) einesAbleiters gemeint ist, nie seine Anschlussnennweite oder gar seine Abmessungen oder sein Gewicht. Die Größe des Ableitergehäuses spielt keine Rolle; ein faustgroßer Kon-densatableiterkann, jenachAusführung,mehrKondensatabzuleiten vermögen als ein fußballgroßer Ableiter.

Auch die Größe der Anschlüsse, die Nennweite oder das Ge-windemaß sind keinesfalls geeignete Anhaltspunkte für die WahlderAbleiter.Siehtmansichz.B.dieLeistungsanga-benfürverschiedeneArtenundverschiedeneFabrikatevonKondensatableiternmitAnschlüssen½“oderDN15an,sofindet man beispielsweise für einen Vordruck von pe=3barund Gegendruck von pe=0barSiedekondensatleistungenvon120bis500kg/hangegeben;sogareineLeistungsanga-

be von 1900 kg/h wird präsentiert – als Kaltwasserleistung. (DasshiernochkeineNormungerfolgtist,liegtnichtzuletztanderVerschiedenartigkeitderAnwendungen.)

Also niemals einen Kondensatableiter nach der Größe des Entwässerungsstutzensauswählen,sondernnachdentech-nischen Erfordernissen. Ein Kondensatableiter ist eineselbsttätige Regeleinrichtung, für deren Auswahl andere Gesichtspunkte gelten als für dieWahl vonAbsperrarma-turen undLeitungen. Bestellung einerRegelarmatur nachihrer Anschlussgröße und Rabattforderungen mit Hinweis auf das geringe Gewicht der Armatur – lachen Sie nicht, das kommt gar nicht so selten vor – ist die Verhaltensweise, die vorhinmit„gedankenlosemEisenhandel“gemeintwar.

7.4.3 Der Überdruck vor dem Kondensatableiter

Bitte lesen Sie die Überschrift nochmals: Der Überdruckvor dem Kondensatableiter ist gemeint, nicht der Dampf-überdruck irgendwo in der Anlage und schon gar nicht im Dampfkessel.DerÜberdruckunmittelbarvordemAbleiterist (zusammenmit demGegendruck hinter demAbleiter)maßgebendfürdieLeistungdesKondensatableiters.

So selbstverständlich das an sich ist – was wird in der Pra-xisdaraus?OftistdasKesselmanometerdereinzigeDruck-messer der Dampf- und Kondensatanlage. Deshalb gibt man halt den Druck im Kessel an und bedauert, keine weiteren Angaben machen zu können. Geben wir uns ein wenig mehr Mühe:Im Normalfall kann man bei kleineren Anlagen den Druckab-fallinderLeitungtatsächlichvernachlässigenundauchderDruckabfall im Wärmetauscher, ohne den der Dampf janicht zumWärmetauscher strömenwürde, kann in vielenFällenunberücksichtigtbleiben.BeiausgedehnterenAnlagensollteamEndeeinerlängerenDampfleitung ein Manometer vorhanden sein, und für den Wärmetauschergiltdassoebengesagte.DiehierliegendenUngenauigkeitenwerdenimSicherheitsfaktorbeiderWahlder Ableitergröße berücksichtigt.

IstamEndeder langenDampfleitungaberkeinManome-ter vorhanden, z.B. weil die Leitung erst gebaut werdensoll, oder ist die Leitung, ob kurz oder lang, überlastet,dannmusszurBerechnunggegriffenwerdenodereswird,wenndieAnlageschonarbeitet,amEingangoderAusgangdeszuentwässerndenWärmetauscherseineDruckmessungdurchgeführt. Denn eine Dampfleitung, die durch wieder-holteBetriebserweiterung ohneVergrößerung derDampf-leitungsquerschnitteüberlastetist,kannnach50Meternei-nenDruckabfallvonbeispielsweise70%aufweisen,alsonurnoch3bar(pe=2bar)stattdererhofften10bar(pe=9bar)zurVerfügungstellen!AlsonichtanManometernsparen!

MäßigeSchwankungendesDampfdruckeswährenddesBe-triebeskönnenunberücksichtigtbleiben.BeiabnehmendemDampfdruck sinkt zwar die Leistung des Ableiters,wegen

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derabnehmendenDampftemperatursinktjedochauchdieLeistungdesWärmetauschersunddamitderKondensatan-fall.ZwarverändernsichKondensatanfallundLeistungdesAbleitersnichtimgleichenMaß,dochsinddieUnterschiedewegen des gemachten Sicherheitszuschlages vernachlässig-bar.

Kritischwird es, wenn derÜberdruck imWärmetauscherinfolge Temperaturregelung oder aus anderen Gründen stark schwankt. In einem Temperaturregelventil sollte jaderDampfdruckauchbeivollerÖffnungumwenigstens10bis20%abfallen,sieheKapitel10.WirddieHöchstleistungnicht benötigt, dann muss der Druck imWärmetauscherganz erheblich unter den Höchstwert und vielleicht sogar unter den Druck in der Kondensatleitung fallen.

Selbst ein Kugelschwimmer-Kondensatableiter kann dann das Anstauen des Kondensates, d. h. ein teilweises Absaufen desWärmetauschersunddiedamitverbundenenGefahren(Korrosion,ungleichmäßigeBeheizung,Wasserschlag)nichtverhindern: Der überflutete Kugelschwimmerableiter istzwarvoll geöffnet,die jeweils abfließendeKondensatmen-gebzw.dieHöhedesKondensatspiegelsimWärmetauscherwirdabervomÜberdruckimWärmetauscherunddamitinWirklichkeitvomTemperaturregelventilbestimmt!

Eine sichere Vermeidung dieses Zustandes ist durch dieWahldesKondensatableitersnichtmöglich,weilKonden-satableiter das Kondensat eben nicht absaugen können. Wird das Ableitvermögen des Ableiters aber reichlich be-messen (in vernünftigenGrenzen), dannkannderBeginndes Kondensatstaus wenigstens zu kleineren Dampfdrücken bzw.Leistungsabgabenverschobenwerden;Kondensatstauwird dann seltener sein, weil dem größeren Kondensatablei-terjaeinkleinererDifferenzdruckzurAbleitungdesanfal-lenden Kondensats genügt.

Merkenwiruns:Bei temperaturgeregelten Wärmetauschern ist oftmals höchstens die Hälfte des Leitungsdruckes am Konden-satableiter verfügbar.

Dies ist aber nur ein ganz grober Anhaltspunkt für die Aus-wahlderKondensatableiterleistungbeimFehlengenauererBetriebsdaten.

Weilesmeistübersehenwird,nochmalsdieWarnung:WennWärmetauscher,dietemperaturgeregeltsind,nichtmitvol-lerLeistungsabgabearbeiten,istKondensatstauunddamitungleichmäßigeBeheizung zu erwarten.BeiWarmwasser-bereitern istdieserUmstandkaumvonBedeutung,glück-licherweise, bei anderen Apparaten können die Schwierig-keitenjedochbeträchtlichwerden–sieheKapitel6.10.DieProblemlösungistindiesemFallderaktivePump-Konden-satableiterausKapitel7.3.5.

7.4.4 Überdruck hinter dem KondensatableiterAuf den Druck im Kondensatnetz wird noch ausführlicher eingegangen. Hier, für die Auslegung der Kondensatablei-ter, interessiert,wie großderÜberdruckhinterdemKon-densatableiter, der sogenannte „Gegendruck“, werden kann. DennjegrößerderGegendruck,destokleineristderDiffe-renzdruck am Ableiter, desto weniger Kondensat kann ab-geführt werden.

Am Ende der Kondensatleitung herrscht ein bestimmterDruck: Atmosphärendruck,wenn das Sammelgefäß belüf-tet ist; Vakuum, wenn das Kondensat in einen Kondensa-torläuft;Überdruck,wenndieKondensatleitungineinge-schlossenes Gefäß bzw. in ein Nachdampfsystem mündet.

Wird das Kondensat zwischen Ableiter und Leitungsendeangehoben, so entsteht ein zusätzlicher Druckbedarf. Der statischeDruckamBodeneiner10MeterhohenWassersäu-le beträgt 1 bar. Da das Kondensat aber gegen den statischen Druck zeitweise beschleunigt werden muss und durch die Überflutung der aufsteigendenLeitung erhöhteReibungs-verluste entstehen, rechnet man mit einem Druckabfall von etwa1,5barje10MeterFörderhöheoder0,15barje1MeterFörderhöhe:

Der Druckabfall infolge Strömung entlang der Kondensat-leitungistbeikürzerenundreichlichbemessenenLeitungenvernachlässigbar.BeilängerenLeitungen,etwaab50mLän-ge,oderbeizukleinbemessenen,z.B.Kondensatleitungen,die als „Wasserleitungen“ ausgelegt wurden, kann derDruckabfallerheblichsein.WeildieKondensatleitungaberfast immer sowohlWasser (Kondensat) als auchWasser-dampf(Nachdampf)befördert,alsoeinesogenannte„Zwei-phasenströmung“ enthält, sind experimentell gesicherteBerechnungsmethodennochnichtallgemeinbekannt.WirsindaufSchätzungenoderungesicherteBerechnungenan-gewiesen.Merkenwiruns:

Der am Kondensatableiter wirksame Gegendruck – von der Kondensatleitung her auf den Ableiter wirkend – setzt sich zusammen aus:• demDruckamEndederKondensatleitung(z.B.imSam-

melgefäß oder im Nachdampfsystem),• demDruckzumHebendesKondensatesaufeinhöheresNiveau, wobei einschließlich Strömungswiderständenca.0,15barDruckabfalljeMeterFörderhöheanzusetzensind,

• demDruckzurÜberwindungdesStrömungswiderstan-desdergesamtenLeitung(EinflussderNachverdamp-fung wichtig!)

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• unddemzusätzlichenDruck,dendieEinmündungande-rer Kondensatleitungen in die betrachtete Leitung her-vorruft.

BerechnungdesGegendruckesamKondensatableiterindiesemBeispiel:

GegendruckvomKondensatentspannerher: 1,5bar

GegendruckzumHebendesKondensatesum4m: 4·0,15=+0,6bar

Strömungswiderstand:vernachlässigbar,daLeitungkorrektverlegt(kurz,großgenug,mitGefälle) +0,0bar

GesamterGegendruckamKondensatableiter: 2,1bar

AmKondensatableiterverfügbarerDifferenzdruck:(Wennwirklich5barDampfdruckanliegen,d.h.dasRegelventilvordemWärmetauschervollgeöffnetist.) 9,0 – 2,1 = 6,9 bar

DaüberdasRegelventilaberdurchaus50%Druckabfaller-folgen kann, sollten wir von diesem Differenzdruck ausge-hen: 4,5 – 2,1 = 2,4 bar

7.4.5 KondensatanfallWievielKondensatfälltamWärmetauscheran?WirwollennichtversuchendieseFragemitFormelnundBerechnungenzubeantworten.AuchFormelnundgenaueBerechnungenliefern ohnehin nur Näherungswerte, weil der Kondensatan-fallvomWärmeübergangunddieserbekanntlichvonvielen,nichtgenaubekanntenUmständenabhängt.

Begnügenwirunsdeshalbvorläufigmit allgemeinenHin-weisen.

GenaueWerteüberdenKondensatanfallkannmannatür-lichbeiAnlagenerhalten,diebereitsinBetriebsind:IstderDampfverbrauch durch Messungen bekannt, dann steht auch derKondensatanfallfest.BeträgtderDampfverbrauchetwa375kg/h,dannfallenauch375kg/hKondensatan,dennderDampfwird imWärmetauscher janicht „verbraucht“,wiewir zu sagen pflegen, sondern nur in Kondensat verwandelt, ohnedassStoff(Wasser)verlorengeht.LediglichWärmeen-ergiewurdeabgegeben(andasbeheizteProduktundandieUmgebung),aberWärmeenergiewiegtnichts.

An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass ther-mischeAbleitergemäßKapitel7.3.2unterkühltesKondensatund deshalb eine Abkühlstrecke vor dem Ableiter benötigen. Diese Ableiter dürfen keinesfalls isoliert werden.

Ist der Dampfverbrauch des Apparates nicht bekannt, dann lässtsichderKondensatanfall(unddamitauchderDampf-verbrauch) mit einfachen Mitteln beliebig genau messen:ManführtdasKondensatvomAbleiterineineWasservor-

lage und bestimmt die Gewichtszunahme innerhalb einer gewissenZeit.BeträgtderGewichtszuwachsdesAuffangbe-hältersz.B.40kgin15Minuten,dannistdieKondensations-geschwindigkeit40kg/15min=160kg/60min=160kg/h. Mansolltedaraufachten,dassdieWassertemperaturnichtwesentlichüber60°Csteigt,weilsonstMessfehlerdurchdieVerdunstungvonderWasseroberflächeimAuffangbehälterentstehen.JenachZulauftemperaturmussdieWasservor-lage also reichlich bemessen werden. Dies führt aber bei größeren Kondensatmengen – und nur bei diesen ist eine genauere Messung des Kondensatanfalls erforderlich – zu unhandlich großen Auffangbehältern. Deshalb ist es ein-facher, dieKondensatleitung in einemWärmetauscher le-diglichaufeineTemperaturunter80°Czukühlen,undda-nachdenDurchflussmiteinemgewöhnlichenWasserzählerzu messen. Durch die Kühlung werden Fehlmessungendurch Dampfblasen vermieden, und es ist möglich, eine der üblichen „Wasseruhren“ zu verwenden, die bis 80°C ein-setzbar sind.

WoderWärmeverbrauchdeszuentwässerndenApparateszuverlässig(!)bekanntist,kannderKondensatanfallerrech-netwerden: 1 kgDampf gibt beimKondensieren dieVer-dampfungswärme∆hvab(bei1bar2258kJ/kg,bei10bar 2014kJ/kg,imMittelrd.2100kJ/kg)(sieheWasserdampf-tafel); oder je 2100 kJ übertrageneWärmemenge fällt rd. 1 kg Kondensat an. DieWärmeleistung des Apparates istalsodurch2100zuteilen,umdenKondensatanfall(unddenDampfverbrauch) zu errechnen. Eine kleine Schwierigkeittritt nur dadurch auf, dass im SI-System grundsätzlich die Maßeinheit Sekunde benutzt wird, aber Kondensatdurch-flussmengen, Dampfleistungen von Kesseln traditionell auf die Stunde bezogen werden, also kg/h oder t/h. So ist die Leistung eines Wärmetauschers, der Wärmestrom Q , in Watt (W) anzugeben.Erinnernwir uns: 1W= 1 J/s oder 1kW=1kJ/s.DannistderKondensatanfallnachDIN3680Heißkondensatdurchfluss mh(kg/h).

jeSekundem h=Q /∆hv [kg/s] Q inkW,∆hv in kJ

jeStundem h=Q ·3600/∆hv[kg/h]

fürÜberschlagsrechnungen

m h=1,7·Q [kg/h] Q inkW

Beispiel:Wärmetauscherleistungsei700kW

Kondensatanfall700·1,7=1190kg/h

Alle diese Möglichkeiten liefern aber erst den kleineren Teil derAntwortaufdieobengestellteFrage:„WievielKonden-sat fällt an?“UmeinenDampfraum jederzeit ausreichendzuentwässern,mussmannämlichbeiderWahlderAblei-tergröße die zeitlichen Schwankungen des Kondensatanfalls berücksichtigen.WieunterschiedlichdieseVerhältnisseseinkönnen, zeigt Ihnen Kapitel 7.4.7 und 4.9

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Das istaber immernochnichtalles.WozeitweisegrößereMengen Luft zusammen mit dem Kondensat abzuführensind, soll das Ableitvermögen von thermodynamischen und Kugelschwimmerableitern entsprechend höher gewählt werden. Thermoelastische Kondensatableiter erfordern in diesemFallkeinenZuschlag;dafüristbeisolchenAbleiternabereinZuschlagbeihohenUmgebungstemperaturenan-gebracht,alsoz.B.beiMontageimInnerneinesTrockners,weil hier mit geringerer Kondensatunterkühlung gerechnet werden muss.

7.4.6 Die Temperatur vor dem Kondensatableiter

NichtseltenwerdenBestellungenmitetwafolgendenAnga-benerteilt:„Kondensatableiterfür1000kg/hKondensat,pe =12bar/400°C“.

EinBlickaufdieDampftafel zeigt,dassesKondensatvon400°C nicht gibt; bei pe = 12 bar beträgt die Sattdampf-temperaturrd.192°C.MiteinersoformuliertenBestellungkann also nur gemeint sein, dass das Kondensat aus einem Dampfnetz von pe=12bar/400°Ckommt.

Nun erhebt sich die Frage: Muss der Kondensatableiterfür 400°C geeignet sein? Am Entwässerungspunkt einerDampfleitung ist wegen des geringen Kondensatanfalls stets damit zu rechnen, dass ungekühlter Heißdampf zum Ablei-tergelangt.EinKondensatableiterfürdieEntwässerungvonDampfleitungen muss also für die Temperatur des Heiß-dampfesgeeignetsein,imBeispielfür400°C.

ImgenanntenBeispielkannessichabernichtumeineLei-tungsentwässerung handeln, denn an einer solchen Stelle fallennicht1000kg/hKondensatan,hoffentlich!EsmusssichhieralsoumdieEntwässerungeinesWärmetauschershandeln.EinWärmetauschermussdemDampfaberzuerstdie Überhitzungswärme nehmen, ehe er den Dampf kon-densierenkann.Das isteinNaturgesetz.EshängtdeshalbüberwiegendvonderFormundderBetriebsweisedesWär-metauschersab,obDampfvon400°CzumKondensatablei-tergelangt.DadieÜberhitzungswärmeimWärmetauscherschnellverschwindet,wirdmanz.B.beieinemkontinuier-licharbeitendenLufterhitzerundbeivielenanderenWär-metauschern nicht damit zu rechnen brauchen, dass Heiß-dampfzumAbleiterkommt.MankönnteindiesenFällendasgeringeRisikoeinerFehlfunktionodereinesGerätedefekteseingehen,wennderimBeispielvorgeseheneKondensatab-leiter zwar für pe=12barSattdampf,nichtaberfür400°Coder208KÜberhitzung(=400–192)geeignetist.

Andersistesaber,wennesumFragenderSicherheitgeht,denn in Sachen Menschenleben ist Risikofreudigkeit ein schlechter Charakterzug. Deshalb werden wir in unserem Beispiel für 400°C keinen Ableiter mit Graugussgehäu-se einsetzen, weil dieses Material nur bis 300°C zulässigist(sieheDIN2401).ZwarerwartenwirmitgroßerWahr-scheinlichkeit eine Temperatur von höchstens 192°C am

Ableiter, aber Temperaturen über 300°C sind eben nichtvöllig auszuschließen. Wäre ein Graugussgehäuse an die-serStellenieüber192°Cerhitztworden,aberdurcheinenWasserschlagzerstörtundeinePersonverletzt,dannergin-geesdemBetriebsingenieursicherlichnichtbesseralsdemAutofahrer, der mit 1,1 Promille durch einen bei Rot über dieKreuzungrasenden0,0-Promille-FahrerineinenUnfallverwickelt wird (zumal sich Rot oder GehäusetemperaturzurZeitdesUnfallsschlechternachträglichbeweisenlassenalsderBlutalkoholgehaltoderdieRegel,dassGraugussge-häusenichtüber300°Ceingesetztwerdensollen).

100%

Kondensatanfall

Zeit

Dampfleitung

100%

Kondensatanfall

Zeit

Ätzbottich

(Chargenbetrieb)

Kondensatanfall

100%

Zeit

Lufterhitzer

Kondensatanfall

100%

Zeit

Vulkanisierpresse

Zeit

Kondensatanfall

100%

Papierzylinder

Kondensatanfall

100%

Zeit

Wasserbereiter

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.4.7 BeispieleIn den nebenstehenden Diagrammen ist der Kondensatan-fall über der Zeit verschiedender Dampfverbraucher von der Inbetriebnahmeandargestellt.WieSieausdiesenBeispie-len ersehen, bestehen grundsätzliche Unterschiede nichtnur zwischen den Anfahrvorgängen, sondern auch zwischen den Verhältnissen im Dauerbetrieb. Dementsprechend un-terschiedlichsindauchdieFolgerungen,diefürdieAuswahlder Kondensatableiter gezogen werden.

In der Tabelle ist angegeben, welche Siedekondensatleistung derjeweilseinzusetzendeKondensatableiterbesitzensollte.Siesehen,dieSicherheitsfaktorenschwankenzwischen1,5und10!

DerSicherheitsfaktorunddamitdieWahlderKondensat-ableiter-Leistung ist allerdings nicht allein eine Folge derAnpassung an die Schwankungen des Kondensatanfalles. AuchdiejeweiligenDruckverhältnisseunddieEigenheitender gewählten Ableiterart sind zu berücksichtigen.

Dampfleitung Ableiter (TD) kleinste Nennweite

Lufterhitzer Leistung = 1,5 · Dauerleistung

Papierzylinder Leistung = 4 · Dauerleistung

Ätzbottich Leistung = 2 · Maximale Leistung

Vulkanisierpresse Leistung = 10 · Dauerleistung

Wasserbereiter Leistung = 1,5 · Maximale Leistung

Die Dampfleitung wird zwar einen einigermaßen konstan-ten Druck bieten, erfordert jedoch wegen der möglichenWasserschläge einen robusten Kondensatableiter, der dasKondensat nicht unterkühlt. Der thermodynamische Kon-densatableiterTD ist deshalbhierfür die ersteWahl, aberauch der thermische Kapsel-Kondensatableiter kommt in Betracht.

Der temperaturgeregelte Lufterhitzer verlangt einen für schnelle Lastschwankungen geeigneten Ableiter, derdas Kondensat nicht anstaut und den regelungsbedingten Druckschwankungen bis zu niedrigsten Drücken folgt. Der Kugelschwimmerableiter mit automatisch der Sattdampf-kurvefolgendemEntlüfteristhierfürdasgeeigneteGerät.

Der Papierzylinder arbeitetbeigleichbleibendemBetriebs-druck,dasEntwässerungssystemunterliegtjedochderGe-fahrdesDampfstaus.DiesembesonderenUmstandwirdderKugelschwimmerableiter mit eingebautem einstellbarem Bypassgerecht.

Der Ätzbottich im Chargenbetrieb bringt, gleichgültig ob temperaturgeregelt oder nicht, starke Last- und Druck-schwankungen, doch sind die Anforderungen an die Bad-temperaturgering,undKondensatstauistsowohldemBadals auch der Heizschlange zuträglich. Deshalb ist hier der Bimetallableiterzweckmäßig.

Die Vulkanisierpresse dagegenverbietetjedenKondensat-stau (der ungleichmäßige Beheizung, also ungleichmäßigeVulkanisierungundProduktionsausschusszurFolgehätte)und liefert sehr unterschiedliche Kondensatmengen. Der thermodynamische oder der thermische Kapsel-Konden-satableiter mit ihrer Anpassungsfähigkeit an große Last-schwankungen sind hier sehr gut geeignet.

Der Durchlauferhitzer, im Allgemeinen temperaturgere-gelt, erfordert ähnlich wie der Lufterhitzer-Anpassung anschnelle Schwankungen sowohl des Kondensatanfalls als auch des Dampfdruckes. Auch hier kommt deshalb zuerst der Kugelschwimmerableiter mit eingebautem automa-tischemEntlüfterinfrage.

NunkannmanzwarindiesenBeispielenanstelledesVor-geschlagenenu.U.aucheinenAbleiterandererArtverwen-den. Insgesamt dürfte angesichts solch unterschiedlicher Betriebsverhältnisse aber verständlich werden, dass eineeinzigeAbleiterartnichtinallenFällenderPraxisoptimaleBetriebsergebnisseermöglichenkann.

Siehaben auch gesehen, dass InformationenüberdieBe-triebsbedingungen, Durchdenken der Aufgabe, Sorgfalt und einigeErfahrungnichtganzsoüberflüssigsind,wiemanbeioberflächlicherBetrachtungmeinenmag.Esistnichtdamitgetan,einen½"-Kondensatableiteraneinen½"-Kondensat-anschluss zumontieren– oder einen 1"-Ableiter an einen½"-Anschluss,wennmanängstlichist.

Sie verstehen nun wohl auch, dass es schon erheblicher technischer Kurzsichtigkeit bedarf, um z.B. den XY-Kon-densatableiter im Vulkanisierbetrieb einzusetzen, nur weil dieanderenFertigungsbetriebedesgleichenWerkesdiesenAbleiterverwendenunderdeshalbbereitsameigenenLagerverfügbar ist; bequem und „rationell“ ist dieses Verfahren zwar, aber verantwortet werden kann es nur dann, wenn derXY-Kondensatableiter fürdenVulkanisierbetriebauchgeeignet ist.SowohlderEinflussderKondensatanlageaufQualität und Quantität der Produktion, als auch der Anteil derEnergiekostenandenBetriebskostenderAnlageerfor-derndieseEinstellung.

DieWahldeszweckmäßigenKondensatableiterswarnichtdie letzte Aufgabe, die wir zu lösen hatten. Denn das beste Gerät kann versagen, wenn es falsch eingebaut wird oder wenn irgendwo sonst in der Anlage bestimmte Schwierig-keiten auftreten. Deshalb werden wir in Kapitel 7.6, 8 und 9dieMontagevonKondensatableiternbeschreiben,Einzel-fragen wie Entlüftung, Schmutz undWartung behandeln,praktische Hinweise für die Auslegung des Kondensatnetzes geben und schließlich noch auf dieWirtschaftlichkeit derKondensathandhabung eingehen.

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.4.8 ProspektangabenSie kennen nun die wichtigsten und einige weniger wichtige KondensatableitertypenmitihrengutenEigenschaftenundihren Grenzen und die Rahmeninformationen, die Sie für dieAuswahldesrichtigenAbleitersbenötigen.Einzelheitenüber einen bestimmten Ableiter konnten hier natürlich nicht behandelt werden; dazu sind die Prospekte bzw. Datenblät-terderHerstellerda.UmIhnendasineinfacherWeiseer-klärenzukönnen,sindalsBeispielvierSpirax-Sarco-Daten-blätterbeigefügt:(Anhang7a–d)

• BPC32,thermischerKapsel-Kondensatableieter• SMC32,Bimetall-Kondensatableiter• TD32,thermodynamischerKondensatableiter• FT57,Kugelschwimmer-Kondensatableiter

BeimDatenblattfürdenFT57ersehenSieausderSkizzeaufder Vorderseite, wie das Gerät aufgebaut ist, dass es wahlwei-semitautomatischemEntlüfterodereinstellbaremBypassodermitbeidemerhältlichist.DieEinbaumaßesindange-geben, einschließlich dem zu beachtenden Service-Abstand. Die technischen Daten zeigen die verschiedenen zulässigen Differenzdrücke und dass das Gehäuse für den Nenndruck –eingenormterBegriff,aufdenwirnochzurückkommenwerden,nämlichPN25(frühereAbkürzungND)–ausgelegtund bemessen ist, womit der höchstzulässige Dampfzustand festgelegt ist. Genaue Angaben folgen über die Anschlüsse undWerkstoffe.

Auf der Rückseite ist im Diagramm der Durchfluss vom Sie-dekondensat (kg/h), abhängig vom Differenzdruck (bar),am Ableiter dargestellt. Es gibt für dieses Gerät drei ver-schiedene Ventilgrößen; für den höheren Druck sind die Ventildurchmesser kleiner und so der Kondensatdurchfluss geringer, damit der Schwimmer gegen den höheren Diffe-renzdruck das Ventil öffnen kann.

Die Datenblätter für den Kapsel- und den Bimetall-Kon-densatableitersindingleicherWeiseaufgebaut,nursindimDurchflussdiagrammverschiedeneUnterkühlungstempera-turen tu unter Siedetemperatur angegeben, weil bei diesem Ableitersystem der Durchfluss stark von diesem tu abhängt.

Das Datenblatt für den thermodynamischen Kondensatab-leiter weist keine Besonderheiten auf. Das Durchflussdia-gramm gilt für Siedekondensat.

Grundsätzlich ist für die Kondensatdurchflussangaben sorg-fältig zu prüfen, ob es sich um Heißkondensat mit einer an-gegebenenUnterkühlungt,Siedekondensat,d.h.Kondensatvon annähernd Sattdampftemperatur oder etwa dem Kalt-kondensatdurchfluss – Kaltwasser mit einer Temperatur von20°C–handelt.DerSiedekondensatdurchflussbeträgtnämlichnuretwa¹⁄3 des Kaltwasserdurchflusses.

7.5 Unvermeidliche Erschütterungen

Da alle Kondensatableiter mechanisch bewegte Teile besit-zen, sollten Erschütterungen nachMöglichkeit vermiedenwerden.Lässtsichdasnichteinrichten,wiez.B.aufSchiffenoder an Eisenbahnwagen, dann muss ein Ableitertyp ge-wähltwerden,derfürdieseBetriebsbedingungenbesondersgeeignetist.DassindalsersteWahldierobustenthermody-namischenAbleiter.WeiterhinkommenalszweiteWahlderthermischeKapsel-undderBimetallableiterinfrage,Kugel-schwimmerableitersinduntersolchenUmständenwenigergeeignet,weildauerndeErschütterungenzufrüheremVer-schleiß der Mechanik führen und auch weil starkes Schwan-kendesKondensatspiegelsimAbleiterdieFunktionbeein-trächtigen kann.

7.6 Installation von Kondensatableitern

7.6.1 Abstand des Kondensatableiters vom Dampfraum

Wegen der Gefahr des Dampfstaus wurde bereits festge-stellt, dass Kondensatableiter im Allgemeinen nahe am Wärmetauschermontiertwerdensollen,wobeiunter„nahe“einAbstandvonetwa½bis1Meterzuverstehenist.Unter„Dampfstau“ verstehen wir den Zustand, dass Dampf den freienKondensatfluss, ähnlichwiedieLuft inKapitel 7.2,behindert.

Natürlich ist auch leichte Zugänglichkeit des Ableiters und vor allem des Schmutzfängers wichtig, damit erforderliche Wartungsarbeitendurchgeführtwerdenkönnen. ImZwei-felsfall ist aber die einwandfreieFunktiondesWärmetau-scherswichtigeralsdiebequemeWartung.

Muss aus unvermeidlichen Gründen ein stärker anstauen-derAbleiterwiez.B.einBimetallableiterzurEntwässerungeinesWärmetauschersodergareinerDampfleitungverwen-det werden, dann sollte dieser Ableiter einige Meter vom Dampfraum entfernt angebracht werden, damit sich das Kondensat vor dem Ableiter abkühlen kann.

SäßederAbleiternaheamWärmetauscher,dannwürdedasKondensat in den Dampfraum hinein gestaut, bis es sich dort auf die Ableittemperatur abgekühlt hätte. Ist der Ab-leiter dagegen weiter vom Dampfraum entfernt, dann kann das Kondensat in der Zuleitung abkühlen, wird also nicht oder nicht so stark in den Dampfraum hinein angestaut. Die Leitung vomWärmetauscher zum Kondensatableiter darfdeshalbhiernicht isoliertwerden.IndiesemFallwirddieGefahr eines Dampfstaus durch die längere Zuleitung nicht größer,weilderAbleiterjaschonschließt,wennnochKon-densat in der Zuleitung steht.

FälltallerdingszeitweisebesondersvielKondensatan,dannbesteht dieGefahr, dass derWärmetauscher absäuft,weilderBimetallableiterverhältnismäßigträgeist.Fälltdagegenzeitweise besonders wenig Kondensat an, erhöht sich die

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Gefahr des Dampfstaus. Auch wird die verlängerte, nicht isolierte Zuleitung zum Ableiter wegen ihrer hohen Ober-flächentemperatur aus Arbeitsschutzgründen nicht immer zulässigsein.EinesolcheAnordnungsolltedaheraufzwin-gendeFällebeschränktbleiben.

7.6.2 Kondensatableiter über dem Wärmetauscher?

Nach dem Studium des Kapitels über die Dampfstaugefahr wissen Sie auch, warum es ungünstig ist, den Kondensatab-leiterhöherzumontierenalsdenWärmetauscher:weildieEntwässerungsleitung dann ja vom Wärmetauscher zumKondensatableiter ansteigen muss, mit der Gefahr eines Dampfabschlusses. Sie wissen auch schon, dass diese Gefahr nur dann geringer ist, wenn der verwendete Ableiter entwe-der nicht dampfdicht schließt, so dass eingesperrter Dampf in die Kondensatleitung entweichen kann, oder wenn er das Kondensat stärker anstaut, so dass weniger Dampf in die Zuleitung gelangt; beides ist im Allgemeinen aber un-erwünscht.

StehtdieLeitungzumKondensatableitervollWasser,dannstehtdasWassermeistauch ingleicherHöhe imWärme-tauscher: Reduzierte Wärmetauscherfläche, Korrosion,Geräusche, schlechteRegelung– siekennendieFolgen jaschon.EinAnsteigen derKondensatleitung vor demAbleiter hatauch denNachteil, dass derWärmetauscher beiAußerbe-triebnahme nicht oder nicht völlig leerläuft. Daran ändert auch ein Rückschlagventil in der Entwässerungsleitungnichts.Folge:WasserschlagunderhöhteKorrosionistmög-lich.

Man sorgt deshalb dafür, dass das Kondensat – wenn irgend möglich – mit Gefälle abläuft.

AberdiePraxislässtsichnichtinstarreRegelnzwingen.EsgibtFälle,indenenderAbleiternichtunterhalbdesDampf-raumesangebrachtwerdenkann:ÖltanksaufSchiffenz.B.sind oft unten unzugänglich oder dürfen aus Sicherheits-gründennichtdurchbohrtwerden;dasEndeder innenlie-gendenHeizschlangemussdann10oder15Meternachobengeführt werden, ehe man den Kondensatableiter montieren kann. Ähnliches gilt für manche Apparate in der chemischen undderNahrungsmittelindustrie.ImInnerndesBehälterswirdderAbleiternatürlichnichtmontiert,weilbeiUndicht-heitenderBehälterinhaltverunreinigtwürdeundbeieinerFunktionsstörung des Ableiters die Reparatur unmöglichwäre.

Wastun?DreiMaßnahmenermöglichenauchindiesemFalldiezufriedenstellendeEntwässerungdesDampfraumes:

1. Das Kondensat muss durch natürliches Gefälle zum Aus-gang des Dampfraumes laufen. Diese Forderung ist indennachfolgendenBilderndurchdieNeigungderHeiz-schlange erfüllt.

2.EineAbkröpfung vor dem ansteigendenRohrteil ergibteinen siphonartigen Abschluss. Ohne diesen Abschluss strömt so lange Dampf in die Steigleitung, bis die untere, nahezu waagerechte Zuleitung mit Kondensat gefüllt ist. Dann erst entsteht in der Steigleitung durch die Kon-densation des nun eingesperrten Dampfes ein geringe-rerDruck,sodassdasKondensatjetztdurchdenDruckim Dampfraum in die Steigleitung gepresst wird. Nach Abführung des Kondensates wiederholt sich dieses Spiel. In der Abkröpfung genügt hingegen schon eine kleine Kondensatmenge, um die Steigleitung abzusperren, also das Nachströmen von Dampf in die Steigleitung zu ver-hindern und somit eine frühere Abführung des angesam-melten Kondensates zu bewirken.

3.Für die Steigleitung wählt man ein verhältnismäßigdünnesRohr–Faustregel:etwaeineNennweitekleinerals der Kondensatableiter. Dadurch wird der Inhalt des Steigrohres im Verhältnis zur Rohroberfläche kleiner und das eingesperrte Dampfpolster kondensiert schneller. Außerdem begünstigt die enge Steigleitung die Bildungvon Kondensatpfropfen und erschwert so den Dampf-durchschlag zum Ableiter hin.

Durch diese drei Kunstgriffe – der erste sollte selbstver-ständlich sein – werden die Stockungen in der Kondensa-tableitung so verkürzt, dass ein größerer Kondensatstau und demzufolge ein periodisches Schwanken der Leistung desWärmetauschers im Allgemeinen nicht mehr auftritt; dieAnlage arbeitet einwandfrei.

DazunocheinWinkausderPraxis:Wodieuntere(günsti-gere)Entwässerungnichtzulässig ist,bestehtoftauchdieHeizschlange aus Sondermaterial. Schweißnähte oder gar Verschraubungen sind dann unerwünscht. Hier kann man die Heizschlange nach einer leichten Abkröpfung ununter-

Dampfräumlich einzigmögliche Lösung

optimale Entwässerung,räumlich nicht möglich

Kondensat

Dampf

Kondensat-ableiter

Kondensat

Dampf

Kondensat-ableiter

Ungünstig:Die Heizschlange säuft ab,geringere Leistung

Günstig:Heizschlange gut entwässert,volle Leistung

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

brochen und mit vollem Querschnitt nach oben führen und die eigentliche Steigleitung in diesem Rohr montieren. Die-se Anordnung hat allerdings den Nachteil, dass das kleinere Steigrohr nun beheizt statt gekühlt wird.

Grundsätzlichempfehlenswertfürgefüllte/teilgefüllteWär-metauscherflächen ist die Ausführung in Edelstahl. Einweiteres einfaches Hilfsmittel ist der Einsatz eines Rück-schlagventiles an der richtigen Stelle. So kann zumindest das Zurückfließen des Kondensates verhindert werden.

7.6.3 Entwässerung unter VakuumEs gibt keinenKondensatableiter, derKondensat absaugt.Kondensatableiter öffnen oder schließen lediglich ein Ab-schlussorgan. Die Entfernung des Kondensates aus demDampfraum ist also nur möglich, wenn das Abschlussorgan geöffnet ist und wenn im Dampfraum ein höherer Druck herrscht als in der Kondensatleitung.Treten Entwässerungsschwierigkeiten auf, weil der Diffe-renzdruck am Ableiter zu klein ist oder gar der Gegendruck (=DruckhinterdemAbleiter)höherliegtalsderVordruck (=DruckvordemAbleiter),dannwerdenSiesichergeeig-neteGegenmaßnahmenfinden:denVordruckerhöhen,denGegendruck herabsetzen, einen größeren Kondensatableiter wählen, einen Pump-Kondensatableiter einsetzen.Erfahrungsgemäß liegt hier die Schwierigkeit lediglich imErkennen der wirklichen Druckverhältnisse. Deshalb seieinmalmehrgesagt,dasssichderklugeBetriebsingenieurdurchdenEinbaumöglichstvielerManometerundeinigerThermometer einen Überblick über den BetriebszustandseinerDampf-Kondensatanlageverschafft.DieBetriebsbe-dingungeneinerAnlageändernsichimLaufederZeitdurchÄnderungderZahloderderBelastungderDampfverbrau-cher.

Doch was tun Sie, wenn der Druck im Dampfraum geringer istalsderAtmosphärendruck?TatsächlichtrittVakuumimDampfraum häufiger auf alsman vermutet. ZumBeispielkann der Dampfdruck zumindest zeitweise unter den At-mosphärendrucksinken,wennderWärmetauscheraufeineTemperaturdesbeheiztenMediumsvonwenigerals100°Cgeregeltwird,unddasistsehroftderFall.

SehrwichtigistdieserUmstandfürLufterhitzerinLüftungs-undKlimaanlagen,womeistensmitniedrigenLufttempe-

raturengearbeitetwird.BeiAußentemperaturenunter0°Ckann ein Heizregister innerhalb weniger Sekunden einfrie-ren und dadurch zerstört werden, wenn bei der Planung die Naturgesetze nicht genügend beachtet wurden.

Im Kapitel 4 wurde der Vorgang im Dampfraum anhand einesBeispielserklärtundauchdieStichwortefürdieLö-sung dieses Problems gegeben: Man muss dafür sorgen,dassderDruckvorderEntwässerungsstellegrößerwirdalsderDruckdahinter.DafürgibtesfolgendeMöglichkeiten:

1. Man schließt die Kondensatleitung an ein vorhandenes Vakuum-System an, dessen Druck tiefer liegt als der niedrigste Druck im Dampfraum. (Alle Drücke in barbezeichnen nach der Vorschrift absolute Drücke, wenn nichtausdrücklichals„Überdruck“odermit„pe“ bezeich-net!)

VakuumsystemewerdenheutewegenihrerKomplexitätundStöranfälligkeit kaum mehr eingesetzt.

2.WenndieräumlichenVerhältnisseeszulassen,wirddieEntwässerungsleitung zum Kondensatableiter so weitnach unten geführt, dass das Kondensat aufgrund des GewichtesderWassersäuleausfließenkann:

Kondensat

Dampf

Kondensat-ableiter

Dampf

Kondensat

Temperaturregelung auf60 °C entsprechend 0,2 bar

Kondensat-ableiter

Lufterhitzer

PumpeKondensator

Vakuumleitung 0,03 bar

Dampf

Luftdruck1 bar / 10 mWS

Temperaturregelung auf20 °C entsprechend 0,023 bar

Kondensat-ableiter

Lufterhitzer

12 m

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

IndiesemBeispielmussdieZulaufhöhezumAbleiteralsoüber 10 Meter betragen, damit überhaupt Kondensat abge-führtwird.–Würdeauf80°Cgeregelt,soentsprächedieserDampftemperatur laut Dampftafel ein Druck von 0,47 bar oderrd.4,7mWS;unterdiesenUmständenmüsstedieZu-laufhöhe zum Ableiter größer als 4,7 m sein.

3.UmderartgroßeZulaufhöhenzuvermeiden,kannmaneinen Belüfter einsetzen, der Luft in den Dampfraumlässt, sobald der Druck unter den Atmosphärendruck sinkt.ImeinfachstenFallistdaseingutdichtendesRück-schlagventil. Nun kann der Druck im Dampfraum nicht mehr unter den Atmosphärendruck fallen. Da die Luftbei Abkühlung (oberhalb 0°C) nicht kondensiert, kanndennoch die Temperatur im Dampfraum unter 100°Csinken:DieBindungandieSattdampfkurveistdurchdieLuftbeimischungaufgehoben.

InmanchenLändern,besondersindenVereinigtenStaaten,wirddieseMethodehäufigangewandt.BeiunssetztmansienuralsallerletztenAuswegein,weilmitderLuftSauerstoffindenDampfraumkommt,sodassderWärmetauscherwieauch das ganze Kondensatsystem erhöhter Korrosion unter-liegen.

Auch in diesem Fall wird eine Zulaufhöhe zum Ableiterbenötigt,dienunabernichtmehr zurÜberwindungeinesUnterdruckes imDampfraumdient,sondernnurnochzurErhöhungdesKondensatdruckesvordemAbleiter.JenachKondensatanfall und Ableitergröße genügt eine Zulaufhöhe von1bis3Meter.

4. Steht kein Vakuum-System zur Verfügung, kann der Kondensatableiternichtbiszu12munterdemWärme-tauscher montiert werden und will man keine Luft imDampf-Kondensat-System haben – dann hilft nur noch das Abpumpen des Kondensates. Dafür werden Hilfsener-gie und eine Regelung benötigt. Das unten Stehende zeigt denEinsatz einesKondensathebers (oder eines aktivenKondensatableiters,Kap.7.3.5),derDampfalsHilfsener-gie benutzt und völlig selbsttätig arbeitet.

AlternativderEinsatzeinerKondensatrückspeiseanlagemitelektrischerPumpe:

7.6.4 Sammelentwässerung ist schlechtIm vorhergehenden Kapitel bemühten wir uns, die für die EntwässerungunbedingterforderlicheDruckdifferenzzwi-schen Dampfraum und Kondensatleitung zu schaffen. Mit-unter kommt aber gar nicht alles Kondensat zum Ableiter, weil schon in Teilen des Dampfraumes nicht genügend Druckdifferenz vorhanden ist, um das Kondensat zum Ab-leiterzufördern.DasBeispielzeigteinebisvorkurzemzurTankbeheizung häufig verwendete Anordnung.

Dampf

TemperraturregelungBelüftung durchVakuumbrecher oder Rückschlagventil

Kondensat-ableiter

Lufterhitzer

ca. 2 m

Dampf

Kondensat

Lufterhitzer

Ausgleichsleitung(Pendelleitung)

Sammler

Kondensathebermit Platten-Rückschlagventilen

Dampf

Kondensat

Lufterhitzer

Sammler LC

Vakuumpumpe

Kondensat

A

C

A

B

I

II

Dampf

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Zwei in horizontaler Ebene liegende Heizschlangen sindparallel an eine Dampfzuleitung und eine Kondensatleitung angeschlossen.Da es sich um einen tiefliegenden Behälter handelt, z.B.TankanBordeinesSchiffes, istderKondensatableiteramEndeeineraufsteigendenKondensatleitungangebracht.

Waspassiertnun?UmindieHeizschlangeIIzugelangen,muss derDampf in der Leitung einenumdieEntfernungAbisC längerenWegzurücklegenalsaufdemWeg indieSchlange I. Der Dampf tritt deshalb mit geringerem Druck in II, als er in I eintritt. Das Kondensat aus II muss nach demVerlassenderHeizschlangeIInochdurchdieLeitungvonDbis zumPunktB strömen,wozunatürlichaucheinDruckgefällenötig ist.Ergebnis:ZunächstkannkeinKon-densatvonDnachBfließen,eswirdinIIgestaut.DadurchverringertsichdieWärmeabgabederSchlangeII,undderDampfzustromwirdgeringer.BeigeringererStrömungwirdaber der Druckabfall kleiner, d. h. nun steigt der Druck am AnfangundamEndederSchlangeII.SchließlichüberwiegtderDruckbeiDdenDruckbeiB,unddasKondensatströmtvonDnachB.

Jetzt nimmt der Druckabfall in II aber wieder zu, so dass die Strömung durch II kleiner bleiben muss als die Strömung durchI.MitanderenWorten:BeidergewähltenAnordnungkanndieHeizschlangeIInichtsovielWärmeabgebenwiedie Heizschlange I. Diese Heizschlange arbeitet also nicht mit dem größtmöglichen Nutzen, sie ist unnötig teuer, und, bei Schiffen nicht unwichtig, sie ist unnötig schwer.

InderPraxiswurdenstetsnochmehrHeizschlangenparallel geschaltet, so dass die Verhältnisse tatsächlich so ungünstig wurden, dass die letzte Heizschlange oft überhaupt nicht mehr arbeitete.DieBenachteiligungeinzelnerHeizschlangenlässtsichweit-gehendbeseitigen,wennmandafürsorgt,dassdieWegeal-ler Teilströme gleich lang sind.VomPunktA(imnächstenBild),wosichdieDampfströmeteilen, bis zum Punkt D, wo sich die Kondensatströme verei-nigen,istderWegdurchbeideHeizschlangengleichlang.

Aber auch diese Auslegung führt noch zu Schwierigkeiten, weil schongeringeUnterschiede inderBelastungderver-schiedenenHeizschlangen,hervorgerufenz.B.durchunter-schiedliche Strömungsgeschwindigkeiten des umgebenden Stoffes, zu unklaren Verhältnissen führen.

Ist beispielsweise infolge der Strömungsverhältnisse im TankdieUmgebungstemperaturderHeizschlangeIhöherals bei II, dann wird in I weniger Dampf kondensiert. Des-halb nimmt die Druckdifferenz zwischen Eingang A undAusgangBvon I ab.Dadurch steigtderDruckbeiD,undes wird so gleichzeitig auch die für die Durchströmung der SchlangeIIverfügbareDruckdifferenzverringert.DieLeis-tungderSchlangeIIwirdalsoindiesemBeispieldurchdieSchlange I ungünstig beeinflusst.

DiesenEinflusskannmannochverringern,wennmandieeinzelnen Heizschlangen verkürzt. Aber Wesentliches hatsich dadurch nicht geändert.

BitteglaubenSienicht,dassSiedasnichtsangehe,weilSievielleicht nie eine größere Tankbeheizung planen oder bau-en müssen. Die gleichen Schwierigkeiten treten nämlich u. a. in Sperrholzfabriken, Vulkanisierbetrieben, Wäschereien,ChemischenWerken,kurzüberalldaauf,woversuchtwird,mehrereWärmetauscherübereinengemeinsamenKonden-satableiter zu entwässern. Zeichnen wir nämlich anstelle der Heizrohre der Abbildungen die Heizplatten einer Etagen-presse oder die BügelpresseneinerKleiderfabrik,dann istdieWesensgleichheitmitderTankbeheizungoffensichtlich,undSieverstehen jetzt,warumsolchesogenannten„Sam-melentwässerungen“meistzuBetriebsschwierigkeitenfüh-ren.

BeiderEtagenpresseistzwaranzunehmen,dassdieeinzel-nen Heizplatten gleich belastet sind und demzufolge gleichen Kondensatanfall und gleiche Druckverhältnisse aufweisen. InderPraxishatessich jedochgezeigt,dassbeiSammel-entwässerung einzelne Platten immer wieder ungleichmäßig heizen und aus diesem Grund Produkte verminderter Qua-lität liefern. Offensichtlich läuft der gleiche Vorgang ab, wie erbeidenHeizschlangenbeschriebenwurde:

Kondensat

A

C

A

B

I

II

Dampf

A

C

KondensatA

B

II

I

Dampf

Dampf Dampf

Ungünstig:

Einzelne Pressen saufen ab

Günstig:

Jede Presse gut entwässert

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Schon ein geringfügig geringerer Wärmebedarf einzelnerPlatten, der vorübergehend immer möglich ist, führt zu einem „Durchschlagen“ dieser Platten, d. h. der Druck am Ausgang der Platte steigt auf praktisch den Dampfdruck amEingang,sodassdieEntwässerungderanderenPlattenmindestens zeitweise behindert wird. Außerdem bewirkt der durchschlagende Dampf, dass der Kondensatableiter abschließt,sodassauchamAbleiterdieEntwässerungbe-hindert wird. Wo sich Kondensat anstaut, da sinkt aber,wie Sie bereits wissen, die Oberflächentemperatur der Heiz-fläche, d. h. die behinderten Platten heizen ungleichmäßig und langsamer.

Bei Sammelentwässerung, d.h. bei Anschluss mehrererWärmetauscheraneineneinzigenKondensatableiter,wirdalso ausgerechnet derjenige Dampfraum behindert, dergeradeammeistenLeistungabgebensoll.DerKondensat-ableiter könnte das nur verhindern, wenn er kräftig Dampf durchblasen ließe – und das ist erst recht nicht im Sinne des Erfinders.ManentwässertdeshalbjedePlatteeinzeln.

ImanderenBeispiel,denBügelpressen,istungleichmäßigeBeheizung einer Presse kaumvonBedeutung. SchlechtereBeheizung einerPresse setzt aberdie andieserPresse er-zielbare Arbeitsgeschwindigkeit herab, was weder dem Chef nochderbetroffenenBedienungspersonrechtseindürfte.

Aus diesen Gründen versucht man die Sammelentwässe-rungheutekaumnoch,undwirmerkenuns:

Sammelentwässerung ist schlecht, weil sie erfahrungs-gemäß fast immer zu Betriebsschwierigkeiten führt: lang-sameres Aufheizen, schwankende Temperaturen, ungleich-mäßigeBeheizung,geringereProduktionsgeschwindigkeit.

Jeder Dampfraum sollte für sich über einen eigenen Kondensatableiter entwässert werden.

EsgibteineAusnahme:WenndieDampfräumemitSicher-heit stets gleich belastet sind, wenn nur sehr wenig Dampf verbraucht wird (so dass im Dampfraum praktisch keinDruckabfallauftritt),wenndieEntwässerungsleitungensogroß sind, dass sich nirgends ein Kondensatpfropfen bilden kann, und wenn das Kondensat leicht durch Schwerkraft zum Ableiter fließen und sich dort sammeln kann, dann dürfte man mit Sammelentwässerung Erfolg haben. Aberwerwolltebeisovielen„wenn“dasLehrgeldriskieren,daseinMisserfolgzweifelloskostet?

7.6.5 Doppelt genäht – hält schlechter!Ängstliche oder unerfahrene Leute kommenmitunter aufdie Idee, am Ende der Kondensatleitung nochmals einenKondensatableitereinzusetzen:

Die Ängstlichen wählen diese Anordnung „zur Sicherheit“, dieUnerfahrenendann,wenndieAnlagenichtwunschge-mäßfunktioniert,z.B.wenneinigeAbleiterdefektsind.

WashaltenSiedavon:DieÜberschriftverrätIhnenschon,dass eine solche Anordnung die Schwierigkeiten nicht ver-ringertsondernstetsvergrößert.Warum?

ObdienachdenWärmetauscherneingebautenKondensat-ableiter einwandfrei arbeiten oder ob einzelne Geräte defekt sindundFrischdampfdurchlassen: In jedemFallehatdieSammelleitung ein größeres Dampfvolumen zu transportie-renalsdasKondensatvolumenausmacht.(SelteneAusnah-me:wenndieAbleiterKondensatunter100°CableitenoderderDruckinderKondensatleitungungewöhnlichhochist.)

Wenn nämlich sehr heißes Kondensat durch den Ableiterströmt, entsteht durch den Druckabfall nach dem Ableiter wiederDampfauseinemTeildesKondensates.(Mitdiesersogenannten „Nachverdampfung“ werden wir uns in Kap. 8.1nochausführlicherbefassenmüssen.)ZudemKonden-satableiteramEndederSammelleitungströmtalsoDampfund Kondensat. Da ein braver Ableiter aber keinen Dampf durchlässt, wird der Nachdampf, bzw. von defekten Ablei-tern durchgelassener Frischdampf, in der Sammelleitunggestaut. Der Druck in der Sammelleitung steigt an, und die EntwässerungeinzelneroderallerWärmetauscherwirdbe-hindert. Nur in dem Maße, wie der Nachdampf durch den Wärmeverlust der Sammelleitung kondensiert, kannKon-densat nachströmen.

EstretenalsodieSchwierigkeitenderSammelentwässerungauf,dieabernochverstärktwerdendurchdieEinflüssedervorgeschalteten Ableiter und durch die für eine Sammelent-wässerung völlig hoffnungslose Anordnung des letzten Kon-densatableiters.Deshalb:

Niemals zwei Kondensatableiter hintereinander einset-zen.

Dampf

Kondensat

Falsch

Wärme-tauscher

Kondensat-ableiter

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

7.6.6 Horizontalitis – eine neue Krankheit?Ja, eine Krankheit – aber nicht neu:Wird die Entwässe-rungsleitung vom Dampfraum aus genau waagerecht zum Ableiter verlegt, dann kann es passieren, dass an demje-nigenOrgandesAbleiters,dasüberÖffnenundSchließenentscheiden soll, gleichzeitig Dampf und Kondensat steht, so dass der Gute nun nicht weiß, wie er reagieren soll.

ImBildistdasSteuerelementeinesthermischenBimetall-Ableiters genau waagerecht an eine Heizplatte angeschlos-sen; das Steuerelement ist aus diesem Grund teils von Kon-densat, teils von Dampf umgeben, und es hängt ganz von denUmständenab(vonGerätekonstruktion,Dampfdruck,Länge und Größe der Zuleitung), wann das Gerät öffnet.Häufig wird es erst dann öffnen, wenn der Kondensatspiegel schon höher steht als die Oberkante des Ableiters. Im ge-zeichnetenBeispielstehtdannaberdieHeizflächeteilweiseunterWasser. Schlimmer noch:Öffnet der Ableiter, dannwird durch die entstehende Strömung auch Dampf mitgeris-sen, der das Schließen des Ableiters bewirkt, noch ehe alles Kondensat abgeleitet ist.

DieseErscheinungtrittinähnlicherWeiseauchbeiKapsel-und thermodynamischen Kondensatableitern auf. Da sämt-liche thermischen Ableiter eine gewisse Kondensatunter-kühlung benötigen ehe sie öffnen, ist der Kondensatstau bei diesenAbleitern amgrößten (stattDampf undKondensatkann hier heißeres und kälteres Kondensat gleichzeitig am Ableiterstehen).

Glücklicherweise lässt sich diese Fehlerursache leicht ver-meiden – nur dran denkenmussman halt:Man schließtden Ableiter über eine Abkröpfung an den Dampfraum an. WenndieZuleitung zumAbleiter etwas länger ist, genügtstatt der Abkröpfung ein Gefälle zum Ableiter hin. Nun sam-melt sich das Kondensat vor dem Ableiter und verhindert, dass gleichzeitig Dampf zuströmt und die Arbeitsweise des Ableiters stört.

Kugelschwimmerableiter sind gegen „Horizontalitis“ weit-gehend immun, weil diese Ableiter ja von der Höhe desKondensatspiegels gesteuert werden; dieser liegt aber tief-eralsdieZulaufleitung(vgl.dieBilderinKapitel7.3.1).Dieoben vorgeschlagene Abkröpfung befindet sich bei den Ku-gelschwimmerableitern sozusagen innerhalb des Ableiters (dafüristdasGehäuseentsprechendgroß).

7.7 Die Kontrolle von Kondensatableitern

„Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser“, lautet ein Zitat von Lenin.AuchKondensatableitersolltenvonZeitzuZeit,abermindestenshalbjährlich,daraufuntersuchtwerden,obsieordnungsgemäß arbeiten und nicht etwa Dampf durchbla-sen. Das nutzlose Dampfdurchblasen kann nämlich jähr-liche Kosten in der Größenordnung von einigen Tausend Euroverursachen.

WiekanndieKontrolledurchgeführtwerden?SelbstwennderKondensatableiterinsFreieablässt,istdieBeurteilungnichteinfach.EswirdnämlichamAustrittKondensatundDampf erscheinen, denn bei der Kondensat-Entspannungentsteht aus einem Teil des Kondensats Nachdampf.Wirwerden uns damit noch ausführlich beschäftigen. Über-schlägig lässt sich sagen, dass das Nachdampfvolumen fast immerca.99%desgesamtenAustrittsvolumenseinnimmt,d.h.1%Kondensatvolumenund99%Nachdampfvolumen.EsistfürdenBetrachterinfastallenFällenunmöglichfest-zustellen, ob die Nachdampfmenge für die Kondensatmenge angemessenist,d.h.z.B.,obdasVerhältnis99%zu1%oder99,5%zu0,5%ist.

Noch viel problematischer wird die Aufgabe, wenn der Kon-densatableiter an ein Kondensatnetz angeschlossen ist, weil mandannnichtssehenkann.EinSchauglasmitzweiseitigerVerglasungundeinerWirbelkantelässtmiteinigerÜbungzwareineBeurteilungzu,aberebennursolangedieGläserkeinenBelag oder keineVerfärbung haben, die ein Sehenunmöglich machen.

Das Abhorchen von Kondensatableitern mit dem Stethos-kopodermitdemelektronischenUltraschall-LecksuchgerätbringtnochdiebestenErgebnisse.WenndieGeräuschstärkevon einem zum anderen Ableiter bei etwa gleichem Konden-satdurchfluss stärker wechselt, können an der wechselnden Intensität bei größerer Übung schadhafte, Dampf durch-blasendeAbleiterentdecktwerden.EskannzwarnichtmitGewissheit festgestellt werden, dass ein Ableiter durchbläst, aber es können „Verdächtige“ aussortiert werden, die einer Nachprüfung unterzogen werden.

Eine gute Ausnahme bei allen Untersuchungsschwierig-keiten macht der Thermodynamische Kondensatableiter TD – und das ist einer seiner Vorzüge. Das typische Strömungs-geräusch lässt sich meist ohne Hilfsmittel wahrnehmen, not-falls genügt ein nach Monteurart zum Abhorchen benutzter Schraubenzieher. Die Schließzeit – kein Strömungsgeräusch –beträgtca.15oder20Sekundenundmehr.Schließzeitenunter 10 Sekunden deuten darauf hin, dass das Gerät stark abgenutzt ist; ganz zu schweigen von Ableitern, die gar nicht mehr schließen.Temperaturmessungen eignen sich im Allgemeinen nicht zur Feststellung von durchblasenden Kondensatableitern.Vor dem Ablassventil des Kondensatableiters herrscht näm-lich meist nahezu Sattdampfzustand und die Temperatur

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

entspricht dann der Sättigungstemperatur zu dem herr-schenden Dampfdruck. Hinter dem Ableiter herrscht fast ausnahmslos Sättigungszustand, d. h. bei atmosphärischem Druck im Kondensatnetz wird man eine Temperatur von 100°Cmessen,unabhängigdavon,obderKondensatablei-ter Dampf durchbläst oder nicht. Nur thermische Ableiter (Bimetall-oderKapsel-Kondensatableiter)bildeneineAus-nahme. Sie führen das Kondensat mit mehr oder weniger UnterkühlungunterderSattdampftemperaturjenachJus-tierung oder Kapselfüllung ab; für eine einfacheUntersu-chungsmethode reicht aber diese Temperaturdifferenz nur in Sonderfällen aus.

Einegute,einfacheundschnelleKontrollmöglichkeitbietetdie Prüfeinrichtung SPIRA-tecvonSpiraxSarco.Sieerfor-dertkeinausgebildetesFachpersonal.DieseEinrichtungun-tersucht den Kondensatfluss auf der Zuströmseite des Kon-densatableiters.FürdieseSeite gilt–unabhängigvonderBauart–,dasshierjenachBetriebsbedingungenmehroderweniger Kondensat strömt und bei ordnungsgemäß arbei-tendem Ableiter nur eine ganz geringe Dampfmenge. Diese DampfströmungdecktdieOberflächen-WärmeverlustedesAbleiters. Diesem Gedanken folgend entstand die Prüfkam-mer,dieunmittelbarvordemAbleitereinzubauenist:DasKondensat strömt unter der Trennwand durch die Prüfkam-mer,derDampfdurchdieBohrungderTrennwand.DieseBohrungistnachVersuchsergebnissensorgfältigbemessenworden. In die Gehäusewand ist eine Sonde eingebaut.

BeiordnungsgemäßarbeitendemAbleiterstelltsichinderPrüfkammereinWasserstandein,denndiegeringeDampf-mengekanndurchdieBohrungströmen.DieSondeistda-beimitKondensat, d.h.Wasser, inBerührung.WennderKondensatableiter jedoch Frischdampf durchlässt, z.B.weil Schmutz das Ablassventil am Schließen hindert oder irgendein Defekt vorliegt, dann muss dieser Dampf unter der Trennwand der Prüfkammer hindurchströmen. In die-semFallestehtdieSondemitDampfinKontakt.Dieüber

das Sondenkabel im elektronischen Prüfgerät gemessenen Widerstände sind stark unterschiedlich bei Wasser oderDampf:beiordnungsgemäßemBetrieb(SondeimWasser)gering, was zum Leuchten der grünen Diode am Prüfge-rät führt;undbeimDampfdurchblasen(Sonde imDampf)groß, was die rote Diode aufleuchten lässt. Das Prüfen von Kondensatableitern ist so auch für den Nichtfachmann sehr einfach.

BeiblockierendemKondensatableiterkühltdasKondensatin der Prüfkammer immer weiter ab, die integrierte Tempe-raturmessung zeigt Alarm an.

Besonders komfortabel sind die modernsten Kondensat-ableiter, die mit einer integrierten Prüfsonde ausgerüstet sind.

Die Prüfeinrichtung SPIRA-tec besteht aus folgendenTeilen:

• demPrüfgerätmitSondenkabel• derPrüfkammermitSonde

DasHandprüfgerätselbstistmiteiner„Eigenprüfung“aus-gestattet, damit vor dem eigentlichen Prüfvorgang festge-stellt werden kann, dass das Gerät, d. h. insbesondere die Batterien, in Ordnung sind. Das geschieht in der Weise,dass, ohne die Sonde anzuschließen, das Prüfgerät einge-schaltetwird,womitdie roteLeuchtdiodeaufleuchtet.BeiDrücken der Prüftaste und ordnungsgemäßen Zustand des PrüfgerätesmussdasgrüneLichtaufleuchten.

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7 – Entwässerung von Dampfräumen

Die Prüfeinrichtung ist nun in folgenderWeise anzuwen-den: Es wird unmittelbar vor jedemKondensatableiter inhorizontalerLageeinePrüfkammergleicherNennweitewieder Ableiter eingebaut, Durchflussrichtung gemäß Pfeil auf dem Gehäuse. Der Prüfer sucht mit dem Prüfgerät in der Hand,nachdemer sichzuvordurchdieEigenprüfungdesGerätes vom ordnungsgemäßen Zustand überzeugt hat, die KondensatableiteraufundverbindetjeweilsdasSondenka-beldesPrüfgerätesmitdenSondenderPrüfkammern.ErerkenntdannamgrünenoderrotenLichtdesPrüfgerätes,ob der betreffende Ableiter in Ordnung ist oder durchbläst.

Benötigt werden also jeweils eine Prüfkammer für jedenKondensatableiter, aber nur ein Prüfgerät mit Kabel für den gesamtenBetrieb.

Das elektronische Prüfgerät wertet die Sondensignale ähnlich aus:

• Widerstandklein=AbleiterinOrdnung=grünesLicht• Temperaturhoch=AbleiterinOrdnung=grünesLicht

• Widerstandgroß=Dampfblästdurch=rotesLicht• Temperaturklein=Ableiterblockiert=rotesLicht

Die Prüfeinrichtung hat folgende Einsatzmerkmale:

• geeignetfürAbleiterallerBauartenundHersteller• schnellerPrüfvorgang• keinausgebildetesFachpersonalerforderlich

in Ordnung

Alarm, Ableiter bläst durch

Alarm, Ableiter blockiert

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8 – Die Kondensatleitung

Dass das Kondensat, wenn irgend möglich, zurückgeführt werdensollte,warbereitszuBeginndesBuchesbetontwor-den.DennKondensatistheißesdestilliertesWasser,dasamDampferzeuger dringend benötigt wird und dessen Neuauf-bereitungausRoh-bzw.Frischwasserteuerist.(SolltedasKondensat so verunreinigt anfallen, dass es als Kesselspei-sewasser nichtmehr brauchbar ist, dann ist ein Fehler inderAnlagezuvermuten.)ZumRückführendesKondensatesbraucht man Rohrleitungen – nämlich das Kondensatnetz –, einen ausreichenden Differenzdruck und eine Ausfüh-rung derAnlage, die störungsfreienBetrieb gewährleistet.Darüber soll nun gesprochen werden.

8.1 Dampf in Kondensatleitungen

Durch die Kondensatrückführung lassen sich die Kosten für Wasser, Wasseraufbereitung und Wassererwärmungganzerheblichsenken.(LediglichbeigeringenKondensat-mengen,dieingroßerEntfernungvomKesselhausanfallen,lohnt sich das Zurückführen mitunter nicht.) Man bringtdeshalbdasvondeneinzelnenWärmetauschernkommendeKondensat in Kondensatsammelleitungen, die das Konden-sat zum Kesselspeisewasserbehälter leiten.

Leider ist das nicht ganz einfach, weil die Kondensatlei-tungennichtnurKondensat,dasheißtWasser,zutranspor-tieren haben, sondern auch den Nachdampf. Das Kondensat tritt ja mit annähernd Siedetemperatur aus dem Dampf-raum durch den Kondensatableiter in die Kondensatleitung ein. Da der Druck in der Kondensatleitung erheblich kleiner sein sollte als der Druck im Dampfraum – dies wird gleich noch ausführlicher begründet werden –, verdampft ein Teil desKondensates:

JenachDruckverhältnissenwerden5bis10odergar15Ge-wichtsprozent Kondensat wieder zu Dampf, dem sogenann-ten Nachdampf (Kapitel 9.2). Das scheint zunächst nichtviel; z.B. entstehenaus jedemKilogrammSiedekondensatvon pe=8barbeiEntspannungaufpe=0,5barrund0,12kgNachdampf von pe=0,5bar,undesbleiben0,88kgSiede-kondensat pe=0,5bar.

Aber: 1 kg Siedekondensat von 110°C/0,5 bar hat lautDampftafel(Kap.1.7)einVolumenvon0,00105m³oder1,05Liter;0,88kgdemnach0,88·1,05=0,92Liter.Der(Nach-) Dampf von pe=0,5barbeanspruchtdagegeneinenRaumvon1,16m³/kg(DampftafelSpalte7),d.h.0,12kgDampfvonpe=0,5barhabeneinVolumenvon1,16·0,12=0,139m³ oder139Liter.IndiesemBeispielhatdieKondensatleitunggewichtsmäßignur12%Nachdampfund88%Kondensatzufördern – volumenmäßig aber, und darauf kommt es bei der BerechnungdesRohrquerschnittsan139/139,9=99,4%Dampfundnur0,6%Kondensat.Dasheißt:

EineheißeKondensatleitungistkeinesfallseineWasser-leitung, sondern vielmehr eine Dampfleitung mit beson-ders hohem Wassergehalt!

Genauere Angaben zur entstehenden Nachdampfmenge entnehmen Sie Kapitel 9.2.

LeiderhatsichdieseTatsachenochnichtallgemeinherumge-sprochenunddeshalbhabennichtwenigeBetriebeSchwie-rigkeitenmitderEntwässerungvonWärmetauschern,mitWasser- und Dampfschlägen,mit raschem Verschleiß derKondensatleitungen, mit frostzerstörten Anlagen.

Die Nachdampfmenge in der Kondensatleitung wird aller-dings geringer oder verschwindet sogar ganz, wenn das Kondensatstärkerabgekühltwird,seiesschonimWärme-tauscher oder sei es beim Transport in einer längeren Kon-densatleitung.

Wirwollen imFolgendendie soebengetroffenenFeststel-lungen etwas näher untersuchen und die Konsequenzen für diePraxisziehen.

8.2 Druck in der Kondensatleitung

WennderDruck inderKondensatleitungnichtkleiner istals der Druck im Dampfraum, kann das Kondensat nicht aus dem Dampfraum ausfließen. Das ist verständlich. Aber um wieviel soll der Druck der Kondensatleitung unter dem DruckimWärmetauscherliegen?

EinDampf-Kondensat-Netzbestehtfastimmerausmehre-renVerbrauchernundderWegdesDampfesunddesKon-densates ist im Allgemeinen nicht kurz. Außerdem konden-sierteinWärmetauschernichtzuallenZeitengenaugleichvielDampf.UndmitgenaugleichemKondensatanfallallerWärmetauscherkannmanschongarnichtrechnen–nichteinmal dann, wenn es theoretisch zu erwarten wäre.

Deshalb wird der Kondensatanfall schwanken und damit notwendig auch der Druck an verschiedenen Stellen des Kondensatnetzes;dennjemehrheißesKondensataneinemPunkt in die Kondensatleitung einströmt, desto höher steigt an dieser Stelle der Druck. Dadurch wird das Ableitvermö-gen des davor liegenden Kondensatableiters geringer, weil die am Ableiter verfügbare Druckdifferenz kleiner wird.

8. Die Kondensatleitung

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8 – Die Kondensatleitung

Aber die Druckerhöhung in der Kondensatleitung wirkt sich auchaufbenachbarteWärmetauscheraus,indemsiederenEntwässerungbehindert–wennderDruckinderKonden-satleitung nicht so weit unter dem Druck im Dampfraum liegt, dass derartige Druckschwankungen im Kondensatnetz nureinenverhältnismäßigkleinenEinflussaufdieEntwäs-serung ausüben können.

MitanderenWorten:

Im Kondensatnetz treten immer Druckschwankungen auf. Deshalb soll der Druck in den Kondensatleitungen klein sein im Verhältnis zum Druck im Dampfraum. Dann können die Druckschwankungen inderKondensatleitungdieEntwäs-serungeinzelnerWärmetauschernichtbehindern.

Diese Forderung stößt zunächst auf verständlichen Wi-derstand: Bei hohem Kondensatleitungsdruck könnte dieLeitung kleiner und deshalb billiger sein. Auch die Be-triebskosten des Kondensatnetzes würden bei hohem Kon-densatdruck günstiger, wenn es gelänge, diesen Druck auf-recht zu erhalten bis das Kondensat wieder in den Kessel als Speisewasser eingeführt wird. Denn es entstünde weniger Nachverdampfung und man bräuchte selbstverständlich wenigerHeizöl,wenn das Speisewassermit 160°C in denKesselkämeanstattmitnur100°C.HöherenWärmeverlustder Leitung könnteman durch entsprechend dickere Iso-lation zum Teil ausgleichen. Hielte man das gesamte Kon-densatnetz einschließlich Kesselspeisewassergefäß unter höheremDruck,sohättemanschließlichauchdenEintrittvonLuftbzw.SauerstoffindasSystem,zumindestwährenddesBetriebes,verhindert.

Die Tatsache, dass trotz dieser verlockenden Vorteile mög-lichegeschlosseneKondensatanlageninderPraxisnichtsooft anzutreffen sind, liegt darin, dass nur wenige Planer ver-stehen, solche Anlagen auszulegen. Die Druckverhältnisse in derDampf-undKondensatanlage,derEinsatzderrichtigenGeräte, die Verwendung von Pumpen mit entsprechenden LeistungsdatenundnichtzuletztdieBeachtungessentiellerMontagehinweisesindsehraufwändig.BevorSiesichdaherzu einer geschlossenen Kondensatanlage entscheiden, emp-fehlen wir Ihnen dringend, mit Spirax Sarco-FachleutenoderentsprechendenExpertenRücksprachezuhalten.

Am Ende der Kondensatleitung steht normalerweise einSammelgefäß, das entweder unter Atmosphärendruck oder wegenderthermischenEntgasungsanlageuntereinemge-ringenÜberdruckvon0,1bis0,2barsteht.DamitdasKon-densat überhaupt zum Sammelgefäß fließt, muss der Druck in der Kondensatleitung etwas höher liegen als der Druck im Sammelgefäß.

Nun ist es schon vorgekommen, dass eine großräumige Dampf- und Kondensatanlage mit einem Dampfüberdruck von4barfüreinenÜberdruckinderKondensatleitungvon3,6barausgelegtwurde.Dazumussman„VielGlück!“wün-

schen, denn eine solche Planung grenzt an Lotteriespiel.Warum? Die Drücke in Rohrleitungen lassen sich nichtexaktberechnen,dieErgebnissesindstetsmitFehlernbe-haftet. Dies trifft ganz besonders für Kondensatleitungen zu:dietatsächlichauftretendenDrückeweichenvondener-warteten stets mehr oder weniger stark ab – am meisten in großräumigen Anlagen bzw. langen Rohrleitungen.

Im genannten Planungsbeispiel muss man also erwarten, dass der Vordruck in der Dampfleitung an einigen Stellen nurz.B.pe=3,7barbeträgt,währendaneinigenStellenimKondensatnetz anstatt der errechneten pe = 3,6 bar sogar 3,9 bar nötig wären, um das Kondensat zurückzuführen.SpätestensdererstestrengereFrostwirdesandenTagbrin-gen: Die behinderten Leitungsteile frieren ein.Man kannalso nur hoffen, dass so hohe Sicherheitszuschläge – hier treffender „Angstzuschläge“ genannt – gemacht wurden, dassdieAnlagetrotz(!)derPlanunggutarbeitet.

Da die Dampf-Kondensat-Anlagen praktisch alle verschieden sind,kannmanleidernichtsagen,dass80%GegendruckinderKondensatleitungUnfugsei,40%Gegendruckaberzu-lässig. Denn hoher Gegendruck wird dann unzulässig, wenn er die Entwässerung einzelner Wärmetauscher zeitweiseoderimmerbehindert.WanndieserFalleintritt, lässtsichaber nicht genau vorhersagen, weil sowohl der Druck in der Dampfleitung als auch der Druck in der Kondensatleitung schwankt, je nach dem augenblicklichen DampfverbrauchundjenachdemwiederDampfverbrauchaufdieeinzelnenWärmetauscherverteiltist.

Je kleiner der Druck in der Kondensatleitung ist, desto besser (=höhereLeistung) unddesto sicherer (=wenigerBetriebsstörungen) „läuft“dieAnlage.Gegendrückebis zuetwa¼oderu.U.¹⁄3 des Vordruckes haben sich bei zweck-entsprechender Auslegung des Rohrnetzes als annehmbar erwiesen;dieAnlageistdann„optimal“ausgelegt:Mitmög-lichst geringen Anlagekosten werden gute Betriebsergeb-nisse erzielt.So wird in großen Anlagen z.B. das Kondensat aus dem 40-bar-Netz über einen Kondensat-Entspanner in das 12-bar-Netz eingespeist, aus diesem über einen weiteren Entspanner indas4-bar-Netz,ausdemesdannzumKes-selhaus zurückgebrachtwird.Das folgendeBild zeigt einederartige Anordnung.

Dampf, 40 bar

Kondensat

12 bar

12 bar4 bar

4 bar

Kondensatentspanner0,4 bar

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8 – Die Kondensatleitung

Im kleineren Betrieb wird zur Ausnutzung der Nachver-dampfungz.B.von10barauf0,5bis1,5barentspannt.

BeiderAuswahlderKondensatableiter für solchemitGe-gendruck arbeitenden Anlagen sind die Besonderheitender verschiedenen Ableitersysteme zu beachten. Bei allenAbleitern sinkt die Leistung mit steigendem Gegendruck,unschwer zu erkennen anhand der Datenblätter in Anhang 7. Beim Kugelschwimmerableiter muss der DruckbereichnachdemhöchstenVordruck(nichtnachdemhöchstenDif-ferenzdruck) ausgewählt werden. Der thermodynamischeKondensatableiter ist unabhängig von Schwankungen des Vor- und Gegendruckes, solange der Gegendruck nicht ca. 80%desVordruckesüberschreitet.DerBimetall-Konden-satableiter hat zwar keine Grenze für den Gegendruck, doch ist seine Arbeitsweise so stark vom Gegendruck abhängig, dass er bei stärker schwankendem Druck in der Kondensat-leitung nicht eingesetzt werden sollte. Zusammenfassend lässtsichfeststellen,dassfürdieBetriebsweisemitGegen-druckambestengeeignetsind:

• derthermodynamischeKondensatableiter (unterBeachtungder80-%-Grenze)

• derthermischeKapsel-Kondensatableiter• derKugelschwimmer-Kondensatableiter

FürdieWahlderAbleitergrößeistdieamAbleitermindes-tens verfügbare Druckdifferenz zugrunde zu legen. Sie ergibt sich aus dem kleinsten Vordruck und dem höchsten Druck, der unmittelbar nach dem betreffenden Kondensatableiter zu erwarten ist, das ist der bekannteDruck amEnde derKondensatleitung nebst einem Zuschlag für den Druckabfall in derKondensatleitung.Wird dieKondensatleitung nachden Vorschlägen der folgenden Kapitel ausgelegt, dann be-trägtdieserZuschlag jenachLeitungslängenullbiseinigeZehntelAtmosphären.BeizukleinerKondensatleitungoderbei ungünstiger Leitungsführung kann der Gegendruckdagegenüberraschendhochwerden–undsolcheÜberra-schung ist unangenehm.

8.3 Das Kondensatnetz

Wie sieht alsodasKondensatnetz inderPraxisprinzipiellaus?Möglichst alles Kondensatwird gesammelt und zumKesselhaus zurückgeführt. Besonders wirtschaftliche Lö-sungen ergeben sich, wenn Kondensat aus höheren Druck-stufen in ein Niederdrucksystem eingespeist wird, wo die Nachverdampfung ausgenutzt wird. Zuletzt läuft das Kon-densat durch Schwerkraft in den belüfteten Kesselspeise-wasserbehälter, so dass das Kondensatnetz bei Außerbe-triebnahme leerläuft. Vom Kesselspeisewassergefäß wird es überdieSpeisepumpewiederindenKesselgedrückt.(VonEinzelheitenwieetwadengrundsätzlicherforderlichenSi-cherheitsventilen oder der Speisewasseraufbereitung ist in diesenPrinzipskizzenebensoabgesehenwievondenBeson-derheitengroßräumigerAnlagen.)

Häufig liegt das Kesselspeisewasser-Gefäß oberhalb der Kondensatsammelleitung, so dass ein Leerlaufen der Lei-tung durch Schwerkraft nicht möglich ist. Dann sieht man amLeitungsendeeinkleinesentlüftetesSammelgefäßvor,zu dem das Kondensat durch Schwerkraft fließt und von dem aus es mit einem Kondensatheber in den Kesselspeise-wasser-Behältergefördertwird.

Aus etwas verzweigteren Anlagen kann man das Konden-sat zurückführen, indem man es an verschiedenen Knoten-punkten sammelt und dort in die ausreichend bemessene Hauptkondensatleitung einspeist.

Ließeman hier die örtlichenKondensat-Sammelstationenweg und führte das Kondensat direkt in die Hauptleitung, dann würde die Anlage zunächst einfacher und billiger; bil-liger auch deshalb, weil die Hauptleitung nun mit höherem Druck(z.B.2bar,wennderniedrigsteDampfdruck10barbeträgt)gefahrenwerdenkönnteunddadurcheinkleinererLeitungsquerschnittmöglichwäre.

Dampf-kessel

Niederdruck-system

Hochdruck-system

Kondensat-entspanner

Speisewasserbehälter

Druckminderer

Niederdruck-system

Hochdruck-system

Kondensat-entspanner

Speisewasser-behälter

Druckminderer

Kondensatheber

Dampf-kessel

Kondensat-sammelbehälter

Kondensatsammelstation

Dampf Hauptkondensatleitung

Kessel

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8 – Die Kondensatleitung

BeidieserAnordnungistabereineEntleerungderWärme-tauscher nach Außerbetriebnahme nicht mehr möglich, so dass, wie schon mehrfach erwähnt, neben der erhöhten Kor-rosionsgefahr das Anfahren der Anlage erschwert bzw. stark verzögert wird. Deshalb wird man eine derartige Anordnung vernünftigerweise nur dort anwenden, wo die Anlage viele WochenununterbrocheninBetriebbleibtundfürdasAn-fahrenderLeitungengenügendZeitundausreichendPerso-nal zur Verfügung stehen.

Man kann allerdings auch ziemlich einfach eine automa-tischeEntwässerungderAnlagenachderAußerbetriebnah-me erreichen, wenn an den Tiefpunkten der örtlichen Sam-melleitungen Stauer-Kondensatableiter angebracht werden, dieaufeineÖffnungstemperaturvonz.B.40°Ceingestelltwerden.Während des Betriebes öffnen diese Ableiter garnichtodernur seltenunddannnurkurzzeitig (dieshängtvondenörtlichenVerhältnissenundderMontageweiseab);beim Abkühlen und Aufheizen der Anlage läuft das Konden-sat ins Freie. Derartige automatische Entleerung oder dieEntwässerungvonHandistdortunerlässlich,woEinfrier-gefahr besteht.

Zu klein ausgelegte Kondensatleitungen erzeugen nicht nur einen hohen Gegendruck am Kondensatableiter und behin-derndadurchdieEntwässerung einzelnerWärmetauscher(Kapitel6),sondernführenwegenderauftretendenhohenStrömungsgeschwindigkeiten auch zu einer schnellen Zer-störung des Kondensatnetzes. Deshalb ist das folgende Ka-pitel besonders wichtig.

8.4 Bemessung von Kondensatleitungen

WeilhierbeisooftschwerwiegendeFehlergemachtwerden,wollenwir uns einen ganz „normalen“Fall etwas genaueransehen:

EinekleineDampfanlagewirdmitpe=10barbetrieben.DieWärmetauscherwerdengutentwässert,d.h.dasKondensatfälltmitgeringerUnterkühlunganundläuftdurcheinenuretwa 20 m lange Kondensatleitung zurück zu einem entlüf-teten Sammelgefäß. Der Dampfverbrauch und demgemäß der Kondensatanfall beträgt 600 kg/h. Für die Dampflei-tung wird die Nennweite 40 gewählt, so dass die Dampfge-schwindigkeitetwa25m/sbeträgt(sieheDiagrammKapitel4.3).

FürdieKondensatleitungwirdhäufigmangelsandererUn-terlagendieÜberlegungangestellt,dassderDampfjakon-densiert und das Kondensat ein sehr viel kleineres Volumen alsderDampfhat.EineKondensatleitung,diezweiNenn-weiten kleiner ist als die Dampfleitung, müsste deshalb völ-lig ausreichen (stehtderganzeQuerschnittdieserLeitungeinerWassermengevon600kg/hzurVerfügung,dannent-stehtnureineStrömungsgeschwindigkeitvonrd.0,3m/s).EswirddeshalbeineKondensatleitungDN25verlegt.

WasgeschiehtimDauerbetrieb?GegendasEndederKon-densatleitunghatdasKondensateinenÜberdruckvonetwa0 bar, da die Kondensatleitung ja in das entlüftete Sam-melgefäß mündet. Da das Kondensat bei einer Sattdampf-temperaturvon184°C,abermit z.B. etwa175°CausdemWärmetauscherherauskommtundbiszumEndederKon-densatleitungverhältnismäßigwenigWärmeverliert,istda-mitzurechnen,dassnichtwenigerals13%desanfallendenKondensats in der Kondensatleitung wieder verdampfen (Kapitel9.2gehtdaraufnäherein).

DieKondensatleitunghatgegendasEndederLeitungetwa600·0,87=520kgKondensatundetwa600·0,13=80kgDampf von pe=0barzufördern.Dasistabernurmöglich,wenndieDampfgeschwindigkeitüber60m/sbeträgt(sieheBerechnungsblatt „Strömungsgeschwindigkeit in Dampf-leitungen“ Kapitel 4; der „Rohrdurchmesser“ der LeitungDN25beträgtjenachRohrsorte25bis28,5mm).Deshalbwird der Druck am Anfang der Kondensatleitung so lange ansteigen, bis die Geschwindigkeit am Ende der Leitung,wojaannäherndAtmosphärendruckherrscht,aufmehrals 60 m/s angewachsen ist, weil dann erst Zustrom und Ab-fluss(gewichtsmäßig)gleichgroßsind.

ErinnernSiesichnochandieHinweisefürdieAuslegungvonDampfleitungen(Kapitel4)?InkurzenSattdampfleitungendarfdieGeschwindigkeitetwa25m/sbetragen,undnurbeiHeißdampfleitungen lässt man bis zu 60 m/s zu. Die Kon-densatleitungunseresBeispiels ist aberkeineHeißdampf-leitung, sondern eben eine Sattdampfleitung mit besonders viel Kondensat. Da zumindest ein Teil dieses Kondensates

Kondensatsammelleitung

Dampf Hauptkondensatleitung

Kessel

Dampf Hauptkondensatleitung

Kessel

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8 – Die Kondensatleitung

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8.4.1 Auslegungsdiagramm für Kondensatleitungen

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8 – Die Kondensatleitung

mitmehrals200km/hdurchdiezuknappausgelegteLei-tung schießt, braucht man sich nicht zu wundern, wenn an Leitung, Rohrformteilen und Armaturen nach unerwartetkurzerZeitErosionserscheinungen auftreten, d.h.Materi-alabtragungendurchdie„Sandstrahlwirkung“dermitWas-sertröpfchen durchsetzten Dampfströmung. Es liegt tat-sächlicheinfürchterlicher„SturmimWasserglas“vor,derindiesemFallsehrernstzunehmenist:DieKondensatleitungmusseinengrößerenQuerschnittbekommen.WelcheGrößezweckmäßig ist, soll imFolgendengezeigtwerden.Außer-dem verwertet man, wenn irgend möglich, den Nachdampf nutzbringend; davon handelt das nächste Kapitel.

AbschließendwärezudiesemBeispielnochmalszuerwäh-nen, dass der Druck am Anfang der Kondensatleitung an-steigt. An denWärmetauschern entsteht ein Gegendruck,deru.U.zuEntwässerungsschwierigkeitenführt.UmgekehrtzeigtdiesesBeispiel,dassdort,woeingrößererDruckabfallin der Kondensatleitung von vornherein einkalkuliert wird, auch die entstehende Strömungsgeschwindigkeit überprüft werden sollte. Ein Autofahrer wird sich bei einem Unfallkaum auf das Vorfahrtsrecht berufen können, wenn er in der Stadt mit 100 km/h über die Kreuzung gebraust ist.

Eswurdebereitsgesagt,dassdiegenaueBerechnungeinerKondensatleitung nicht möglich ist. Beim Durchströmendes Kondensatableiters und danach in der Kondensatleitung sinkt der Druck des heißen Kondensats; dadurch verdampft ein Teil des Kondensates, so dass nun das zu tranportieren-deVolumengrößerwird(weilderDampfjavielmehrRaumbenötigtalsdiegleicheGewichtsmengeWasser).Anderseitskondensiert durchdenWärmeverlustderLeitung einTeildes Nachdampfes. Der Zustand (Druck, Temperatur undVolumen)aneinerStellederKondensatleitunghängtalsovon der Isolation und Oberflächenrauhigkeit und natürlich vomDurchmesserderLeitungeinerseitssowievondenDrü-ckenamAnfangundEndederKondensatleitung, vonderAnfangstemperatur und selbstverständlich von der Menge des durchfließenden Kondensats ab – außerdem noch von Druck und Temperatur des Kondensates vor dem Konden-satableiter. DiesevielfältigenZusammenhängemacheneinegenaueBe-rechnung von Kondensatleitungen unmöglich. Zwar gibt es Näherungsverfahren, doch liefern sie nur Anhaltswerte, weil die für eine allgemeingültige Anwendungsmöglichkeit erfor-derlichenMessungenwegendes großenUmfangs, den siehaben müssten, noch nicht durchgeführt wurden.

BeschränkenwirunsjedochaufkürzereLeitungen,d.h.Län-genvonnichtmehrals100bis150m,dannwirddasProblemmiteinigerZuverlässigkeitlösbar:ÄhnlichwiebeiderAus-legung von kürzeren Dampfleitungen wird der Druckverlust vernachlässigt und der Querschnitt der Kondensatleitung so gewählt, dass die Geschwindigkeit des Nachdampf-Konden-sat-Gemischs amEndederKondensatleitung unter 10 bis30m/s bleibt.DieseBerechnung ist allerdings nicht ganzso einfach wie es scheint, weil die Geschwindigkeit des Kon-

densates oder der sogenannte „Dampfschlupf“ und damit auch der für den Nachdampf verfügbare Anteil des Rohr-querschnittes zunächstunbekannt ist.Vorliegende experi-mentelleUntersuchungenerlaubenjedochdieBerechnungmit zufriedenstellender Genauigkeit.

Zur Kontrolle, dass der Druckabfall tatsächlich unter einer bestimmten Grenze liegt, dient das beste, derzeit bekann-teNäherungsverfahren zur Berechnung desDruckabfalles(KorrelationvonLockhartundMartinelli1949).AuchdiesesVerfahrenistmiteinerbeträchtlichenUngenauigkeitbehaf-tet,diehierjedochnichtinsGewichtfällt,weilderDruckab-falljadanndochvernachlässigtwird.Bei sehrkleineroderverschwindenderNachverdampfung,d.h. bei wassergefüllter Leitung, muss die Strömungsge-schwindigkeit allerdings wesentlich kleiner sein, weil sonst einvielzuhoherDruckabfallauftritt.FürdiesenGrenzfallderWasserleitungkannmanaberdenDruckabfallziemlichgenauberechnen.Eserscheintzweckmäßig,dieKondensat-leitung fürdiesenBetriebszustandsoauszulegen,dassderDruckabfall etwa 0,1 bar je 100m Leitungslänge beträgt.Verschwindende Nachverdampfung tritt nämlich besonders beim Anfahren und Abstellen der Anlage auf. Dann sollte dasKondensat alleindurch eineNeigungderLeitungvon1:100 ohne zusätzliche Druckdifferenz ablaufen; das wirddurchdieAuslegungfür0,1baroderca.1mWSpro100mLeitungslängeerreicht.AußerdemliegtbeidiesemDruckab-fall die Strömungsgeschwindigkeit in dem fürWasser üb-lichenBereich.

ErschreckenSiebittenicht:Wirhaben Ihnendieunange-nehmeArbeitdes (richtigen)Rechnensabgenommen.An-hand des vorstehenden „Auslegungsdiagrammes für Kon-densatleitungen“ (8.4.1) können Sie sekundenschnell undohnejedeRechnungdieerforderlicheGrößeeinerKonden-satleitung bestimmen.

Zu klein ausgelegte Kondensatleitungen sind eine der häu-figsten Ursachen von Betriebsschwierigkeiten an Dampf-Kondensat-Anlagen.UndvieleKondensatleitungenmüssenerneuert werden, weil sie durch zu kleinen Querschnitt vor-zeitigzerstörtwerden.AllzugroßzügigbemesseneLeitungs-querschnitte kosten aber unnötig viel Geld. Das Diagramm wurde nach den erläuterten Gesichtspunkten errechnet und fasst verschiedene, bisher gebräuchliche Methoden zusam-men; es vereinigt so deren Vorzüge, vermeidet aber ihre Grenzen oder Nachteile.

Anwendungsbeispiele sind auf dem Diagramm zu finden. WirddieKondensatleitungnachdiesemVerfahrenfürdenKondensatanfall im Dauerbetrieb ausgelegt, dann ist die Kondensatleitung in derMehrzahl der Fälle auch für denerhöhten Kondensatanfall während des Aufheizens groß ge-nug.IstineinembestimmtenFallfürdieAufheizzeiteinbe-sondershoherKondensatanfallzuerwarten(sieheBeispielein Kapitel 7.4.7), dann empfiehlt sich eine Nachprüfung.DazudienendieoberenEndpunktederKondensatleitungs-

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8 – Die Kondensatleitung

kurvendesDiagrammes.DieseEndpunktegebendenzuläs-sigen Kondensatanfall an, wenn zum Abführen des Konden-sates lediglicheineRohrneigungvon1:100,keineanderenDruckgefälle zur Verfügung stehen, wie das beim Anfahren derAnlagederFallseinkann.

Beispiel:In einem Betrieb fallen aus dem 10-bar-Dampfnetz (= 11bar)imDauerbetrieb1000kg/hKondensatan.DerDruckamLeitungsendebeträgtpe=0,5bar(=1,5bar).WährendderAufheizzeitbeträgtderKondensatanfalljedochetwadaszehnfache, d. h. 10 000 kg/h, und es steht zum Abführen diesesKondensatesnurdasRohrgefällevon1:100zurVer-fügung.WiegroßistdieKondensatleitungzuwählen?FürdenDauerbetriebgenügtlt.DiagrammeineLeitungDN65.DadieseLeitungeinenInnendurchmesservondi=70mmhat,gehtmanvomoberenEndpunktderLiniedi=65etwasnachrechts(etwa¹⁄3desAbstandesbiszumEndpunktderLiniedi=80)underhältsodieKaltwasserleistungderLeitungDN65zuetwa11500kg/h.Siereichtalsoauchnochfür diesen ungewöhnlich hohen Kondensatanfall beim Auf-heizen aus.UmdieKondensatleitungnichtunnötiggroß,d.h.unnötigteuer werden zu lassen, sollte man eine etwa vorhandene Kondensatunterkühlungberücksichtigen–ebensodenWär-meverlust der Kondensatleitung, wenn er beträchtlich ist.

EinBeispiel:FallenauseinerBegleitheizung120kg/hKon-densatauseinem6-bar-Netz(158°C)miteinerUnterküh-lungvon30Kan,soistvonderKondensattemperatur128°CauszugehenundeineLeitungDN20zuwählen.

WürdeindiesemBeispieldieUnterkühlungnichtbeachtet,somüsstedieLeitungeineNennweitegrößerausgelegtwer-den.

Der„DruckamEndederKondensatleitung“ergibtsichausderAusführungdesRohrnetzes:MündetdieKondensatlei-tungineinbelüftetesSammelgefäßoderinsFreie,soistderEnddruck1bar.MündetdieLeitungineinGefäßoderLei-tungssystem, das unter dem Druck p steht, dann ist dieser Druckder„DruckamEndederKondensatleitung“.Gleich-zeitig ist p aber auch angenähert der an der Austrittsseite der Kondensatableiter herrschende Druck, weil der Druckabfall inderKondensatleitungbeidieserMethodejavernachläs-sigt werden kann. Führt eine Kondensatleitung z.B. Kondensat aus einemDampfnetz von pe=12barabundmündetsieineinenKon-densatentspanner, der auf einem Druck von pe=1,5barge-halten wird, dann ist der „Druck vor dem Kondensatableiter“ 13bar,der„DruckamEndederKondensatleitung“2,5bar;da bei der Anwendung dieses Diagrammes der Druckabfall in der nicht allzu langen Kondensatleitung klein ist, herrscht indiesemBeispielunmittelbarnachdemKondensatableitereinDruckvonetwa2,5barundderKondensatableiterkannfür eineDruckdifferenz von 13– 2,5= 10,5 bar ausgelegtwerden.

JeMeter Förderhöhe einer nach oben verlaufenden Kon-densatleitungsollteübrigenseinGegendruckvon0,15barangenommenwerden(Kap.7.4.4).

Grundsätzlichgilt:eineKondensatleitungohneGegendruckistsehrselten.GehenSieinderPraxisvonmindestens0,5–1bar aus, zuzüglichdemGegendruckdurchdieFörderhöhe.

8.5 Verlegung von Kondensatleitungen

BeiderWahldesRohrmaterialeswirdmansichnachDIN 2401richten(sieheAnhang2).DanachkönnenRohreausSt 00, „Rohre in Handelsgüte“, bis zu einem Druck von pe=10barverwendetwerden;beihöherenDrücken(undhäufigauch darunter)wirdmanRohremitGütevorschriften aus St35.8,nahtloseRohre,oderausSt37.2,geschweißteRohreverwenden.

Wichtigster Grundsatz für die Verlegung von Kondensat-leitungen: Kondensatleitungen sollen bei der Stillegung der Anlage leerlaufen.

Die Gründe hierfür wurden ja schon wiederholt genannt:Wassersäcke führen zuWasserschlägen,Korrosion, verzö-gertemAnfahren,Frostschäden.DieAnfahrentlüftung(vgl.Kapitel4.10)wirdbeiansteigenderunddeshalbwasserge-füllter Kondensatleitung besonders erschwert, weil in die-semBetriebszustanddieDrückenochkleinsind,sodasssichdasKondensatbisweitindenWärmetauscherhineinstaut.DeshalbhattemanfrüherjadiesogenannteAnfahrentwäs-serung:WährenddesAnfahrenswurdenLuftundKonden-satdurcheinhandbetätigtesVentilinsFreieabgelassen.Dasolche Vorrichtungen dauernde menschliche Aufmerksam-keitverlangen(öffnen,rechtzeitigschließen,nachsehenobdasVentilauchwirklichgeschlossenistunddichtschließt),auch wegen der auftretenden Dampf- und Kondensatverlus-te, vermeidet man dieses Verfahren heute. Aber die Natur-gesetzehabensichseitdemnichtgeändert:GegendruckundeinewassergefüllteLeitungverzögerndenAnfahrvorgang.

Man verlegt deshalb die Leitungen nach Möglichkeit miteinemGefällevon1:100inStrömungsrichtung,d.h.jeMe-terLängefälltdieRohrleitungumetwa1cmoderje100mLängeumetwa1m.

falsch richtig

falsch richtig

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8 – Die Kondensatleitung

DamitdieLeitungwirklich leerlaufenkann,mussdasGe-fälledurchgehend,ohneUnterbrechungen,vorhandensein.Denn das schönste Gefälle wird durch einen nachfolgenden Anstieg zunichte gemacht.Aus den gleichen Gründen sollten die Zuleitungen von oben, nichtvonuntenindieKondensatleitungeneinmünden:

WerdendieZuleitungeninStrömungsrichtungangeschuht,so wird die Gefahr von Wasserschlägen weiter herabge-setzt:

BittehaltenSie sichbeiderPlanungundVerlegung einerKondensatleitung immer vor Augen, dass eine heiße Kon-densatleitungeineDampfleitungmitbesondershohemWas-sergehalt ist. Dann werden Sie die hier gezeigten ungünsti-gen Anordnungen von selbst vermeiden, denn Sie werden leicht erkennen, dass bei den ungünstigen Anordnungen das gestaute Kondensat das Abströmen des Nachdampfes stark behindert.

WoDampfleitung und Kondensatrückleitung parallel ver-laufen, müssen beide mit einigem Abstand voneinander verlegtwerden.Wennnämlich beide Leitungen dicht bei-einanderliegen und womöglich noch von einer gemein-samen Isolation umgeben sind, entzieht das Kondensat dem FrischdampfWärmeenergie (1.Nachteil: erhöhterDampf-

bedarf)–erzeugtsoeinenungünstighohenKondensatan-fall in derDampfleitung (2.Nachteil: erhöhter VerschleißundschlechtereRegelung)–durchdieWärmezufuhrzumKondensatwirddieNachverdampfungerhöht(3.Nachteil:erhöhterGegendruckunderhöhterVerschleiß)–unddamitsteigen auch die Wärmeverluste (4. Nachteil). Insgesamtalso eine kostspielige Anhäufung von Nachteilen.

8.6 Wie kann das Kondensat angehoben werden?

Häufig ist es nicht möglich oder es wäre zumindest sehr aufwendig, für alle Kondensatwege ein durchgehendes Ge-fällebereitzustellen.InsolcherLageempfiehltessich,dasKondensat zunächst anzuheben, die Kondensathauptlei-tungabermitGefällezumEndpunktzuverlegen.Nunläuftwenigstens die Hauptleitung nach der Außerbetriebnahme derAnlage leer,währenddesBetriebes ermöglicht sie dieungefährliche Kondensateinspeisung. Durch das Anheben desKondensatesnachdemWärmetauscherergibtsichna-türlicheinGegendruck,dernachKapitel7.4.4etwa0,15barjeMeter Förderhöhe beträgt, zuzüglich dem Druck in der Kondensatleitung.

FürdasAnfahrenunddenBetriebderAnlageistesdeshalbgünstiger,wenndieWärmetauscherrestlosentwässertwer-den. Dies wird dadurch erreicht, dass das Kondensat meh-rererWärmetauscher(AnzahljenachKondensatmengeundräumlichenBedingungen)gesammeltunddurcheinenKon-densatheber oder eine Kondensatrückspeiseanlage in die Sammelleitung befördert wird.

Beidem„Kondensatheber“handeltessichumeindampf-betriebenes Gerät, das das Kondensat aus dem drucklosen Sammelgefäß in die Kondensathauptleitung fördert: EinsichhebenderSchwimmermechanismusschließteinBelüf-tungsventilundöffneteinDampfeinlassventil.Frischdampf,alternativ auch Druckluft, drückt das Kondensat aus dem Kondensatheber. Die Strömungsrichtung ist dabei durch zwei Rückschlagventile vorgegeben.

Das anfallende Kondensat wird jederzeit restlos aus derKondensatleitung entfernt, so dass die Nachteile einer an-

falsch richtig

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8 – Die Kondensatleitung

steigenden, wassergefüllten und unter Gegendruck stehen-den Kondensatleitung nicht auftreten. Da als Hilfsenergie der ohnehin vorhandene Dampf Verwendung findet und weil diese Einrichtung völlig selbsttätig und wartungsfreiarbeitet, ist sie bei den Praktikern sehr beliebt.

Wird dieser Kondensatheber mit einemHubzähler verse-hen, so besteht die Möglichkeit, den Kondensatdurchfluss unddamitdenDampfverbrauchdervorgeschaltetenWär-metauscher zu messen.BeiderMontageeinesKondensathebers istunbedingtderzyklischeBetrieb(Puffervolumen!)unddieMindestzulauf-höhe zu beachten.

LässtsichbeilängerenKondensatleitungeneinLeitungsan-stieg nicht vermeiden, dann ist es im Allgemeinen günstiger, wenn das Kondensat zuerst angehoben wird und danach mit Gefälleweiterläuft,anstattumgekehrt:

Denn je länger der wassergefüllte Leitungsteil ist, destogrößer wird zumindest der dynamische, d. h. der bei Ver-änderungen der Durchflussmenge auftretende Gegendruck amWärmetauscher,weilbeigrößererLeitungslängemehrWasserbeschleunigtwerdenmuss.

Wennmöglich,wirdderKondensatableiterunterdemWär-metauschermontiert. Für den Fall, dass der Ableiter nuroberhalbdesWärmetauschersangebrachtwerdenkann,gibtKapitel 7.6 Montagehinweise. Steigt die Kondensatleitung an,dannströmtKondensatindenWärmetauscherzurück,wennderDruckimWärmetauscherunterdenDruckinderKondensatleitung sinkt, also bei Außerbetriebnahme des WärmetauschersoderbeibetriebsbedingtenDruckschwan-kungen,wie sie z.B.beidampfseitig temperaturgeregeltenWärmetauschernauftreten.DassolltenachMöglichkeitver-hindert werden. Manche Kondensatableiter, beispielsweise der thermodynamischeundderBimetallableiter, tunauchdies:siewirkenalsRückflusssperre.

Kann der Kondensatableiter aber den Rückfluss nicht verhindern, wie z.B. der Kugelschwimmerableiter, dannempfiehlt es sich, bei ansteigender Kondensatleitung ein Rückschlagventil nach dem Kondensatableiter einzubauen. DadurchwirddasVollaufendesWärmetauscherswährendkürzerer Stillstandzeiten oder während des Betriebes vontemperaturgeregelten Anlagen verhindert.

Gegen die unerwünschte Kondensatansammlung imWär-metauscher bei längerer Außerbetriebnahme ist diese Maß-nahme aber ungenügend, weil die Rückschlagventile nach einigerBetriebszeitnichtmehrsodichtschließen,dasssieeinenRückflussvölligverhindern.Esmussnochmalsgesagtwerden, dass die Vorgänge in einer Kondensatleitung sich einerexaktenBerechnungnochweitgehendentziehen.VondenwenigenvorliegendenUntersuchungen–z.B.darüber,obDampfundFlüssigkeitalsGemischströmenoderobsiesich trennenund inwelcherFormundunterwelchenBe-dingungen – kann man daher nicht mit Sicherheit auf einen konkreten Fall der Praxis schließen. Dennoch erscheinendie vorangegangenen Montagehinweise berechtigt, denn sie entspringendemtäglichenUmgangmitDampf-Kondensat-AnlagenundsindaufgrundlangjährigerErfahrungenunterden verschiedensten Betriebsbedingungen zusammenge-stellt.Zusammenfassendkannmansagen:Jeungehinderterder Nachdampf in der Kondensatleitung abströmen kann und jevollständigerdasKondensatdurchnatürlichesLei-tungsgefälle (d.h. durch Schwerkraft) abfließt, desto be-triebssicherer arbeitet die Anlage.

8.7 Kondensat aus verschiedenen Druckstufen

Dampfschlag (Implosionen) treten auf, wenn Dampf aufKondensat von erheblich niedrigerer Temperatur trifft. Die gleichen Verhältnisse liegen vor, wenn heißes Kondensat mit Nachdampf in eine Kondensatsammelleitung eintritt, die schon abgekühltes Kondensat führt – oder wenn Sie-dekondensat aus einer hohen Druckstufe mit Kondensat aus einer niedrigen Druckstufe zusammengebracht wird. InsolchenFällenführtdieintensiveVermischungdeshei-ßen Nachdampfes mit dem kälteren Kondensat zu sehr ra-scher Kondensation des Dampfes; es entsteht ein örtlicher

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Unterdruck, in den das umgebendeWasser hineinschießtund beim Aufeinanderprallen eine Druckwelle erzeugt, den Dampfschlag.

AuchdieseGefahr istgeringer,wenndieLeitungenderartmit Gefälle verlegt werden, dass das Kondensat frei abläuft, denndannistdieLeitungnurteilweisewassergefülltunddieDruckwellen verpuffen rasch oder entstehen erst gar nicht.EinzusätzlichesHilfsmittelistderEinsatzeinesDiffusors.

Noch eine weitere Erscheinung sollte nicht unterschätztwerden: Wird beispielsweise Kondensat aus einem pe =42-bar-Netz in eine Kondensatleitung eingeführt, die unter einemDruckvonz.B.pe=0,5barsteht,dannistdieNach-verdampfungnatürlichsehrvielstärker(nämlichmehrals25%)alswennKondensatauseinem3-bar-Netzindieglei-che Kondensatleitung von 0,5 bar geführt wird (etwa 6%Nachverdampfung). Es kann deshalb, besonders in einergrößerenAnlage,derFalleintreten,dassdasKondensatausdem42 bar-Netz– genauer gesagt: seinNachdampf– zueinem örtlichen Druckanstieg in der Kondensatleitung auf mehrals3barführt.DannistdieKondensatabführungausdenWärmetauscherndes3-bar-NetzesnatürlichunmöglichunddieseWärmetauschertretenindenStreik.

Unglücklicherweise trat ein solcher Fall in einer größerenFreianlagebeistarkemFrostein,sodass inkürzesterZeiteinganzesLeitungsnetzeingefrorenwarundzerstörtwurde.Versuchenwir,aussolchenFehlernzulernen:Kondensatausstark verschiedenen Druckstufen soll erst nach vorheriger Entspannung des heißen Kondensates zusammengeführtwerden. Die folgende Abbildung zeigt eine Ausführung, die nichtzuÜberraschungenführt,wenndieHauptkondensat-leitung groß genug gewählt wird. Diese Anlage verwirklicht die Vorschläge zu Anfang dieses Kapitels.

8.8 Vorsicht: Frost

EineAnlageistnurfrostsicher,wennjedeEinzelheitfrostsi-chergeplant,ausgeführtundbetriebenwird.LäuftdasKon-densatauseinemWärmetauscher,dermitallemDrumundDran als „frostsicher“ bezeichnet wird, in eine lange, dünne, nicht isolierte Kondensatleitung, dannwird diese Leitungbei stärkerem Frost mit großer Wahrscheinlichkeit vomEndeher zufrieren.Deshalbdarfman, streng genommen,nicht von frostsicheren Apparaten oder Geräten, sondern nurvonfrostsicherenAnlagensprechen.WillmanzumAus-druck bringen, dass ein Gerät selbst dann nicht beschädigt wird,wennes,mitWassergefüllt,einfriert,dannsagtmangewöhnlich, es ist „zerfriersicher“.

GegenWärmeverlustundKältehilftbekanntlichdieIsola-tion.SolangeeineDampf-Kondensat-AnlageinBetriebist,lässt sich deshalb das Einfrieren vonAnlagenteilen durchausreichende Isolation verhindern.Da dieWärmeverlustedurch die Isolation stark herabgesetzt werden, kann eine wassergefüllteLeitungsogarnichtzulangedauerndeStill-standzeiten überstehen ohne restlos zuzufrieren.

UnserezweiteFeststellunglautetalso:DasEinfrierenwäh-rend Stillstandzeiten in der Größenordnung von 20 bis 100 Stunden kann durch geeignete Isolation verhindert werden. Eshängtdabeivonden jeweiligenUmständenab(Außen-temperatur,AnfangstemperaturderLeitungusw.),wiedieIsolation beschaffen sein muss und welche Stillstandzeit höchstens zulässig ist. Die Spezialfirmen für Isoliertechnik unterbreitenfürdenEinzelfallgeeigneteVorschläge.

Die eigentliche Schwierigkeit beginnt, wenn die Anlage oder Teile davon längere Zeit, d. h. länger als zwei bis vier Tage, stillgesetzt werden. Denn auch die beste Isolation kann Wärmeverlustenichtrestlosverhindern.AuchinderTher-mosflasche wird der Kaffe schließlich kalt.

FrostsicherheitbeiStillsetzungderAnlagesetztdeshalbvor-aus,dassdasWasser–hieralsodasKondensatausDampf-leitungen,WärmetauschernundKondensatleitungen–ausden Leitungen ablaufen kann. Dabei dürfen auch solcheAnlagenteile nicht zufrieren, die selbst zerfriersicher sind, alsodurchEisbildungimInnernnichtbeschädigtwürden.Dennwennsich irgendwoeinEispfropfenbildet,dann istderDurchflussblockiertunddiebetreffendeLeitungkannnichtmehrinBetriebgenommenwerden,solangederFrostandauert(oderbisdieLeitungaufgetautwird).

Deshalbisteswichtig,zurFrostsicherheitfolgendePunktezubeachten:• AlleTiefpunktesindrestloszuentwässern.• AlleApparateundArmaturenmüssenleerlaufenkönnen(zumindest so weit, dass eine Durchflussöffnung ver-bleibt).

• Die Kondensatleitungen sind möglichst kurz und großauszulegen,mitstarkemGefällezuversehen(nichtweni-

Hauptkondensatleitung

Dampf 42 barDampf 3 bar

5 bar4 bar

0,5 bar

Entwässerung nicht möglich:der Druck in der Hauptkondensatleitungist höher als der Druck in der Kondensatzuleitung

Hauptkondensatleitung 0,6 bar

Dampf 42 barDampf 3 bar

3 bar

0,6 bar 0,6 bar

0,5 bar

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ger als 1:100) und bis zum Ende gut zu isolieren. Dasstarke Gefälle ist erforderlich, um auch kleinere Was-sersäcke zu vermeiden, die durch das Durchhängen der Rohre zwischen den Halterungen bedingt sein könnten.

• AlleDampfabsperrarmaturenmüssenvölligdichtschlie-ßen.

Der letzte der oben genannten Hinweise bedarf vielleicht nochderErläuterung:StrömteineverhältnismäßiggeringeDampfmenge in eine stillgesetzte und ausgekühlte Anlage, dann wird der Dampf sehr rasch kondensiert und das Kon-densatwirdgefrieren,eheeszumEntwässerungspunktge-langt(außerwenndieLeitungenextremkurzsind).Aufdie-seWeisekannaucheineimÜbrigenfrostsicherausgeführteAnlage zufrieren. Deshalb muss man bei der Außerbetrieb-nahme sicherstellen, dass kein Dampf unbeabsichtigt in das Leitungsnetz eindringt.Dies lässt sich z.B. dadurch errei-chen, dass man nach dem Absperrschieber ein Trennstück ausderDampfleitungherausnimmt.DerFrostbedrohtvorallem die Außenanlagen, die meist aber von größerer Aus-dehnungsindunddeshalboftauchbeimbestenWillennichtmit einem durchgehenden Gefälle ausgeführt werden kön-nen.EsgibthieralsoTiefpunkte,diebeiderStillsetzungderAnlage zunächst wassergefüllt bleiben. Diese frostgefährde-ten Stellen muss man von Hand entwässern oder eine auto-matischeFrostentwässerungvorsehen.DiewohleinfachsteselbsttätigeFrostschutzeinrichtungwirdhiergezeigt:

EinStauer-Kondensatableiter,deraufeineÖffnungstempe-raturvonetwa10°Ceingestelltist,öffnetnachderAußerbe-triebnahme der Anlage selbsttätig sobald die Temperatur in die Nähe des Gefrierpunktes absinkt; das Kondensat läuft danninsFreieundgehtverloren.AuchhieristaufeineguteIsolation aller Leitungsteile zu achten, damit die Leitungleerlaufen kann, bevor der Gefrierpunkt erreicht wird. Au-ßerdemistessehrwichtig,dafürzusorgen,dassdieFrost-entwässerung, die ja grundsätzlich am tiefsten Punkt derLeitung erfolgenmuss, nicht durch Schmutzablagerungenblockiert wird. Dieses Verfahren kann selbstverständlich auchbeimFrostschutzvonBehältern,Sammelgefäßenusw.angewendetwerden.HierzueinBeispiel:

Kugelschwimmerableiter benötigen, wie auch die anderen Schwimmer-Kondensatableiter, eine Wasservorlage. Siesinddeshalbfrostgefährdet.WoihrEinsatzunterFrostbe-dingungennichtzuumgehenist,z.B.beisehrgroßemKon-densatanfall,mussdieWasservorlagebeiAußerbetriebnah-me entfernt werden. Der thermodynamische Ableiter öffnet, wenn der Dampfdruck gegen Null absinkt, die thermischen Ableiter öffnen, wenn die Temperatur sich dem Gefrierpunkt nähert. Das Kondensat kann demnach ablaufen, wenn das dafür unbedingt erforderliche Rohrgefälle vorhanden ist. Diese Ableiter sind also vom Prinzip her bei sachgemäßem EinbaufrostsicherundderthermodynamischeAbleiterunddieBimetallableitersindauchzerfriersicher.

Werden nur Teile einer Anlage außer Betrieb genommen,dann ist darauf zu achten, dass auch die Kondensatseite von dem weiterbetriebenen Rohrnetz zuverlässig abgetrennt wird.

Rückschlagventil

Kondensatleitung

Stauer-Kondensatableiter

zur Kondensat-sammelleitung

Kugelschwimmer-kondensatableiter

Stauer-kondensatableiter

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8 – Die Kondensatleitung

Für die Entwässerung der Dampfleitungen gelten natür-lich die gleichen Grundsätze. Da die Dampfleitung an der UnterseitederLeitungentwässertwird,isteinselbsttätigesLeerlaufennurzuerreichen,wenndieKondensatleitungun-terhalb der Dampfleitung verläuft, wie es in der folgenden Abbildung dargestellt ist.

DerVollständigkeitwegenseierwähnt,dassmanLeitungenauchdurchBeheizungvonaußenvorSchädendurchzutiefeTemperaturen schützen kann.Während dies bei Messan-lagen und Produktleitungen selbstverständlich ist, kommt eine Beheizung von Dampf-Kondensat-Anlagen kaum in-frage, weil dies weit aufwändiger wäre, als die genannten Frostschutzmaßnahmen. In unserem Leitfaden „Konden-satableiter-Montagehinweise“ sind die wichtigsten Regeln zurLeitungsverlegungundzurMontagevonKondensatab-leitern zusammengefasst.

In diesem Kapitel wurde sehr viel vom Nachdampf in der Kondensatleitung gesprochen. Kapitel 9 wird sich mit dieser unerwünschten, aber meist unvermeidlichen Erscheinungnochmals befassen.

Kondensatleitung

Dampfleitung

Dampfleitung

Kondensatleitung

Dampfleitung

Kondensatleitung

falsch richtig

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9 – Die Kondensatwirtschaft

Zugegeben:SieistnichtsowichtigwiedieLandwirtschaft;ihre volkswirtschaftliche Bedeutung reicht vielleicht auchnicht an die Milchwirtschaft heran – aber da Sie keine zu melkenden Kühe im Stall stehen haben, sondern zu entwäs-sernde Dampfverbraucher, werden Sie sicher größeres In-teresseanderKondensatwirtschafthaben:Indenmeistenkleinen,mittlerenundgroßenBetrieben lassensichdurchkonsequente Ausnutzung aller Möglichkeiten rationellen Energieeinsatzes bemerkenswerte Einsparungen erzielen.Die erforderlichen Aufwendungen für Material und Monta-ge sind im Allgemeinen in weniger als einem Jahr amorti-siert, so dass sich die sorgfältige Planung der Kondensatan-lage selbst dort in der chemischen Industrie lohnt, wo auf schnellste Abschreibung der Produktionsanlagen geachtet werden muss.

DasGeld,dassich inFormvonungenutzterWärmesozu-sagen in Nichts auflöst, kann gespart werden bzw. nütz-licherer Verwendung zugeführt werden, wenn man erkennt, woungenutzteEnergieverfügbarist,weiß,wiesienutzbargemacht werden kann, plant, so dass sie den größten Nutzen bringt.

Dafür sollen die folgenden Kapitel Hinweise geben.

9.1 Die Kondensattemperatur

BetrachtenwirdasKondensatzunächstdort,woesentsteht:im Dampfraum vor dem Kondensatableiter. Sattdampf gibt Wärmeab, indemerkondensiert.DabeientstehtKonden-sat von genau der gleichen Temperatur. Im Augenblick des EntstehenshatdasKondensatalsogenaudiezumjeweiligenDruck im Dampfraum gehörende Sattdampftemperatur, wie sieinderWasserdampftafelangegebenist:zumÜberdruckvon 0,5 bar rd. 111°C, bei 7 bar 170°C, bei 15 bar 201°Cusw.

NunkannderDampfaber,wiejederandereStoff,nurWär-me abgeben, wenn er mit einem Körper niedrigerer Tempe-raturinBerührungkommt.(DieWärmestrahlungsollhierunberücksichtigtbleiben).DieserKörperniedrigererTem-peraturistimAllgemeinendieWandungdesDampfraums.DasKondensatbildetsichandenkälterenFlächenundläuftdortab–ebensowie imWinterderWasserdampfandenkaltenAutoscheibenkondensiertundabläuft.AufderWandentstehtalsoeinKondensatfilm.DiesergibtWärmeandiekältereWandab,seineTemperatursinktdeshalbunterdieSattdampftemperatur. Dadurch kann weiterhin Sattdampf auf dem Kondensatfilm kondensieren. Die Kondensatschicht wird dicker, das Kondensat läuft schneller ab, bis schließlich ebenso viel Kondensat abläuft wie neu gebildet wird.

Die mittlere Kondensattemperatur muss bei diesem Vor-gang notwendig unter der Sattdampftemperatur und über derWandtemperaturliegen.WirunterscheidendreiFälle:

1. Ist der Temperaturunterschied zwischen Dampf und beheiztem Stoff gering, dann wird auch die Kondensat-temperatur nur wenig unter der Sattdampftemperatur liegen.Außer inWärmetauschern istdies z.B.auchderFall, wenn der „beheizte Stoff“ Isoliermaterial und derDampfraum eine Dampfleitung ist. Gleiches gilt, wenn das Kondensat sehr engmit demDampf in Berührungbleibt oder gar durch eine im Dampfraum liegende, also unfreiwilligbeheizteLeitungabfließenmuss,wiebeidenrotierendenZylindernvonPapiermaschinenundTextil-trocknern.

2.EinegeringeUnterkühlung,dasheißtKondensattempe-raturen etwa 1 bis 10 K unter der Sattdampftemperatur, erhältmanbeider zweckentsprechendenEntwässerungder meisten Wärmetauscher. Das Kondensat soll jaschnell aus demWärmetauscher heraus, weil dann derWärmeübergangunddamitdieProduktionsleistungderAnlage größer wird; Verdampfer bzw. Kocher, Trockner allerArt,WäschemangelnsindBeispieledafür.

Außerdem ist es oftwichtig, dassdieBeheizunggleich-mäßigerfolgt,umeineguteProduktqualität,z.B.inEta-genpressen für Holz- oder Kunststoffplatten, bei Vulka-nisierpressenoderinHeizformenfürBetonfertigteile,zuerreichen. Auch hierfür ist eine möglichst unverzögerte Ableitung des Kondensates unerlässlich, weil sich das KondensatbeiderWärmeabgabeabkühlt,wasderkon-densierende Dampf nicht tut.

Aus diesen Gründen wäre es günstig, wenn man eine „Tropfenkondensation“erreichenkönnte:DasKondensatsoll sichnicht in einer Schicht auf dieWärmetauscher-flächelegenundsodenWärmeübergangverhältnismäßigstark behindern, sondern ohne die Heizfläche zu benetzen, in Tropfen abperlen wie das Regenwasser von einem gut imprägnierten Mantel oder wie das Quecksilber auf dem Fußboden,wenn das Thermometer zu hart gefallen ist.DerDampfkanngroßeTeilederWanddirektberühren.DieWandtemperaturistdaherhöheralsbeider„Filmkon-densation“, und das Kondensat ist nur wenig unterkühlt. Von der Tropfenkondensation wird 4- bis 8-fach größerer WärmeübergangalsbeiderüblichenFilmkondensationberichtet. Aber offensichtlich sind die erforderlichen Vor-aussetzungensoexklusiv,dassTropfenkondensationfür„Normalverbraucher“ nicht erreichbar ist.

9. Die Kondensatwirtschaft

Wasser-temperatur

Dampf

Temperaturverlauf

TemperaturKondensat-Film

Metall-Wand WasserDampf-temperatur

durchschnitt-liche Wand-temperatur

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9 – Die Kondensatwirtschaft

3.InSonderfällen isteszulässig,dasKondensatschon imWärmetauscher merklich abkühlen zu lassen, so dassdasKondensatmit10,20,30KundmehrunterderSatt-dampftemperatur zum Kondensatableiter kommt. Vor allem bei billigen Wärmetauschern (Radiatoren, Heiz-schlangen) und einfachen Beheizungen (BegleitheizungvonProduktleitungen,Behälterheizung)wirddieseMög-lichkeit verwirklicht.

UnfreiwilligtritteinederartstarkeAbkühlungdesKon-densates imWärmetauscher auf, wenn der Kondensat-ableiter zu stark anstaut, wenn er zu klein oder von der falschen Sorte ist. Schließlich kommt das Kondensat auch dannmitgrößererUnterkühlungzumKondensatableiter,wenn der Ableiter absichtlich oder unbeabsichtigt weiter vondemWärmetauscherentferntist,weilsichdanndasKondensatinderLeitungzwischenWärmetauscherundAbleiter abkühlt.

Die Kondensatunterkühlung im Dampfraum hängt also von der Oberflächenbeschaffenheit und Lage der Heizfläche,von den Strömungsverhältnissen im Dampfraum, von der ArtundEinstellungderKondensatableiter, vonderRege-lung von Dicke und Material der Heizfläche, von der sekun-därseitigen Temperatur usw. ab. Eine genaue Vorhersageist deshalb nichtmöglich. Systematische Untersuchungeneinzelner Fälle sowie Beobachtungen in der Praxis habengezeigt, dass das Kondensat im Allgemeinen – bei zweckmä-ßigerAusführungderAnlage–mitnurgeringerUnterküh-lung zum Ableiter kommt und so von diesem in die Konden-satleitung ausgeschleust wird.

Der Druck in der Kondensatleitung ist geringer als der Druck im Dampfraum, denn sonst würde das Kondensat nicht in dieKondensatleitungströmen.FlüssigesWasser,alsoauchKondensat, kann aber keine höhere Temperatur haben als diezumjeweiligenDruckgehörendeSattdampftemperatur.Hat das Kondensat vor dem Ableiter bei einem Druck von pe= 7bar (Sattdampftemperatur 170°C) eineTemperaturvonz.B.160°CundkommtessoineineKondensatleitungoderineinenBehälteruntereinemDruckvonpe=0,5bar,dann muss die Kondensattemperatur auf die zu diesem Überdruck gehörende Sattdampftemperatur von rd. 111°Cabsinken,vorausgesetzt,derDruckinderLeitungoderimBehälter steigt durch die Kondensateinspeisung nicht an.Wenn in unseremBeispiel die Kondensattemperatur aberschonvorderEntspannungunter111°C liegenwürdeundz.B.95°Cbetrüge,dannwürdesichdieTemperaturbeiderEntspannung nichtmerklich verändern (genaugenommensinktsieumwinzigeBruchteileeinesGradesinfolgederVo-lumenvergrößerungdesWassersbeiderDrucksenkung).

Das Kondensat verlässt den Dampfraum gewöhnlich mit einer Temperatur, die nur wenig unterhalb der Sattdampf-temperatur liegt.Es ist „Siedekondensat.“ InderKonden-satleitung kann die Temperatur wohl kleiner, aber nicht höherseinalsdiezumörtlichenLeitungsdruckgehörendeSattdampftemperatur.

9.2 Die Nachverdampfung

Bei derEntspannung, d.h. Verringerung desDruckes vonSiedekondensat, sinkt die Temperatur. Bei pe = 7 bar hatSiedekondensatvon170°CeinenWärmeinhalt(Enthalpie)von720,94kJjekgKondensat(DampftafelSpalte4).Wirddieses Kondensat auf pe=0,5barentspannt,dannsinktdieTemperaturnachSpalte3derDampftafelaufrd.111°C.DieEnthalpiediesesWassersbeträgtabernurnoch467,13kJ/kg. BeiderEntspannungwirdalso jeKilogrammWassereineWärmemenge von 720,94 – 467,13 = 253,81 kJ frei.Wo bleibt diese Energie?

EsgeschiehtdasGleiche,wasgeschähe,wennwirinsiedendheißesWasserplötzlichsehrvielWärmehineinsteckenwür-den,etwaindemwireinenglühendenEisenklotzhineinfal-lenließen:DasWasserfängtplötzlichsehrstarkzukochenan, die überschüssige Wärme verwandelt einen Teil desWassersinDampf–Dampfvonrd.111°Cundpe=0,5bar.

Wir haben gesehen, dass in diesemBeispiel je kgWasser253,81kJfreiwerden.Um1kgWasserbeipe=0,5barzuverdampfen,sindlt.Spalte5derDampftafel2226,2kJerfor-derlich;diejekgKondensatfreiwerdenden253,81kJver-wandelnalso253,81/2226,2=0,1140kgWasserzuDampf.Das heißt: Bei der Entspannung von Siedekondensat vonpe=7barauf0,5barwerdenrd.11,4GewichtsprozentdesKondensates in Dampf von pe=0,5barumgeformt.

Diese Nachverdampfung ist ein Naturgesetz und unver-meidlich.

Wie im vorgenannten Beispiel kann man für jeden gege-benen Betriebszustand die entstehende Nachdampfmengeleichterrechnen.Bequemergehtes,wennSiedasfolgendeDiagramm „Nachverdampfung bei der Entspannung vonKondensat“ (9.2.1) zuHilfe nehmen: Aus der TemperaturdesKondensatesvorderEntspannung–oderausdemDruckdesSiedekondensatesvorderEntspannung–undausdemDruck nach derEntspannung können Sie ohneRechnungablesen, wieviel Gewichtsprozent Nachdampf entstehen.

Das Diagramm zeigt: Aus Siedekondensat von pe = 3 bis 12barentstehtbeiEntspannungaufpe=0bis1barrund5bis15%Nachdampf.BeiDampfdrückenbispe=50barbil-detdasSiedekondensatbeiEntspannungbiszu30%Nach-dampf.DieseAngabensindGewichtsprozente!SehenwirunsaufgrundeinesGedankenexperimentesdenWegdesDampfes an,derunter einembestimmtenDruckindenWärmetauschereintritt,dortseineVerdampfungs-/Kondensationswärme r abgibt und zum Kondensatableiter gelangt. Dieser arbeitet ordnungsgemäß, d. h. er lässt keinen Dampf durchströmen, sondern nur Kondensat von Siede-temperatur. Im Regelventil des Ableiters wird das Konden-sat auf den Gegendruck hinter dem Gerät entspannt; der Kondensatableiter ist also die Druckgrenze. Die Zahlenwerte diesesExperimentswerdenSievielleichtüberraschen:

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9 – Die Kondensatwirtschaft

102

015

43

2001

0027.0

2.01.005 04 03 02 51 01 8 6 4 3 2 1% 06

0704

)sba( rab

0605

07001

0908

041021

081061

002053

003082

062042

022

4.0

4)sba( rab

00107

050

403

0251

018

97

65

32

5.11

5.04.0

3.02.0

1.0

= p1.0

101

001)sba( rab

2

= p2

kg Nachdampf je 100 kg Kondensat bzw. Nachverdampfung in %

gnunnapstn

E red rov rutare

pmettasne

dnoK

)C° ni(

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E red rov kcur

D)sba rab ni(

tulosba rab ni nebagnakcurD ell

A

p2

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K sed kcur

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gnunnapstn

E red hcan sef

pma

dhcaN

)sba rab ni(9.2.1 Nachverdampfung bei Kondensatentspannung

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106 | Spirax Sarco

9 – Die Kondensatwirtschaft

DerDampfdruckimWärmetauscheristvariabelgewählt.Erbeträgt–absolut,weilkeinZusatzaufÜberdruckhinweist!–zwischen5und50bar.DasdarunterangegebeneDampf-volumen wird mit zunehmendem Druck kleiner: es wirdmehr und mehr zusammengepresst. Nachdem der Dampf seine Verdampfungs-/Kondensationswärme abgegeben hat, haben wir vor dem Regelventil des Kondensatableiters nur Kondensat,d.h.WasservonSattdampftemperaturoderei-ner etwas niedrigeren Temperatur wegen der Kondensatun-terkühlung. Zur Vereinfachung wollen wir in der folgenden BetrachtungkeineKondensatunterkühlungannehmen.Hinter dem Regelventil herrscht ein absoluter Gegendruck von1,5bar (pe=0,5bar).NachdervorangegangenenEr-klärung wird also ein Teil des Kondensates verdampfen und esentstehensojenachVordruckzwischen7,8und30Ge-wichtsprozentNachdampf,undesverbleibteindiesenWertzu100%ergänzenderWasseranteil.WeildasVolumenvonDampfbiszu1000malgrößeristalsdasvonWasser,liegendie Volumenanteile in ganz anderer Größenordnung. Der Dampfanteil beträgt zwischen 98,94 bis 99,79 Volumen-prozent,undderKondensatanteilmachtdenRestzu100%aus. Schon wegen dieses Sachverhaltes kann auch ein fachmän-nischer Betrachter aus dem Erscheinungsbild eines insFreieausströmendenKondensatesnichtbeurteilen,obderKondensatableiter ordnungsgemäß arbeitet oder etwa zu-sätzlichFrischdampfdurchbläst. Sehr interessant ist auchderVergleichderVoluminaDampfvordemWärmetauscherund Kondensat-Nachdampfgemisch hinter dem Kondensat-ableiter.BeieinemDampfdruckvon5barwerdenaus375l Dampf91,37lGemisch,wobeidieMassevon1kgunverän-dertbleibt.Bei50barsiehtesganzandersaus:aus39,4l Dampfvolumen wird ein Kondensat-Dampf-Gemischvolu-menvon348,43l!

UnswirdandiesemBeispielauchnocheinmalganzklarvorAugengeführt:Eine Kondensatleitung ist keine Wasserleitung.

Wirmüssen bei der Bemessung, aber auch bei der Verle-gung das Nachdampfvolumen berücksichtigen; es ist nicht vernachlässigbargering.BenutzenSiealsobeiderDimensi-onierung von Kondensatleitungen stets das handliche Dia-gramm von Kapitel 8.4.

9.3 Nachdampf oder Frischdampf?

Das bei der Entspannung entstehende Nachdampfvolu-menistsogroß,dassindenmeistenFällenbezweifeltwird,dasswirklichnurNachdampfvorliegt.Sie (daSiedievor-angegangenen Ausführungen aufmerksam gelesen haben)kennen die Zusammenhänge und wissen, dass aus diesem ErscheinungsbildkaumSchlüssezuziehensind.Nichtinfor-mierte vermuten unwillkürlich, dass es sich dabei mindes-tensteilweiseumFrischdampfhandelnmüsse.Wennhin-tereinemKondensatableiter,derinsFreieentwässert,einegroßeDampfwolkeundwenigWasserzusehensind,dannscheint dieser Zweifel durchaus berechtigt.

„Gefühl“ ist in der nüchternen Technik aber nur dann er-laubt,wenn es auf umfangreicher Erfahrung beruht.Des-halb sollten Sie, wenn irgend möglich, einmal die beiden fol-gendenVersuchemachen:BittenSiedenKesselwärtereinesDampfkessels,dieAblassleitungdesWasserstandsglaseseinwenigzuöffnen, jedochnursoweit,dassnurWasseraus-strömen kann. Nun passiert genau das gleiche, was hinter jedemeinwandfreiarbeitendenKondensatableiterpassiert,derinsFreieoderineineKondensatleitungvonannäherndAtmosphärendruckentwässert:Eskommtzwar,wieSieamWasserstandsglas selbst beobachten können, nur Wasserdurch das Absperrventil, am freien Rohrende aber erscheint einWasserstrahlundeineziemlichgroßeDampfwolke–derNachdampf.

LassenSiedagegeneinDampfventildirektinsFreieblasen(z.B.einSicherheitsventil,dessenAbblaseleitungnichtge-schlossenübersDachgeführtist),dannerscheinteinscharfgebündelter Dampfstrahl, dessen Kern nahe der Rohrmün-dungdurchsichtigist.DennWasserdampfistjaunsichtbar!Erst wenn er durch Wärmeabgabe kondensiert, wird dieweiße Dampfwolke daraus, die Sie bei Ihrem Versuch sehen können(oderderNebelüberdemErdbodenoderdieWol-kenamHimmel).

ÄhnlichistesbeiderKerzeodermitderFlammedesGas-feuerzeuges:NahederAustrittstelleistdasGasnochunsicht-bar,erstineinigerEntfernungbeginnteszuleuchten.Stehtvor dem Dampfventil Kondensat, dann können beide Er-scheinungen unmittelbar nacheinander beobachtet werden.

DieseVersuche zeigen gleichzeitig, dass es in einigerEnt-fernung vom Dampfraum praktisch nicht mehr möglich ist,FrischdampfundNachdampfzuunterscheiden:DurchWärmeabgabeistauchderursprünglicheFrischdampfmitWassertröpfchendurchsetztunderscheintnurnochalswei-ße Dampfwolke.

WennalsodieDampfentwicklungamKondensatgefäßstarkansteigt,kanndaseinHinweisaufFrischdampfverluste inderAnlagesein–eskannaberauchnurdienatürlicheFolgeeinerBetriebserweiterungoderstärkererBelastungeinzel-nerDampfverbrauchersein.BeieineraufhöchsteProdukti-

98,94 99,4 99,62 99,79

Dampfdruck 5 10 20 50

Dampfvolumen 375 194 99,5 39,4 l/kgbar

Kondensatvolumen 1,1 1,1 1,2 1,3 l/kg

Gegendruck 1,5 1,5 1,5 1,5 bar

Dampfanteil

Dampfanteil

7,8 13 19,2 30 Gew. %

Vol. % Wasseranteil

Wasseranteil

92,2 87 80,8 70 Gew. %

1,06 0,6 0,38 0,21Vol. %

Dampfvolumen 90,40 150,67 292,53 347,70 l/kg Wasservolumen 0,97 0,91 0,85 0,73 l/kg

Gemischvolumen 91,37 151,58 293,38 348,43 l/kg

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9 – Die Kondensatwirtschaft

onsleistung entwässerten Anlage entsteht stets mehr Nach-dampf am Sammelbehälter, als man vermutet. Zusätzliche Frischdampfverlustekannman imAllgemeinennurdurchlaufendeÜberwachungdereinzelnenWärmetauscherfest-stellen.

UmWärmeverlustezuvermeiden,istesdringendnotwenig,den Nachdampf vor dem Sammelbehälter abzutrennen und auszunutzen. Damit werden dann auch gelegentlich ins Kon-densatnetzgelangendegeringereFrischdampfmengenrest-los verwertet.DieÜberwachung derAnlagewird dadurchallerdings nicht überflüssig, denn stärkerer Frischdampf-durchtritt an einer Stelle führt zu rascherem Verschleiß der Armaturen sowie zu erhöhtem Druck im Kondensatnetz und damithäufigzuEntwässerungsschwierigkeitenodergarzueinemschlagartigenAnwachsenderFrischdampfverluste.

9.4 Nutzbringende Verwertung des Nachdampfes

Der im Kondensatnetz entstehende Nachdampf hat wegen des geringeren Druckes eine niedrigere Temperatur als der Frischdampf, aus dessenKondensat er entstanden ist. ImÜbrigenaberistdieserDampfgenausogutundwertvollwieneu vom Kessel erzeugter Dampf. In einer Hinsicht ist er so-garbesser:BeiniedrigeremDampfdruckwirdjekgDampfmehrWärmefreialsbeiderKondensationvonDampfhö-herenDruckes(DampftafelSpalte5).

DadieentstehendeNachdampfmengezwischen5und30%desverbrauchtenFrischdampfesausmacht,könnenbeige-schickterAusnutzungdesNachdampfesetwa5bis30%dergesamtenBrennstoffkosteneingespartwerden–unddasistinjederBetriebskostenrechnungeinbeachtlicherBetrag.

Wenn die Einsparungsmöglichkeiten in einem bestimm-ten Fall ermitteltwerden sollen,muss allerdings beachtetwerden,dassdasKondensat imWärmetauschermit einergewissenUnterkühlunganfälltunddassdieLeitungenun-vermeidlicheWärmeverlusteaufweisen.FernergehtinderAnlage Dampf und Kondensat verloren, so dass ständig kaltesFrischwassereingespeistwerdenmuss,wodurchdieBrennstoffkosten steigen. Deshalb gäbe eine Berechnung,die diese Verluste nicht berücksichtigt, ein zu optimistisches Ergebnis.Realistischeristes,Menge,DruckundTemperaturdesanfallendenKondensateszubestimmen,denEntspan-nungsdruckfestzulegenundmitdiesenWertenausdemDia-gramm9.2.1„Nachverdampfung…“dieentstehendeMengeNachdampf abzulesen. So erhält man die in Zukunft weniger zuerzeugendeFrischdampfmengeunddarausanhandderbekanntenDampfkostendieEinsparungen.

Beispiel 1

IneinemkleinenTextilbetriebfallenstündlichetwa1000kg Siedekondensat aus einem Dampfnetz von pe = 8 bar an(KondensationstemperaturnachSpalte3derDampftafelrd.175°C).Mankanndamitrechnen,dassdasKondensatmitetwa 170°C zum Kondensatableiter kommt. Bei Entspan-nung auf pe=0,5barentstehtlautDiagramm(EntspannungvonKondensattemperatur 170°C auf Gegendruck 1,5 bar)rd. 11% Nachdampf. Gehen hiervon 10% bis zum Nach-dampfverbraucherverloren,sobleibenrd.10%=100kg/h=0,1t/hnutzbarerNachdampfvonpe=0,5bar.

Bei einschichtigem Betrieb mit ca. 2000 Betriebsstundenpro Jahr beläuft sich die zusätzlich verfügbare Dampfmenge auf0,1·2000=200TonnenproJahr.DieFrischdampfer-zeugungdarfumsovielkleinerwerden.BeiBrennstoffkos-ten für 1tDampf von30€werdendurchdieAusnutzungderNachverdampfungalsojährlich6000€eingespart.DerNachdampfwirdanstellederbisherigenFrischdampfbehei-zungzurWarmwasserbereitungfürdieFärbereieingesetzt.Hierfür sind zusätzliche Apparate (Kondensatentspanner,

EinthermischerKapsel-Kondensatab-leiter lässt Kondensat durch,Unterkühlungca.15K,Dampfdruckca8bar:starke Nachverdamp-fung.

Der thermische Kapsel-Kondensatab-leiter in anschließend wieder geschlossenem Zustand.

EineDampfleitungbei 8 bar Druck wird ge öffnet, es tritt etwas Wasseraus,unsicht-barer Dampf schießt in das unten liegende Lochblech(Spritz-schutz)undkondensiertwieNebelimUmfeld.

Dampf ohne Rest wasser strömt aus. Der heraus-schießende Dampf ist immer noch unsichtbar, sichtbar ist kondensie-renderDampf(Nebel).

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9 – Die Kondensatwirtschaft

Reduzierstation, Sicherheitsventil und Kondensatableiter)sowieMontagekosten inHöhe von zusammen ca. 3000€erforderlich. Die Investitionen für die Nachdampfverwer-tung sind also bereits in etwa einem halben Jahr amortisiert, danachbleibtderGewinnvon6000€proJahr.

Beispiel 2

In größerenBetrieben kanndie kondensatseitigeEnergie-verschwendung geradezu unglaubliche Ausmaße erreichen, wie das folgende Beispiel zeigt: Aus einer Anlage wurdenstündlich 30 Tonnen Siedekondensat über Kühlvorrich-tungen in den Fluss geleitet. Bei zweischichtigem Betriebmit 4000 Arbeitsstunden pro Jahr macht das 120 000 Ton-nenKondensatproJahraus.BeieinemDampfdruckvonpe =12bar(13bar)kannmanbeiEntspannungaufpe=0,5barlt.Diagrammtheoretisch15%Nachdampferwarten.BeiBerücksichtigung der Verluste bleiben etwa 12% oder rd.14 400 t Dampf pro Jahr. Die Dampfkosten liegen in diesem Chemiewerk wegen der vorgeschalteten Stromerzeugung nurbei 15€/t.AlleinderGewinnausderNachdampfver-wertungbeliefsichauf216000€proJahr.

Die nötigen betrieblichen Änderungen erforderten einen viel geringeren Aufwand, so dass die Kosten auch hier in we-niger als einem Jahr amortisiert waren. Der Gewinn durch Rückführung des Kondensates wäre sogar noch höher, weil dieKosten fürWasser,Wasseraufbereitung,Wassererwär-mungundfürdieKühlungdesindenFlussgeleitetenKon-densatesmehrals4€jeTonneSpeisewasserbzw.Konden-sat betragen.

So erstaunlich die Energieersparnisse mitunter sind, dieNachdampfverwertunghatnochweitereVorteile:Die5-bis15-prozentige Frischdampfeinsparung schon bei kleinerenDampfdrücken ermöglicht Betriebserweiterungen in die-sem Ausmaß, ohne dass die Kesselleistung und das Rohrlei-tungsnetzvergrößertwerdenmüssen.MitanderenWorten:Die Energiekapazität wird kostenlos um 5 bis 15 Prozentvergrößert.

Nicht rechnerisch zu erfassen, aber deswegen nicht weniger bedeutend, ist der weitere Vorteil, dass eine richtig ausge-legteKondensatentspannungsanlageinmanchenBetriebeneine Erhöhung der Produktionsleistung erbringt, weil dieWärmetauscherbesserentwässertwerdenundBetriebsstö-rungen seltener sind.

DieWärmeausnutzungdurchstufenweiseEntspannunger-möglicht also wirtschaftlich arbeitende und betriebssichere Anlagen.DiegewinnbareWärmemengeistunabhängigvonderArtderEntspannungoderderZahlderEntspannungs-stufen;entscheidendsinddieAnfangs-unddieEndtempe-raturdesKondensatessowiedieHöhederWärmeverluste.DennochhängtderErfolgvonderBeachtungeinigerRegelnab; wie wir sie in den folgenden Kapiteln beschrieben ha-ben.

9.5 Nachdampfsysteme

1.DerBedarf anDampfderniedrigerenDruckstufe solltedasAngebotanNachdampfmöglichstjederzeitüberstei-gen.Wenn längerfristig ein Überschuss an Nachdampfzu erwarten ist,mussdieserdurcheinÜberströmventilabgeführt werden; ein Sicherheitsventil ist einer Dauer-belastung nicht gewachsen.

2.DerNachdampfsolltemöglichstnaheamOrtseinerEnt-stehung verwendet werden.

3.JeniedrigerderDruckdesEntspannungsdampfes,destogrößer der Gewinn.

4. Der Druck des Nachdampfsystemes muss durch Druck-minderventil und Frischdampfeinspeisung eindeutigfestgelegt werden.

BetrachtenwireintypischesNachdampfsystem:

AmEndedesKondensatnetzeswirddasKondensataufAt-mosphärendruck entspannt. Aus dem Kondensat von pe= 8 bar entsteht lt. Diagramm etwa 14% Nachdampf.Wirddieser Dampf nicht ausgenutzt, geht er spätestens im Sam-melgefäß verloren. Die kleinsten Verluste und damit die wirtschaftlichsteLösungsinddeswegendanngegeben,wennmehr Niederdruckdampf benötigt wird als aus der Konden-satentspannungentsteht(1.Forderung).

8 bar Frischdampf

1

Frischdampf-kondensatNachdampfkondensat

2

3

0,55 bar4 0,5 bar

51...Druckminderer 8/0,45 bar2...Kondensatentspanner3...Sicherheitsventil 1 bar4...Überströmregler 0,55 bar5...Kondensatsammelbehälter

1 bar

EintrittKaltwasser

Austritt warmes Wasser

TurflowWärmetauscher

Atmosphäre

Kondensatbehälter

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9 – Die Kondensatwirtschaft

JeweiterdieNachdampfverbrauchervondenFrischdampf-verbrauchernentfernt sind,destogrößerwerdendieWär-meverlusteindenLeitungen–unddestogrößermussderDruckinderLeitungfürdasFrischdampfkondensatsein.JekürzerdieLeitungen,destobesserundpreiswerter(wegender geringeren Montagekosten) ist die Lösung (2. Forde-rung).

Kommt das Kondensatmitmehr als 100°C ins entlüfteteSammelgefäß,soentstehenWärmeverlustedurchEntspan-nung. (Das etwa eingespeiste Frischwasser wird häufig inder thermischen Entgasung bereits auf etwas über 100°Cerhitzt,sodassesvomKondensatkeineüberschüssigeWär-meübernehmenkann.)DieKondensatwärmewirdalsoumsobesserausgenutzt,jeniedrigerderDruckimNachdampf-systemliegt(3.Forderung).

Dasheißtnunnicht,dassKondensatvon30barsofortaufpe =0,1barentspanntwerdenmuss.DieErfordernissederPro-duktionsanlagebestimmenjadieTemperaturunddamitdenDruckdesHeizdampfes.Deshalb erfolgt dieEntspannunghäufig in mehreren Stufen – nur sollte die letzte Stufe, wenn möglich, nichtwie z.B. bei pe = 4 bar, sondernmöglichstnahe bei atmosphärischem Druck liegen. Für praktischeZweckeheißtdas:DerDruckderletztenEntspannungsstu-fe wird auf pe=0,2bis0,5bareingestellt. ImKondensat-entspanner und in den Nachdampfverbrauchern entsteht dannKondensatvonwenigerals 110°C,dasnurnochwe-nigausdampft(lt.Diagrammwenigerals2%beiEntspan-nungauf1baratmosphärischenDruck).AndererseitslässtderBetriebsüberdruckvon0,2bis0,5barnochgenügendDruckdifferenzfürdieguteEntwässerungderNachdampf-verbraucher und der Kondensatleitungen erwarten.

Die schematisch gezeigte Anordnung gewährleistet einen bestimmten Druck im Nachdampfsystem (4. Forderung):Übersteigt die entstehende Nachdampfmenge zeitweisedie Dampfentnahme, so steigt der Druck im Kondensatent-spannerunddieüberschüssigeMengewirddurchdasÜber-strömventil (4)abgeblasen;dasSicherheitsventil (3)dientnurderSicherheit.ÜbersteigtdagegenderBedarfanNie-derdruckdampf die verfügbare Nachdampfmenge, so sinkt der Druck im Nachdampfsystem; dadurch öffnet das Redu-zierventil(1)undspeistDampfausdemFrischdampfsystemein.DasÜberströmventilbegrenztalsodenDruckimNach-dampfsystem nach oben, das Reduzierventil begrenzt ihn nachunten.ImBeispielwürdederDruckzwischenetwape =0,45und0,55barschwanken–jenachdemaugenblickli-chenBetriebszustand.

ImInteressegeordneterBetriebsbedingungensollteaufkei-ne der beiden Druckbegrenzungen verzichtet werden, wie dasfolgendeBeispielzeigt:

Ein großer Reparaturbetrieb entspannte sein Kondensatin zwei parallel geschalteten großenEntspannernundbe-nutztedengewonnenenNiederdruckdampfzurWarmwas-

serbereitung.DasKondensatkamauseinem3-bar-Netz.DadieWarmwasserbereiter sowohl auf der Dampf- als auchaufderWasserseitefüreinenBetriebsüberdruckvon3bargeeignetwaren,wurdekeinÜberströmventilzurDruckbe-grenzungeingebaut.Ergebnis:WurdelängereZeitnurwe-nigWarmwasserentnommen,z.B.inBetriebspausen,dannstieg der Druck in der Kondensatzuleitung auf nahezu pe=3bar,unddieEntwässerungderVerbraucherim3-bar-Netzwurde zeitweise unmöglich.

Außerdem stieg die Warmwassertemperatur auf nahezu140°C,sodassbeimÖffnenderEntnahmestellenkochendesWasserundgroßeNachdampfmengenzutagetraten–wasvomBedienungspersonalnatürlichnichtgeradefreudigbe-grüßtwurde.(DieserDampfentstandingleicherWeisewiebeidembeschriebenenVersuchmitdemWasserstandsglas.)DasÜberströmventilzurDruckbegrenzungmussteschließ-lich doch eingebaut werden.

DamitwarderÄrgerabernochnichtzuEnde.Dakeinebe-stimmten Anforderungen an die Warmwassertemperaturgestellt wurden, erfolgte keine Frischdampfeinspeisung.DerWarmwasserbedarfwarkurzzeitigjedochsohoch,dassaller verfügbarer Nachdampf kondensiert wurde. Dadurch sank der Druck im Nachdampfsystem und demzufolge auch im Entspanner unter den Atmosphärendruck (schon bei80°C beträgt der Wasserdampfdruck nur noch 0,5 bar).Das Kondensat konnte deshalb nicht mehr aus dem Kon-densatentspanner ablaufen und stieg in das Nachdampf-systembis zudenWarmwasserbereitern.JetztkonntederEntspannungsdampfinderKondensatzuleitungnichtmehrabströmen (auch nicht zu den Warmwasserbereitern), sodassderDruckindenEntspannernwiederstieg,abernichtohne dass es in allen Teilen dieser Anlage zu fürchterlichen Wasserschlägenkam.Esdauertenichtlange,bisdasSystemauchmiteinerFrischdampfeinspeisungversehenwar.UndderBetriebverliefwiederfriedlich.

Hierhättemanallerdings,dadieFrischdampfwärmenichtunbedingt benötigt wurde, den Druck im Nachdampfsystem auchdurchBelüftungstabilisierenkönnen:

Steigt derDruck über den atmosphärischenLuftdruck, soentweichtderüberschüssigeDampfdurchdieEntlüftungs-leitung.WirdallerNachdampfkondensiert,soströmtLuftdurchdieEntlüftungsleitungvonaußen indenWarmwas-

Warmwasser

Dampf Kondensat

Kondensatentspanner

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9 – Die Kondensatwirtschaft

serbereiter und verhindert die Vakuumbildung, es erfolgt alsoeineBelüftung.Dies isteinesehreinfacheundbilligeLösung.Esmussaberdaraufgeachtetwerden,dasssowohldieEntlüftungsleitungalsauchdieNachdampfleitungsehrgroß gewählt werden – sonst kann es leicht doch zu un-erwünschtem Druckanstieg kommen. Durch die Verbin-dungsleitung zwischen Entspanner und Warmwasserbe-reitermussdasKondensatunbehindertindenEntspannerzurücklaufenkönnen.(IndemgenanntenReparaturbetriebwurdedieseLösungnichtgewählt,weildasKondensatnichtmitLuftbzw.SauerstoffinBerührungkommensollte.)

In ähnlicherWeise können auch die Dampfschwaden ge-nutzt werden, die aus einem Kondensatsammelbehälter auf-steigen, wenn nicht schon vorher eine ausreichende Nach-dampfverwertung erfolgte. Man baut einen Spirax SarcoBrüdenkondensatorüberdemSammelgefäßein.DasdurchdieKühlungimBrüdenkondensatorentstehendeKondensatfließt entgegen dem Dampfstrom in das Kondensatsam-melgefäßzurück,wozudieserWärmetauschermitentspre-chender Neigung gegen die Horizontale eingebaut wird. Das BelüftungsrohrinsFreievermeideteinenÜberdruckimSys-tem.BeimangelnderWärmeabnahmewürdenhierDampf-schwaden entweichen.

AmbestenmachtmandieWärmenutzbarzumBetriebderHeizungs-undBrauchwasser-Anlage.

Der Brauchwassererwärmer ist häufig im Heizungskesselintegriert und im Prinzip vom Vorlauf-Heizungswasser des Kesselsdurchlaufen,wasdasvorstehendeBildnichtzeigt.IndenmeistenFällendürfte hierdurch eine ausreichendeEnergieabnahme stattfinden; falls dies nicht der Fall ist,würdeüberdieBelüftungsleitung,dem„Sicherheitsventil“,Dampf entweichen.

DieWirkungsweise lässt sich amBild verfolgen.DasHei-zungsrücklaufwasser, das witterungsabhängig von der Hei-zungsregelung gesteuert, üblicherweise eine Temperatur von ca. 30 bis max. 70°C hat, durchströmt den Brüden-kondensatorunderwärmtsichdortjenachderanfallendenBrüdendampfmenge.DadieBrüdentemperaturwegendesatmosphärischen Druckes etwa 100°C beträgt, kann dasHeizwassernurbiszueinermax.Temperaturunter100°Cerwärmtwerden.DieseTemperaturistfürWarmwasserhei-zungen zulässig, der Sicherheitstemperaturbegrenzer des HeizkesselsdarfaufeineAuslösetemperaturvon100°Cein-gestellt werden.

Nach der Erwärmung im Brüdenkondensator strömt dasHeizwasserdurchdenHeizungskesselunddurchEinschal-tenderFeuerungkanndieevtl.nochfehlendeWärmezuge-führtwerden.WennimHeizungskesselnocheinBrauchwas-sererwärmer integriert ist, dürfte auch in der Sommerzeit einhoherAnteilderimBrüdendampfenthaltenenEnergienutzbar gemacht werden; als weiterer Vorteil schlägt die RückgewinnungdesKondensateszuBuche.

Der übliche Ausdruck „Kondensatentspanner“ bezeichnet die Funktion dieses Geräts nicht korrekt: Das Kondensatentspannt sich nämlich dort, wo der Druck absinkt, und das ist zum überwiegenden Teil schon im und kurz hinter dem Kondensatableiter sowie in der Zuleitung zum sogenannten EntspannerderFall.BeiausreichendbemessenerKonden-satleitungwirdimEntspannerselbstnurnochderankom-mende Dampf vom Kondensat getrennt. Diese Trennung ist deshalb wichtig, weil sich Dampf und Kondensat unter den üblichen Betriebsbedingungen nicht schon in der Leitungvöllig trennen können, man aber im Nachdampfsystem mög-lichstwenigKondensathabenwill(wegenderErosionunddemschlechterenWärmeübergangbeinassemDampf).

DieeigentlicheFunktiondesKondensatentspannersistalsodie Trennung des Nachdampfes vom Kondensat und das Trocknen des Nachdampfes. Deshalb empfiehlt es sich, nicht irgendeinenBehälterdafürzuverwenden,sondernGeräte,die speziell für diesen Zweck ausgelegt sind und auch nach den Druckbehältervorschriften gebaut sind.

EinKondensatentspannerkannnicht,wiegelegentlichbe-hauptet wird, die Nachverdampfung verringern, denn er kanndemKondensatjakeineWärmeentziehen.DieWär-meverwertung ist Sache einesWärmetauschers. So ergibtsichdieFrage:

9.6 Wohin mit der Wärme?

IneinembereitslaufendenBetrieberscheintdieAbwärme-verwertungzunächstalseinschwierigesProblem.AlleWär-meverbraucher sind ja schonversorgt.HiergiltdasWort:JewenigerEinfälle einKopfhat,destogrößerwerdendieAusfälle im Geldbeutel.

BrüdenkondensatorzumHeizungskessel

Kondensat-sammelbehälter

Heizungs-kessel

Kondensat-sammelbehälter

Brüdenkondensator

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9 – Die Kondensatwirtschaft

ImvorigenKapitelwurdeschoneinVorschlaggemacht:Aus-nutzungdesBrüdendampfesfürRaumheizungundBrauch-wassererwärmung. Nachteilig bei solchen Anwendungen ist nur,dassinZeitenvongeringemHeizbedarfinvielenFällennicht der gesamte Nachdampf verwertet werden kann.

DieidealeLösung:VoneinerdampfverbrauchendenAnlagewird ein Teil der Heizfläche abgetrennt und mit Nachdampf beheizt.DiefolgendenBilderzeigeneinigeBeispiele.Beiei-nersolchenUnterteilungderHeizflächewird immerdannNachdampf benötigt, wenn Kondensat anfällt. Sorgt man dafür, dass die Nachschaltheizfläche so groß ist, dass ihr Dampfbedarf das Nachdampfangebot übersteigt, so ist die ersteForderungdesKapitels9.5erfüllt.MöglichstgeringeEntfernungen sind ohnehin sichergestellt (zweite Forde-rung).DieErfüllungderdrittenForderungnachmöglichstniedrigem Entspannungsdruck hängt von den jeweiligenBetriebserfordernissen ab.WirdNachdampf vonhöheremDruck bzw. höherer Temperatur benötigt, so ist evtl. noch-malseineEntspannungsstufenachzuschalten.Die4.Forde-rung, Sicherheitsventil und Frischdampfeinspeisung, lässtsich wohl immer erfüllen.

Diese Anordnung lohnt sich nur bei großen oder bei vielen Erhitzern.

DieEinlaufwalzenwerdenmitniedrigeremDruckbetrieben,weil dort die Produkttemperatur am kleinsten ist.

Derartige Anordnungen werden leider selten schon bei der Planung der Anlage bzw. bei der Konstruktion der Maschi-

nen vorgesehen. Das liegt vermutlich am etwas größeren UmfangderAnlage(EntspannerundReduzierstation)undandernötigengrößerenGesamtheizfläche(weildieTempe-raturdesNachdampfesniedriger ist).DieAnlagewirdda-durch im Angebot teurer. Dass diese Mehrkosten durch den VorteildessichererenBetriebesundderwirtschaftlicherenWärmeverwertung fast immer weit übertroffen werden,könnenSienunselbstinjedemeinzelnenFallüberprüfen.

Ist eine nachträgliche Unterteilung der Heizfläche nichtmöglich, nicht zweckmäßig oder nicht ausreichend, dann muss ein anderer Einsatzort für den Nachdampf gesuchtwerden. Die Möglichkeiten sind dabei so vielgestaltig wie dieBetriebe.WirwollenunsdeshalbandieserStellemitei-nigengrundsätzlichenHinweisenbegnügen:

ErsteWahlalsNachdampfabnehmersindselbstverständlichbereits vorhandene Niederdruck-Wärmetauscher, derenVersorgungsdampfbislangdurchReduzierungvonFrisch-dampfhöherenDrucksgewonnenwird.Warmwasserberei-ter, Verdampfer, Beheizungen durch Dampfeinspritzung,HeizkörperundLufterhitzerfürdieRaumheizungsindBei-spiele.

MancheWärmetauscherkönnenvonBeheizungmitDampfvon pe=3oder5odergar8baraufBetriebmitDampfvonpe=0,5barumgestelltwerden,ohnedassihreLeistungin-folge der gesunkenen Heiztemperatur unzulässig niedrig wird.SolltedieLeistung jedochnichtausreichen, sokanndie Anschaffung eines zusätzlichen Wärmetauschers zurDeckungdesSpitzenbedarfes indieWirtschaftlichkeitsbe-rechnung einbezogen werden. Dies gilt insbesondere für bil-ligeWärmetauscherwieeinfacheGegenstromapparateundWarmwasserbereiter.

In manchen Kesselhäusern steht es um die Abwärmeausnut-zungnochsehrschlecht.DerBrüdendampfentweichtindi-cken Schwaden aus dem Kondensatsammelgefäß, während der Entgaser aus demDampfkesselmit Hochdruckdampfversorgt wird, der auf pe=0,2barreduziertwird.GeradederEntgaseristeinidealerNachdampf-Verbraucher,dennzu-zeiten von hohem Dampfverbrauch der Anlage mit großem AnfallvonNachdampfbestehteinhoherEntgasungsdampf-bedarf und umgekehrt, bei geringem Frischdampfbedarf

Dampf

Luft

Dampf

Dampf

Produkt

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9 – Die Kondensatwirtschaft

undniedrigemNachdampfanfall ist auchderEntgasungs-dampfbedarf gering.

HäufigwirdauchdieWärmeenergiedesausdemKesselge-führtenAbsalzwassersnichtausgenutzt.EinfürdieEnergie-ausnutzung imKesselhausvorbildlichesFließschemazeigtdasgroßeBildaufdervorigenSeite.

InderheutigenZeitderhohenBrennstoffpreisesollteeineDampfanlageohnejedeNachdampfwolkeüberdemWerks-gelände arbeiten. Mittel und Wege zur Erfüllung dieserAufgabe gibt es genug.Die eingesparteEnergiemachtdieDenkarbeit und die Investitionskosten meist schon in kurzer Zeit bezahlt: in günstigenFällen in einemhalbenJahr, inungünstigenFällendauerteskaumlängeralszweiJahre.Speziell die Nutzung der Abwärme aus Absalzung oder Ab-schlammung bedarf einiger Überlegung. Um sicherzustel-len,dassindemMomentindemWärmeanfällt,dieseauchgenutztwerdenkann,müssendieRegelungen(stetigeRege-lung)vonDampferzeugerundSpeisewasserbehälteraufein-ander angepasst werden.

9.7 Isolierung von Kondensatleitungen

Die Sicherheit kommt zuerst: Ohne Rücksicht auf andereÜberlegungensindKondensatleitungenüberalldort,wosievon Menschen berührt werden können, mindestens mit ei-ner Schutzisolierung zu versehen.

WeilwirdemheutigenGebotfolgendjedeEnergiegewissen-haft ausnutzen, ist auch aus diesem Grunde die Kondensat-leitung ebenso sorgfältig zu isolieren wie die Dampfleitung.

9.8 Kondensatkühlung

Zur Abwärmeverwertung ist die Kondensatkühlung nur in besonderseinfachenFällenzuempfehlen.

Im Allgemeinen sind mit der Kühlung einer heißen Konden-satleitung– die jamehr eineDampfleitung als eineWas-serleitung ist – aber die Gefahren verbunden, die bereits am Beispiel eines Reparaturbetriebs beschrieben wurden:wechselnderGegendruckundWasserschlag.DieAnordnungnachKap.9.5 istdeshalbvorzuziehen,nämlichAbtrennendes Nachdampfes und dessen Verwertung.

Kondensatkühlung unter 100°C ist nur dann angebracht,wenn das Kondensat aus wichtigem Grund ins Freie ab-gelassenwird, z.B.wennes so starkverunreinigt ist,dassdie Aufbereitung zu teuer wäre, oder wenn sich bei grö-ßerer Entfernung vom Kesselhaus die Rückführung einerverhältnismäßig kleinen Kondensatmenge nicht lohnt. In solchenFällen istdieAbkühlungoftunerlässlich,weil dievon heißem Kondensat ausgehende Schwadenbildung stö-renundimWinterzugefährlicherVereisungderUmgebung

Kessel-speisepumpe

Wasser-aufbereitung

Wärmetauscher(nur Absalzung)

Kondensat-sammelbehälter

Kesselspeisewasserbehälterund Entgaser

Dampf

Dampf

Atmosphäre

Kondensat

Entspanner

Frischwasser

Absalzen,Abschlammen

Max. 38 °C

Dampferzeuger

105 °C

Dampf

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9 – Die Kondensatwirtschaft

führen würde oder weil das Wasserbauamt nicht duldet,dassWassermitmehrals40bis60°CindenAbwasserka-nalgeleitetwird;oderwenndieWasserstraßenbehördedenFischenzuliebe–oderausanderenGründen–eineAbwas-sertemperaturvonhöchstens30°Cvorschreibt.

Unter diesenUmständen– und sie sollten dieAusnahmesein–wirddasKondensatnachMöglichkeitzurBeheizungirgendwelcher Wärmeverbraucher eingesetzt: Vorwärmer,Behälterheizung,Warmwasserbereiter, usw. Ist dies nichtmöglich, entstehen sogar noch Kosten für die Kondensat-kühlung.Bei kleinen Kondensatmengen genügt es, das Kondensatdurch ein luftgekühltes Register aus Scheibenrippenrohr zu schicken oder es in Abkühlbehältern zu sammeln. Das aufdernächstenSeite folgendeDiagramm„Wärmeverlus-te inRäumenvon ca. 20°C“ ermöglicht eineAbschätzungderWärmeabgabe solcher Anordnungen. (Die Oberflächeglatter Rohre ist aus der Tabelle „Nahtlose Stahlrohre…“Anhang4zuersehen.)Mittlere und große Kondensatmengen erfordern eine leis-tungsfähige Kühlvorrichtung oder die Vermischung mit Kaltwasser. Hat das Kondensat bereits eine Zulauftempe-raturunter100°C,sokanneineeinfacheMischvorrichtungeingesetzt werden.

Kondensattemperaturenüber100°Ckönnenu.U.ebenfallsnoch mit der im Gezeigten Apparatur beherrscht werden. Das Injektorrohr muss in diesem Fall kleine Löcher mitverhältnismäßig großen Abständen aufweisen; der Gesamt-querschnittderLöcher(d.h.LochzahlmalLochquerschnitt)sollte etwa so groß sein wie der Querschnitt der Kondensat-leitung.

WenigerGeräuschentwicklungundgeringerenKaltwasser-bedarf erreicht man mit der etwas aufwändigeren Anord-nung.

In dem Mischbehälter wird das zulaufende Kondensat auf etwa Atmosphärendruck entspannt; der Entspannungs-dampfentweichtdurchdieEntlüftungsleitung,sodasskein

KaltwasserfürdieKondensationdesEntspannungsdampfesbenötigt wird. Ist eine Ausdampfung nicht erwünscht, dann wirddasKondensatnebstNachdampfmiteinemInjektor-rohrunterhalbdesWasserspiegels eingeführtunddas zu-laufende Kaltwasser zur Kondensation der Dampfschwaden eingesprüht.

9.9 Kondensataufbereitung

FürkleinereDampfkesselbiszumittlerenBetriebsüberdrü-ckenwirdaufeinebesondereBehandlungdesKondensateshäufigverzichtet:KondensatistjadestilliertesWasserunderfüllt deshalb unter günstigenBedingungendieAnforde-rungen, die an das Kesselspeisewasser gestellt werden.

KondensatkommtaberhäufigmitLuftinBerührung,z.B.beimAufheizenderAnlageundbeizeitweisemUnterdruckim System. Deshalb ist es besser, das zurückgeführte Kon-densatüberdieEntgasungsanlagezuleiten.

Undichtheiten inderProduktionsanlage sindnicht auszu-schließen; wo sie zu unzulässiger Verunreinigung des Kon-densatesführenwürden,istdielaufendeÜberwachungdesKondensates erforderlich. Das kann in kleineren Anlagen durch die Einschaltung von Kontrolltanks geschehen. BeigrößerenAnlagenwirdzurKontrollebeispielsweisedieLeit-fähigkeitdesWassersfortlaufendgemessen.

UngelösteBeimengungenzumKondensat,wiez.B.Oxida-tionsprodukte(Rost),durchErosionabgetrageneMetallteil-chen und unlösliche Salze, werden durch Kiesfilter entfernt. Bei höheren Dampfdrücken und größeren Dampfkesselnwerden höhere Ansprüche an das Speisewasser gestellt, ent-sprechend den Technischen Regeln für Dampfkessel TRD 611.SieheauchHinweiseKapitel3.8.

TrittineinzelnenFälleneineÖlbeimischungzumKonden-satauf,soisteineReinigungmitAktivkohlefilternnötig.Essollte alles unternommen werden, um Verunreinigungen des Kondensates durchÖl zu vermeiden, denn dieÖlabschei-dungistschwierigundkostspielig;andererseitskannÖlimSpeisewasser unangenehme Kesselschäden verursachen.

FürdenmodernenHochdruckkesselbetriebmussdasSpei-sewassernocherheblichreinerseinalsdasdestillierteWas-serderApotheke.Hier istdasausdemWerk zurückkom-mendeKondensatinjedemFallaufzubereiten–wennmanauf seine Zurücknahme nicht sogar ganz verzichtet und die KondensatverwertungdendampfverbrauchendenBetriebenüberlässt.(DieBetriebesinddazuaberoftnochwenigerinderLagealsdasKraftwerk,sodassdasKondensat(=Was-serundWärme)schließlichunausgenutztbleibtzumScha-denderFirmaalsGanzem.)Werden ungewöhnliche Kondensatverunreinigungen fest-gestellt,dannistesvielwichtiger,dieUrsachendieserStö-rungen zu suchen und zu beseitigen als lediglich das Kon-densat zu säubern.

Kondensat

KühlwasserInjektor

Mischrohr

Temperaturregelventil

Temperaturfühler

Kondensat KondensatKühlwasser Kühlwasser

ungünstig besser

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9 – Die Kondensatwirtschaft

9.9.1 Wärmeverluste in Räumen von ca. 20 °C(nurzurüberschlägigenBerechnung)

nicht abgedeckteWasseroberflächebei ruhiger Luft

für Luftgeschwindig-keit v (m/s)Korrekturfaktor:f = (l+v)/2

nicht isolierteBehälterwändeoder Rohre

Scheibenrippenrohr

Oberflächentemperatur (°C)

)²m/

Wk( tsulrevemrä

W

Beispiele:

1. Einoffener,nichtisolierterBehälter,4mlang,1,5mbreit,1mhoch,mitWasservon80°Cgefüllt,verliertWärme: a)durchdieVerdunstungvonderWasseroberflächevonA=4·1,5=6m²: Qa = 5,8 · 6 = 34,8 kW b)durchdieBehälterwändeunddenBodenmitzusammenA=17m²Oberfläche: Qb=0,8·17=13,6kW DergesamteWärmeverlustdesBehältersbeträgtalsoetwa48,4kW.

2.NichtisolierteKondensatleitungDN100von50mLängeineinemInnenraumbeieinerRohrtemperaturvon100°C. GesamteRohroberfläche:A=18m² Wärmeverlust: Q = 1,1 · 18 = 19,8 kW

3.50mScheibenriprohrDN100ausStahlhabenbeieinemScheibenabstandvon10mmundeinemScheibendurchmesservon160mmeinegesamteOberflächevonrd.A=135m².IstdasRohrmitWasservon100°Cgefüllt,sobeträgtdieWär-meabgabeannähernd:

Q = 0,43 · 135 = 58,0 kW

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9 – Die Kondensatwirtschaft

9.10 Wasseraufbereitung

WasseristeinhervorragendesLösungsmittel.Deshalbent-hältesalsRohwasser (GrundwasseroderFluss-bzw.See-wasser)undauchnochalsvorbehandeltesLeitungswasserviele Stoffe in gelöstem Zustand. Würde solches Wasserzur Kesselspeisung verwendet, so könnten Ablagerungen sehr schnell den Kessel und die Rohrleitungen unbrauch-barmachen.Werdendie imWassergelöstenGase,beson-dersSauerstoffundKohlendioxid,nichtentfernt,dannsindKorrosionsschäden die Folge. Die im natürlichen WasservorhandenenFremdstoffemüssendeshalbentferntwerden,bevordasWasserzurDampferzeugunggeeignetist.VerschiedeneFilterbeseitigenanorganischeundorganischeSchwebestoffe. Enthärtung, Entkieselung, Entsalzung so-wiedieEntfernungnicht filterbarerFremdkörpererfolgendurchFällverfahrenundFlockung,wobeiausdengelöstenStoffendurchZusätzeungelösteStoffe(undWasser)entste-hen, die ausgefiltert werden können.Höchste Reinheit erreicht man bei der Vollentsalzung durch Ionenaustausch:KunstharzebindendiegelöstenStoffeundgeben statt dessenWasser ab.Nach einigerBetriebsdauerkönnen die Kunstharze leicht in den Ausgangszustand zu-rückverwandelt, „regeneriert“,werden.Ebensoeffektivar-beitenUmkehr-Osmose-Anlagen.Zusatzstoffe als „Inhibitoren“ bekämpfen die Bildung vonschädlichen Ablagerungen oder neutralisieren die korrosive WirkungmancherFremdstoffe.

Die Entgasung erfolgt „thermisch“ durch Erhitzung desWassersbiszumSiedepunktundanschließendeEntfernungderausgetriebenenGase.DanachnochimWassergelösterSauerstoffwirdnötigenfallsdurchBeigabevonChemikalien (z.B. Hydrazin), also durch „chemische Entgasung“, un-schädlich gemacht.

DerDampffachmannziehtinallenFragenderWasseraufbe-reitungdieumfangreicheFachliteraturzuRate.Gründlichund umfassendwird dieses Thema z.B. in demBuch vonSplittgerber und Ulrich: „Wasseraufbereitung im Dampf-kraftbetrieb“, behandelt; in diesemWerk sind auchmehrals2000LiteraturstellenzuEinzelfragenangegeben.EinengutenÜberblickbietetauchdasSpirax-Sarco-Buch„Grund-lagen der Dampfkesselregelung“.

DiebestetechnischeLösungderWasseraufbereitungergibtsicherstausdenjeweiligenUmständenwieKesselart,Kes-selleistung, Betriebsbedingungen, Wasserbeschaffenheit.Enge Zusammenarbeit mit Anlagenplanern, Kesselher-stellern, Überwachungsvereinen und mit den FachfirmenfürWasseraufbereitungistunerlässlich,umnichtnureinegutetechnischeLösungzufinden,sondernaucheinewirt-schaftlich vertretbare. Dabei sind unbedingt die schon er-wähnten,vonderVdTÜVherausgegebenen„RichtlinienfürdieSpeise-undKesselwasserbehandlung…“zubeachten.ImEinzelfallundinsbesondere,wennBetriebsschwierigkeitenoder Schäden auftreten, sollte der Rat eines Fachmannes

eingeholtwerden.HierkannmansichanFirmenwenden,dieWasseraufbereitungsanlagenbauen, oder andieTech-nischen Überwachungsvereine, die dafür Fachabteilungenhaben.DiebesteWasseraufbereitungsanlagekannSchädenverur-sachen,wennsieunsachgemäßbedientwird.DerBetreibereines Dampfkessels sollte deshalb auf die sorgfältige laufen-deBedienung,ÜberwachungundInstandhaltungderWas-seraufbereitunggroßenWertlegen.

In diesem Zusammenhang ist es vielleicht gerechtfertigt, eineBemerkungzurthermischenSpeisewasserentgasungzumachen:DieErhitzungdesSpeisewassersbiszurSiedetem-peratur genügt allein nicht. Die ausgetriebenen Gase müs-sen vielmehr laufend abgeführt werden. Das ist aber bei ein-fachen Aufkocheinrichtungen, wie sie früher überwiegend eingesetzt wurden, nur möglich, wenn laufend eine geringe DampfmengeausdemEntgaseraustritt,diefreigewordeneGase mitreißt. Neuere Entgaserbauarten sind wirksamer,aber auch nur dann, wenn die Apparatur vorschriftsgemäß betriebenwird.EinetypischeAnordnungzeigtdienächsteSeite.

9.11 Der Speisewasserbehälter

Zurückgeführtes Kondensat und das Zusatzwasser als Er-satz für verlorengegangene Dampf- und Kondensatmengen werden nach entsprechender Aufbereitung in einem Vor-ratsbehälter gesammelt, aus dem eine Pumpe den Kessel speist(Kapitel2und3).

Wegen der Abwärmeverwertung einerseits und durch diethermischeEntgasunganderseitsergibtsichofteineSpei-sewassertemperatur von etwa 100°C bei etwa Atmosphä-rendruck. Damit ist auch der Vorteil verbunden, dass das entgaste Speisewasser infolge der Siedetemperatur nicht wiederSauerstoffausundichtenStopfbuchsenundFlansch-verbindungen aufnimmt.Durch die „Saugwirkung“ der Kesselspeisepumpe wird der Druck des zulaufenden Speisewassers aber erniedrigt. BeieinerWassertemperatur nahe dem Siedepunkt verdampftdanndasWasserundderFörderstromreißtab.WenndieKreiselpumpe nahe am Verdampfungspunkt arbeitet, ent-steht „Kavitation“ (= Hohlraumbildung) mit Leistungs-verminderung, Vibration, erhöhtem Verschleiß und Ge-räuschbildung – sogar ganze Stücke können dann aus dem Pumpenlaufrad herausgerissen werden. Der Speisewasserbehälter wird deshalb einige Meter ober-halb der Speisepumpe montiert. Je Meter Zulaufhöhe steigt nämlich der statische Druck des Speisewassers an der Pum-pe um etwa 0,1 bar über den Druck im Speisewasserbehälter an.Bei ausreichenderZulaufhöhe kanndamit dasWasseram Eintritt der Pumpe nicht mehr verdampfen, und dieKavitationsgefahr ist verringert.Wie groß die Zulaufhöhemindestensseinmuss,kannderLieferantderSpeisepumpeanhandderEigenschaftenundBetriebsdatenseinerPumpe sowieaufgrundderWassertemperaturangeben(NPSH-Wert).

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9 – Die Kondensatwirtschaft

9.10.1 Beispiel einer Entgasungsanlage

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Spirax Sarco | 117

9 – Die Kondensatwirtschaft

EinigeErfahrungswertefürKreiselpumpensindinderfol-genden Tabelle angegeben.

p Druck im Sammel­gefäß [bar]

1Sattdampf­druck

T max. Wasser ­temperatur [°C]

bis 70

80 90 100 Siede­temperatur

h Mindest­Zulaufhöhe (geodätische Höhe) [m]

0 0–2 1–3 3–6 3–6 je nach Pumpe und Betriebs­daten

UnterUmständenkanndienötigeZulaufhöheherabgesetztwerden,wennman zwei Pumpen hintereinander schaltet:eine Vorpumpe, die eine geringe Zulaufhöhe erfordert, lie-fert lediglich den nötigen Zulaufdruck für die nachfolgende Kesselspeisepumpe.

Diese naturbedingte höhere Anordnung des Speisewasser-behältershat allerdings zurFolge,dassoftdasKondensaterstaufdieHöhedesBehältersgebrachtwerdenmuss.DasgeschiehtameinfachstenmiteinemKondensatheber(Kap.8.6).AndernfallswürdemindestenseinTeilderAnlageun-genügend entwässert.

WiegroßsollderSpeisewasserbehältersein?BeisehrkleinenAnlagenmitLeistungenbis zueinigenhundertkg/hkannman sich an die Faustregel halten: Behälterinhalt = Kes-selleistungproStunde.–FürgrößereAnlagenkämediese Regelunnötigteuer.DerBehälterhatzweiForderungenzuerfüllen:

1. Der Speisewasservorrat muss den Kesselbedarf wäh-rend des Aufheizens der Anlage (nicht des Kessels) solange decken, bis der normale Kondensatrücklauf aus derAnlageerreicht ist (andernfallswürdeZusatzwassereingespeist, das nach dem Abstellen der Anlage verloren ginge).SetztmandieseZeitbiszumErreichendesDauer-zustandeszu¹⁄6bis½Stundean–jenachWeiträumig-keitderAnlage–,dannsolltederBehälterinhaltetwa½

bis 2⁄3 der Kesselleistung betragen. (Der Behälter läuftdann nicht ganz leer, weil ja Kondensat schon zurück-kommt,bevorderDauerzustanderreichtist.)

2. Der Inhalt des Speisewasserbehälters muss ein Mehr-faches der Volumenschwankung des Kesselwassers zwi-schen zwei Schaltintervallen der Speisepumpe betragen. DieWasserstandsregelung des Kessels ist aus Gründendes Kesselbetriebes gewöhnlich so ausgeführt, dass die Volumenschwankung des Kesselwassers nur einen klei-nen Bruchteil der stündlichen Verdampferleistung aus-macht. Die Schalthäufigkeit der Speisepumpe bleibt dann immer noch in den zulässigen Grenzen. Im Dauerbetrieb genügt deshalb ein Speisewasserbehälter, der ca. ½ des stündlichen Kesselbedarfs fasst.

Dieunter 1. angegebeneForderungverlangtdengrößerenBehälter,nachihrkannmansichbeiAnlagenbiszumittle-rer Größe richten, wenn sie öfter abgeschaltet werden. Sind Abschaltungen selten, so genügt es, die zweite Forderungzuerfüllen.FürgroßeAnlagenistdagegeneinesorgfältigeBerechnungerforderlich,dieallegenanntenGesichtspunkteberücksichtigt.DasSpeisewassermussmindestens 20–30MinutenimEntgaser(Speisewasserbehälter)verweilen.

InjedemFallistdaraufzuachten,dasserstdannZusatzwas-ser in den Speisewasserbehälter eingespeist wird, wenn der Wasserspiegel unter die normalen Niveauschwankungenabsinkt – sonst entstehen laufende Verluste an wertvollem aufbereitetemWasser.

Der Speisewasserbehälter wird abgedeckt ausgeführt. Hat das zurückkommende Kondensat eine niedrige Temperatur, dannwerdendurchdieabgedeckteAusführungWärme-undWasserverlustedurchVerdunstungweitgehendverhindert.BeihoherKondensattemperaturistdieabgedeckteAusfüh-rungdesBehältersnötig,umdieDampfschwadenausdemAufstellungsraum fernzuhalten. Natürlich muss solcher Entspannungsdampf durch eine Entlüftungsleitung abge-führt werden.

WiegroßwürdenSiedieseEntlüftungsleitungwählen,wennin einer Anlage etwa 600 kg/h heißes Kondensat aus einem 8-bar-Netz zurückkommen?DieDampfleitung, die diesenBetriebversorgt,wäremitDN40normalausgelegt.

IneinerFabrik,inderdieseKondensatbedingungenvorla-gen,explodierteeinesTagesderKondensatbehälterundeinMenschwurdegetötet.Ursache:DieEntlüftungsleitungwarzuklein:BeiEntspannungvonpe=8barauf0barentstehengemäß Diagramm rd. 14% Nachdampf. Im ungünstigstenFallmüssendurchdieEntlüftungsvorrichtungetwa12%dergesamten Kondensatmenge als Dampf von 1 bar abgeführt werden,dassind600·0,12=72kg/h.DieEntlüftungslei-tunghattedieNennweite15.

InwelcherGrößehättenSiedieEntlüftungsleitungausge-führt?Zunächst:GenaugenommenwirdkeineEntlüftungs-

p

T

h

Pumpe

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9 – Die Kondensatwirtschaft

leitung benötigt, sondern eine Dampfleitung. „Entspan-nungs-undBelüftungsleitung“wäredie funktionsgerechteBezeichnung. In Kapitel 6.3 war gesagt worden, dass derDruckabfall in kürzeren Dampfleitungen vernachlässigt werden kann, wenn die Geschwindigkeit unter 60 m/s liegt. ImhiergenanntenFallwärefür72kg/hDampfvon1,1bar(pe=0,1bar)bei25m/s lt.DiagrammvonKapitel4eineLeitungDN40erforderlich.Auch das Kondensatleitungsdiagramm ist so ausgelegt, dassderDruckabfallvernachlässigbarist.EskanndeshalbebenfallszurAuslegungeinerEntlüftungsleitungverwendetwerden,wenndieKondensatmenge(nichtdieNachdampf-menge!) zugrunde gelegtwird.DieseMethode erspart dieBerechnung der zu erwartendenNachdampfmenge, ergibtaber eine größere Leitung, weil hier ja auch noch für diegesamte Kondensatmenge Platz vorgesehen ist, die nicht durchdieEntlüftungsleitungfließt–hoffentlich.

InunseremBeispielergibtdasDiagrammausKapitel8.4:Vordruck9bar,DruckamLeitungsende1bar,Kondensat-durchfluss600kg/h–alsoLeitungmitInnendurchmesserDi=60mm,d.h.DN65odernochDN50.

DerausführlicheWegwurdebereitsobenangedeutet:Be-rechnungdermaximal zuerwartendenNachdampfmenge,dannBerechnungderEntlüftungsleitungalsDampfleitungso,dassderhöchstzulässigeBehälterdrucknichtüberschrit-ten wird.

Besitzt der Speisewasserbehälter keine Entlüftungsleitungbzw. arbeitet er grundsätzlichmit Überdruck, dannmussder Behälter selbstverständlich nach den Vorschriften fürDruckbehälter gebaut sein (Merkblätter der „Arbeitsge-meinschaftDruckbehälter,“zubeziehenvomBeuth-Verlag,Köln).

In dem soeben geschilderten Fall hatte die überschüssigeWärmesehrbedauerlicheFolgen.KanndieWärmedagegenvor dem Speisewasserbehälter verwertet werden, dann ist es angebracht, den Speisewasserbehälter über den etwai-genBerührungsschutzhinausgutzuisolieren,umauchhierWärmeverlustezuvermeiden.DieEinführungderKondensatleitung indasSammelgefäßverdientnocheinenHinweis(sofernsienichtüberdiether-mische Entgasung erfolgt). Im Allgemeinen sollte die Zu-leitungüberdemhöchstenWasserspiegel,bestimmtdurchdenÜberlauf, liegen.Dann kannnämlich keinKondensatdurch die Kondensatleitung zurückgesaugt werden, wenn in derAnlageeinUnterdruckentsteht(z.B.beiderAußerbe-triebnahme),sieheAbb.1.

In sehr einfachen Anlagenmöchteman u.U. den aus derKondensatleitung kommenden Nachdampf dazu benutzen, denBehälterinhaltdurchAufkochenzuentgasen.DannmussdieKondensatleitungunterhalbdesWasserspiegelsenden.Die im letztenBildgezeigteRückschlagklappewürdezwardas Zurücksaugen des Kondensates verhindern, aber eine EntwässerungderKondensatleitungwärebeiUnterdruckinderLeitungnichtmöglich.Eskanndeshalbbessersein,denUnterdruckdurchAnordnungderRückschlagklappedurchBelüftungderLeitungzubeseitigen,sieheAbb.2.Nunwirdkein Kondensat zurückgesaugt und die Kondensatleitung kann – entsprechendes Gefälle vorausgesetzt – auch bei Außerbetriebnahme leerlaufen.

DieWasservorlagedesÜberlaufs verhindert, dassDampf-schwadendurchdenÜberlaufaustreten.

EinWortnoch zuKondensatrückspeiseanlagen bzw. Kon-densatsammelbehältern, die irgendwo in einer Dampfanla-gestehen;BeispielehabenSieindenZeichnungeninKapitel8.3 gesehen:DieKondensatsammelbehälter sollten so be-messensein,dasssieca.¹⁄3bis¹⁄6 der stündlich anfallenden Kondensatmenge aufnehmen können. Zwei außenliegende Pumpen mit automatischem Umschaltgerät fördern dasKondensatentwederaufAnforderung(Überfüllungbeach-ten!)odernacheigenemFüllstandzurückindenSpeisewas-serbehälter im Kesselhaus.

Abb. 1 Abb. 2

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

Wesentlichen Einfluss auf die Funktion von dampfbetrie-benen Apparaten hat die Regelungstechnik. Die folgenden drei Regelaufgaben sind wesentlich für Dampf- und Kon-densatsysteme und daher Bestandteil dieses Buches. DieFunktionwurde bewusst vereinfacht dargestellt, reicht je-doch für den üblichen Gebrauch völlig aus.

• DieDruckreduzierung• DiedampfseitigeTemperaturregelungvonWärme-

tauschern• DiekondensatseitigeTemperaturregelungvonWärme-

tauschern

WeitereRegelaufgabenundihrepraxisgerechteAusführungkönnenSiedemSpiraxSarcoBuch„GrundlagenderRege-lungstechnikanhandvonBeispielenausderPraxis“entneh-men,zumBeispiel:

• NiveausteuerungundRegelungvon Kondensatrückspeiseanlagen• RegelungvonReindampferzeugern• RegelungvonthermischenEntgasern• BeheizungvonFlüssigkeitsbehältern• MengenregelungmittelsDampfmengenmessung

10.1 Die Druckreduzierung

WiekannderDampfdruckreduziertwerden?DasPrinzipisteinfach:MansetztindieDampfleitungeinVentil,dasnursoweit geöffnet wird, dass der Dampf im Ventil so viel Druck verliert,dassermitdemgewünschten(niedrigeren)Druckabströmt.

EingewöhnlichesAbsperrventilkönntediesenZweckerfül-len, wenn der Vordruck stets gleich bliebe und wenn immer die gleiche Dampfmenge entnommen würde. Aber Sie wis-senja,dassdieseAnnahmeneineUtopiesind,dassdieBe-triebsbedingungen inderPraxis schwanken.Deshalbwirddas Ventil, in dem der nötige Druckabfall erfolgt – das „Re-duzierventil“ – stets selbsttätig von dem reduzierten Druck so gesteuert, dass dieser Druck annähernd konstant bleibt.

WirstellenIhnenmehrereMöglichkeitenzurindustriellenDruckregelung/Druckreduzierungvor:• MembrangesteuerteDruckregler• DruckreglermitPilotventil• StellventilemitHilfsenergie• Druckminderstationen• Sicherheitsventile

10.1.1 Membrangesteuerte DruckreglerImeinfachstenFallliegteinerDruckregelungohneexterneHilfsenergiedasfolgendePrinzipzugrunde:

Vor dem Ventil herrscht der „Vordruck“ VD, hinter dem Ventil der „Minderdruck“ MD (weil kleiner), manchmalauch „reduzierter Druck“ oder „Abströmdruck“ genannt.

Nehmen wir an, das Reduzierventil sei bereits so einge-stellt, dass gerade der gewünschte Minderdruck erreicht wird.WirdnunwenigerDampf entnommen,dann strömtder Dampf im Reduzierventil langsamer, dadurch wird der Druckverlust im Ventil kleiner und der Minderdruck steigt.

DieseErhöhungdesMinderdruckswirdaber sofortdurchdie Steuerleitung L auf dieMembraneM übertragen:DieMembrane und damit die Ventilspindel S wird gegen die Kraft der Feder F nach oben gedrückt, die Ventilöffnungwird also etwas kleiner, der Druckabfall wird größer, der Minderdrucksinktwiederauf(fast)denaltenWert.

Wird dagegenmehr Dampf entnommen, so hat dies einehöhere Dampfgeschwindigkeit zur Folge, dadurch wirdder Druckabfall im Ventil größer, so dass der Minderdruck sinkt. Damit sinkt aber die von unten auf die Membrane wir-kendeKraft:DieFederdrücktMembraneundVentilspindelnach unten, die Ventilöffnung wird größer, der Druckabfall imVentilnimmtab,derMinderdrucksteigtwiederauf(fast)denaltenWert.IngleicherWeisevermindertdasReduzier-ventildenEinflussvonSchwankungendesVordruckes.Das

10. Regelsysteme in Dampfanlagen

Ventilöffnung

Spindel S

Justierschraube

Feder F

Membranantrieb

Membrane M

Anschluss Steuerleitung L

Vordruck

Minderdruck

Steuerleitung

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

Reduzierventil hält also den Minderdruck selbsttätig kons-tant.

WirdeinhöhererMinderdruckgewünscht,danndrehtmandie Justierschraube gegen den Membranantrieb; nun drückt dieFederstärkeraufdieMembrane,dieVentilspindelgehtnach unten und der Minderdruck steigt, bis die Kraft, die von unten auf die Membrane wirkt, gleich der von oben drückenden Federkraft ist und umgekehrt. (Häufig wirdderVentilkegeldruckentlastet;dieseEinrichtungwurdederbesserenÜbersichtlichkeitwegen imnebenstehendenBildnichtgezeigt.)

Ein Hinweis noch zur Steuerleitung, die „regeltechnisch“dieRückführungdesIstwerteszumReglerdarstellt:DampfkanndurchdieseLeitungdirektKontaktzurMembrandesReglers bekommen. Trotz noch so robuster Ausführung der Membranen werden diese durch die hohen Dampftempe-raturen entweder sofort zerstört oder aber in kurzer Zeit spröde und brüchig. Das zwischengeschaltete Ausgleichsge-fäß verhindert dies – natürlich nur dann, wenn es vor der InbetriebnahmedesDampfsystemauchmitWassergefülltwurde!EineleidervielzuwenigbeachteteFehlerquellebeider Inbetriebnahme.

EinerechteinfacheAusführungfüreinReduzierventil,beidem der Minderdruck direkt das Ventil betätigt, erhält man, wenn statt derMembran einBalg verwendetwird. SolcheReduzierventile sind für kleinere Durchflussmengen geeig-net und sehr preiswert.

DampfoderDruckluftströmtdurchdenVentilsitz(1)zumAuslass (2).VondortausdrücktderMinderdruckaufderUnterseite desBalges (3) gegendieKraft der Justierfeder(4).JenachdemGleichgewichtderKräfteergebensichver-

schiedeneVentilöffnungen,diedieEinhaltungdesMinder-druckes bewirken. Der gewünschte Minderdruck wird durch DrehendesHandrades(5)unddiedadurchveränderteSpan-nung der Justierfeder eingestellt. Durchflussänderungen und damit verbundene Minderdruckschwankungen wirken aufdenBalgundwerdendurchÖffnenoderSchließendesVentils ausgeglichen. Solche einfachen Druckregler sind ge-eignet fürEinsatzfälle,woeine lastabhängigeSchwankungdes Minderdruckes gestattet ist.

Nach diesem Grundprinzip arbeitende Regler sind seit lan-gemingroßerZahlimEinsatz.DieAuswahl(unddement-sprechendauchdieLagerhaltung)einesgeeignetenGerätsistallerdingsnichtganzsoeinfachwiedasPrinzip.Fürdiese Geräteart müssen nämlich, auch bei druckentlastetem Ven-til, die Federstärken und die Membrangrößen den jewei-ligenBetriebsbedingungengemäßausgesuchtwerden(wasderHerstelleru.U.sichselbstvorbehält)oder–andersaus-gedrückt–füreinenbestimmtenDruckmindereristderBe-reich, in dem der Minderdruck eingestellt werden kann, ver-hältnismäßig klein, und die Regelgenauigkeit hängt von der jeweiligenAusführungbzw.denBetriebsbedingungenab.

10.1.2 Pilotgesteuerte DruckreglerAuch durch ein Pilotventil gesteuerte Druckregler arbei-ten ohne externeHilfsenergie und sind streng genommenmembran-gesteuerteRegelventile.DabeiwirdjedochnichtderMinderdruckzurBetätigungdesVentilesbenutzt,son-dernderVordruck:

5 Handrad

4 Justierfeder

3 Balg

2 Auslass

1 Ventilsitz

Minderdruck

Vordruck

Sollwerteinstellung

Feder

Pilotventil

Hauptventil

Membrane

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

Hier betätigt der Minderdruck lediglich ein Steuerventil (auch „Pilotventil“ genannt), das die Arbeitsmembranemit höherem oder niedrigerem Druck beschickt und so das Hauptventil betätigt. Da die Hauptmembrane mit einem höherenDruckbeaufschlagtwirdalsimFalldesmembran-gesteuerten Druckreglers, darf die Hauptmembrane wesent-lich kleiner sein. Da außerdem die Gegenfeder ganz wegfällt, baut dieses Reduzierventil sehr kompakt auf.

Da schon sehr kleine Änderungen des Minderdruckes ge-nügen, um das Steuerventil zu betätigen, wird der Minder-druck bei diesen Reduzierventilen sehr genau konstant ge-halten:DieSchwankungenliegenunteretwa±0,02bar.Die„Messleitungen“ sind fest am Gerät angeschlossen.

Dieses Gerät kann leicht nach Prospekt ausgewählt werden, dadieMembrangrößennichtvondenBetriebsbedingungenabhängen. Aus dem gleichen Grunde sind auch große Druck-reduzierungenmiteinemeinzigenGerätmöglich:OhneÄn-derungamDruckmindererkönnenz.B.Minderdrückezwi-schen pe=0,2und15bareingestelltwerden.

10.1.3 Druckregelung mit HilfsenergieDie bisher beschriebenen Geräte ergeben in der Mehrzahl derFällegutetechnischeLösungen.Beibesondersungüns-tigen Betriebsbedingungen genügt jedoch die Regelungohne Hilfsenergie nicht. Starke und schnelle Schwankungen desVordruckesoderderEntnahmez.B.erforderneinean-dereBetätigungsweise desReduzierventiles als es bei denobenbeschriebenenGerätenderFall ist.Dieses andersar-tigeEingreifenbesorgteingeeigneterRegler,derimPrinzipindieSteuerleitung eingeschaltetwird.DengleichenWegwirdmanauchwählen,wenndieRegelungbesondereFor-derungenerfüllensoll.EinenbestimmtenzeitlichenVerlaufdesgeregeltenDruckesz.B.,erreichtmandurcheinenelek-tronischen Programmregler.

Der Unterschied im Arbeitsprinzip zu den Regelventilenohne Hilfsenergie besteht darin, dass hier nicht der Vor-druck zur Betätigung des Ventils benutzt wird, sondernelektrische oder pneumatische Hilfsenergie – und dass der Regler mehr oder weniger raffinierte Möglichkeiten besitzt, seineReaktionsweiseandieErfordernissederAnlageanzu-passen. Die Auswahl solcher Geräte muss dem Regelungs-fachmann überlassen bleiben.Natürlich sind auch die Geräte ohne Hilfsenergie Regler. Sinngemäß spricht man bei dem Prinzip nach Kapitel 10.1.1 und 10.1.2 von Druckreduzierung bzw. Reglern mit direkter Steuerung (der Minderdruck wirkt direkt auf die Haupt-membrane) ohne Hilfsenergie (es ist keine FremdenergiewieElektrizitätoderDruckluftnötig).

Das gezeigte Schema ist die Druckregelung durch einen Reg-ler mitHilfsenergie, der ein „Stellventil“ betätigt.

Eine grundsätzliche Warnung wollen wir bezüglich derDruckregelung mit einem elektrisch angetriebenen Ventil aussprechen: auch wenn die elektrischen Stellantriebe inden letzten Jahren immer besser und robuster geworden sind, ist die Druckregelung trotzdem normalerweise eine schnelle Regelung. Das Regelventil muss ständig nachstel-len, oft in sekundenkurzen Zyklen. Die Antriebe der Regel-ventilesindentsprechendbelastetundesistnureineFrageder Zeit, bis die Getriebe der elektrischen Antriebe mecha-nisch zerstört werden. Stellen Sie sich vor, ein Pkw müsste ständig vom Vorwärts- in den Rückwärtsgang schalten. Die dynamischenBelastungenwürdendieZahnräderaufDauerüberbeanspruchen.

Messleitung

Stellventil

MessleitungDruckluft

Regler

elektrisch pneumatisch

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

ElektrischangetriebeneVentilefindenihrenEinsatzinZu-und Ablaufregelungen, bei der Temperaturregelung lang-samer Prozesse und bei der kondensatseitigen Regelung vonWärmetauschern.

Verwenden Sie für die Druckregelung daher in aller Regel pneumatisch angetriebene Stellventile. Soll die Ansteue-rungelektrisch,z.B.durcheineelektronischenRegleroderein Prozessleitsystem erfolgen, wird eine elektro-pneuma-tischer Stellungsregler eingesetzt.

10.1.4 Die DruckminderstationWiedermöchtenwir Sie darauf hinweisen, dass das besteGerät nichts nützt, wenn es nicht zweckentsprechend einge-setztist.UndselbstdasbilligsteGerätistbeifalscherInstal-lationvielzuteuer.DennnichtdasGerätistdasWichtige,sonderndieLösungdertechnischenAufgabe.Beispiel:WirddieSteuerleitunganeinerLeitungsstellemitbesonderstur-bulenterStrömungangeschlossen,z.B.naheeinerAbzwei-gung oder an einer zu kleinen Rohrleitung, dann bekommt der Regler falsche Drücke gemeldet und reagiert demzufolge falsch – die Regelung ist schlecht oder unbrauchbar.

Wiewirdeine„Reduzierstation“ausgeführt?DieersteRegelergibtsichausobigemBeispiel:

Die Steuerleitung muss richtig angeschlossen werden.

Eswurdebereits(dasNaturgesetz)erwähnt,dassderDruckeinesStoffes,seieseineFlüssigkeitoderDampf,abnimmt,wenn der Stoff schneller strömt und wieder steigt, wenn der Stoff langsamer strömt oder zur Ruhe kommt. Deshalb muss die Steuerleitung für den Druckregler an einer Stelle ruhiger Strömung an die Minderdruckleitung angeschlossen werden.AufeineLängevon10bis15xRohrdurchmesser,mindestens aber 1 m vor und 1 m hinter der Anschlussstelle der Steuerleitung, soll die Minderdruckleitung frei sein von Bogen,AbzweigungenundArmaturen.

Nur wenn der Dampfdruck um einige Zehntel bar schwan-ken darf, braucht man diese Regel nicht so genau zu nehmen. In diesem Fall kann man bei einfachen Reduzierventilenund bei dem Gerät mit Pilotventil sogar ganz auf die äußere Steuerleitung verzichten, da diese eine innere Steuerleitung haben, die in diesemFall den reduziertenDruck noch imGehäuse des Reduzierventiles misst und dem Steuerventil meldet. Bei Anschluss der äußeren Steuerleitungwird dieinnere verschlossen.

Bei direkt gesteuerten Reglern muss die Steuerleitung soverlegtwerden,dasssieganzmitWassergefülltist;dieHer-steller schreiben die Montage eines Ausgleichsgefäßes und – zum Dämpfen starker Druckluftschwankungen – eines Drosselventilsvor.BeidenfeinfühligerenReglernmitSteu-erventil sowie bei den Reglern mit Hilfsenergie muss das Gegenteil der Fall sein: Die Steuerleitung sollmit Gefällezur Dampfleitung verlaufen, so dass entstehendes Konden-

sat nicht in die Steuerkammer des Regelventiles oder des pneumatischen Reglers, sondern in die Dampfleitung zu-rück läuft.

Ob einfach oder raffiniert, jedes Regelgerät kann einmalausfallen. Dann ist es möglich, dass der Minderdruck bis aufdenVordruckansteigt.WenninderMinderdruckleitungkein Sicherheitsventil vorhanden ist, das den Druckanstieg durch Abblasen von Dampf verhindert, entsteht also irgend-woSchaden.Regel:

Die Minderdruckseite ist durch ein Sicherheitsventil vor zu hohem Druck zu schützen.

Viel zuoftwird inderPraxisgegensolchegrundlegendenRegeln der Technik verstoßen. Selbst auf Messen sieht man manchmal Anlagen, die, „schnell, schnell“ zusammenge-stellt, sozusagen bei Rot über die Kreuzung fahren.

Auch ein zu klein bemessenes Sicherheitsventil bringt Men-schenleben in Gefahr; deshalb muss die Abblaseleistung des Sicherheitsventiles über der Kapazität der Dampfleitung liegen.

Ist das Sicherheitsventil eingebaut, dann muss es gelegent-lichgeprüftwerden,z.B.durchBetätigendesHandhebels.Denn:ReglerundArmaturen,diesichkaumjemalsbewe-gen, könnten sich im Ernstfall als unbeweglich gewordenerweisen – was dann vielleicht sogar eine Schlagzeile in der BildzeitungzurFolgehat.

WeitereGesichtspunktefürdieAusführungeinerReduzier-station ergeben sich aus früherenBetrachtungen:Vor dasReduzierventil gehört ein Schmutzfänger, die Dampfleitung muss vor dem Regelventil richtig entwässert werden, bei nassem Dampf ist vor dem Regelventil ein Dampftrockner vorzusehen.

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

FernermussdieMinderdruckleitunggroßgenug sein.BeiReduzierungdesDampfdruckessteigt jadasVolumendesDampfes (Dampftafel Spalte 7), deshalb ist die richtig be-messene Minderdruckleitung oft erheblich größer als dieVordruckleitung.

Eine schnelle Kontrolle der Reduzierstation ist selbstver-ständlich nur möglich, wenn auch Manometer vor und hinter dem Reduzierventil vorhanden sind. Dabei ist es zweckmäßig, das Vordruckmanometer unmittelbar vor dem Regelventil anzuordnen; dann sieht man nämlich sofort, wenn der Schmutzfänger so vollgestopft ist, dass er dem Re-duzierventilKonkurrenzmacht!

Das Manometer für den Minderdruck wird am besten dort montiert, wo die Steuerleitung an die Minderdruckleitung angeschlossenist.LeiderwirdbeiRegelungenimmerwiederderFehlergemacht,dassdieKontrollgeräteineinigerEnt-fernung vor den Regelfühlern angebracht werden; die still-schweigende Annahme, dass an beiden Stellen der gleiche Zustandherrsche,istaberseltenerfüllt:DurchStrömungs-geschwindigkeit,WirbelbildungundandereEinflüsse sinddie Drücke an verschiedenen Stellen einer Rohrleitung ver-schieden groß, solange der Dampf strömt. Von der Regelung zu verlangen, dass sie denDruck amBeobachtungsmano-meter konstant hält, wenn die Steuerleitung anderswo ange-schlossen wird, wäre also höchst unfair – und unfair wollen wirdochnichtsein!

Dampfdruckminderer mit Membranen werden nach Mög-lichkeit so in die Leitung eingebaut, dass dieHauptmem-brane unten liegt. Dann sammelt sich dort Kondensat, kühlt sich ab und schützt so die Membran vor hohen Dauertempe-raturen, der Dampftemperatur.

Schließlich muss auch bei der Installation schon an die Wartung gedacht werden.Wo die Dampfleitung bei einerStörung – und das kann schon ein Schmutzfänger sein, der glänzendfunktioniert…unddeshalbverstopftist–nichtab-gestellt werden darf, da gehören vor und hinter das Regel-ventiljeeinSchieber,indieSteuerleitungwirdeinAbsperr-ventil eingesetzt, und das Ganze erhält eine absperrbare UmführungmitSteckblendezurBegrenzungunerwünschtgroßer Durchflüsse.

Wie es mit Wünschen jedoch bestellt ist, sagte WilhelmBuschsehrtreffend:„Wonach du sehnlich ausgeschaut,es wurde dir beschieden.Du triumphierst und jubelst laut:Jetzt hab’ ich endlich Frieden.Ach, Freundchen, rede nicht so wild,bezähme deine Zunge.EinjederWunsch,wennererfüllt,kriegt augenblicklich Junge.“

DasistbeiReduzierstationennichtandersalsbeiFotoaus-rüstungen oder Gehaltserhöhungen. Deshalb müssen wir Ihnen unbedingt auch noch sagen, dass es bei größeren Durchflussmengen(übereinigeTonnenDampfproStunde),wenn sie schwanken, besser ist, zwei kleinere Reduzierven-tile parallel zu schalten, als ein einziges Ventil einzusetzen. (NichtseltensindzweikleinereVentilesogarbilliger.)

EinesdieserVentilewirdaufdengewünschtenMinderdruckeingestellt,dasandereca.0,1bis0,15barniedriger:DiesesReduzierventil öffnet also erst, wenn durch ungewöhnlich starkeDampfentnahmederMinderdruckum0,1bis0,15barunterdenSollwertgesunkenist.VorteiledieserAnordnung:Normalerweise regelt nur ein Ventil, das deshalb eine besse-re Regelung ergibt und geringerem Verschleiß unterworfen ist als ein großes Ventil; das zweite Ventil übernimmt die Deckung des Spitzenbedarfes und dient im Normalbetrieb alsReservebzw.übernimmtdieRegelungbeiWartungoderReparatur des anderen Reglers.Nun noch ein Hinweis zur Kondensatableitung bei Redu-zierstationen. Bei besonders feinfühligenRegelungen sindKugelschwimmer-Kondensatableiter wegen ihrer stetigen Arbeitsweise den thermodynamischen Kondensatableitern vorzuziehen. Thermische Ableiter kommen wegen der Ge-fahr desKondensatstaus hier nicht in Frage.DieMinder-druckleitung sollte auch dann entwässert werden, wenn es sichnurumeinekurzeLeitunghandelt,wirdnämlichdieDampfentnahme zeitweilig eingestellt, dann führt eine noch sokleineDampfleckageamReduzierventil–solcheLecka-gen sind bei normalen Stellventilen mit metallisch dichtem Ventil immer möglich – zum allmählichen Volllaufen der MinderdruckleitungmitKondensat,weilderLeckagedampfdurchdieWärmeverlustederLeitungkondensiert.Bei er-neuterBenutzungderMinderdruckleitungbestehtdanndieGefahrvonkräftigenWasserschlägen.

AmeinfachstenmachtmansichdasLeben,wennmaneinevormontierte komplette Spirax SarcoReduzierstation ver-wendet: diese enthält schon sämtliche erforderlichen Ab-sperr- und Entwässerungsarmaturen sowie das erforder-liche Sicherheitsventil und die Manometer.

WirdeineextremeLeistungsbreitederRegelungbeigleich-bleibender Genauigkeit gefordert, kann sich der „Split-Range-Betrieb“ anbieten: ein kleineres Regelventil für diegenaue Regelung im Niedriglastbereich, ein größeres Ventil für den Hochlastbereich.

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

FürextremeSpreizungenkannesnotwendigsein,zweiVen-tileinReihezuschalten.Beispiel:Druckreduzierung1.Stufevon25auf10bar,2.Stufe10auf2,5bar.DieAusführungderartiger Schaltungen erfordert jedoch einige Erfahrung;einentsprechenderFachmannvonSpiraxSarcosolltedes-halb hinzugezogen werden.

10.1.5 SicherheitsventileSicherheitsventile sind ganz besondere Regelventile: siekennennurzweidefinierteSchaltzustände:„Zu“und„Auf“.

Sicherheitsventile werden dort eingesetzt, wo Apparate ge-gen Überdruck durch fehlerhafte Regelung besonders ab-gesichert werden. Im Dampf werden nur federbelastete Si-cherheitsventile eingesetzt. Diese Ventile werden von einem Fachmann,inderRegeldemHerstellwerkodereinerTÜV-zugelassenen Stelle auf den gewünschten Druck eingestellt. DasSicherheitsventilöffnetbeimEinstelldruckschlagartigund schließtmit einerHysterese von 10% unter Einstell-druck wieder.

Umdiegroße„Abblasemenge“zubewältigenmussdieAb-blaseleitung entsprechend groß dimensioniert sein, die Aus-gangsnennweite eines Sicherheitsventiles ist aus diesem GrundauchimmergrößeralsdieEingangsnennweite.

BeiderVerlegungderAbblaseleitungsindfolgendeGrund-sätzezubeachten:

1. Die Ausblaseleitung sollte so direkt wie möglich und ohneBögengeführtwerden

2.VerengungenderLeitungsindnichterlaubt3.DieAusblaseöffnungmussineinenBereicherfolgen,indemkeinePersonen(oderAnlagen)gefährdetwerden;invielenFällenerfolgtdiesdeshalbüberdasDach

4. Ausblaseleitung und Sicherheitsventil sind so zu entwäs-sern,dasskeinWasserpropfendasAbblasenbehindernkann und dass auch Rost oder Partikel ablaufen können.

Eskannsinnvollsein,indieEntwässerungsleitungeinenKondensatableiter(ambesteneinenTD)einzubauen,umzu verhindern, dass beim Ansprechen des Sicherheitsven-tilesheißesMediummithohemDruckdurchdieEntwäs-serunggedrücktwird(Verletzungsgefahr).

Sicherheitsventile sind,wie dasWort schon sagt, „Sicher-heitseinrichtungen“.FürsiegeltenstrengeVorschriften:

• BauartzulassungvomTÜV• EinzeleinstellungdurcheineTÜV-zugelasseneStelle

Jedes Sicherheitsventil wird daher einzeln eingestellt und geprüft,d.h.einer100%-Qualitätskontrolleunterzogen.

Für Dampf werden normalerweise nur Sicherheitsventilemit offener Federhaube und offener Anlüftung eingesetzt.DaStopfbuchspackungenimmereinegeringeUndichtigkeiterlauben,kannbeioffenerFederhaubederDampfentwei-chenundkondensiertsomitnichtimFederraum.DieoffeneAnlüftung erlaubt die vorgeschriebene reglmäßige Funk-tionskontrolledesSicherheitsventilsdurchdenBetreiber.

Eine Bemerkung noch zur Sauberkeit: SicherheitsventileblasengroßeMengenDampfab,diemöglicheErosionkannrechtgroßsein.NachdemAbblasenoderderFunktionsprü-fung soll das Ventil wieder 100% dicht sein. SchmutzigerDampf oder Schmutz und Rost aus der Abblaseleitung füh-ren zur schnellen Abnutzung des Ventilsitzes. Ein bereitsnachkurzerEinsatzdauerundichtgewordenesSicherheits-ventil deutet immer auf externeBeschädigung desVentil-sitzes durch Schmutz hin. Jedes Sicherheitsventil ist im Auslieferzustandschließlich100%getestetworden!

Handhebel

Federhaube

Abblasleitung

Ventilsitz

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

Die Funktion von Sicherheitsventilen ist von Zeit zu ZeitdurchBetätigendesHandhebelszuprüfen.

10.2 Die dampfseitige Temperatur-regelung von Wärmetauschern

SiehehierzuauchKapitel6.5!

BeiWärmetauschprozessen interessiertnormalerweisedieSekundärtemperaturdeszuerhitzendenMediums.Dieexakte Messung dieser Temperatur ist Voraussetzung für die Re-gelung.NurzuoftwirdinderPraxisderTemperaturfühleran einer nicht „repräsentativen“ Messstelle eingebaut oder aberdieTauchhülsedesFühlersistzukurz,sodassnureine„falsche“ Mischtemperatur gemessen wird.

Die dampfseitige Reglung eines Wärmetauschers bestehtausdenBaugruppen• Dampf-Regelventil• Wärmetauscher• Messung• Regelgerät(Regler)• Entwässerung Das Dampf-Regelventil wird über das Regelgerät so ange-steuert,dassdasVentilmitErreichendesSollwertesimmerweiterschließt:eswirdkeineweitererDampf indenWär-metauscher gelassen, derDampfdruck imWärmetauschersinktab.ErstwennderIstwertaufderSekundärseitewie-der unter dem gewünschten Sollwert liegt, öffnet das Ventil wieder.

Kritisch wird der Vorgang, wenn der Druck im Wärme-tauscher unter den Druck des Kondensatnetzes absinkt:das Kondensat kann nicht mehr durch den Kondensatab-leiter abfließen, imWärmetauscher staut sichWasser an,derWärmetauscher„säuft“ab.ErsteHilfe leistetdanneinVakuumbrecher,die richtigeLösungbietet jedochnur einaktiver Kondensatableiter; wir haben das in Kapitel 7.3.5bereits besprochen.

Wird Brauchwassermit Dampf erhitzt und kommen Per-sonenmitdiesemWasser inBerührung, so ist esnotwen-dig, ein weiteres Ventil als Sicherheitstemperaturbegrenzer einzusetzen.SchließlichkannDampfWassersehrvielhöher

erwärmen als normalerweise üblich und Temperaturen über 100°Csindmöglich• durcheineFehlfunktionderRegelung• durcheinÜberschwingendesnurlangsamreagierendenWärmetauschers

EinigeHinweiselassensichalsFaustformelnfürdiedampf-seitigeWärmetauscherregelungzusammenfassen:

1. BesondersbeischnellenProzessenundbeihohemLeis-tungsbedarf wird dampfseitig geregelt

2. Das Regelventil ist in aller Regel ein bis zwei Dimen-sionen kleiner als die Dampfleitung

3.BeiderLeistungsberechnungfürdenWärmetauscheristder Druckabfall über das Regelventil zu berücksichtigen

4.WennmöglichsollteimmereineKugelschwimmer-Kon-densatableiter eingesetzt werden, da Kugelschwimmer-Ableiter über eine große Ableitkapazität verfügen und Kondensat nicht unterkühlen (kein KondensatrückstaudurchdenAbleiterselbst)

5.Bei starker Schwankung der Wärmetauscherleistungkommt es zu Rückstaueffekten; Maßnahmen sind zu ergreifen

Eine besonders einfache Regelung von WärmetauschernistdieRegelungohneHilfsenergie,dieabernichtfürjedenProzesseinsetzbarist.SiewirdvorallemfürdieBeheizungvonBäderneingesetzt,beidenendieGenauigkeitderTem-peratur nicht maßgebend ist bzw. bei denen die Verhältnisse relativ konstant sind.

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

10.3 Die kondensatseitige Temperatur-regelung von Wärmetauschern

Bei langsamerenProzessenkanndie kondensatseitigeRe-gelungeingesetztwerden(sieheKapitel6.6).SiebietetdenVorteil, die Wärmeenergie auch des heißen Kondensatesnoch auszunutzen. Rückstaueffekte treten nicht negativ auf.

Vor allem das eingesetzte Regelventil muss den Wasser-durchfluss regeln und kann – im Gegensatz zu einem Dampf-Regelventil – entsprechend klein bemessen werden. DieHinweiseunter10.2zurÜbertemperatursicherunggel-ten auch für diese Art der Regelung.Mit der kondensatseitigen Regelung kann auf eine bestimm-te Kondensattemperatur geregelt werden. Nötig ist dies zum Beispiel wenn das zurücklaufende Kondensat wiederaufbereitet wird und die Aufbereitungsanlage keine hohen Temperaturen erlaubt. Üblich ist das bei Ferndampf-Ver-sorgungen, wo das Kondensat über Aktivkohlefilter geleitet wird.

Mit der kondensatseitigen Regelung lässt sich auch die Nachdampfbildung im Kondensatnetz vermindern. Bei zuklein dimensionierten, bestehenden Netzen durchaus ein wichtiges Argument für diese Regelungsart.

10.4 Die Bemessung von Regelventilen

Dass die Minderdruckleitung mitunter sehr viel größer sein mussalsdieVordruckleitung,wurdeschongesagt.Beirich-tiger Auslegung ist häufig aber auch die Vordruckleitung größer als das Regelventil. Der Grund ist kaum bekannt (Regelfachleutenatürlichausgenommen)unddochsoleichteinzusehen:ObeinVentilDruck,Durchfluss,Mischverhält-nis oder Temperatur regeln soll, stets bewirkt es das ge-wünschteErgebnis,indemesmehroderwenigerStoffdurchdas Ventil strömen lässt. Die Durchflussmenge wird aber nur dann merklich kleiner, wenn man den Durchflusswider-standmerklicherhöht(undumgekehrt).

Nun hat aber ein Stellventil meist einen Ventilsitz von etwa gleichem Querschnitt wie die Anschlussöffnung (sonstist das Gehäuse im Verhältnis zum Regelorgan unnötig groß, also unnötig teuer). D.h. bei voller Öffnung ist derDruckabfall am Ventilsitz kaum größer als entlang einiger Zentimeter Rohrleitung des gleichen Querschnittes – also verschwindend klein. Wird die Durchflussöffnung durchBetätigung derVentilspindel verkleinert, dann steigt zwarder Druckabfall etwas, der größere Druckabfall bewirkt aber eine schnellere Strömung, so dass kaum weniger durchfließt alszuvor.ErstwenndasVentil schon fastgeschlossen ist,wird der Druckabfall am Ventilsitz so groß, dass merklich weniger durch das Ventil fließt.

Diese Erscheinung können Sie an fast jedemHeizkörper-ventilbeobachten:UmdieWärmeabgabedesHeizkörperszu drosseln, müssen Sie das Ventil immer weiter zudrehen,

bis schließlich der ganze Heizkörper kalt wird; drehen Sie das Ventil aber nur wenig wieder auf, dann ist schon fast wieder die volle Heizleistung da.

EinRegelventilaber,dessenSpindelvonderÖffnungsstel-lungerst80bis90%desmöglichenHubszurücklegenmuss,bis sich der Durchfluss merklich verändert, ergibt eine sehr schlechte Regelung, weil sich die gewünschte Temperatur oder der benötigte Druck inzwischen unzulässig verändert haben.

Anders sieht es aus, wenn von vornherein auch bei voller Öffnung des Regelventiles am Ventilsitz ein Druckabfallvorhanden ist, der von der Gesamtanlage betrachtet „merk-lich“ist,d.h.nichtunteretwa10bis20%desDruckabfallesindergesamtenRohrleitungliegt.UnterdiesenUmständenbewirkt auch schon eine kleine Veränderung der Durchfluss-öffnung im Ventil eine Veränderung der Durchflussmenge. EinrichtigbemessenesRegelventilregeltalsobesseralseinzu großes – außerdem ist es sogar billiger. Erstaunlicher-weise neigt ein zu großes Regelventil sogar dazu, schneller abgenutzt zu werden.

Vielleicht kennen Sie selbst Fälle, wo Temperatur- oderDruckreglernachdemSchema „LeitungDN50, alsoReg-lerDN50“ausgewähltwurden,sodassdieGerätenichtnurmehr kosteten als nötig war, sondern obendrein auch noch ungenügend regelten. Mitunter verkünden solche Regelven-tile durch lautes Klappern weithin hörbar, dass sie „arbei-ten“.

Auf grafische Darstellungen zur Veranschaulichung des Ge-sagtenwollenwir verzichten, denn es sollte ja nur daraufhingewiesen werden, dass Regelventile, also auch Druck-minderer, nach den jeweiligen Betriebsdaten ausgewähltwerden müssen und nicht nach den Abmessungen der Rohrleitungen bestellt werden dürfen. Mehr zu diesem The-mafindenSieimSpiraxSarcoBuch„GrundlagenderRege-lungstechnikanhandvonBeispielenausderPraxis“.

SehenwirunsnocheinBeispielfürdieerforderlichenLei-tungsquerschnittean.DiebenötigtenLeitungsgrößenerge-ben sich aus dem Diagramm „Auslegung von Sattdampflei-tungen“, Kapitel 4.

UmeineDampfmengevon1500kg/hvon15barauf13barzureduzieren–etwaumdenbei15barstarkschwankendenDruckineinenbei13barkonstantenDruckzuverwandeln–, ist einReduzierventilDN 50 erforderlich. Lässtman eineDampfgeschwindigkeitvon25m/szu,dannmussdieVor-druckleitungDN50haben, fürdieMinderdruckleitung istDN65ausreichend.

Sindstattdessen3300kg/hvon15barauf7barzureduzie-ren,danngenügtzwardergleicheDruckreglerDN50,aberdieVordruckleitungsolltejetztinDN80ausgeführtwerden,dieMinderdruckleitunginDN125.

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

Werdendagegen2500kg/hDampfvon15auf1,5barredu-ziert,erfülltderReglerDN50auchdieseAufgabe(ineinerStufe),aberdieVordruckleitungistjetztinDN65vorzuse-hen,dieMinderdruckleitunginDN200(zweihundert).

EinunddasselbeVentilDN50ist–jenachBetriebsbedin-gungen – also mit folgenden Rohrnennweiten zu kombi-nieren:50und65,80und125oder65und200.Siesehen,irgendwelche Daumenregeln sind hier völlig fehl am Platz. WillmaneineeinwandfreifunktionierendeAnlageerstellen,dann ist die Größe der einzusetzenden Regelventile stets an-handderBetriebsdatenderAnlageundderVentilkennwertezubestimmenoderdieBetriebsdatenwerdendemHerstel-ler genannt, der ein geeignetes Gerät vorschlägt.

EinwichtigerParameterfürdieAuslegungvonVentilenmitHilfsenergie ist der kvs-Wert. DieserWert beschreibt denmaximalenDurchflussdurchdasVentilbeiNormbedingun-gen.FürgasförmigeMedienundfürFlüssigkeitengeltenna-türlichunterschiedlicheKurven.UnserebeidenAuslegungs-diagrammegeltenfürWasserdampfbzw.fürWasser.

WirwollennochmalsaufdiedetaillierterenInformationenin unserem Buch „Grundlagen der Regelungstechnik an-handvonBeispielenausderPraxis“hinweisen.

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagenkcur

droV)tulosba rab ni(

ssulfhcrudf

pma

D)h/gk ni(

ssulfhcrudf

pma

D)s/gk ni(

10.5.1 kv-Werte für Dampf

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10 – Regelsysteme in Dampfanlagen

Differenzdruck m WS

Differenzdruck kPa

Differenzdruck bar

bar

m WS

kPa

m ssulfhcruD

3h/s/l ssulfhcru

D

10.5.2 kv-Werte für Wasser

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

DieErfahrungzeigt:nochsoguteGerätenützennichtviel,wenn bereits bei der Planung und dem Bau einer AnlagegrundsätzlicheFehlergemachtwurden.DiemeistenFehlertreten bei der Inbetriebnahme bereits auf, aber dauerhaft verlässlicher Betrieb mit wenigen Schäden und geringenStillstandszeitenistnurbeientsprechenderWartungmög-lich.

Viele Hinweise haben wir bereits in den vorhergehenden KapitelndiesesBuchesgegeben.TrotzdemistdergesamteThemenkomplexsowichtig,dasswirandieserStellenoch-mals separat auf verschiedene Punkte eingehen wollen. Mehr HinweisefindenSie inunseren„Leitfaden“und„Grundla-genfürWartungundBetriebvonDampfanlagen“.

11.1 Planung und Bau

EineDampf-undKondensatanlageisteinrechtkomplexesGebilde.UmdensicherenundeffektivenBetriebsicherzu-stellen, lohnen sich im Stadium der Planung einige Vorüber-legungen. Investieren Sie hier ruhig etwas Zeit, Sie werden diesewährenddesBausundimBetriebsicherzurückgewin-nen.

11.1.1 LeistungsermittlungImLaufediesesBucheshabenSiegesehen,welchnegativeAuswirkungen die falsche Dimensionierung von Dampflei-tungen, von Kondensatleitungen und von verschiedenen Armaturen haben kann. Zur Dimensionierung gehört auch, sich Gedanken zur Nachdampfverwertung, zur Größe der Kondensatbehälter und zu den verschiedenen Druckstu-fen, die im Dampfnetz vorhanden sein sollen, zu machen. Wichtigste Voraussetzung für alle Dimensionierungen ist,dassderLeistungsbedarfinklusivemöglicherVerlusteundReserven entsprechend realistisch ermittelt wird.

DiewichtigstenHinweisekommennatürlichvondenLeis-tungsdatendereinzelnenVerbraucher.MitHilfederWas-serdampftafel und der Verbraucherleistung kann die benö-tigteDampfmengewiefolgtberechnetwerden:

m=P·3600/∆hv PinkW ∆hv in kJ/kg Dampfmenge m in kg/h(Der Faktor 3600 rechnet die Leistung pro Sekunde aufLeistungproStundeum).

SiekönnensichdieBerechnungderDampfmengemitderfolgenden Faustformel, die problemlos bis 13-bar-Dampf-drückeeinsetzbarist,nocheinfachermachen:

1kWentsprichtca.1,8kg/hDampf.

FürdieweiterePlanungempfehlenwirfolgendeVorgehens-weise:1. Auflistung aller Verbraucher2.BewertungderVerbrauchsdatenmitGleichzeitigkeits-faktoren(nichtalleVerbraucherbraucheninderPraxiszur gleichen Zeit Dampf; das ist mit Gleichzeitigkeit gemeint)

3.SummierungderbewertetenLeistungsdaten4.ÜberschlägigeBerechnungderEnergieverluste(z.B.10%)

5.BeiAnlagen,beidenenDampfandieUmweltverlorengeht(z.B.LuftbefeuchtungoderSterilisation),werdendie Dampfverluste ermittelt.

6.Leistungsreservefestlegen(z.B.10%)7. SummierungallerLeistungsdaten

11.1.2 DimensionierungDieErmittlungdernotwendigenLeistung fürdenDampf-erzeuger und die Dimensionierung der Hauptdampfleitung erfolgtmitHilfedesErgebnissesaus11.1.1.

Die Dimensionierung der einzelnen Dampfleitungen, die zu den Verbrauchern führen, erfolgtmit den Leistungsdatender Verbraucher. Diese Leistungsdaten dienen ebenfallsdazu, die Regelventile und die Kondensatableiter zu dimen-sionieren. Hinweise auf die Auslegung dieser Armaturen findenSieinKapitel7.4(Kondensatableiter)undinKapitel10.4 (Regelventile). Schmutzfänger, Trockner und Schau-gläser werden in der Dimension der Dampf- bzw. Konden-satleitung gewählt.

WerdenzurbesserenEnergieausnutzungeineNachdampf-verwertung und entsprechende Kondensatentspanner ein-gesetzt, kann die zur Verfügung stehende Nachdampfmenge mit Hilfe des Diagrammes aus Kapitel 9.2 bestimmt wer-den. Die Größe des zu verwendenden Kondensatenspanners richtetsichnachdemmax.Kondensatdurchfluss(inkg/h).EntsprechendeApparatestehenvorgefertigtzurVerfügung.

Um die Größe der notwendigen Behälter für Kondensat-rückspeiseanlagen oder Speisewasserbehälter bestimmen zukönnen, istesnotwendig,einenWert fürdiezurückge-führte Kondensatmenge zu ermitteln. Im einfachsten FallentsprichtdieMengedesKondensates(inl/h)dererzeugtenDampfmenge(inkg/h).ImpraktischenBetriebgehtjedochmehroderwenigerKondensatinderAnlageverloren:

• durchEntlüftung• durchdirektenDampfverbrauch(z.B.LuftbefeuchtungoderdirekteSterilisation)

• Leckageverluste.

Ein realistischerRücklaufwert sollte daher festgelegtwer-den, der Maximalwert entspricht, wie erwähnt, der er-

11. Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

Page 132: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

zeugtenDampfmenge.FolgendeRichtgrößenhabenSieimBuchbereitsgelesen:

Speisewasserbehälter: ½bis¹⁄6 des Kondensatanfalles pro Stunde im Anfahrbetrieb¹⁄5bis¹⁄10 des Kondensatanfalles pro Stunde im DauerbetriebbeisehrkleinenAnlagen(max.500l/h):Behältergröße = Kesselleistung/h (bzw. genaue Einzelbe-rechnung.)

Kondensatrückspeiseanlagen innerhalb eines Konden-satsystems:Behältergrößeca.½bis¹⁄3 der anfallenden Kondensatmenge.

11.1.3 KorrosionUrsachen und Erscheinungsformen von Korrosionsschä-den sind so vielgestaltig, dass man über dieses Thema lange diskutierenkönnte,ohneeszuerschöpfen.Wirmüssenunshier damit begnügen, die wichtigsten allgemeinen Gesichts-punkte zu nennen.

ImGegensatzzurErosion,beiderinfolgeübermäßigerStrö-mungsgeschwindigkeit von Dampf bzw. Kondensat oder we-genzuhohemWassergehaltdesDampfesLeitungsteileme-chanisch abgetragen werden (Sandstrahlwirkung), beruhtdie Korrosion auf chemischen und elektrochemischen Vor-gängen. Korrosionwird alsoweniger von den Betriebsbe-dingungen als vielmehr von der Art der strömenden Medien unddemMaterialderAnlagenteile verursacht.Leitungen,Armaturen und Apparate werden zerfressen und müssen in ungünstigenFällenschonnachunerwartetkurzerBetriebs-zeit – einige Monate bis einige Jahre – erneuert werden. Deshalb ist es wichtig, solche Vorgänge frühzeitig zu erken-nenunddieUrsachenzubeseitigen.

Eineschnelle,billigeundstetsdurchführbareKontrolleer-gibt dieÜberwachung des Kondensates: Esmuss einiger-maßensaubersein.KommtdagegeneinebrauneBrühezumKondensat-Sammelgefäß zurück, dann tut Hilfe not, denn der „Kakao“ ist nichts anderes als Rost und zeigt deutlich an,dass inderAnlageaneinerStelleEisenaufgelöstundabgetragen wird, dort also fehlt, und an einer anderen Stel-leabgelagertwirdunddortvielleichtdenWärmeübergangoder eine Gerätefunktion behindert.

Kommt die Dampf-Kondensat-Anlage mit aggressiven Che-mikalieninBerührung,dannsolltemandaszurückfließendeKondensat auch chemisch überwachen, um sofort erkennen zukönnen,wennChemikaliendurchUndichtheiten indasLeitungsnetz der Dampf-Kondensat-Anlage eindringen.Diese Gefahr besteht vor allem dann, wenn bei der Außer-betriebnahme der Anlage ein Unterdruck im Dampfraumauftritt.

DarüberhinauswirdmanbeiReparaturen,ErweiterungenoderUmbautendieeingebautenArmaturenundLeitungengenau auf Anfressungen und Ablagerungen prüfen.

Hier–wiestetsimLeben–istaberVorsichtbesseralsNach-sicht, Vorsorge besser als Reue. Dabei ist Vorsicht nicht mit Ängstlichkeit gleichzusetzen, sondern eben mit Vor-Sicht, mit kluger Vorausschau, die Anlagen von vornherein so zu erstellen,dasssiespätermöglichstkeinenÄrgerbringen:Das Kesselspeisewasser muss einwandfrei aufbereitet sein und entgast werden. Dabei ist es aber keineswegs mit dem bloßen Vorhandensein geeigneter Vorrichtungen getan; die genau den Vorschriften entsprechende Betriebsweise istmindestens ebenso wichtig. Da es sich um den Zusatz oder die Entfernung kleinster Stoffmengen handelt, erscheinthier Kleinlichkeit – ausnahmsweise – gerechtfertigt. Nicht seltenistnämlicheinefalscheoderfalschbetriebeneWas-seraufbereitungdieUrsachevonschwerwiegendenKorrosi-onsschäden.WodieserVerdachtbesteht,istesambilligsten,denbestenerreichbarenFachmannzuRatezuziehen.

Durch sorgfältige Wasseraufbereitung wird die laufendeZufuhr schädlicher Stoffe unterbunden oder wenigstens auf einunschädlichesMaßherabgedrückt.Luftwirdsichden-noch mindestens zeitweise in der Anlage breitmachen, wie inKapitel4erläutertwurde.DerSauerstoffdieserLuftführtaber zusammenmit dem stets vorhandenenWasser (undmitKohlendioxid)zurKorrosion.DeshalbistauchzurRe-duzierungderKorrosioneineguteEntlüftungderDampf-Kondensat-Anlage wichtig.

Da Sauerstoff und Wasser ihr böses Spiel am besten inderNähedesWasserspiegelsbetreibenkönnen,wirdmanKondensatstau indenWärmetauscherhineinwennirgendmöglich vermeiden oder entsprechende Vorkehrungen tref-fen.Dasgilt sowohl fürdieBetriebszeitenalsauch fürdieStillstandzeiten der Anlage. Unverzögerte Kondensatab-leitungwährend desBetriebes und restloseEntwässerungnach Außerbetriebnahme sind für die Lebensdauer derWärmetauscher also wichtig. Im Prinzip wäre auch einewassergefüllte luftfreie Anlage korrosionssicher, wie viele Warmwasserheizungenbeweisen.DievölligeLuftfreiheitistinderDampfanlage jedochnicht gewährleistet; außerdemwäre das Anfahren der wassergefüllten Anlage mit Dampf ungleich langwieriger bzw. gefährlicher als bei einer restlos entwässerten Anlage.

Fassenwir dieMaßnahmen gegen Korrosionsschäden zu-sammen:1. Speisewasser gut aufbereiten.2. Speisewasser entgasen.3. Kondensat überwachen.4. Anlagenteile gelegentlich überprüfen.5. Dampfanlage gut entlüften.6. Kondensat unverzögert ableiten.7. Wärmetauscher restlos entwässern.

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

11.1.4 Das SchmutzproblemEsmüssennichtimmerBierflaschensein,diesichinRohr-leitungen bewegen und neue Anlagen unsicher machen. (LeiderwarindenvonunsgefundenenFlaschennichtmehrder ursprüngliche Inhalt.) Auch Werkzeuge, Schrauben,Holzstopfen, Dichtungsreste, Schweißrückstände, Putzwol-le,BiegesandodereinfachDreckindenRohrleitungenkön-nendieÜbergabeingenieurezurVerzweiflungbringenundz.B.einSchiffzweiTageamAuslaufenhindern.

Deshalb sollte es selbstverständlich sein, dass eine neuge-baute Anlage vor der Inbetriebnahme gründlich durchge-spült bzw. durchgeblasen wird. Dabei darf man den Schmutz natürlich nicht dorthin gelangen lassen, wo man ihn gerade nicht haben will; d. h. man muss ihn vor den Regelgeräten ausblasen oder darum herumführen oder muss die Regelge-räte durch ein Rohrstück ersetzen, wie die folgenden Abbil-dungen es andeuten.

Es soll allerdings nicht verschwiegenwerden, dass solcheForderungen häufig dem Bestreben zumOpfer fallen, dieAnlagen möglichst „billig, billig“ und „schnell, schnell“ zu-sammenzunageln.InmanchendieserFälleglücktdieInbe-triebnahmejadoch(,,gelingen“wärehiernichtderrichtigeAusdruck).

Mit dem Überstehen der erstmaligen Inbetriebnahme istdas Schmutzproblem jedoch noch nicht gelöst. Noch län-gereZeithindurch löst sichWalzhautvonderRohrinnen-seiteundgeht indenLeitungenaufWanderschaft, rostenSchweißperlen ab, machen sich Dichtungs- und Sandreste selbständig. Deshalb gilt für die gute Installation der Grund-satz:Vor jede Regelarmatur gehört ein Schmutzfänger!

Der Schmutzfänger ist die billigste Sicherung gegen unvor-hergeseheneBetriebsunterbrechungen.Deshalbseihiernurnochmals vor der Vogel-Strauß-Einstellung gewarnt, dasskein Personal zur gelegentlichen Reinigung zur Verfügung steheunddeshalbSchmutzfängernichtinFragekämen.ObdieseLeuteihreAutosohneLuftfilterundohneÖlfilterfah-ren?

Wenn aus Personalmangel oder Betriebsgründen (unun-terbrochener Dauerbetrieb) wirklich kaum Gelegenheitbesteht, Schmutzfänger ein- oder zweimal nach der Inbe-triebnahmezureinigen(späterwirdeineReinigungnuringroßen Abständen nötig sein, weil der Schmutzsammelraum für den geringen Schmutzanfall späterer Jahre verhältnis-mäßig groß ist, gründliche Reinigung bei der Inbetriebnah-me und einwandfreie Wasseraufbereitung vorausgesetzt),dann sollte der Schmutzfänger mit einer Ausblasevorrich-tung versehen werden.

Natürlich sollte der Schmutzfänger so montiert werden, dass er später auch tatsächlich gereinigt werden kann. Dazu gehören Zugänglichkeit und genügend Platz unterhalb der Leitung,umdasSiebnachuntenherausnehmenzukönnen.Ist dieser Platz nicht vorhanden, dann kann der Schmutz-fänger auch mit seitwärts liegendem Siebkorb montiert werden, was bei Dampf sowieso vorzuziehen ist, vor allem bei den größeren Nennweiten. Nur oben darf der Siebkorb nicht liegen, weil sonst beim Herausnehmen des Siebes der SchmutzindieLeitungzurückfallenwürde.

Ausblasen am Siebhaltestopfen des Schmutzfängers

Ausblasen durch Entfernen des Blindflansches

Ausblasen durch Öffnen des Bypasses

Ausblasen nach Ersetzen des Regelventilsdurch ein Passstück

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

• GenügendRaumzumHerausnehmendesSiebeslassen• Durchflussrichtungbeachten• DerSchmutzfängeristsozumontieren,dassderSieb-haltestopfenrichtigliegt:seitlich(beiDampfanlagenvorzuziehen)…oderunten…abernichtoben.

Bei derMontage von Schmutzfängern ist die vorgeschrie-bene Durchflussrichtung einzuhalten. Beim Einsetzen desSiebesmüssendieOber-unddieUnterkantedesSiebesunddie entsprechenden Stellen des Schmutzfängergehäuses sau-ber sein. Denn wenn die Siebkanten nicht gut am Schmutz-fängergehäuseanliegen,kannausderLeitungkommenderSchmutz sich zwischen Sieb und Gehäuse hindurchstehlen.Als Sieb wird im Allgemeinen ein Normalsieb mit etwa 0,8mmMaschenweite(=KantenlängederLöcher)verwen-det. Vor Regelgeräten mit feinen Durchgängen setzt man in dasNormalsiebeinFeinsiebein,daseineMaschenweitevonetwa0,2bis0,3mmbesitzt;dasNormalsiebdientdannle-diglich als Stütze des aus schwächerem Metallgewebe beste-hendenFeinsiebes.AnstellevonMetallgewebewirdfürdieSiebeauchgelochtesBlechverwendet.

Da die Siebe der Schmutzfänger im Allgemeinen aus hoch-legiertem rostfreiem Stahl sind, haben die Geräte eine fast unbegrenzteLebensdauer.Siesindsokonstruiert,dassderfreie Siebquerschnitt, das ist die Summe aller Löcher imSieb, ein Mehrfaches des Rohrquerschnittes beträgt. Der Druckabfall in Schmutzfängern ist deshalb auch bei mäßiger Verschmutzung noch vernachlässigbar klein.

BeiKondensatableiternmiteingebautemSchmutzsieberüb-rigt sich der Vorbau eines Schmutzfängers. Kompliziertere Regelventile enthalten mitunter Schutzsiebe, doch sollte dann auf den vorgebauten Schmutzfänger nicht verzichtet werden, weil dieses Sieb nur als zusätzliche Sicherung die-nensoll(deshalb„Schutz“sieb)undseineReinigungdieZer-legung des Regelventils erfordern würde.

11.1.5 Kondensatüberwachung gefällig?AufdieÜberwachungdesKondensatesbeiderGefahrche-mischer Verunreinigung war bereits im 4. Abschnitt dieses Heftes hingewiesen worden. Sind solche Beimischungen,wenn sie auftreten, gefährlich, dann ist es zweckmäßig, das zurückgeführte Kondensat in einem Kontrolltank zu sam-meln. Erst nach der periodischen Überprüfung wird derTankinhalt in das Kesselspeisewassergefäß gepumpt.

Aber das sind Sonderfälle.Weit wichtiger für die Alltags-praxis ist die Frage, wie die Arbeitsweise derWärmetau-scher und der Kondensatableiter unmittelbar an der Anlage überwachtwerdenkann.Wirdenkenhierandiesogenann-tenSchaugläser:Armaturen,dieeinenEinblickindieRohr-leitunggewährenundhinterdemWärmetauschermontiertwerden. Mit Hilfe des Schauglases kann man überschlägig feststellen, ob das Kondensat ordnungsgemäß abgeleitet wird.

Die genaue Kontrolle der Kondensatableiter, insbesondere auf Dampfdurchblasen, durch Schaugläser ist schwierig; aber wir wollen uns nicht wiederholen: die Kontrollmög-lichkeiten und Methoden besprachen wir bereits eingehend (Kapitel7.7).

Von der Zweckmäßigkeit möglichst vieler Manometer war ebenfallsbereitsdieRede.DerBetriebsingenieursollteaufdiesesbilligeMittel,sicheinenÜberblicküberdenBetriebs-zustand der verschiedenen Anlagenteile zu verschaffen, nicht verzichten. Thermometer sind demgegenüber weniger wichtig,ausgenommenStellen,wodieGefahrvonLuftbei-mischung besteht. Diese lassen sich nur durch Temperatur-messungenfeststellen.WiemanAbhilfeschafft,habenwirin Kapitel 4.10 gezeigt.

Kondensat

Kontroll-tank

Speisewasser-behälter

Ablass bei Verunreinigung

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

11.1.6 Wasserschlag vermeidenInKapitel4.6wurde,starkvereinfacht,dieEntstehungdesWasserschlagesineinerDampfleitungerklärt:Dergewöhn-lichmitmehr als 90 km/h (entsprechendWindstärke 12)inderLeitungströmendeDampfrauhtdieOberflächevonKondensatlachen in der Leitung auf und reißt schließlicheinenWasserpfropfen los, den er mit gleicher Geschwin-digkeit durch die Leitung treibt, so dass es am nächstenHinderniszueinemFrontalaufprallkommt:Esklopftundhämmert indenLeitungen, inungünstigenFällenwerdenLeitungenundArmaturenzerstört.Deshalbistessowich-tig, dass Dampfleitungen sachgemäß verlegt sind – nicht z.B.mitHängebauch–unddassalleTiefpunkteentwässertwerden(Kapitel4).

BeimAufheizenvonDampfleitungenfälltinkurzerZeitver-hältnismäßig viel Kondensat an, das vom Dampf und durch dasLeitungsgefällebiszurnächstenEntwässerungsstellege-trieben wird. Steigert man den Dampfdruck zu rasch, dann strömen Dampf und Kondensat zu schnell und es kann auch inrichtiginstalliertenAnlagenzuWasserschlägenkommen– ebenso wie ein einwandfreies Automobil auf guter Straße durch einen schlechten Fahrer eine Katastrophe verursa-chen kann. Dies war einer der Gründe warum wir in Kapitel 4 als wichtige Regel festhielten, dass Dampfleitungen nur langsam aufgeheizt werden dürfen.

Allgemeingültig können wir festhalten, dass schlagartig be-schleunigteoderplötzlichabgebremsteFlüssigkeitsmengenzuWasserschlägen führen. So kommt es auch inWärme-tauschernzuWasserschlägen,wennsienichtsorgfältigent-wässertwerden,wiedasfolgendeBeispieleinesdampfseitiggeregeltenWärmetauscherszeigt:

1. Das Regelventil – hier ganz schematisch dargestellt – ist vorübergehend geschlossen, da der Wärmebedarfstark abnimmt. Durch Kondensation sinkt der Druck imDampfraum.UnzweckmäßigeInstallationverursachtKondensatstau im Dampfraum.

2.Das Regelventil öffnet, da der Wärmebedarf steigt.WegendergrößerenDruckdifferenzzwischenZuleitungund Dampfraum strömt der Dampf sehr rasch ein und trifft dabei auf wesentlich kühleres und ruhendes oder nurlangsambewegtesKondensat.Folge:Dampfschläge.Ist die Dampfzuleitung vor dem Regelventil nicht entwäs-sert, so hat sich während der Schließzeit des Regelventiles einKondensatpfropfengebildet,derbeimÖffnenindenWärmetauscherschießt.Folge:Wasserschlag.

Dieser hier nur sehr vereinfacht dargestellte Fall findetsich inderPraxissehrhäufig:Vorwärmer,Heizschlangen,Durchlauferhitzer sindbekannteBeispiele.KommtzudengeschildertenUmständennochhinzu,dassdasRegelventilzu groß ausgelegt ist, dann schließt das Regelventil häufiger und schon bei geringer Öffnung strömt sehr viel Dampfdurch,d.h.dieWasserschlägewerdenhäufigerundheftiger.

AndereUrsache,abergleichunerwünschteWirkunghabendie „Implosionsschläge“, die auftreten, wenn Dampf mit Kondensat von erheblich tieferer Temperatur zusammen-trifft. Dadurch wird der Dampf nämlich sehr rasch konden-siert. Das ist mit einer starken Verkleinerung des Volumens verbunden. Es entsteht also ein Loch, in dasWasser mithoher Geschwindigkeit einströmt. Dieses aus verschiedenen RichtungenkommendeWasserwirdbeimAufeinandertref-fen plötzlich abgebremst und wir haben wieder Dampf und einen Frontalzusammenstoß, einen Wasserschlag. SolcheVorgängekönnenimWärmetauscherablaufen,wennKon-densat angestaut wird und entweder das Kondensat zu stark abkühltoderderDampfdruckinderLeitungweitüberdemDampfdruckimWärmetauscherliegt.

Auch beim Zusammenführen zweier Kondensatleitungen aus verschiedenen Druckstufen kommt es zu Dampfschlägen.

Wasserschlägegehörenzudenhäufigstenundgefährlichs-ten Störungen, die in Dampf-Kondensatanlagen auftreten. Deshalbwollenwiretwasausführlicherzusammenfassen:

Kondensat

Kondensat-ableiter

Regel-ventil

Dampf

1.

2.

Dampf undKondensat180 °C

Kondensat100 °C

Dampfschläge,Stoßwellen,Geräusche,Schwingungen

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

Wasserschlagentsteht inDampf-undKondensatleitungendurch schnell bewegte bzw. schnell abgebremste Wasser-pfropfen oder durch Verunreinigung von Dampf und heißem KondensatmitkälteremKondensat.Deshalb:

1.AlleLeitungenmitausreichendemGefällezumEntwäs-serungspunkt verlegen.

2.WassersäckeinLeitungenverhindern.3.AlleTiefpunkteentwässern.4.DampfanlagenlangsaminBetriebnehmen.5.AlleEntwässerungenmüssengutfunktionieren(Ausle-

gung nach Kapitel 7.4, Schmutzfänger säubern, Konden-satableiterkontrollieren).

6.DampfleitungenundWärmetauschersollenbeiAußer-betriebnahme leerlaufen.

7. Temperatur- und Druckregler dürfen nicht zu groß sein.8. Kondensatleitungen ausreichend groß auslegen.9. Dampf oder heißes Kondensat höheren Drucks soll nicht

auf wesentlich kälteres Kondensat treffen.

TrocknerDenEinsatzvonTrocknernhabenwirinKapitel5.1bereitsbeschrieben.HierreichtdeshalbnochmalsdieErmahnung:

Sparen Sie nicht an der falschen Stelle!

Ein an der richtigen Stelle eingesetzter Dampftrockner(Wasserabscheider)• verlängertdieStandzeitvonRegelventilen• reduziertLeitungserosion• vermindertdieWasserschlaggefahr• sorgtfürstörungsfreierenBetrieb

Verwenden Sie zur Kondensatableitung eines Trockners un-bedingteinenKondensatableiterohneRückstau.ErsteWahlist ein Kugelschwimmer-Kondensatableiter, alternativ ein thermodynamischer Kondensatableiter TD.

11.1.7 DampfabschlussIn einem Kesselhaus erfüllte ein ÖlvorwärmernichtdieEr-wartungen:DieÖltemperaturschwanktestark,obgleichderDampfraum des Vorwärmers stets unter vollem Druck stand undderÖldurchflusswährendderEntnahmegleichmäßigwar.DieschematischeAnordnung:

SoeinfachdieseZeichnungist,siezeigtbereitsdieUrsachedes Ärgers: Solange keinÖl entnommenwird, fällt wenigKondensatan,dasanderWandderEntwässerungsleitungzum Kugelschwimmerableiter läuft und von diesem mit ge-ringer Öffnung abgeleitet wird. Die EntwässerungsleitungistgrößtenteilsmitDampfgefüllt.DasÖlimVorwärmerhatdie Temperatur des Dampfes.

WirdnunÖlentnommen,soströmtkaltesÖlindenVorwär-mer und es fällt plötzlich viel Kondensat an, das nach unten läuft, dabei aber denDampf in der Entwässerungsleitungvor dem Kondensatableiter einsperrt.

Der Kondensatableiter lässt den Dampf nicht durch, weil das jadiewichtigsteAufgabeeinesAbleitersist.IndenDampf-raum kann der eingesperrte Dampf aber auch nicht zurück, weil von dort dasKondensat in die Entwässerungsleitungdrängt. Nun staut sich das Kondensat im Vorwärmer und dasÖlwirdnurungenügenderwärmt.Mansprichtdeshalbvon einem „Dampfabschluss“ der Entwässerungseinrich-tung.

Dass das Kondensat wirklich nur schwer in die dampfge-füllte Entwässerungsleitung eindringen kann, werden Sieglauben, wenn Sie daran denken, wie verhältnismäßig lang-samWasserauseinerBier-oderWeinflascheausläuft,wenndieFlaschemitderÖffnungsenkrechtnachuntengehaltenwird (dieFlaschenöffnunghatsogareinenetwasgrößerenInnendurchmesseralsdieLeitungDN15).

Erstnach einer gewissenZeitwirddasDampfpolster teilszurück in den Dampfraum gelangen, teils durch Kondensa-tion verschwunden sein und der Ableiter voll öffnen, um das Kondensat auszuschleusen. Inzwischen floss aber zu kaltes ÖlausdemVorwärmer.IstderKondensatstauimHeizrohrverschwunden, dann dringt mit dem Kondensat wieder Dampf in die Entwässerungsleitung ein und nach kurzerZeitwiederholtsichdasSpiel.Ergebnis:DieÖltemperaturschwankt.

DaSienundieUrsachederSchwierigkeitkennen,wirdIhnendieBeseitigungsichernichtschwerfallen:Manmussdafürsorgen, dass das Kondensat ungehindert zum Kondensatab-

Kugelschwimmer-Kondensatableiter

Dampf

DN 25

DN 15

Öl

Heizschlange

Kugelschwimmer-Kondensatableiter

Dampf

DN 25

DN 15

Öl

Heizschlange

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leiterfließtunddassDampfausderEntwässerungsleitungzurückindenDampfraumkann.DieEntwässerungsleitungmuss deshalb verkürzt und vergrößert werden, etwa so, wie esdasfolgendeBildzeigt:

HatderVorwärmerunseresBeispielseinenDampfverbrauchvon 100 kg/h bei pe=4bar,dannwürdedieDampfzuleitunginNennweite25ausgeführt(sieheDiagrammKapitel4);eswäreeinKugelschwimmer-KondensatableiterDN15erfor-derlichunddieLeitungzwischenVorwärmerundAbleitersollte inDN25 ausgeführtwerden. Für dieKondensatlei-tung wäre DN 20 ausreichend.

Die Entwässerungsleitung muss vor allem dann reichlichbemessen werden, wenn der Ableiter mehrere Meter vom Wärmetauscher entfernt montiert werden muss. Ausnah-me: wenn stets nur wenig Kondensat anfällt, sozusagentropfenweise – wie etwa bei Dampfbügeleisen – weil dann die Kondensatmenge nicht ausreicht, die Zuleitung zum Ab-leiter zu verstopfen.

Achtung: Es genügt keinesfalls, lediglich die Leitung zumAbleiter zuvergrößern,wennderEntwässerungsanschlussamWärmetauscher kleiner ist. Inder längerenEntwässe-rungsleitung stehender Dampf darf auf dem Weg zurückindenWärmetauscherankeinerStellebehindertwerden.Mansolltedeshalbdaraufachten,dassderEntwässerungs-anschluss der Dampfapparate nicht zu klein ist: bis etwa DN50gleichdemDampfanschluss, darüber inderGrößeder reichlich bemessenen Kondensatleitung.

NichtnurfürÖlvorwärmer,sondernfürsehrvieleWärme-tauschergilt:

Kondensatableiter sollen, von Ausnahmen abgesehen, nahe amWärmetauschermontiertwerden(Abstandz.B.max.0,5bis1m).DieVerbindungzwischenWärmetauscherundAb-leiter muss einen ausreichenden Querschnitt aufweisen, d. h. beikleinerenLeitungenetwagleichdemDampfeintritt.

EsgibtallerdingsFälle,indenendieGefahrdesDampfstausdurch Montagemaßnahmen nicht zu beseitigen ist. Aus ro-tierenden Zylindern,wie sie z.B.anPapiermaschinenundTextiltrocknern verwendet werden, wird das KondensatvomBodendesZylindersmitHilfeeinesSteigrohrsdurchdieZylinderachsenachaußengeführt,wiedasfolgendeBildzeigt:

WennnichtgeradeeinKondensatstauvorliegt,wasjanichtder Normalfall sein darf, steht der Kondensatspiegel am un-terenEndedesSteigrohrs.EswirdalsoDampfindasSteig-rohr eindringen, der weder die Möglichkeit zu kondensieren hat–weildasSteigrohrjaimDampfraumliegt,alsobeheiztist – noch in den Dampfraum zurück kann, weil der Dampf imSteigrohrjanachobendrängt.

HierkanndieEntwässerungnurzuverlässigarbeiten,wennder in das Steigrohr eindringende Dampf nach außen abge-führtwird:EntwedermanlässtdenKondensatableiterganzweg, sammelt Dampf und Kondensat in einem Sammler, be-grenzt durch eine Differenzdruckregelung den Dampfstrom durch den Zylinder und verwendet den durchgeblasenen Dampf geringeren Drucks anderweitig oder man nimmt einenKondensatableitermitBypass:EinimAbleiterange-ordnetermit Nadelventil einstellbarer Bypass gestattet esdem Dampf, in geringer Menge aus dem Steigrohr in die Kondensatleitung zu entweichen.

Fassenwirzusammen:Wo die Leitung zwischen Dampfraum und Kondensatab-leiter lang und dünn ist oder wenn sie beheizt wird, kann Dampfstau die Entwässerung behindern. Ist derartige Montage nicht zu vermeiden, so wird ein Kondensatab-leiter mit einstellbarem Bypass (Umführung) verwen-det.

11.1.8 Umführung = Entführung?Regelgeräte ohne Hilfsenergie wie Druckminderer, Tem-peraturregler, Kondensatableiter sind heutzutage so gut durchkonstruiert,dasssieeinelangeundwartungsfreieLe-bensdauer besitzen. Aber irgendwann kann auch ein solches Gerät einmal ausfallen und man sollte sich schon bei der PlanungdieFragestellen:„Wasdann?“

ErlaubtdieAnlageeineBetriebsunterbrechungbisderScha-denbehobenodereinErsatzgeräteingebautist,dannsindkeine besonderen Maßnahmen erforderlich – es sollte ledig-lich die Möglichkeit rascher Reparatur tatsächlich bestehen bzw.Ersatzgerätesolltenschnellverfügbarsein.DarfderBetriebnichtsolangeunterbrochenwerdenbiseinetwaiger Schaden beseitigt ist, dann muss die Möglichkeit zumindesteinesprovisorischenWeiterarbeitensgeschaffenwerden. So ist es bei Pumpstationen allgemein üblich, zwei Pumpenparallelzuschalten,davoneinealsBetriebspumpe,

Kugelschwimmer-Kondensatableiter

Dampf

DN 25

DN 25DN 20

Öl

Heizschlange

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

die andere als Reserve. Ähnliches haben wir Ihnen für Redu-zierstationen mit größerer Durchsatzleistung empfohlen.

Größere Trockenzylinder würden zerstört oder beschädigt, wenn sie mit Kondensat voll liefen. Diese Gefahr kann man umgehen:

Mit Hilfe eines Dreiwegeventils oder zwei einzelnen Ven-tilenwird imFalle einesDefektsaufdenReserve-Ableiterumgeschaltet.(AusSicherheitsgründendürfendieEntwäs-serungsleitungennichtgleichzeitigabsperrbarsein.)

Von solchen Sonderfällen abgesehen, genügt es meist, die Regelarmatur – Ventil oder Kondensatableiter – mit einer absperrbaren Umführung zu versehen, wenn der Betriebnichtunterbrochenwerdendarf.DasfolgendeBildzeigtdasPrinzip:

EineUmgehungsleitungsollteimÜbrigensoausgelegtsein,dasssiekeinenTiefpunktdarstellt,indemsichWassersam-melnkann.OptimalistdieLagehorizontalaufgleicherEbe-ne wie der Hauptstrang.

MankannbeiBedarf–unddasbrauchtnichtunbedingteinDefekt zu sein, sondern es könnte sich auch um die regelmä-ßigeReinigungdesSchmutzfängershandeln–dieUmfüh-rung öffnen und die Ventile vor und nach dem Regelorgan schließen. Durch Einstellung des Umgehungsventiles vonHandkannderDruckoderdieTemperaturdemjeweiligenBedarf angepasst werden, bis das Regelgerät wieder be-triebsbereit ist.

Das wird nicht leicht sein, denn sonst könnte man auf die automatischeRegelungjafastverzichten.Kurzzeitigisteinsolches Provisorium aber oft tragbar – andernfalls müsste ebenanstelledesVentilesinderUmgehungsleitungeinRe-serveregler fest eingebaut werden.

Bei solchem provisorischem Betrieb ist das Umgehungs-ventil nur wenig geöffnet; die Gründe wurden im Abschnitt 9.6 erläutert. Deshalb treten bei zu langem Andauern des ProvisoriumsAbnützungserscheinungenamVentilauf(für

einensolchenBetriebistesjanichtgebaut),sodassesspä-ter die Umgehungsleitung nicht mehr dicht abschließenkann. Dann entstehen aber Verluste oder die Regelung wird gestört. Auch kommt es immer wieder vor, dass die Um-gehungsventile versehentlich geöffnet oder nicht mehr ge-schlossen werden.

Wenn dadurch eine Temperatur- oderDruckregelung un-möglichgemachtwird,fälltdieUrsacheraschauf.IstjedochdieUmführung einesAbleiters geöffnet oder nur undicht,dann können über längere Zeit unbemerkte Dampfverluste entstehen, die erhebliche Kosten verursachen und, durch die DruckerhöhungimKondensatsystem,denBetriebderAnla-gestören.AusderUmführungistdanneineEntführungge-worden. Deshalb versieht man Kondensatableiter heute nur noch dannmit Umführungen, wenn dies unbedingt nötigist.ZumaleinErsatzgerätfüreinenAbleitermeistvorhan-den und schnell einzubauen ist.

Verwendet man einen Kondensatableiter mit schnell aus-wechselbaremFunktionsteil,dannisteinevollständigeEr-neuerungdesFunktionsteileseinschließlichReinigungdesSchmutzfängers in weniger als zwei Minuten möglich. Auch derkompletteAbleiter lässt sichbeiFlanschverbindungenindieserZeitauswechseln.SolangeaberdarfdieEntwäs-serungdermeistenWärmetauscherschoneinmalunterbro-chenwerden.Esgenügtdann,stattderUmgehungsleitungeinen Dampf-Kugelhahn vor und hinter dem Ableiter vor-zusehen.(Dampf-KugelhähnesindhierdenVentilenwegendesgeringerenDurchflusswiderstandesvorzuziehen).

Merkenwiruns:

Umführungen ermöglichen Wartung oder Reparatur vonTemperaturregel-undDruckreduzierstationenohneUnterbrechung des Betriebs der Anlage.

Umführungen von Kondensatableitern sind dagegen we-gen der Gefahr unbemerkter Dampfverluste möglichst zu vermeiden.

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11.1.9 EinbaulageErfreulicherweise werden Dampf- und Kondensatarma-turennurseltenmitfalscherEinbaulageindieRohrleitungeingesetzt. Diese Tatsache zeigt übrigens, dass durchaus sorgfältig gearbeitetwird und dass Fehler in derAuswahlundAnordnung derGeräte hauptsächlich aufUnkenntniszurückzuführen sind.

Fassenwirunsalsokurz:Die aufdenArmaturenangege-bene Durchflussrichtung,meistinFormeinesPfeils,istun-bedingt zu beachten. Druck- und Temperaturregler sollen vorzugsweise in waagerechter Rohrleitung eingebaut wer-den und zwar so, dass die Geräteachse senkrecht steht. Im Allgemeinen ist dann das Typenschild ohne Verrenkungen zu lesen.

Natürlich kommt es nicht auf das Typenschild an, sondern darauf, dass die Ventilspindel senkrecht steht, weil dann der Verschleiß am geringsten ist. Einewaagerecht liegen-de Spindel reibt nämlich an derUnterseite stärker als ander Oberseite, die Abnutzung ist deshalb stärker und noch dazueinseitig.–DieseForderunglässtsichnotfallsauchbeisenkrechtverlaufenderLeitungerfüllen.

BeidenKondensatableiternmüssennatürlichebenfallsun- bedingt die vorgeschriebene Durchflussrichtung und Ein-baulage beachtet werden. Vor allem bei Kugelschwimmer- undGlockenschwimmer-KondensatableiternistdieEinbau-lagewichtig.EsgibtAusführungsvariantenfürhorizontaleundvertikaleRohrleitungen.FalscherEinbauführtentwe-derzublockierterEntwässerungoderzuDampfverlust.Die thermischen Kapsel-Kondensatableiter, Bimetallablei-ter und der thermodynamische Kondensatableiter können beliebig eingebautwerden:waagerecht, senkrecht, schräg,über Kopf. Doch ist aus den oben genannten Gründen auch beidiesenGerätendieLebensdaueramgrößten,wennsiein nahezu waagerechter Rohrleitung mit der Oberseite nach oben arbeiten. „Nahezu waagerecht“, das heißt, das für die EntwässerungwichtigeGefällederLeitungsolltebeibehal-ten werden.

11.1.10 Die AnschlussartenWiemanArmaturenanRohrleitungenanschließt,istIhnenbekannt.Da aber eine gelegentliche kritischeBetrachtungauch der vermeintlichen Selbstverständlichkeiten nicht schadet, möchten wir die Anschlussarten doch kurz nen-nen.

Flanschverbindungen

Hierzulande die gebräuchlichste Art, Rohrleitungsteile in Industrieanlagen zu verbinden. Vorteil: schnell und ein-fachzulösen,gutdichtend.Nachteil:beikleinenLeitungenschwerer und teurer als andere Verbindungsarten. Ausfüh-rung meist nach DINEN1052,inderpetrochemischenIn-dustrie häufig nach amerikanischerNormASA (AmericanStandards Association). – Im Anhang 5 finden Sie eineÜbersichtüberdiewichtigstenAbmessungenvonFlanschennach DIN für verschiedene Druckstufen.

Muffenverbindungen

Vorteil:beikleinenLeitungenschnellundbilligauszuführen.Nachteil:NachderMontagekönnenArmaturennichtmehrausgewechselt werden, es sei denn durch Herausschweißen oder wenn zusätzliche Verschraubungen vorhanden sind. Dichtungsschwierigkeiten treten nicht auf, wenn geeignete Dichtungsmaterialien verwendet werden: Aluminiumhanf,Teflonband, Hochdruck-Dichtungsmasse.

Ausführung im Allgemeinen als Whitworth-Rohrgewindenach DIN 2999 mit zylindrischem Innengewinde und ke-geligem Außengewinde. In den Vereinigten Staaten werden mit Vorliebe Muffenverbindungen verwendet; die Gewinde sindsogenannte„selbstdichtendeGewinde“nachNPT(Na-

DP17DP17

DP17

Normale Anordnung,Hauptstrang und Bypassauf gleicher Ebeneso nicht Alternative

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tional Pipe Thread) oder nach API (American PetroleumInstitute),wobeisowohldasInnen-alsauchdasAußenge-winde kegelig ist. Rohrgewinde nach der englischen Norm BS21stimmenmitdenGewindennachDINimwesentlichenüberein(beideentsprechenderISO-EmpfehlungR7);dochwirdinEnglandüberwiegendauchdasInnengewindekege-lig verwendet.

Überwurf-Verschraubungen

Überwurf-VerschraubungenbietenKleinheitundLeichtheitbei schneller Austauschbarkeit der Armaturen. Dafür sind sie teurer als die Muffenverbindungen. Je nach Anwendung werden unterschiedliche Dichtungsmaterialien eingesetzt. Dichtungslose Verbindungen eignen sich für hohe Drücke, müssenjedochgenaufluchtendmontiertwerden.

Anschweißverbindungen

Geräte für hohe Drücke werden vielfach mit Anschweiß-enden (butt weld ends) versehen und eingeschweißt, umjegliche Dichtungsschwierigkeiten von vornherein auszu-schließen.Nachteil:DerAustauscheingeschweißterArma-turen erfordert Schweißarbeiten. Daneben gibt es noch Ver-bindungenmitEinsteck-Schweißmuffen(socketweldends),die ähnlich wie die oben erwähnte Schraubmuffenverbin-dung aussieht, aber das Rohr wird eingesteckt und einge-schweißt. Diese Verbindung wird nur für niedere Drücke bis etwa20barangewendet.FürhöhereDrückeverwendetmanAnschweißenden. BeiSchweißarbeitenmüssendieArmaturengekühltwerden,umBeschädigungendurchÜberhitzungzuvermeiden.

Wichtig: Nach der ersten Heißinbetriebnahme sind Ver-schraubungen nachzuziehen. Dieser Hinweis bezieht sich

nicht so sehr auf die eigenen Verschraubungen der Arma-turen, sondern vor allem auf Flansch- undMuffenverbin-dungen.

11.2 Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme einer Dampfanlage muss langsam er-folgen! Lassen Sie den Rohrleitungen und Armaturen ge-nügend Zeit, auf Temperatur zu kommen und sich auf den Dauerbetriebszustand auszudehnen.

BeiderInbetriebnahmefälltdurchnochkalteOberflächenviel Anfahr-Kondensat an. Ermöglichen Sie dem System,dieses Kondensat abzuleiten, bevor die WärmetauschervolleLeistungbringenmüssen.

Je nach Größe einer Anlage sollte die Inbetriebnahme einige Minuten bis zu einer Stunde dauern.

BesondersinteressantistdieErstinbetriebnahme.Nichtsel-ten verursachen die ersten Tage mehr graue Haare als man sichgemeinhinwünschtunddiegrauenZellenhabeninFol-gevielzutun,umeinestabilenBetriebszustandzuerreichen.DabeisinddieauslösendenGründemeistsehrprofan:• eswurdevergessen,dieSchutzkappenvonverschie-

denen Armaturen zu entfernen• Blindflanschewurdennichtentferntodernichtgesetzt• dieAnlagewurdenichtgutgenuggereinigt/gespültund

Schmutz verstopft Regelorgane und Schmutzfänger (GeschichtenübervergesseneSchmutzlappen,Schweiß-perleninRegelventilenetc.füllenganzeBücher)

• mitgerissenesWasserausWassersäckenbeschädigenRegelorgane bei der Inbetriebnahme

• Dichtungenblasen• fehlendeWasservorlageninDruck-Pendelleitungenund

Messrohren führen zu defekten Messaufnehmern und zerstörten Regelmembranen

• nochnichtrichtigeingestellteRegelungenlassenDrückeund Temperaturen schwanken und bringen Sicherheits-ventile zum Abblasen

LeiderverursacheneinigederobengenanntenEffekte im-mer wieder Schäden an Geräten und bereits nach wenigen Stunden Betrieb sind Funktionsausfälle oder Undichtig-keiten die Folge. Der dann normalerweise laut werdendeRuf nach „Gewährleistung“ fällt dabei meist auf Planer, In-betriebnehmer,AnlagenbaueroderBetreiberzurück,dadieErmittlungderAusfallursachenormalerweisediesesErgeb-nisbringt:anlagen-undbetriebsbedingt.VerbindungenunterVerwendungeinerWeichdichtungsoll-ten nach dem erstmaligen Aufheizen nachgezogen werden, da das Dichtungsmaterial beim Erwärmen nachgibt. JedeUndichtheitmussschnellstensbeseitigtwerden,weilsonstdas austretende Medium Riefen in die Verbindungsteile frisst, so dass später durch bloßes Nachziehen keine Dicht-heit mehr zu erreichen ist.

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

11.3 Wartung nur alle 500 000 Kilometer!

BeimnormalenAutosind100000wartungsfreieBetriebs-stunden vorläufig noch undenkbar. Selbst 50000 Fahrki-lometer oder rund 1000Betriebsstundenwird IhrWagenkaum ohne Wartung (Säubern, Abschmieren, AusbessernkleinererSchäden)laufen.BeianderenDingennehmenwirsolcheLeistungjedochalsselbstverständlichhin:DieArm-banduhr tickt in zwei Jahren über 17 000 Stunden ohne Rei-nigenundÖlenunddieRegelarmaturenderDampfanlagebringenindreibisfünfJahrenetwa5000bis180000Be-triebsstunden ohne Reparatur hinter sich.

Natürlich, der Vergleich hinkt. Schon deshalb, weil viele moderne Regelarmaturen, darunter alle Kondensatableiter, tatsächlich wartungsfrei sind: Man sollte sie nicht öffnensolange sie einwandfrei arbeiten. Das heißt nun aber nicht, dasssieinalleEwigkeitstörungsfreifunktionierenwerden.FrüheroderspäterwirdjedeRegelarmatureinmalausfallen,fallsdieAnlage langegenug läuft. (GeschiehtdaseinJahrnach Inbetriebnahme, wird man reklamieren; geschieht es erst nach 10 Jahren, gibt’s Ärger, wenn keine Ersatzteilemehrgeliefertwerden.)

Man sollte die Geräte also laufend überwachen – und bei unregelmäßiger Funktion sofort reparieren oder ersetzen,um eine Vergrößerung des Schadens am Gerät selbst sowie weitereVerlustedurchdieFehlfunktionderAnlagezuver-meiden.

Machenwir’skurz:

Inspektion: regelmäßig!

Wartung: nur wo vorgeschrieben – daaberregelmäßig.

Regelventile: nur nach Vorschrift; meist ist nur äußereSauberhaltungerforderlich.

Kondensatableiter:nurüberwachen;beiunregel-mäßigerFunktionsofortersetzen.

Schmutzfänger: inneuerenAnlagenregelmäßigreinigen(ein-biszweimalimJahr).

Schaugläser: nachBedarfbzw.beiderregel-mäßigenInspektionreinigen.

Bei derHandhabung derArmaturen ist darauf zu achten,dass Gewinde nicht bei hoher Temperatur des Gerätes betä-tigt werden sollten, da die Gewinde sonst fressen und da-durchunbrauchbarwerdenkönnen:vordemÖffnenabküh-len lassen!

BeiReparaturenoderÜberwachungsarbeitenfreiwerdendeWeichdichtungen sollten immer durch neue ersetzt wer-

den, weil die alten Dichtungen ihre Zusammendrückbarkeit weitgehend verloren haben und nach dem Zusammenbau nurschlechtdichtenwürden.VerbindungenmitWeichdich-tungen, die gelöst worden waren, sind nochmals nachzuzie-hen, sobald das Gerät das erste Mal wieder aufgeheizt wurde und danach wieder abgekühlt ist.

11.4 Fehlersuche

Bei der Fehlersuche ersparen zwei Minuten Nachdenkenzwei Stunden Arbeit. Jedoch: Fehlersuche aufgrund vonAnnahmen oder Vermutungen ist Zeitverschwendung. Nur systematischeErforschungderTatsachen führt rasch zumZiel.FehlteseinemanKöpfchen,undscheutmandienötigeArbeit–alsoeinreintheoretischerFall!–,sobleibtimmernocheinAusweg:ManbeschuldigteinenderZulieferanten(vonKessel,Leitungen,Armaturen,Apparaten)undüber-lässtesdessenScharfsinnoderFleiß,denwirklichenFehlerzu finden. Das wird Kundendienst genannt.

Nehmenwiraberan,dieallgemeineWirtschaftslageseisogut, dass der beschuldigte Lieferant nicht schnellstens zuerscheinenbraucht–oderderbedrängteBetriebsingenieurwollteausanderenGründenselbstdenFehlersuchen.Wiesollervorgehen?

1. Zunächst müssen Art und Umfang der Fehlfunktiongenau festgestellt werden.

2.Dann ist zu prüfen, ob um das Fehlergebiet herumdieBetriebsbedingungennormalsind,besondersalsoDruck,Temperaturundu.U.dieDurchflussmenge.

3.SchließlichistdasFehlergebietsystematischzuuntertei-len und zu untersuchen.

Das klingt selbstverständlich – aber allzu oft führen schon diekleinstenHindernisseaufdenfalschenWeg.SehenwirunseinBeispielausderPraxisan:

Meldung: „Der Wärmetauscher X kommt nicht auf Temperatur!“

1. Prüfung: ArbeitendieanderenWärmetauschernormal?• Befund:Ja.

8 bar0,5 bar 4 bar

LuftDampf

Atmosphäre

Kon

den

sat

Kondensat

Dampf-erzeuger

Speise-wasser

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11 – Planung, Bau, Inbetriebnahme, Wartung, Fehlersuche

2.Prüfung:a)IstdererforderlicheVordruckpe=0,5barvorhanden? • Befund:Ja.b)IstderGegendruckvonderKondensatleitunghernormal?

• Befund:Nichtfeststellbar,dakeinManometervor-handen.

WeildieanderenWärmetauschereinwandfreiarbeiten:• Annahme,dassderDruckinderKondensatleitung

normal ist.

3.Prüfung: FehlermöglichkeitdurchReduzierventil,Wärmetauscher

oder Ableiter.

Am Wärmetauscher selbst sowie an seiner Betriebsweisewurdenichtsgeändert.EinplötzlicherstarkerLeistungsab-fallkanndeshalbnichtimWärmetauscherverursachtsein.Der Kondensatableiter könnte übermäßig anstauen. Da er sehrheißist,wirdangenommen,dassdiesnichtderFallist.Also(Fehl-)Schluss:DasvoreinigenWochenneuinstallier-te Reduzierventil lässt zu wenig Dampf durch.

DerherbeigerufeneLieferantdesReduzierventilesverkün-det dagegen, dass sein Regler wohl nicht mehr tun kann, als den gewünschten Druck pe=0,5barbereitzustellen.Wäreer zu klein, dann müsste der Minderdruck unter pe=0,5barabfallen. Also wird es wohl doch am Kondensatableiter lie-gen.

Die Ausgangsseite des Ableiters wird daraufhin von der Kondensatleitungabgetrennt,sodasssieinsFreieentwäs-sert–undsieheda,derWärmetauschererreichtraschdieerwartete Betriebstemperatur und bringt genügend Leis-tung. Nun wird an dem bei der Abtrennung des Kondensat-ableiters frei gewordenen Anschluss zur Kondensatleitung einManometerangebracht:DerÜberdruckinderKonden-satleitung beträgt an dieser Stelle 0,4 bar.

DerDifferenzdruck amKondensatableiter desWärmetau-schers X war also so klein geworden, dass nicht mehr alles Kondensat abgeführt werden konnte, das Kondensat wurde angestaut; dadurch wurde die wirksame, d. h. vom Dampf berührte Heizfläche kleiner, und demzufolge nahm auch der Kondensatanfall ab – bis schließlich verringerter Kondensat-anfall und verringerte Kondensatableiterleistung wieder im Gleichgewichtwaren.DerWärmetauscherarbeitetalsowei-ter,abernurnochmiteinemBruchteildervollenLeistung.Der Kondensatableiter bekam zwar wesentlich kälteres Kondensat, wurde aber von hinten, d. h. von der Konden-satleitungher,heißgehalten,sodassdieFehlfunktionohneManometer in der Kondensatleitung nicht feststellbar war. WoaberlagderFehler?AmbenachbartenWärmetauscherwarnocheinalterKon-densatableitermontiert,dereinenHandhebelzurEntlüftungbei Inbetriebnahme besaß; dieser Handhebel war geöffnet,

abernichtmehrgeschlossenworden,sodassFrischdampfin die Kondensatleitung durchblies und dort den Druck er-höhte. Diese Druckerhöhung machte sich nur an dem mit niedrigemVordruckbeheiztenWärmetauscherbemerkbar.Dabei muss es als Glück bezeichnet werden, dass wenigstens einerderWärmetauscherausfiel,dennsonstwärevielleichtlängereZeithindurchFrischdampfunbemerktverlorenge-gangen.

Mit einiger Erfahrung in solchen Dingen hätte man frei-lich zuerst zum Kondensatsammelgefäß geschaut, dort übermäßige Dampfentwicklung festgestellt und dann die benachbarten Kondensatableiter überprüft, z.B. mit demUltraschall-Prüfgerät;sowärederFehlerschnellerundmitweniger Arbeitsaufwand gefundenworden. EinMessgerätanderrichtigenStelle(hiereinManometeranderKonden-satleitung)hätteauchdenUngeübten sofort aufden rich-tigenWeggeführt.NochmalsseiindiesemZusammenhangdarauf hingewiesen:Manometer, Thermometer, Schmutz-fänger, Schaugläser sind billig, aber unbezahlbar.

WirhabendiesesBeispielabsichtlichnicht soabgeändert,dass es „reibungslos“ indas angegebeneSchema zurFeh-lersuchegepassthätte;denninderPraxiskommtmanumdas gründliche Durchdenken des jeweiligen Falles ebendochseltenherum.IndiesemBeispielwareswichtig,dassrechtzeitigdieLeitungnachdemAbleiteraufgetrenntwurdeum frei von allen Vermutungen feststellen zu können, ob der FehlervorodernachderEinmündungderEntwässerungs-leitung in das Kondensatnetz liegt. Ohne solche systemati-scheUnterteilungdesFehlerbereichskannmansichbeiderFehlersuchestundenlangvergeblichimKreisedrehen.

Mehr Hinweise für Wartung und Inbetriebnahme findenSie in unseren „Grundlagen fürWartung undBetrieb vonDampfanlagen“.

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Anhang 1 – Fachbegriffe

A1 Fachbegriffe

Absaufen Gänzliches oder teilweises Zurückstauen von Kondensat in den Wärmetauscher, verur­sacht durch fehlenden Differenzdruck zwischen Dampfraum und Kondensatnetz

Absoluter Druck Druck, der im leeren Raum (ohne Atmosphäre oder Gas oder Luft) herrscht; alle Druckan­gaben ohne Zusatzangabe sind per Definition vom absoluten Druck ausgehend, Druckan­gaben vom Atmosphärendruck ausgehend werden als Überdruck, z. B. pe bezeichnet.

Aktiver Kondensatableiter Kondensatableiter mit integrierter Pumpe zur Kondensatableitung unter Vakuumbedin­gungen oder Bedingungen, bei denen der Differenzdruck zur Kondensatableitung nicht ausreicht.

Anlauf­/Anfahrvorgang Betriebsbedingungen von der Inbetriebnahme einer Dampfanlage oder sonstigen Appara­tur bis zum Erreichen des stabilen Dauerzustandes.

Atmosphärendruck Der von der Luft, d. h. der Atmosphäre auf alle Gegenstände am Erdboden ausgeübte Druck von ca. 1 bar bzw. 1000 mbar.

Dampf Normalerweise Bezeichnung eines gasförmigen Stoffes in der Nähe des Kondensations­punktes. Allgemein verwendet zur Beschreibung von Wasserdampf, d. h. verdampftem Wasser.

Dampfdruck Druck des Dampfes bei einer vorgegebenen Temperatur. In vielen Fällen angegeben als Überdruck über dem Atmosphärendruck von 1 bar.

Dampferzeuger Apparat zur Erzeugung von Wasserdampf. Übliche Dampferzeuger sind Großraumwasser­kessel, Schnelldampferzeuger, Reindampferzeuger, Wärmeträger­Erhitzer.

Dampfleitung Rohrleitung zum Transport von Dampf

Dampfseitige Regelung Regelung eines Wärmetauschers, bei der das Regelventil den Dampfzutritt im Eingang des Wärmetauschers regelt

Dampftafel Zusammenstellung der physikalischen Eigenschaften wie Druck, Temperatur, Wärmeinhalt und anderer Bedingungen für Wasser und Dampf

Dampftemperatur Temperatur des Dampfes unter den jeweiligen Bedingungen. Für Sattdampf gibt es eine direkte Beziehung zwischen Dampftemperatur und Dampfdruck.

Dampftrockner Allgemein verwendeter Begriff für einen Wasserabscheider, der Wassertröpfchen aus Sattdampf entfernt. Mit guten Dampftrocknern ist ein Trocknungsgrad von 98 % (d. h. 2 % Restfeuchte) zu erzielen.

Dampfvolumen Rauminhalt des Dampfes; für Sattdampf gibt es eine direkte Beziehung zwischen Druck und Volumen.

Druck p Kraft, die auf eine Fläche einwirkt; berechnet als Kraft durch Fläche p = F/A, Maßeinheit N pro m² bzw. bar. 1 bar = 105 N pro m². Jede Druckangabe in bar bezeichnet i. Allg. den absoluten Druck, d. h. vom atmosphärefreien Raum ausgehend. Wenn Überdruck über dem Atmosphärendruck gemeint ist, wie ihn üblicherweise Manometer anzeigen, dann ist zu schreiben pe = ... bar.

Druckreduzierung Veränderung des Druckes in einem System durch Einsatz einer mechanischen Verengung in der Rohrleitung, üblicherweise eines Druckreduzierventiles.

Drucktafel des Dampfes Eine Dampftafel, deren Zahlenwerte nach gleichen Druckangaben geordnet sind. Eine andere Bezeichnung für Drucktafel des Dampfes ist auch Dampftafel.

Enthalpie h siehe Wärmeinhalt

Entlüftung Wichtige Vorgehensweise zur Entfernung von Luft oder nicht kondensierbaren Gasen aus Dampfleitungen, um z. B. Dampfstau zu verhindern.

Erosion Strömt Dampf mit zu hoher Geschwindigkeit und feuchtigkeitsbeladen, führen die Wasser­tropfen zu Strahl­ und Schmirgeleffekten ähnlich wie beim Sandstrahlen. Rohrleitungsbö­gen, Ventilsitze usw. werden beschädigt. Leichte Undichtigkeiten an Dichtungen führen zu Dampfschlupf und i. Allg. dann zu tiefgehender Erosion.

Feuchter Dampf siehe Nassdampf, i. Allg. ist damit Dampf mit leichter Restfeuchtigkeit, wie er in den meisten praktischen Anwendungen vorkommt, gemeint.

Frischdampf Unter Frischdampf versteht man im Gegensatz zu Nachdampf Dampf, der frisch erzeugt wurde, z. B. in einem Dampfkessel.

Heißdampf Siehe überhitzter Dampf

Heizfläche Trennwand zwischen heizendem Stoff und beheiztem Stoff

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Anhang 1 – Fachbegriffe

Implosion Trifft heißer Dampf auf eine kalte Wasseroberfläche, kondensiert er schlagartig (implodiert). Es entstehen knatternde Geräusche, im Extremfall große Schwingungen mit ähnlichen Auswirkungen wie beim Wasserschlag.

Isolation Umhüllung zur Verhinderung von Wärmeverlusten

Kilokalorie kcal Wärmeenergieinhalt des alten technischen Maßsystems. 1 kcal = 4,2 kJ.

Kilojoule kJ Die Wärmeenergieeinheit des SI­Systems. 1000 J = 1 kJ = 1000 Nm. 4,2 kJ = 1 kcal.

Kilopond kp Alte Krafteinheit des technischen Maßsystems. 1 kp = 9,81 N.

Kondensat Kurzbezeichnung von Kondenswasser. Im Allgemeinen ist damit Wasser gemeint, das aus der Kondensation von Dampf entstanden ist.

Kondensatableiter Mechanisches Bauteil, das den Dampfraum vom Kondensatraum trennt. Die Aufgabe des Kondensatableiters ist es, Kondensat und unkondensierbare Gase passieren zu lassen, Dampf jedoch zurückzuhalten.

Kondensatableitung Entfernung von Kondensat aus einem Dampfraum (Dampfleitung, Apparat, Wärmetauscher usw.)

Kondensatanfall Menge des entstehenden Kondensates pro Zeiteinheit.

Kondensatanstauregelung Regelung des Kondensatflusses auf der Ausgangsseite des Wärmetauschers. Kondensat wird bewusst angestaut und damit die Wärmeübertragungsfläche verändert, die Restwär­me wird ausgenutzt.

Kondensatheber Mechanische, meist mit Dampf betriebene Kondensatpumpe.

Kondensation Verwandlung von Sattdampf in Wasser unter Abgabe der Verdampfungswärme. Das Kondensat oder Kondenswasser hat zum Zeitpunkt des Entstehens die selbe Temperatur wie der Dampf, aus dem es entstanden ist.

Kondensatleitung Sammelt das aus Dampfleitungen und Dampfverbrauchern anfallende Kondensat und leitet es i. Allg. zurück zum Kessel.

Kondensatrückspeiseanlage Sammelbehälter mit Pumpe, in dem Kondensat zur Weiterbeförderung gesammelt wird.

Kondensatsystem I. Allg. Begriff für ein komplexes System bestehend aus Kondensatableitung, Kondensatlei­tung, Kondensatsammlung, Kondensataufbereitung usw.

Korrosion Oxidation von Metallteilen wie Rohrleitungen oder Armaturen. Dampfsysteme sind erhöhter Korrosion ausgesetzt, da in vielen Fällen Sauerstoff nicht völlig vermieden werden kann und besonders hohe Temperaturen herrschen.

Kraft N Im SI­Einheitensystem wird die Kraft N mit der Einheit Newton N versehen. 1 N = 1 kgm/s². Die Kraft ist eine abgeleitete Größe nach dem Newton’schen Grundgesetz (Fallgesetz).

Kubikmeter m³ Raummaß: 1 m³ entspricht einem Würfel von 1 m Länge, 1 m Breite und 1 m Höhe. 1 m³ = 1000 l.

Luftdruck siehe Atmosphärendruck

Manometer Mechanisches Anzeigegerät zur Druckmessung; Manometer messen üblicherweise den Druck oberhalb des Atmosphärendrucks (Überdruck).

Nachverdampfung Das Entstehen von Dampf aus Kondensat, das aus einem höheren Druckbereich in einen niedrigeren Druckbereich überführt wird. Nachdampf führt, insofern er nicht wieder verwertet wird, zu Energieverlusten. Außerdem bewirkt Nachdampf eine Druckerhöhung im Kondensatsystem und hat damit rückwirkende Effekte auf die Kondensatableitungen und Regelungen des Dampfsystems.

Nassdampf Dampf, der Wassertröpfchen enthält, siehe auch „nasser Dampf“.

Nenndruck PN Angabe, bis zu welchem Druck eine Rohrleitung oder eine Armatur bei 20 °C betrieben werden darf.

Nennweite DN Genormte Bezeichnung für die Dimension eines Rohres. Die Nennweite entspricht nicht exakt dem Rohrdurchmesser.

Rückstaueffekt siehe auch „Absaufen“. Effekt, bei dem Kondensat in den Wärmetauscher zurückstaut und damit die Wärmetauscherfläche verändert. Folgen des Rückstaueffektes sind oft Ge­räusche, schlechte Regelung, Korrosion, Wasserschläge usw.

Sattdampf Wasserdampf mit einer Temperatur im engen Bereich um den Verdampfungspunkt, Restfeuchte Null bzw. sehr gering, keine wesentliche Überhitzung

Sättigungsdruck Der Druck, bei dem der Dampf aus Wasser entsteht.

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Anhang 1 – Fachbegriffe

Sättigungszustand Wenn der Dampf genau die laut Dampftafel zum herrschenden Druck gehörende Tempera­tur hat oder umgekehrt.

Sicherheitsventil Druckgesteuertes Ventil, das ab einem bestimmten eingestellten Druck das Dampfsystem entlüftet. Sicherheitsventile sind baumustergeprüft sowie einzeln eingestellt und abgenom­men.

Sieden (kochen) In der Flüssigkeit (Wasser) bilden sich Dampfblasen.

Speisewasserbehälter Unter Speisewasserbehälter versteht man den Apparat, in dem heißes Kondensat oder aufbereitetes und erhitztes Frischwasser zur Speisung des Dampfkessels vorgehalten wird.

Spezifische Werte, spezi­fisches Volumen oder spezifische Dichte

Zahlenangaben, die nur für eine bestimmte Stoffmenge oder z. B. Stoffabmessung gelten; z. B. ist das spezifische Volumen das Volumen von 1 kg Stoff Temperatur t oder J

Temperatur t oder J Die mit dem Thermometer gemessene Eigenschaft eines Stoffes, in bestimmtem Maße warm oder kalt zu sein. Gemessen wird die Temperatur üblicherweise in °C. Die Tempera­tur, die vom absoluten Nullpunkt ausgeht, wird in Kelvin K gemessen, dabei gilt 273 K = 0 °C.

Temperaturdifferenz ∆t Die Temperaturdifferenz wird immer in Kelvin (K) angegeben; z. B. ist die Temperaturdiffe­renz bei der Erwärmung von Wasser von 20 auf 70 °C = 50 K.

Thermometer Gerät zur Messung der Temperatur, üblicherweise in °C skaliert.

Trockener Dampf Dampf, der keine Wassertröpfchen enthält. Üblicherweise (Satt­)Dampf mit leichter Überhitzung, d. h. mit angemessener Entfernung von der Verdampfungstemperatur.

Überdruck pe Druckangabe, die vom Luftdruck als Nullpunkt ausgeht. Da auf der Erde üblicherweise ca. 1 bar Atmosphärendruck herrscht, folgen die meisten Angaben als Überdruckangaben. Druckmesser und Manometer zeigen üblicherweise Überdruck an.

Überhitzter Dampf (Heißdampf)

Dampf, der nach seiner Erzeugung aus Wasser weiter erhitzt wurde. Überhitzter Dampf weist eine höhere Temperatur auf als die eigentlich aus dem Wasserdampf abgelesene und zum Druck gehörige Temperatur. Überhitzter Dampf wird auch Heißdampf genannt.

Vakuum Ein Druck, der geringer als der Luftdruck von rd. 1 bar ist. Absolutes Vakuum bezeichnet den praktisch völlig druckfreien Zustand.

Verdampfungswärme Die Wärmemenge, die die Verdampfung bewirkt, ohne jedoch die Temperatur zu erhöhen.

Volumen Rauminhalt gemessen in m³.

Wärme Eine Energieform. Die Wärme macht Stoffe wärmer (Temperaturerhöhung), verändert den Aggregatzustand oder verändert Stoffe.

Wärmedurchgangs­ koeffizient k

Der Wärmedurchgangskoeffizient ist abhängig von dem Stoff, der Wärme abgibt und dem, der Wärme aufnimmt sowie von den Strömungsverhältnissen. Neben der Fläche und der Temperaturdifferenz bestimmt der Wärmedurchgangskoeffizient den möglichen Wärme­strom beim Wärmeübergang.

Wärmeinhalt h Die gesamte Wärme, die im Dampf oder im Wasser enthalten ist, wobei die Wärmeaufnah­me üblicherweise ab 0 °C gemessen wird.

Wärmemenge Q Eine bestimmte Wärmemengenenergie, angegeben in kJ.

Wärmestrom Q Eine Leistungseinheit, die angibt, welche Wärme in einem Wärmetauscher umgesetzt wird. Die Einheit des Wärmestroms ist Kilowatt kW, früher kcal/h. 1 kW = 860 kJ/h bzw. 1000 kcal/h = 1,16 kW. Außerdem gilt 1 kW = 1 kJ/s.

Wärmetauscher Apparat zur Übertragung von Wärme von einem Stoff auf einen anderen Stoff.

Wärmeübergang Übergang von Wärmeenergie von einem Stoff auf einen anderen.

Wärmeverluste Vom Heizmittel abgegebene Wärmemenge, die nicht zu wirtschaftlichen Zwecken ausge­nutzt wird, sondern verloren geht.

Wasseraufbereitung Behandlung des Wassers, um es für die Verwendung im Dampfkessel geeignet zu machen.

Wasserfilm Dünne Wasserschicht, die sich durch Kondensation des Dampfes an einer Heizfläche bildet. Wasserfilme stören den Wärmeübergang von Dampf auf die Heizfläche und den zu erwärmenden Stoff.

Wasserschlag Wassertropfen, die mit der hohen Dampfgeschwindigkeit mitgerissen werden, führen zu Schlägen in Anlagen, die zum Platzen von Armaturen, Abnutzung von Rohrleitungsbögen oder Ventilsitzen und zu gravierenden Anlagenschäden führen können.

Wirksame Heizfläche Derjenige Teil einer Heizfläche, der tatsächlich mit dem beheizenden Stoff in Berührung steht und Wärme überträgt.

Page 146: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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Anhang 2 – Normen und Regelwerke

Allgemeine Vorschriften

Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmitteln und deren Benutzung bei der Arbeit, über Sicherheit beim Betrieb überwachungsbedürftiger Anlagen und über die Organisation des betrieblichen Arbeitsschutzes (Betriebssicherheitsverordnung – BetrSichV)

BetrSichV

Richtlinie 97/23/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 29. Mai 1997 zur Angleichung der Rechtsvorschriften der Mitgliedstaaten über Druckgeräte

97/23/EG

AD 2000 Merkblätter AD 2000

Technische Regeln für Dampfkessel TRD

Gesetz über technische Arbeitsmittel (Gerätesicherheitsgesetz – GSG) TechArbmG

Druckgeräte – Terminologie und Symbole – Druck, Temperatur, Volumen DIN EN 764

Metallische Erzeugnisse – Arten von Prüfbescheinigungen DIN EN 10204

Graphische Symbole für technische Zeichnungen; Rohrleitungen; Allgemeines DIN 2429­1

Abmessung und Kennzeichnung

Industriearmaturen – Baulängen von Armaturen aus Metall zum Einbau in Rohrleitungen mit Flanschen – Teil 1: Nach PN bezeichnete Armaturen; Deutsche Fassung EN 558­1:1995

DIN EN 558­1

Kondensatableiter mit Flanschanschluss; Baulängen DIN EN 26554

Kondensatableiter; Klassifikation (ISO 6704:1982) DIN EN 26704

Baulängen von Armaturen; Armaturen mit Innengewinde­Anschluss DIN 3202­4

Industriearmaturen – Kugelhähne aus Stahl DIN EN 1983

Durchflussschauglasarmaturen mit Dichtung im Krafthauptschluss – Teil 1: Ohne Auskleidung DIN 3237­1

Industriearmaturen – Ventile aus Gusseisen DIN EN 13789

Industriearmaturen – Absperrventile und absperrbare Rückschlagventile aus Stahl DIN EN 13709

Industriearmaturen – Baulängen für Armaturen mit Anschweißenden; Deutsche Fassung EN 12982:2000

DIN EN 12982

Stellventile für die Prozessregelung – Teil 3­1: Abmessungen; Einbaulänge von geflanschten Durchgangsventilen und geflanschten Eckventilen

DIN EN 60534­3­1

Industriearmaturen – Kennzeichnung von Armaturen aus Metall DIN EN 19

Industriearmaturen – Armaturen für die chemische und petrochemische Verfahrensindustrie – Anforderungen und Prüfungen

DIN EN 12569

Anschlüsse und Dichtflächen

Flansche und ihre Verbindungen – Runde Flansche für Rohre, Armaturen, Formstücke und Zubehör – Teil 1: Stahlflansche, nach PN bezeichnet

DIN EN 1092­1

Flansche und ihre Verbindungen – Runde Flansche für Rohre, Armaturen, Formstücke und Zubehör­teile, nach PN bezeichnet – Teil 2: Gusseisenflansche

DIN EN 1092­2

Flansche und ihre Verbindungen – Maße für Dichtungen für Flansche mit PN­Bezeichnung – Teil 1: Flachdichtungen aus nichtmetallischem Werkstoff mit oder ohne Einlagen

DIN EN 1514­1

Whitworth­Rohrgewinde für Gewinderohre und Fittings; Zylindrisches Innengewinde und kegeliges Außengewinde; Gewindemaße

DIN EN 10226­1

Rohrgewinde für nicht im Gewinde dichtende Verbindungen – Teil 1: Maße, Toleranzen und Bezeichnung

DIN ISO 228­1

Rohre für Lebensmittel, Chemie und Pharmazie – Rohre aus nichtrostenden Stählen – Maße, Werkstoffe

DIN 11850

Armaturen – Schweißmuffenenden für Armaturen aus Stahl DIN EN 12760

Industriearmaturen – Anschweißenden für Armaturen aus Stahl DIN EN 12627

Rohre aus nichtrostenden Stählen für Aseptik, Chemie und Pharmazie – Maße, Werkstoffe DIN 11866

A2 Wichtige Normen und Regelwerke für die Dampf- und Kondensattechnologie

Page 147: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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Anhang 2 – Normen und Regelwerke

Armaturen für Lebensmittel, Chemie und Pharmazie – Klemmverbindungen für Rohre aus nichtrostendem Stahl – Ausführung zum Anschweißen

DIN 32676

Armaturen für Lebensmittel, Chemie und Pharmazie – Aseptik­Verbindung – Teil 1: Aseptik­Rohrverschraubung aus nichtrostendem Stahl zum Anschweißen

DIN 11864­1

Nichtrostende Stahlrohre – Maße, Grenzabmaße und längenbezogene Masse DIN EN ISO 1127

Industriearmaturen – Schutzkappen für Armaturen mit Flanschanschluss DIN EN 12351

Flansche und ihre Verbindungen – Schrauben und Muttern – Teil 1: Auswahl von Schrauben und Muttern

DIN EN 1515­1

Flansche und ihre Verbindungen – Schrauben und Muttern – Teil 2: Klassifizierung von Schraubenwerkstoffen für Stahlflansche, nach PN bezeichnet

DIN EN 1515­2

Werkstoffe

Gießereiwesen – Gusseisen mit Lamellengraphit DIN EN 1561

Gießereiwesen – Gusseisen mit Kugelgraphit DIN EN 1563

Technische Lieferbedingungen für Stahlguss für Druckbehälter – Teil 1: Allgemeines DIN EN 10213­1

Technische Lieferbedingungen für Stahlguss für Druckbehälter – Teil 2: Stahlsorten für die Verwendung bei Raumtemperatur und erhöhten Temperaturen

DIN EN 10213­2

Technische Lieferbedingungen für Stahlguss für Druckbehälter – Teil 4: Austenitische und austenitisch­ferritische Stahlsorten

DIN EN 10213­4

Schmiedestücke aus Stahl für Druckbehälter – Teil 2: Ferritische und martensitische Stähle mit festgelegten Eigenschaften bei erhöhten Temperaturen

DIN EN 10222­2

Rohre

Rohrleitungsteile – Definition und Auswahl von DN (Nennweite) DIN EN ISO 6708

Rohrleitungsteile – Definition und Auswahl von PN DIN EN 1333

Graphische Symbole für technische Zeichnungen; Rohrleitungen; Allgemeines DIN 2429­1

Nahtlose Stahlrohre für Druckbeanspruchungen – Teil 2: Rohre aus unlegierten und legierten Stählen DIN EN 10216­2

Geschweißte Stahlrohre für Druckbeanspruchungen – Teil 2: Elektrisch geschweißte Rohre aus unlegierten und legierten Stählen

DIN EN 10217­2

Nahtlose und geschweißte Stahlrohre – Allgemeine Tabellen für Maße und längenbezogene Masse DIN EN 10220

Metallische industrielle Rohrleitungen – Teil 2: Werkstoffe DIN EN 13480­2

Schweißen

Prüfung von Schweißern – Schmelzschweißen – Teil 1: Stähle DIN EN 287­1

Anforderung und Qualifizierung von Schweißverfahren für metallische Werkstoffe – Teil 1: Allgemeine Regeln für das Schmelzschweißen

DIN EN ISO 15607

Page 148: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

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Anhang 2 – Normen und Regelwerke

Alte und neue Werkstoffbezeichnungen

Werkstoff alte Bezeichnungalte Werkstoff- nummer

neue Bezeichnungalte Werkstoff- nummer

Grauguss GG­20 (DIN 1691) 0.6020 EN-GJL-200 (EN 1561) EN-JL1030

GG­25 (DIN 1691) 0.6025 EN-GJL-250 (EN 1561) EN-JL1040

Sphäroguss GGG 40 (DIN 1693) 0.7040 EN-GJS-400-15 (EN 1563) EN-JS1030

GGG 40.3 (DIN 1693) 0.7043 EN-GJS-18-LT (EN 1563) EN-JS1025

EN-GJS-18-ULT (EN 1563) EN-JS1049

Stahlguss GS­C25 (DIN 17245) 1.0619 GP240GH (EN 10213-1,2) 1.0619+N

GS­17CrMo5 5 (DIN 17245) 1.7357 GS-17CrMo5 5 (EN 10213-2) 1.7357

Temperguss GTS­35­10 (DIN 1692) 0.8135 EN-GJMB-350-10 (EN 1562) EN-JM1130

GTW­40 (DIN1692) 0.8040 EN-GJMW-400-5 EN-JM1030

Schmiedestahl C22.8 (DIN 17243) 1.0460 P250GH (EN 10222-2) 1.0460

Edelstähle X 20 CrNi 17 2 (DIN 17440) 1.4057 X 17 CrNi 16-2 (EN 10088-1) 1.4057

X 35 CrMo 17 (SEW 400) 1.4122.05 X 35 CrMo 17 (SEW 400) 1.4122.05

X 5 CrNi 18 10 (DIN 17440) 1.4301 X 5 CrNi 18-10 (EN 10088-1) 1.4301

X 10 CrNiS 18 9 (DIN 17440) 1.4305 X 8 CrNiS 18-9 (EN 10088-1) 1.4305

G­X 6 CrNi 18 9 (DIN 17145) 1.4308 G X 5 CrNi 19-10 (EN 10213-1) 1.4308

X 12 CrNi 17 7 (DIN 17224) 1.4310 X 10 CrNi 18-8 (EN 10270) 1.4310

X 5 CrNiMo 17 12 2 (DIN 17440) 1.4401 X 5 CrNiMo 17-12-2 (EN 10088-1) 1.4401

X 2 CrNiMo 17 12 2 (DIN 17440) 1.4404 X 2 CrNiMo 17-12-2 (EN 10088-1) 1.4404

G­X 6 CrNiMo 18 10 (DIN 17445) 1.4408 GX5CrNiMo 19-11-2 (EN 10213-4) 1.4408

X 2 CrNiMo 18­14­3 (DIN 17440) 1.4435 X 2 CrNiMo 18-14-3 (EN 100088-1) 1.4435

G­X2CrNiMoN17 13 5 (DIN 17445) 1.4439 G-X2CrNiMoN17 13 5 (VdTÜV WB 458) 1.4439

X2CrNiMoN17 13 5 (DIN 17441) 1.4439 X2CrNiMoN17-13-5 (EN 10088-1) 1.4439

X 6 CrNiTi 18 10 (DIN 17440) 1.4541 X6CrNiTi 18-10 (EN 10088-1) 1.4541

X 6 CrNiMoTi 17 12 2 (DIN 17440) 1.4571 X6CrNiMoTi 17-12-2 (EN 10088-1) 1.4571

G­X5CrNiMoNb 18 10 (DIN 17445) 1.4581 GX5CrNiMoN 19-11-2 (EN 10213-4) 1.4581

X 22 CrMoV 12 1 (DIN 1724) 1.4923 X22CrMoV12-1 (EN 10269) 1.4923

X20Cr13V (DIN 17440) 1.4021.05 X20Cr13+QT (EN 10088-1) 1.4021+QT

X12CrMoS17V (DIN 17440) 1.4104 X12CrMoS17+QT (EN10088-1) 1.4104+QT

X35CrMo17V (DIN 17440) 1.4122 39CrMo 17-1+QT 1.4122+QT

Baustahl St 37 (DIN 17100) 1.0037 S235JR (EN 10025) 1.0037

RST 37­2 1.0038 S235JRG2 1.0038

Page 149: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

148 | Spirax Sarco

Anhang 3 – Zeichnungssymbole

* aus der DIN 2429 abgeleitete Symbole ** kein DIN-Symbol

Pumpe

Behälter

Rohrleitung

Erweiterungsleitung

Wirkleitung

Impulsleitung

kreuzende Leitungen,ohne Verbindung

kreuzende Leitungen,verbunden

Leitungsabzweig

Dampfentnahmevon oben*

Ablauftrichter

Entlüftung in die Atmosphäre

Kondensatableiter

Entlüfter**

Schmutzfänger in Y-Form**

Schauglas

Vakuumbrecher

Schmutzfänger

Platten-Rückschlagventil inZwischenflanschausführung

Ventil (2-Wege-Ventil)

Dampftrockner*(Wasserabscheider)

Druckreduzierventil(Minderdruck rechts)

Wärmetauscher*,Primär- und Sekundärseitevoneinander getrennt

Wärmetauscher*,Primär- und Sekundärseitein Kontakt

A3 Zeichnungssymbole in Anlehnung an DIN 2429

Page 150: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 149

Anhang 3 – Zeichnungssymbole

M

Ventil, allgemein

Absperrventil, manuell

Absperrventil mit Kraftantrieb

Absperrschieber

Absperrklappe

Stellventil mit pneumatischemAntrieb (Membrane)

Stellventil mit pneumatischemAntrieb, Feder öffnend

Stellventil mit pneumatischemAntrieb, Feder schließend

Stellventil mit bidirektionalempneumatischem Antrieb

Absperrventil mit Handkurbel

Rückschlagarmaturallgemein

Membranarmaturallgemein

Absperrarmatur mitSicherheitsfunktion

Stellventil mit elektrischem Antrieb

Stellventil mitKolbenantrieb

Feder-betätigtesVentil

SicherheitsventilAustrittseite rechts

Page 151: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

150 | Spirax Sarco

Anhang 3 – Zeichnungssymbole

Grenze (z.B. zwischenzwei verschiedenen Werksto�en)

* aus der DIN 2429 abgeleitete Symbole ** kein DIN-Symbol

ge�anscht

geschraubt

Flanschpaar

Drosselscheibe

Rohrgleitlager auf Rollen*

Kondensatableiter

Ventil

geschraubt

mit Rohrleitung

mit Einsteckmu�e

mit Einsteckmu�e

mit Einsteckschweißmu�e

mit Einsteckschweißmu�e

geschweißt oder gelötet

Schauglas

geschweißt**

mit Rohrleitung

ge�anscht

Rohrhalterung

Rohrgleitlager*

Festpunkt*

Kompensatorallgemein

Wellrohrkompensator

Schiebemu�e

Lyrakompensator

Page 152: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 151

Anhang 3 – Zeichnungssymbole

Absperrventil

Allgemein

2-Wege-Ventil

Eckventil

Absperr-Eckventil

Eck-Kugelhahn

Absperrhahn allgemein

Eck-Absperrhahn

Rückschlagventil

Allgemein

Absperrkegelhahn

Eck-Absperrkegelhahn

Kugelhahn

4-Wege-Ventil

3-Wege-Ventil

Allgemein

3-Wege-Kugekhahn

3-Wege-Absperrhahn

Allgemein

4-Wege-Absperrventilgesperrter Durch�uss

4-Wege-Absperrventilfreier Durch�uss

4-Wege-Absperrventilfreier Durch�uss

3-Wege-Absperrkegelhahn

3-Wege-Absperrventil

Page 153: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

152 | Spirax Sarco

Anhang 4 – Rohre in Normwanddicke

Nen

nwei

te

Ro

hrg

ewin

de

Dur

chm

esse

r in

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Wan

dst

ärke

Dur

chm

esse

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end

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fluss

b

ei 1

m/s

Ro

hrg

ewic

ht

DN R Di d Da q I1 F1 Q1 G1

mm Zoll mm mm mm cm² 1/m m²/m m³/h kg/m

06 ¹⁄8 7 1,6 10,2 0,385 0,039 0,032 0,14 0,339

08 ¼ 9,9 1,8 13,5 0,77 0,077 0,042 0,28 0,519

10 3⁄8 13,6 1,8 17,2 1,45 0,145 0,054 0,52 0,684

15 ½ 17,3 2,0 21,3 2,35 0,235 0,067 0,85 0,952

20 ¾ 22,3 2,3 26,9 3,90 0,390 0,085 1,40 1,40

25 1 28,5 2,6 33,7 6,38 0,638 0,106 2,30 1,99

32 1¼ 37,2 2,6 42,4 10,88 1,088 0,133 3,92 2,55

40 1½ 43,1 2,6 48,3 14,59 1,459 0,152 5,25 2,93

50 2 54,5 2,9 60,3 23,31 2,331 0,19 8,4 4,11

65 2½ 70,3 2,9 76,1 38,80 3,88 0,26 13,95 5,24

80 3 82,5 3,2 88,9 53,5 5,35 0,28 19,3 6,76

100 4 107,1 3,6 114,3 90,1 9,01 0,36 32,4 9,83

125 5 131,7 4,0 139,7 136,0 13,60 0,44 49,0 13,4

150 159,3 4,5 168,3 199,3 19,93 0,53 71,8 18,2

200 206,5 6,3 219,1 334,9 33,79 0,69 122 33,1

250 260,4 6,3 273 532,9 53,25 0,86 192 41,4

300 309,7 7,1 323,9 753 75,3 1,02 271 55,5

350 339,6 8,0 355,6 906 90,6 1,12 326 68,6

400 388,8 8,8 406,4 1188 118,8 1,28 427 86,3

500 486 11 508 1855 185,5 1,60 668 135

A4 ISO-Rohre in Normwanddicke (nach DIN EN 10220)

Page 154: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 153

Anhang 5 – Flanschmaße

A5 Flanschmaße gemäß DIN EN 1092-1 ff.Flanschmaße gemäß DIN 2632 �

D

d1

d2 d4

k

s

f

b

h1

DN PN 16* PN 25 PN 4015 4 4 420 4 4 425 4 4 432 4 4 440 4 4 450 4 4 465 4 8 880 8 8 8

100 8 8 8125 8 8 8150 8 8 8

(175 ) 8 12 12200 12 12 12250 12 12 16300 12 16 16350 16 16 16400 16 16 16500 20 20 20

Anzahl Schrauben

Dicke der Flachdichtung:typisch 2 mm, andere Dicken sind möglich

* bis DN 150 auch PN 10

Ausgewählte Maße [mm]

4-Loch-Flansch

8-Loch-Flansch

15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500PN 16

D 95 105 115 140 150 165 185 200 220 250 285 340 405 460 520 580 715 d 21,3 26,9 33,7 42,2 48,3 60,3 76,1 88,9 114,3 139,7 168,3 219,1 273 323,9 355,6 406,4 508d 14

65

65

1475

75

1485

85

18100

100

110

110

125

125

145

145

160

160

180

190

210

220

240

250

295

310320

355

370385

410

430450

470

490510

18 18 18 18 18 18 22 22 26 26 26 30525

550585

33650

660670

sk

k

2 2,3 2,6 2,6 2,6 2,9 2,9 3,2 3,6 4 4,5 5,9 6,3 7,1 8 8 8b 14 16 16 16 16 18 18 20 20 22 22 24 26 28 30 32 34 h 35 38 38 40 42 45 45 50 52 55 55 62 70 78 82 85 90f 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 PN 25, 40 PN 25

PN40D 95 105 115 140 150 165 185 200 235 270 300 375

360 425450

485 515

555580

620 660

730 755

d 21,3 26,9 33,7 42,4 48,3 60,3 76,1 88,9 114,3 139,7 168,3 219,1 273 323,9 355,6 406,4 508d

214 14 14 18 18 18 18 18 22 26 26 26

30 30 33

30 33

33 36

36 39

36 42

s 2 2,3 2,6 2,6 2,6 2,9 2,9 3,2 3,6 4 4,5 6,3 7,1 8 8 8,8

8,8 11

10 14,2

b 16 18 18 18 18 20 22 24 24 26 28 30 34

32 38

34 42

38 46

40 50

44 52

h1

38 40 40 42 45 48 52 58 65 68 75 80 88

88 105

92 115

100125

110 125 135 140

f 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4

1

2

1

1

3

3

Page 155: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

154 | Spirax Sarco

Anhang 6 – Kondensatableiter

Typ auswählen

1. Höchste Temperatur vor dem Ableiter ermitteln2.MaximalenDruckermitteln3.ArtdesEinsatzes/Anwendung;evtl.EinflüssewieKorro-

sion, Schmutzanfall, Hygienevorschriften etc. beachten

Ableiter dimensionieren

1. MaximalerundminimalerDruckvordemAbleiter2.MaximalerundminimalerDrucknachdemAbleiter3.MinimalstenDifferenzdruckberechnen BeitemperaturgeregeltenAnlagen: kleinsterDifferenzdruck= halber Vordruck – höchster Gegendruck

4. Ableiternennweite nach Gerätediagramm bestimmen

Der Ableiter muss bei geringstem Differenzdruck das anfal-lende Kondensat abführen können.FürdieInbetriebnahme(Lastspitzen)musseinZuschlagbe-rücksichtigt werden.Den Ableiter richtig dimensionieren, auch „zu groß“ ist nicht zu empfehlen.

A6 Auswahl und Merkmale von Kondensatableitern

Merkmal The

rmo

dyn

amis

cher

K

ond

ensa

tab

leit

er

The

rmis

cher

Kap

sel-

Ko

nden

sata

ble

iter

The

rmis

cher

Bim

etal

l-K

ond

ensa

tab

leit

er

Kug

elsc

hwim

mer

-K

ond

ensa

tab

leit

er

Glo

cken

schw

imm

er-

Ko

nden

sata

ble

iter

Anpassung an Druckschwankung 1 1 3 1 1

Anpassung an Lastschwankung 1 1 2 1 1

Entlüftung 3 1 1 1 3

Beständigkeit gegen Wasserschlag 1 2 2 4 3

Funktion bei Erschütterung 1 2 2 4 4

Einfriersicherheit 1 1 1 3 3

Schmutzempfindlichkeit 1 1 2 2 1

Hoher oder schwankender Gegendruck 1 1 3 1 1

Kondensatanstau (Unterkühlung) nein ja ja nein nein

Unverzügliche Kondensatableitung 1 2 3 1 1

Art der Ableitung u s/u s/u s s/u

Einbaulage b b b v v

Kompaktheit 1 2 2 2/3 2/3

u unterbrochens stetig b beliebig(evtl.anlagenbedingteGrenzen)v vorgeschrieben

1 sehr günstig2 günstig3 mäßig4 ungünstig

Page 156: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 155

Page 157: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

156 | Spirax Sarco

Anhang 7a – Datenblätter

2.16 Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

©

TIS P005-01 D01.04

Thermischer Kapsel-Kondensatableiter BPC32CV und BPC32YCVSchmiedestahl, PN 40, Rp ½"…Rp 1", DN 15…25

BeschreibungThermischer Kapsel-Kondensatableiter und Entlüfter für Dampf. Kapsel-Kondensatableiter passen sich den wechselnden Betriebsbedingungen sofort an und führen Kondensat im gesamten Einsatzbereich mit gleichbleibender Unterkühlung ab. Die Entlüftung des Dampfraumes erfolgt automatisch. Das selbstzentrierende Kugelventil sichert dich-ten Abschluss.

KapselfüllungenDie Standardausführung beinhaltet Kapseln mit der Füllung „STD“. Das Kondensat wird mit einer Unterkühlung von ca. 12 K unter der jeweiligen Sattdampftemperatur abgeleitet.Für spezielle Anwendungsfälle stehen Kapseln mit der Sonderfüllung „NTS“ mit ca. 6 K Unterkühlung oder „SUB“ mit ca. 24 K Unterkühlung zu Verfügung.

AusführungenTyp BPC32CV ist mit einem Schutzsieb und integrierter Rückschlag-sicherung ausgerüstet.Typ BPC32YCV beinhaltet einen vollwertigen Y-Schmutzfänger und integrierte Rückschlagsicherung.

Anschlüsse, BaulängenRp ½"…1" zylindrisches Innengewinde (Rp) nach DIN 2999.DN 15…25 Flansche nach DIN 2501, Dichtfläche nach DIN EN 1092-1, Form B1, Baulängen DIN EN 26554, Reihe 1½"…1" Anschweißenden nach DIN EN 12627.Andere Anschlüsse auf Anfrage

Einsatzgrenzen

Nenndruckstufe PN 40Auslegungsdruck für die Festigkeitsprüfung 75 barmax. zul. Betriebsüberdruck 32 bar bei 300 °Cmax. zul. Betriebstemperatur 300 °C bei 32 bar

Werkstoffe

Nr. Bauteil Werkstoff1 Kappe Schmiedestahl C 22.8 (P250GH)2 Kapsel Edelstahl 1.4404/1.45413 Ventilsitz Edelstahl 1.40575 Schutzsieb Edelstahl 1.43015a Schmutzsieb Edelstahl 1.43017 Gehäusedichtung Graphit edelstahlverstärkt8 Gehäuse Schmiedestahl C 22.8 (P250G)9 Schrauben (M10x 30) Edelstahl A2-7010 Siebhaltestopfen Schmiedestahl C 22.8 (P250G)11 Dichtung Edelstahl 1.430117 Feder Edelstahl 1.431918 Distanzplatte Edelstahl 1.4301

Abmessungen (mm), Gewichte (kg)BPC32CV

Größe Maße (mm) Gewicht in kgRp DN A A1 B C D E Rp/BWE DN½" 15 95 150 94 64 17 37 1,4 2,9¾" 20 95 150 94 64 19 37 1,4 3,51" 25 95 160 94 64 23 37 1,5 4,1

Page 158: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 157

Anhang 7a – Datenblätter

©

Thermischer Kapsel-Kondensatableiter BPC32CV und BPC32YCV TIS P005-01 D

2.17Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

BPC32YCV

Größe Maße (mm) Gewicht in kgRp DN A A1 B C E F G Rp/BWE DN½" 15 95 150 94 64 37 53 28 1,6 3,1¾" 20 95 150 94 64 37 54 28 1,6 3,71" 25 95 160 94 64 37 56 28 1,8 4,4

EinbauVorzugsweise in waagrechte Rohrleitungen mit Kappe nach oben und Durchflusspfeil in Fließrichtung zeigend. Andere Einbaulagen sind möglich, jedoch kann hierdurch die Unterkühlung unter Sattdampf-temperatur geringer werden.HINWEIS: Die Kapsel kann beim Einschweißen des Ableiters in die Leitung im Ableiter verbleiben, sofern ein Lichtbogenschweißverfah-ren gewählt wird.

ErsatzteileDie erhältlichen Ersatzteile sind voll ausgezeichnet. Gestrichelt gezeichnete Teile werden nicht als Ersatzteile geliefert.

ErsatzteileKapselelementsatz „STD“ (12 K)* 2,3,17,18Kapselelementsatz „NTS“ (6 K) 2,3,17,18Kapselelementsatz „SUB“ (24 K) 2,3,17,18Schutzsieb für BPC32CV (Satz à 3 Stück) 5Schmutzsieb und Dichtung für BPC32YCV ( je 1 Stück) 5a, 11Satz Gehäusedichtung (Satz à 3 Stück) 7Satz Dichtung für Siebhaltestropfen (Satz à 3 Stück) 11

*StandardausführungBei der Bestellung von Ersatzteilen, bitte genaue Teilebezeichnung, Typ und Größe der Geräte angeben.

WartungVor Beginn jeder Wartungsarbeit darauf achten, dass Zu- und Abfluss abgesperrt sind und das Gerät drucklos und abgekühlt ist. Das Gehäu-se kann während der Wartungsarbeiten in der Leitung bleiben. Stets kompletten Kapselelementsatz ersetzen, alle Dichtflächen sorgfältig säubern und beim Zusammenbau nur neue Dichtungen verwenden.Achtung: Die Gehäusedichtung ist durch eine Edelstahl Spieß-blecheinlage verstärkt, welche bei unsachgemäßer Handhabung oder Entsorgung zu Verletzungen führen kann.

Austausch KapselelementsatzGehäuseschrauben (9) lösen und Deckel (1) und Feder (17) vom Ge-häuse (8) entfernen.Kapsel (2) und Distanzplatte (18) entfernen.Den jetzt freiliegenden Ventilsitz (3) aus dem Gehäuse (8) heraus-schrauben.Schutzsieb (5) reinigen oder ersetzten (nur bei BPC32CV)Neuen Ventilsitz (3) unter der Einhaltung des angegebenen Anzugmo-mentes (125 Nm) einschrauben.Gehäusedichtung (7) erneuern und Distanzplatte (18) zentrisch auf Ventilsitz (3) auflegen.Kapsel (2) und Feder (17) auf Distanzplatte (18) legen und Deckel (1) mit Hilfe der Gehäuseschrauben (9) montieren. Das Anzugsmoment (27 Nm) ist zu beachten.Achtung: Gehäuseschrauben (9) gleichmäßig und kreuzweise an-ziehen, bis Anzugsmoment erreicht ist.

Austausch oder Reinigung Schmutzsieb (nur bei BPC32YCV)Siebhaltestopfen (10) lösen und Schmutzsieb (5a) entnehmen. Schmutzsieb (5a) je nach Erfordernis reinigen oder ersetzen. Schmutz-sieb (5a) zentriert unter Verwendung einer neuen Dichtung (11) mit den Siebhaltestopfen (10) montieren.Siebhaltestopfen (10) unter Verwendung von Montage-Paste mit dem angegebenen Anzugsmoment (135 Nm) anziehen.

Austausch oder Reinigung Schutzsieb (nur bei BPC32CV)Siehe Austausch Kapselelementsatz

Schlüsselweiten und Anziehmomente

Nr. Bauteil Schlüssel-weite

Schrauben-größe

Anzieh-moment

3 Ventilsitz SW 24 125 Nm9 Gehäuseschrauben SW 17 M10 x 30 27 Nm10 Siebhaltestopfen SW 27 135 Nm

Einstufung nach Druckgeräterichtlinie 97/23/EG

Anwendung: nur für Wasserdampf, dessen Kondensat und Inertgase (Fluide der Gruppe 2).

Kategorie: Art. 3, Abs. 3, GIP (gute Ingenieurpraxis).CE-Kennzeichnung: nicht zulässig.

Durchsatzleistung

Page 159: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

158 | Spirax Sarco

Anhang 7b – Datenblätter

2.36 Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

©

TIS P076-10 D01.04

Bimetall-Kondensatableiter SMC32 und SMC32YSchmiedestahl, PN 40, Rp ½"…Rp 1", DN 15…25

BeschreibungThermischer Bimetall-Kondensatableiter in robuster Bauweise für Dampf. Passt sich der Sattdampfkurve im gesamten Arbeitsbereich an, entlüftet automatisch und führt Kondensat mit einer Unterkühlung von ca. 25 K ab (bei Werkeinstellung). Bimetall-Kondensatableiter sind unempfindlich gegen Wasserschlag, Frost und Überhitzung. Das Ven-til wirkt gleichzeitig als Rückschlagventil.

AusführungenTyp SMC32 ist mit einem Schutzsieb ausgerüstet.Typ SMC32Y beinhaltet einen vollwertigen Y-Schmutzfänger.

Anschlüsse, BaulängenRp ½"…1" zylindrisches Innengewinde (Rp) nach DIN 2999DN 15…25 Flansche nach DIN 2501, Dichtfläche nach DIN EN 1092-1, Form B1, Baulängen DIN EN 26554, Reihe 1½"…1" Anschweißenden nach DIN EN 12627Andere Anschlüsse auf Anfrage.

Einsatzgrenzen

Nenndruckstufe PN 40Auslegungsdruck für die Festigkeitsprüfung 75 barmax. zul. Betriebsüberdruck 32 bar bei 350 °Cmax. zul. Betriebstemperatur 350 °C bei 32 bar

Werkstoffe

Nr. Bauteil Werkstoff1 Kappe Schmiedestahl C 22.8 (P250GH)2 Thermostatisches korrosionsbeständiges Rau H46

Element Bimetall und Edelstahl3 Ventilsitz Edelstahl 1.40574 Justierschraube Edelstahl 1.69005 Schutzsieb Edelstahl 1.43015a Schmutzsieb Edelstahl 1.43016 Ventil Edelstahl 1.40577 Gehäusedichtung Graphit edelstahlverstärkt8 Gehäuse Schmiedestahl C 22.8 (P250G)9 Schrauben (M10x 30) Edelstahl A2-7010 Siebhaltestopfen Schmiedestahl C 22.8 (P250G)11 Dichtung Edelstahl 1.4301

Abmessungen (mm), Gewichte (kg)

SMC32Größe Maße (mm) Gewicht in kgRp DN A A1 B C D E Rp/BWE DNSMC32½" 15 95 150 94 92 17 51 1,7 3,1¾" 20 95 150 94 92 19 51 1,7 3,71" 25 95 160 94 92 23 51 1,8 4,4

SMC32YGröße Maße (mm) Gewicht in kgRp DN A A1 B C E F G Rp/BWE DN½" 15 95 150 94 92 51 53 28 1,9 3,3¾" 20 95 150 94 92 51 54 28 1,9 4,01" 25 95 160 94 92 51 56 28 2,0 4,7

EinbauVorzugsweise in waagrechte Rohrleitungen mit Kappe nach oben und Durchflusspfeil in Fließrichtung zeigend. Andere Einbaulagen sind möglich, jedoch kann hierdurch die Unterkühlung unter Sattdampf-temperatur geringer werden.HINWEIS: Das Bimetallelement kann beim Einschweißen des Ableiters in die Leitung im Ableiter verbleiben, sofern ein Lichtbogenschweiß-verfahren gewählt wird.

Page 160: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 159

Anhang 7b – Datenblätter

©Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

Bimetall-Kondensatableiter SMC32 und SMC32Y TIS P076-10 D

2.37

ErsatzteileDie erhältlichen Ersatzteile sind voll ausgezeichnet. Gestrichelt gezeichnete Teile werden nicht als Ersatzteile geliefert.

ErsatzteilElementsatz 2,3,4,6Schutzsieb für SMC32 (Satz à 3 Stück) 5Schmutzsieb und Dichtung für SMC32Y ( je 1 Stück) 5a, 11Satz Gehäusedichtung (Satz à 3 Stück) 7Satz Dichtung für Siebhaltestropfen (Satz à 3 Stück) 11

Bei der Bestellung von Ersatzteilen, bitte genaue Teilebezeichnung, Typ und Größe der Geräte angeben.

WartungVor Beginn jeder Wartungsarbeit darauf achten, dass Zu- und Abfluss abgesperrt sind und das Gerät drucklos und abgekühlt ist. Das Ge-häuse kann während der Wartungsarbeiten in der Leitung bleiben. Stets kompletten Elelement-Satz ersetzen, alle Dichtflächen sorgfältig säubern und beim Zusammenbau nur neue Dichtungen verwenden.Achtung: Die Gehäusedichtung ist durch eine Edelstahl Spieß-blecheinlage verstärkt, welche bei unsachgemäßer Handhabung oder Entsorgung zu Verletzungen führen kann.Achtung: Bei der Wartung darf keinesfalls die Justierschraube (4) verstellt werden, da hierdurch die Werkeinstellung der Unterküh-lung verändert wird.

Austausch Element-SatzGehäuseschrauben (9) lösen und Deckel (1) vom Gehäuse (8) entfer-nen.Komplettes Element (2) durch Lösen des Ventilsitzes (3) entfernen.Schutzsieb (5) reinigen oder ersetzen (nur bei SMC32)Komplettes Element (2) ersetzen und Ventilsitz (3) unter der Einhaltung des angegebenen Anzugmomentes (125 Nm) einschrauben.Gehäusedichtung (7) erneuern und Deckel (1) mit Hilfe der Gehäuse-schrauben (9) montieren. Das Anzugsmoment (27 Nm) ist zu beach-ten.Hinweis: Gehäuseschrauben (9) gleichmäßig und kreuzweise an-ziehen, bis Anzugsmoment erreicht ist.

Austausch oder Reinigung Schmutzsieb (nur bei SMC32Y)Siebhaltestopfen (10) lösen und Schmutzsieb (5a) entnehmen. Schmutzsieb (5a) je nach Erfordernis reinigen oder ersetzen. Schmutz-sieb (5a) zentriert unter Verwendung einer neuen Dichtung (11) mit den Siebhaltestopfen (10) montieren.Siebhaltestopfen (10) unter Verwendung von Montage-Paste mit dem angegebenen Anzugsmoment (135 Nm) anziehen.

Austausch oder Reinigung Schutzsieb (nur bei SMC32)Siehe Austausch Element Satz

Schlüsselweiten und Anziehmomente

Nr. Bauteil Schlüssel-weite

Schrauben-größe

Anzieh-moment

3 Ventilsitz SW 24 125 Nm9 Gehäuseschrauben SW 17 M10 x 30 27 Nm10 Siebhaltestopfen SW 27 135 Nm

Einstufung nach Druckgeräterichtlinie 97/23/EGAnwendung: nur für Wasserdampf, dessen Kondensat und

Inertgase Fluide der Gruppe 2).Kategorie: Art. 3, Abs. 3, GIP (gute Ingenieurpraxis).CE-Kennzeichnung: nicht zulässig.

Durchsatzleistung

Page 161: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

160 | Spirax Sarco

Anhang 7c – Datenblätter

1.8 Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

©

TIS 2.506 D10.01

Thermodynamischer Kondensatableiter Serie TD 32 FStahl/Edelstahl, PN 40, DN 15 … DN 25

BeschreibungTD passen sich den Betriebsbedingungen automatisch an und lei-ten das Kondensat mit sehr geringer Unterkühlung ab. Die robuste Ventilkonstruktion gewährleistet dichten Dampfabschluss und wirkt gleichzeitig als Rückschlagventil. Ein vollwertiger Y-Schmutzfänger ist integriert. Die Ausführungen „A“ sind mit einem speziellen Ventilteller für erhöhte Anfahrentlüftung ausgerüstet. Die Ausführungen „ALC“ mit reduzierter Leistung eignen sich besonders zur Entlüftung und Ent-wässerung von Dampfleitungen.

Ausführungen, Größen

Typ Ausführung GrößeTD 32 F Standardausführung DN 15 … 25TD 32 FA mit Ventilteller „A“ DN 15TD 32 FALC mit Ventilteller „A“ und red. Leistung DN 15 … 25

Anschlüsse, BaulängenFlanschanschlussmaße DIN 2501, PN 40; Dichtflächen DIN 2526 Form C, Baulänge DIN-EN 26 554, Reihe 1

Einsatzgrenzen

Nenndruckstufe: PN 40Prüfüberdruck für die Festigkeitsprüfung: 60 barniedrigster Arbeitsüberdruck: 1 barhöchster Arbeitsüberdruck PMO: 32 barhöchster Gegendruck PMOB: 80% des Vordruckes*höchste Arbeitstemperatur TMO (TD 32 F): 400°Chöchste Arbeitstemperatur TMO (TD 32 FA & ALC):

255°C

Gehäuse max. Auslegungsdruck PMA bei Temperatur TMATMA in °C: 20 120 200 250 300 400PMA in bar: 40 40 35 32 28 21

*Der sich unmittelbar hinter dem Kondensatableiter einstellende Ge-gendruck hängt von der Einbausituation ab. Wir empfehlen deshalb Rücksprache zu halten, wenn geplant ist, kondensatseitig mehr als 50% Gegendruck zu fahren.

Werkstoffe

Nr. Bauteil Werkstoff1 Gehäuse Edelstahl 1.40272 Kappe Edelstahl 1.40053 Ventilteller

Ventilteller „A“EdelstahlEdelstahl & Bimetall

1.40271.4027

4 Schmutzsieb Edelstahl 1.43015 Siebhaltestopfen Edelstahl 1.40056 Dichtung Edelstahl 1.43017 Isolierhaube (Zubehör) Aluminium siehe Rückseite8 Flansche Stahl C 22.8

Abmessungen (mm), Gewichte (kg)

Größe Maße in mm GewichtDN A B C D E F G H in kg15 150 55 41 40 80 57 38 55 2,420 150 60 47 40 95 57 38 61 3,125 160 65 53 40 100 – – – 4,2

ZubehörIsolierkappe zum Schutz des Ableiters vor Wärmeverlusten beim Ein-satz im Freien (nicht für DN 25).

Page 162: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 161

Anhang 7c – Datenblätter

©

Thermodynamischer Kondensatableiter Serie TD 32 F TIS 2.506 D

Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

1.9

EinbauVorzugsweise in horizontale Rohrleitung mit Kappe nach oben und Durchflusspfeil in Fließrichtung zeigend. Andere Einbaulagen sind möglich, können sich jedoch ungünstig auf die Standzeit der Ableiter auswirken.

ErsatzteileDie erhältlichen Ersatzteile sind voll ausgezeichnet. Gestrichelt ge-zeichnete Teile werden nicht als Ersatzteil geliefert.

Ersatzteil Nr.Satz (= 3 Stck.) Ventilteller 3Ventilteller „A“ (1 Stck. für erhöhte Anfahrentlüftung) 3Schmutzsieb mit Dichtung 4, 6Satz (= 3 Stck.) Dichtungen 6Isolierkappe (nicht für DN 25) 7

Bei der Bestellung von Ersatzteilen bitte genaue Teilebezeichnung, Typ und Größe des Gerätes angeben.

WartungVor Beginn jeder Wartungsarbeit darauf achten, dass Zu- und Abfluss abgesperrt sind und das Gerät drucklos und abgekühlt ist. Stets alle Dichtflächen sorgfältig säubern und nur neue Dichtungen verwenden.Kappe mit einem Schraubenschlüssel lösen.Neuen Ventilteller mit der Rille zum Sitz zeigend einlegen. Ist der Ven-tilsitz nur leicht verschlissen, kann er durch einfaches Läppen wieder plangeschliffen werden. Ist der Sitz stärker verschlissen, muss er zu-nächst plangeschliffen und anschließend geläppt werden, wobei der Materialabtrag 0,25 mm nicht überschreiten sollte.Das Kappengewinde leicht mit einem Hochtemperatur-Schmiermittel einreiben und Kappe anziehen.Der Schmutzfänger sollte periodisch auf Verschmutzung hin geprüft werden. Siebhaltestopfen mittels Schraubenschlüssel lösen, Sieb herausnehmen und reinigen oder ersetzen. Dichtung durch neue er-setzen, Gewinde des Siebhaltestopfens leicht mit Hochtemperatur-Schmiermittel einreiben und Stopfen anziehen.

Schlüsselweiten und Anziehmomente

Teil Benennung Größe Schlüsselweite Anziehmoment2 Kappe DN 15 LC

DN 15DN 20DN 25

SW 36SW 41SW 41SW 55

150 Nm200 Nm200 Nm275 Nm

5 Stopfen alle DN SW 32 190 Nm

Einstufung nach Druckgeräterichtlinie 97/23/EG

Anwendung: nur für Wasserdampf, dessen Kondensat und Inertgase (Fluide der Gruppe 2).

Kategorie: Art. 3, Abs. 3, GIP (gute Ingenieurpraxis).CE-Kennzeichnung: nicht zulässig.

Page 163: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

162 | Spirax Sarco

Anhang 7d – Datenblätter

TIS P603-02 D

Kugelschwimmer-Kondensatableiter FT 57Sphäroguss, PN 40, DN 15 ... DN 50

Kondensatableiter mit automatischem Entlüfter für Dampf. Auf Wunschzusätzlich mit einstellbarem Nadelventil als Bypass. UnverzüglicheKondensatableitung ohne Unterkühlung, selbst bei schnellen Druck- undLastschwankungen. Besonders geeignet bei niedrigen Differenzdrücken,großen Durchflussmengen sowie in temperaturgeregelten Anlagen.

BESCHREIBUNG

ANSCHLÜSSE, BAULÄNGEN

Flansche EN 1092-2 / PN 40 / 21 / B. Baulängen EN 26 554 Reihe Nr. 1. AufWunsch im Deckel Gewindebohrung Rp ¥ für Ablassventil und/oderDruckausgleichsleitung.

WERKSTOFFE

Nr. Bauteil Werkstoff1.......... Gehäuse................................ .....................Sphäroguss............ GGG 40.32.......... Deckel................................ ........................ Sphäroguss............ GGG 40.33.......... Deckeldichtung................................ ...........Graphit...................... verstärkt4.......... Schrauben.................FT 57 H....................Stahl.......................24 CrMo 5

Gewindebolzen......... FT 57 V.................... Stahl.......................24 CrMo 5Sechskantmuttern..... FT 57 V.................... Stahl.............................. Ck 35

5.......... Ventilsitz....................DN 15...25............... Edelstahl...................... 1.40576.......... Ventil......................... DN 15...25............... Edelstahl...................... 1.41257.......... Ventilsitz....................DN 40...50............... Edelstahl...................... 1.40578.......... Ventil......................... DN 40...50............... Edelstahl...................... 1.40579.......... Ventildichtung............DN 40...50............... Graphit...................... verstärkt10........ Schwimmer................DN 15...25............... Edelstahl...................... 1.4301

mit Hebel11........ Schwimmer................DN 40...50............... Edelstahl...................... 1.4301

restliche Innenteile................................ ..... Edelstahl........1.4057...1.4571

ABMESSUNGEN (mm), GEWICHTE (kg)

FT 54 H (horizontal)Größe Maße in mm GewichtDN A B C D E in kg15................ 150............... 48............. 126............. 151............. 119.................. 7,520................ 150............... 53............. 126............. 151............. 119.................. 8,025................ 160............... 58............. 126............. 151............. 119.................. 8,540................ 230............... 76............. 192............. 208............. 168................ 27,050................ 230............... 83............. 192............. 208............. 168................ 28,0

FT 54 V (vertikal)Größe Maße in mm GewichtDN A B D E F G in kg15................ 150............ 48.......... 214.......... 119............ 96.......... 175.............. 7,520................ 150............ 53.......... 214.......... 119.......... 106.......... 175.............. 8,025................ 160............ 58.......... 221.......... 119.......... 116.......... 175.............. 8,540................ 230............ 76.......... 312.......... 168.......... 151.......... 255............ 29,050................ 230............ 83.......... 312.......... 168.......... 166.......... 255............ 30,0

EINSATZBEREICHE

Nenndruckstufe:................................ ................................ ............................. PN 40Prüfüberdruck für Festigkeitsprüfungen PTMX:............................... Gehäuse 60 barmax. Prüfüberdruck mit eingebauten Funktionsteilen:................................ .... 48 barmax. Arbeitstemperatur TMO:................................ ................................ ........300°C

max. Differenzdrücke -PMX und max. Betriebsüberdrücke PMO:Typ....................... FT 57-4......... FT 57-8....... FT 57-12....... FT 57-20....... FT 57-32DN 15 ... 25:...........4,0 bar.......... 8,0 bar........... 12 bar........... 20 bar........... 32 barTyp.................... FT 57-4,5................... –....... FT 57-10................... –....... FT 57-28DN 40, 50:.............. 4,5 bar................... –........... 10 bar................... –........... 28 bar

Gehäuse: max. Auslegungsdruck PMA bei Temperatur TMATMA in °C:............ 20......... 100......... 150......... 200......... 250......... 300......... 350PMA in bar:........... 40........... 40........... 37........... 33........... 32........... 28........... 25

AUSFÜHRUNGEN

Typ Einbaulage AusrüstungFT 57 H-...TV......................... horizontal*................................ ..mit autom. EntlüfterFT 57 V-...TV.......................... vertikal*................................ ......mit autom. EntlüfterFT 57 H-...C........................... horizontal*.............. mit autom. Entlüfter und BypassFT 57 V-...C............................ vertikal*.................. mit autom. Entlüfter und Bypass*Durchflussrichtung................. horizontal:................................ von rechts nach links

vertikal:................................ .... von oben nach unten

Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültigeVorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.09.00© SPIRAX SARCO3.26

3.20 Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

©

TIS P603-02 D07.03

Kugelschwimmer-Kondensatableiter FT 57Sphäroguss, PN 40, DN 15 … DN 50

BeschreibungKondensatableiter mit automatischem Entlüfter für Dampf. Auf Wunsch zusätzlich mit einstellbarem Nadelventil als Bypass. Unver-zügliche Kondensatableitung ohne Unterkühlung, selbst bei schnellen Druck- und Lastschwankungen. Besonders geeignet bei niedrigen Differenzdrücken, großen Durchflussmengen sowie in temperaturge-regelten Anlagen.

Anschlüsse, BaulängenFlansche EN 1092-2 / PN 40 / 21 / B. Baulängen EN 26 554 Reihe Nr. 1. Auf Wunsch im Deckel Gewindebohrung Rp 3⁄8 für Ablassventil und/oder Druckausgleichsleitung.

Ausführungen

Typ Einbaulage AusrüstungFT 57 H-…TV horizontal* mit autom. EntlüfterFT 57 V-…TV vertikal* mit autom. EntlüfterFT 57 H-…C horizontal* mit autom. Entlüfter und BypassFT 57 V-…C vertikal* mit autom. Entlüfter und Bypass*Durchflussrichtung horizontal:

vertikal:von rechts nach linksvon oben nach unten

Einsatzbereiche

Nenndruckstufe: PN 40Prüfüberdruck für Festigkeitsprüfungen PTMX: Gehäuse

60 barmax. Prüfüberdruck mit eingebauten Funktionsteilen: 48 barmax. Arbeitstemperatur TMO: 300°C

max. Differenzdrücke PMX und max. Betriebsüberdrücke PMO:

Typ FT 57-4 FT 57-8 FT 57-12 FT 57-20 FT 57-32DN 15 … 25: 4,0 bar 8,0 bar 12 bar 20 bar 32 barTyp FT 57-4,5 – FT 57-10 – FT 57-28DN 40, 50: 4,5 bar – 10 bar – 28 bar

Gehäuse: max. Auslegungsdruck PMA bei Temperatur TMA:

TMA in °C: 20 100 150 200 250 300 350PMA in bar: 40 40 37 33 32 28 25

Werkstoffe

Nr. Bauteil Werkstoff1 Gehäuse Sphäroguss EN-JS10492 Deckel Sphäroguss EN-JS10493 Deckeldichtung Graphit verstärkt4 Schrauben

GewindebolzenSechskantmuttern

FT 57 HFT 57 VFT 57 V

StahlStahlStahl

24 CrMo 524 CrMo 5Ck 35

5 Ventilsitz DN 15…25 Edelstahl 1.40576 Ventil DN 15…25 Edelstahl 1.41257 Ventilsitz DN 40…50 Edelstahl 1.40578 Ventil DN 40…50 Edelstahl 1.40579 Ventildichtung DN 40…50 Graphit verstärkt10 Schwimmer

mit HebelDN 15…25 Edelstahl 1.4301

11 Schwimmer DN 40…50 Edelstahl 1.4301restliche Innenteile Edelstahl 1.4057…1.4571

Page 164: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 163

Anhang 7d – Datenblätter

©

Kugelschwimmer-Kondensatableiter FT 57 TIS P603-02 D

3.21Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

EinbauDer Kondensatableiter muss so in horizontale (FT 57 H) bzw. vertikale (FT 57 V) Rohrleitungen eingebaut werden, dass sich der Schwimmer durch das Kondensatniveau im Gehäuse in senkrechter Richtung he-ben und senken lässt.Der eingegossene Pfeil auf dem Gehäuse zeigt die vorgeschriebene Durchflussrichtung an. Der Pfeil muss unbedingt in Fließrichtung zei-gen! Für Kugelschwimmer-Kondensatableiter besteht bei Minustem-peraturen unter Umständen Einfrier- und Zerfriergefahr. Bei Frost-gefahr müssen sie deshalb je nach Bedarf entwässert, wärmeisoliert oder beheizt werden.

DurchsatzleistungDie im Diagramm gezeigten Durchsatzleistungen beziehen sich auf Heißkondensat bei Sattdampftemperatur (Siedekondensat) für den Dauerbe-trieb. Während des Anfahrvorganges fällt unterkühltes Kondensat an, so dass der automatische Entlüfter geöffnet ist und somit für den Anfahrzu-stand zusätzliche Durchsatzkapazität wie folgt zur Verfügung steht:

Zusätzlicher Durchsatz in kg/h während des Anfahrvorganges

∆p in bar 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 4,5 8,0 10,0 12,0 16,0 20,0 28,0 32,0Durchsatz kg/h 460 680 900 1080 1250 1300 1700 1900 2000 2250 2550 2900 3000

Abmessungen (mm), Gewichte (kg)FT 57 H (horizontal)

Größe Maße in mm GewichtDN A B C D E in kg15 150 48 126 151 119 7,520 150 53 126 151 119 8,025 160 58 126 151 119 8,540 230 76 192 208 168 27,050 230 83 192 208 168 28,0

FT 57 V (vertikal)

Größe Maße in mm GewichtDN A B D E F G in kg15 150 48 214 119 96 175 7,520 150 53 214 119 106 175 8,025 160 58 221 119 116 175 8,540 230 76 312 168 151 255 29,050 230 83 312 168 166 255 30,0

Durchsatzdiagramme

Page 165: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

164 | Spirax Sarco

Anhang 7d – Datenblätter

3.22 Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

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TIS P603-02 D Kugelschwimmer-Kondensatableiter FT 57

Bedienung der Ausführung mit BypassDie Ausführung FT 57…C ist mit einem verstellbaren Nadelventil als Bypass und einer Stopfbuchse aus Graphit ausgestattet. Durch Dre-hung des Nadelventils mit einem Schraubendreher im Uhrzeigersinn wird das Nadelventil geschlossen. Bei eventuellen Undichtigkeiten der Stopfbuchse kann durch sofortiges, vorsichtiges Nachziehen der kleinen Stopfbuchsmutter auf der Stirnseite des Bypasses eine Ab-dichtung erfolgen.

EntsorgungDas Produkt ist recycelbar. Die fachgerechte Entsorgung ist ökolo-gisch unbedenklich. Vor Rücksendung an SPIRAX SARCO zur Entsor-gung oder Reparatur müssen die Produkte gereinigt werden.

ErsatzteileDie erhältlichen Ersatzteile sind voll ausgezeichnet. Gestrichelt ge-zeichnete Teile werden nicht als Ersatzteil geliefert.

Ersatzteil DN Teil-Nr.Hauptventil-Satz mit Schwimmer 15…25 5, 6, 10, 12, 13, 14, 15Hauptventil-Satz mit Deflektor 40…50 7, 8, 9, 16Schwimmer 40…50 11Entlüfter-Satz (nur für FT 57 …-… TV) 17, 18Entlüfter- und Bypass-Satz(nur für FT 57 H- … C)

17, 18, 19, 20, 21, 22, 23

3 komplette Sätze aller dichtungen 3, 9, 18, 20

Bei der Bestellung von Ersatzteilen bitte genaue Teilebezeichnung, Typ und Größe des Gerätes angeben. Stets angeben, ob es sich um die horizontale oder vertikale Version handelt.

Wartung(Gefahrenhinweise siehe Rückseite!)Vor Beginn jeder Wartungsarbeit darauf achten, dass Zu- und Abfluss abgesperrt sind und das Gerät drucklos und abgekühlt ist. Das Ge-häuse kann während der Wartungsarbeiten in der Leitung bleiben.Stets alle Dichtflächen sorgfältig säubern und beim Zusammenbau nur neue Dichtungen verwenden.

Austausch Hauptventil bei DN 15…25:

– Drehstift (15) und Schwimmer mit Hebel (10) entfernen.– Ventilsitz (5) und Schraube (14) herausschrauben,

Halteplatte (12) entfernen.– Neue Teile in umgekehrter Reihenfolge montieren. Vor Anziehen

der Schraube (14) und des Sitzes (5) sicherstellen, dass der Sitz (5) zentrisch auf der Halteplatte (12) sitzt.

– Schwimmer mit Hebel (10) montieren, sicherstellen, dass Ven-tilkugel (6) und Feder (13) richtig positioniert sind. Der größere Durchmesser der konischen Feder (13) muss zum Schwimmer (10) zeigen.Neuen Drehstift (15) einstecken und prüfen, ob der Schwimmer sich in vertikaler Richtung frei bewegen lässt.

Austausch Hauptventil bei DN 40…50:

– 4 Schrauben (16) lösen und Hauptventil-satz 7, 8, 9, 16 ersetzen.Schrauben (16) vor dem Einschrauben leicht mit Dichtungsmasse versehen.

Austausch Entlüfter (9)

– Federbügel lösen, Kapsel und Distanzplatte entfernen, Ventilsitz (17) herausschrauben.

– Halterung mit neuem Ventilsitz (17) und neuer Dichtung (18) zen-trisch festschrauben. Distanzplatte und Kapsel einlegen, Feder-bügel montieren.

Schlüsselweiten und Anziehmomente

Nr. DN

Größe Einbau-lage

Schlüssel-weite

Schrauben-größe

Anzieh-moment Nm

4 15…2515…2540…5040…50

HVHV

SW 10SW 19SW 24SW 24

M 12 x 35M 12M 16 x 55M 16

60…6560…65150…165150…165

5 15…25 SW 17 50…5514 15…25 SW 10 M 6 x 10 10…1216 40…50 SW 10 M 6 x 10 10…1217 15…40 SW 17 50…5519 15…40 SW 19 40…4521 15…40 SW 13 4…5

Einstufung nach Druckgeräterichtlinie 97/23/EGAnwendung: nur für Wasserdampf, dessen Kondensat und Inertgase(Fluide der Gruppe 2).

Nennweite Kategorie CE-KennzeichnungDN 15…25 GIP Art. 3, Abs. 3, gute Ingenieurpraxis,

CE-Kennzeichnung nicht zulässig.DN 40…50 1 mit CE-Kennzeichnung und

Konformitätserklärung.

Page 166: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 165

Anhang 7d – Datenblätter

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Kugelschwimmer-Kondensatableiter FT 57 TIS P603-02 D

3.23Änderungen vorbehalten. Durch außerhalb der BRD gültige Vorschriften können abweichende Einsatzbereiche entstehen.

1.0 Betriebsanleitung und Sicherheitshinweise vor Geräteeinbau, Inbetriebnahme und Wartung sorgfältig durchlesen!

2.0 GefahrenhinweiseNichtbeachtung der Gefahrenhinweise kann zu Verletzungs- und Le-bensgefahr und/oder erheblichem Sachschaden führen.Der sichere Betrieb der Geräte ist nur gewährleistet, wenn sie von qua-lifiziertem Personal (siehe Punkt 4.0 auf dieser Seite) sachgemäß unter Beachtung der Betriebsanleitung eingebaut, in Betrieb genommen und gewartet werden. Außerdem ist die Einhaltung der allgemeinen Einrichtungs- und Sicherheitsvorschriften für den Rohrleitungs- bzw. Anlagenbau sowie der fachgerechte Einsatz von Werkzeugen und Schutzausrüstungen zu gewährleisten. Bei Nichtbeachtung können Verletzungen und Sachschäden die Folge sein.

3.0 Allgemeines zur BetriebsanleitungDie Betriebsanleitung enthält Anweisungen, welche sicheren und ord-nungsgemäßen Einbau und Betrieb ermöglichen sollen. Sollten dabei Schwierigkeiten auftreten, die nicht mit Hilfe der Betriebsanleitung gelöst werden können, sind weitere Informationen beim Lieferanten/Hersteller zu erfragen. Die Beachtung der Anweisungen ist zur Vermei-dung von Störungen unerlässlich, die ihrerseits mittelbar oder unmit-telbar Personen- oder Sachschäden hervorrufen können.

Das Gerät entspricht den Regeln der Technik. Bezüglich des Einsatzes obliegt die Sorgfaltspflicht zur Einhaltung gültiger Regelwerke dem Betreiber bzw. dem Verantwortlichen für die Auslegung der Anlage.

Der Gebrauch der Betriebsanleitung setzt die Qualifikation des Benut-zers gemäß Punkt 4.0 auf dieser Seite voraus. Das Bedienungsperso-nal ist entsprechend der Betriebsanleitung zu unterweisen.

4.0 Qualifiziertes PersonalHierbei handelt es sich um Personal, das mit Aufstellung, Einbau, In-betriebnahme, Betrieb und Wartung des Gerätes vertraut ist. Das Per-sonal muss über eine Qualifikation verfügen, die seiner Funktion und Tätigkeit entspricht, wie z.B.:

– Unterweisung und Verpflichtung zur Einhaltung aller einsatzbe-dingter, regionaler und innerbetrieblicher Vorschriften und Erfor-dernisse.

– Ausbildung gemäß den Standards der Sicherheitstechnik in Gebrauch und Pflege angemessener Sicherheits- und Arbeits-schutzeinrichtungen.

– Schulung in Erster Hilfe usw. (Siehe auch TRB 700).

5.0 Handhabung5.1 Lagerung

– Lagertemperatur –20°C…+65°C, trocken und schmutzfrei.– In feuchten Räumen ist Trockenmittel bzw. Heizung gegen

Kondenswasserbildung erforderlich.– Die Lackierung ist eine Grundierung, die nur bei Transport und

Lagerung vor Korrosion schützen soll. Lackierung nicht beschä-digen.

5.2 Transport

– Transporttemperatur –20°C…+65°C.– Gegen äußere Gewalt (Stoß, Schlag, Vibrationen) schützen.– Lackierung nicht beschädigen.

5.3 Handhabung vor dem Einbau

– Wenn an Geräten Öffnungen durch Schutzkappen verschlossen sind, dürfen die Schutzkappen erst direkt vor dem Einbau ent-fernt werden.

– Vor Nässe und Schmutz schützen.

6.0 Allgemeine Einbauangaben für RohrleitungsarmaturenAnhand der Betriebsanleitung, des Typenschildes und des tech-nischen Datenblattes überprüfen, ob das Gerät für den Einbauort ge-mäß Anlagenplan geeignet ist:

1. Werkstoff, Druck und Temperatur sowie deren Maximalwerte überprüfen.

2. Richtige Einbausituation feststellen: Strömungsrichtung und Ein-baulage.

3. Schutzabdeckungen an Flanschen und Anschlüssen entfernen.– Armaturen müssen von der Rohrleitung getragen werden und

dürfen nicht als Festpunkt dienen.– Armaturen müssen spannungsfrei eingebaut werden.

Wärmeausdehnungen des Systems müssen von Kompensatoren ausgeglichen werden.

7.0 Allgemeine Inbetriebnahmeangaben für RohrleitungsarmaturenDie meisten Armaturenschäden treten entweder direkt oder kurz nach-der ersten Inbetriebnahme auf, deshalb:

– Schmutzfänger und Wasserabscheider vorsehen.– Rohrleitungen spülen und alle Fremdpartikel entfernen.– Nach dem Spülen Schmutzsiebe wechseln bzw. prüfen.– Dampfanlagen unbedingt langsam (mehrere Minuten) in Be-

trieb nehmen um Schäden durch Wasserschläge und plötzliche Wärmeausdehnung zu vermeiden. Absperrarmaturen langsam schrittweise öffnen.

– Verschraubungen nach der Inbetriebnahme nachziehen.

8.0 Allgemeine Angaben über Wartung und AusbauBei Wartungsarbeiten und Ausbau der Armaturen müssen unbedingt die gängigen Sicherheitsvorschriften eingehalten werden. Dies sind u. a.

1. Armatur druckfrei stellen: vor und nach der Armatur absperren.2. Hilfsleitungen wie Umgehungen (Bypässe), Druckausgleichslei-

tungen (Pendelleitungen), Steuerleitungen (Druckentnahmelei-tungen) absichern.

3. Absperreinrichtungen gegen versehentliches Wiederöffnensichern.

4. Bei wärmeführenden Leitungen: System abkühlen lassen.5. Druckfreiheit prüfen: evtl. durch vorsichtiges Öffnen einer

unkritischen Verbindung.– Unbedingt angepasste Schutzkleidung und Schutzbrille tragen.– Nur geeignetes Werkzeug verwenden.

9.0 Allgemeine Angaben für den Betrieb von RohrleitungsarmaturenArmaturen sind im Betrieb regelmäßiger Kontrolle und Wartung zu un-terziehen:

– Durchführungsdatum und Ausführenden von Einbau, Inbetrieb-nahme und Wartung notieren.

– Der Kontroll- und Wartungszyklus erfolgt je nach betrieblicher Praxis und abhängig von den Einsatzbedingungen.

Weitere Details sind den gerätespezifischen Betriebsanleitungen, Ein-bauanleitungen, Wartungsanleitungen, Bedienungsanleitungen und Datenblättern zu entnehmen.

Page 167: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

166 | Spirax Sarco

Anhang 8 – Formeln und Einheiten

A8 Formeln und Einheiten – eine Zusammenfassung

Druck p 1 N/m² = 1 Pa = 10­5 bar

1 mbar = 100 Pa

1m WS = 0,1 at = 9,8 kPa = 0,098 bar

1 psi = 1 lbf/in² = 6,89 · 103 Pa = 6,8948 · 10­2 bar

1 Torr = 133,32 Pa

Temperatur t °C = K – 273,15

Temperaturdifferenz T K = °C ( °C ist „offiziell“ nicht erlaubt)

Arbeit W 1 J = 1 Nm = 1 Ws = 1 kg · m²/s²

4,2 kJ = 1 kcal = 4200 Ws

1 kWh = 860 kcal

Leistung P 1 W = 1 J/s = 1 kg · m²/s3

1,16 W = 1 kcal/h

0,736 kW = 1 PS

Spezifische Wärme von Wasser Cp Cp = 4,2 kJ/kg · K = 1 kcal/kg · K

Wärmeinhalt Dampf h" (Näherungswert für überschlägige Rechnung)

h" = 2700 kJ/kg

Verdampfungswärme bei 10 bar ∆hv ∆hv ≈ 2000 kJ/kg

Dampfvolumen bei Atmosphärendruck v" v" = 1700 m³/kg

Faustformel Wärmebedarf 1 kW = 1,8 kg/h Dampf

Ausdehnung von Stahlrohren ∆l = 0,011 · l · (t1 – t2)

Wärmetauscher­Formel Q = k · A · (t1 – t2) [W]

Wärmeübergangs­Formel Q = k · A / ∆T

∆ (Delta) Differenz

γ (gamma) spez. Gewicht (Wichte)

ρ (rho) Dichte

ϑ (theta) Temperatur (in der Physik statt t üblich)

Page 168: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 167

Anhang 9 – Rückstaudiagramm

EintrittstemperaturSekundärmedium

Max. Dampf-

Tem

per

atur

[°C

]

Üb

erd

ruck

[bar

]

temperaturGegendruckKondensatleitung

AustrittstemperaturSekundärmedium

Last des Wärmetauschers [%]

A9 Rückstaudiagramm

Page 169: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

168 | Spirax Sarco

Anhang 10 – Mollier-Diagramm

kJ/kg

3600

3500

3400

3300

3200

3100

3000

2900

2800

2700

2600

2500

2400

2300

2200

21006,5 7 7,5 8

h eiplahtn

E

Entropie s

A10 Mollier-Diagramm (h, s) für Wasserdampf

Page 170: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 169

Anhang 11 – Anlagenübersicht

Dampf-erzeuger

Kessel-speisepumpe

Wasser-aufbereitung

Kondensat-sammelbehälter

Speisewasser-entgasung

Speisewasser-vorwärmung

1 : 100

Dampf25 m/s

Kondensat

Frischwasser

Absalzen,Abschlammen

M

E

1

2

3

4

5

6

7

8

10

13

14

12 16

15

22

22

24 25

26

27

28

2930

31

32

34

3335

39

40

4142

43

363738

46

44

45

48

49

50

47

17

20 2119

18

11

9

Dampfleitung  1 Langsam in Betrieb nehmen (mehrere Minuten)  2 Dampfleitung: lieber zu groß als zu klein  3 Leitung und Halterungen isolieren  4 Fest- und Gleitlager vorsehen  5 Dampfgeschwindigkeit 25 m/s, bei Heißdampf 40–60 m/s  6 Dampfleitung mit Gefälle verlegen11 Kompensatoren für die Leitungsausdehnung12 Lange Leitung mit Gefälle im Sägezahn verlegen16 Druckanzeige für den wirklich vorhandenen Dampfdruck25 Leitungsende entlüften

Dampfleitung entwässern  7 Leitung über Entwässerungsstutzen entwässern  8 Schauglas gibt Einblick ins Geschehen  9 Tiefpunkte entwässern10 SPIRAtec-Prüfkammer zur Kondensatableiterüberwachung13 Alle 25 m entwässern14 Senkrechte Anstiege entwässern15 Dampfverteiler entwässern17 Dampftrockner anstaufrei entwässern27 Leitungsende entwässern

Druckreduzierung18 Schmutzfänger schützt vor groben Partikeln19 Manometer gibt den wirklichen Vordruck20 Bypass für den Wartungsfall21 Steckblende zur Sicherheit

22 Ausgleichsgefäß mit Absperrventil unterhalb des Druckreglers23 Dampfleitung vor dem Regelventil: kleiner nach dem Ventil: größer: Ventil: kleiner24 Manometer zur Einstellung Minderdruck25 Sicherheitsventile schützen vor Schäden

Verbraucher26 Dampfentnahme von oben anschließen29 Temperaturregelung: Druckschwankungen und Vakuum möglich30 Sicherheitstemperaturbegrenzung wo nötig31 Vakuumbrecher baut Vakuum ab32 Jeden Verbraucher separat entwässern43 Auch Verbraucher entlüften!

Kondensatsystem33 Eine Kondensatleitung ist keine Wasserleitung!34 Wertvolle Information: die Druckanzeige35 Entspanner zur Nachdampfverwertung36 Keine Reihenschaltung von Kondensatableitern!37 Rückschlagventil entkoppelt Anlagenteile38 Mechanische Pumpen fördern heißes Kondensat ohne Hilfsenergie39 Sicherheitsventil sichert den Entspanner ab40 Rückschlagventil verhindert zu hohen Druck41 Druckregler sorgt für konstanten Dampfdruck42 Sicherheitsventil schützt Verbraucher vor Überdruck44 Kondensatrückspeiseanlage mit ein oder zwei Pumpen45 Speisewasservorwärmung mittels Wrasendampf46 Auf NPSH-Wert, Druck und Temperatur achten

Wasseraufbereitung47 Angaben des Kesselherstellers beachten48 Speisewasser entgasen, um Sauerstoff auszutreiben und Korrosion zu begrenzen49 Speisepumpe: NPSH-Wert beachten50 Abschlammen und Absalzen sorgt für gute Dampfqualität und stabile Betriebszustände

A11 Anlagenübersicht mit technischen Hinweisen

Page 171: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

170 | Spirax Sarco

Anhang 12 – Index

A12 Suchwortverzeichnis

AAblaufregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56Absalzsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Abschlammeinrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Anlagenübersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .169Anlaufen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20Anschlussarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

Anschweißverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139Flanschverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Muffenverbindung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Überwurfverschraubung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139

Arbeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Atmosphäre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12Ätzbottich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81Ausdehnung von Rohrleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33Auslegung von Dampfleitungen . . . . . . . . . . . . . . . 30,31,95

BBau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Siehe FachbegriffeBlindflansch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Siehe FlanschBügelpresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86Bypass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Siehe Umführung

DDampf

-abschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135-anlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23, 119, 169-arten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-behandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48-druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12-erzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23, 24, 27Frisch- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106-geschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Heiß- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .57in Kondensatleitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91-kessel

Ausrüstung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28Kondensatableitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

kv-Werte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128-leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29, 81

Auslegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30,31Entlüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49Entwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37, 39Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46Isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35Kondensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36Strömungsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32Verlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .37

-menge, benötigte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Nach- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106, 107, 108Nass- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17-raum-Entwässerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61Reindampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Satt- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17, 32

-schlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99-tafel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14, 16-trocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47, 135überhitzter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17, 50-verteiler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48-volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Datenblätter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Diagramm

Auslegung von Kondensatleitungen . . . . . . . . . . . . . . . 95Auslegung von Sattdampfleitungen . . . . . . . . . . . . . . . .31kv- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128, 129Mollier- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58, 168Nachverdampfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105Rückstau- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59Wärmeverluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34, 114

Dichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Dimensionierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130, 154DIN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

1343 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91629 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 292401 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80, 972429 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40, 1481092-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1532999 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1383680 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65, 67, 79EN10216 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29EN10220 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152EN1052 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138EN1333 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29EN26704. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63, 64, 72ENISO6708 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

DN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Druck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

-minderstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122-reduzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .49, 119-regler

membrangesteuert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119mit Hilfsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121pilotgesteuert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

atmosphärischer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12imWärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59in der Kondensatleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91-verlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Durchflussrichtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Durchlauferhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81

EEinbaulage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10, 166Energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

-strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Entgasung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115, 116Enthalpie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58Entlüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43, 45, 49Entsalzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115Entwässerung

Sammel- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85

Page 172: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

Spirax Sarco | 171

Anhang 12 – Index

unter Vakuum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Erschütterungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Etagenpresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

FFachbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142Fehlersuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Flansch

-maße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .153-verbindungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138Blind- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

Formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51, 130, 166Frischdampf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106Frost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

GGesetze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146Gewicht, spezifisches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Glossar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .142

HHeißmangel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Heizfläche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19Heizregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44Hilfsenergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

IImplosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99, 134Inbetriebnahme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .139Inspektion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Isolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21, 35, 100, 112

Kk-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50, 51, 128, 129Kalander . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Kessel

-wasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Siehe Kesselspeisewasser-speisepumpe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23-speisewasser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23, 27-speisewasserbehälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

Kondensat-ableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61, 63, 140

Abstand vom Dampfraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82aktive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Auswahl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .75, 154Betriebsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Bimetall- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68Blenden- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73Glockenschwimmer- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Impuls- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .72Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Kapsel- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Kugelschwimmer- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Labyrinth- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76Luftin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63Merkmale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .154

Pump- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74Reihenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87Schwimmer- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65Starre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .73Stauer- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64Temperatur vor dem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80Thermische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67Thermodynamische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69Topfschwimmer- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66Überdruckhinterdem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78Überdruckvordem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77Überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

-anfall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42, 79-aufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113aus versch. Druckstufen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99-entspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105, 109, 110-heber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98im Dampfraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18-kühlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112-leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

Auslegungsdiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95Bemessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94Dampf in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Druck in . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91Isolierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112Verlegung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

-netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93-rückspeiseanlage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118, 131-sammelbehälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .118-stutzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39-temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103-überwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133-wirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Kondensation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .17, 36Film- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103Tropfen- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

Kondensator,Brüden- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110Korrosion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131Kraft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8Kugelschwimmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . SieheKondensat:-ableiterKugelschwimmerkvs-Wert . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .127

LLeistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Ermittlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130Lochblende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Luft

-einfluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47-erhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79im Dampfraum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

MMollier-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58, 168

Page 173: Grundlagen Der Dampf Und Kondensattechnologie

172 | Spirax Sarco

Anhang 12 – Index

NNachdampf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104, 105, 106, 107, 108Nachverdampfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Siehe NachdampfND . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Nenndruck . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Nennweite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29, 39Niveausonde . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27Norm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

DIN(EN,ISO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Siehe DIN-volumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-zustand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

Normalsieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .133NW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

OÖltank . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83Ölvorwärmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

PPapierzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .81, 136Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130PN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29Prospektangaben. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82Prüfeinrichtung SPIRA-tec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

RReduzierstation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .122Reduzierungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Regelsysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119Regelung, dampfseitige . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30Reindampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26Rohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .144

Ausdehnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33, 166Maße . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .152Reduzierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40Werkstoff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

RückstauDiagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

SSammelentwässerung . . . . . . . . . . . . . . .Siehe EntwässerungSchauglas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Schmutz

-fänger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40, 132, 140-problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .132

Schnelldampferzeuger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25Schweißen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146Semtex(Sprengstoff) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24SI-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7Speisewasserbehälter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23, 115, 131SPIRA-tec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

TTankheizung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85TD . . . . . . . . .Siehe Kondensatableiter: Thermodynamische

Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9, 14-differenz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9-regelungvor dem Kondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

Thermalöl . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27Topfschwimmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Siehe TRD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27Trockenzylinder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45Trockner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135Trocknungseffekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

UÜberdruck

hinter dem Kondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78vor dem Kondensatableiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .77

Umführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .136Umrechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10

VVakuum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84Ventil

manuelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62Reduzier- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119Regel- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126, 140Sicherheits- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .124

Verdampfungswärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10, 11Verordnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .146

Betriebssicherheits- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27, 145Dampfkessel- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28Vulkanisierpresse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

WWärme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14

-durchgang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51-energie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10-inhalt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10, 11-menge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8-strom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9, 52-tausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52-träger-Erhitzer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .27-übergang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .18Verdampfungs- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10, 11-verluste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21, 114

Berechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .35, 114Senkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21

-verwertung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110Wärmetauscher . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52

Ablaufregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56dampfseitige Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .55, 125-formel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53geregelte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54kondensatseitige Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .126Temperatur von . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56ungeregelte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

Wartung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140Wasser

-abscheider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .135

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Anhang 12 – Index

-aufbereitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23, 115-film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20-kessel, Großraum- . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24kv-Werte. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .129-schlag . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .134

Wasserdampftafel . . . . . . . . . . . . . . . . . . .Siehe Dampf: -tafelWerkstoffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28, 146Wichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

ZZeichnungssymbole . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148Zylinder, rotierende . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44, 136

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