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Grundlagendes Einsatzes von Wrmetauschern in Dampfanlagen
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Grundlagendes Einsatzes von Wrmetauschern in Dampfanlagen
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| SpiraxSarco
Wrme ist eine der Energieformen, die wir Menschen sehr schnell
erkennen: Es ist uns kalt oder warm, wir frieren oder wir
verbrennen uns die Finger. Wrme ist zu transportieren,
umzuformen und zu verwenden im kleinen Mastab von wenigen
kW bis hin zu groen Anwendungen im Megawatt-Bereich.
Das zentrale Gert in allen Wrmeanwendungen ist der Wrmetauscher,
um den sich in diesem Buch alles dreht. Vor allem
der dampfbeheizte Wrmetauscher ist unser Anliegen, auch wenn die
Grundlagen, die wir erklren, fr alle anderen Medien
genauso gltig sind. Wir wollen anderen Grundlagenwerken wie den
verschiedenen Lehrbchern der Thermodynamik oder
dem VDI-Wrmeatlas keine Konkurrenz machen, sondern den Bezug zur
Dampftechnik herstellen. Spirax Sarco ist weltweit
einer der grten Hersteller von dampfbetriebenen
Wrmebertragersystemen. Und die Erfahrungen, die wir bei unserer
Arbeit gesammelt haben, geben wir gerne an Sie weiter.
Bevor Sie mit dem Lesen starten, ein paar kurze
Vorbemerkungen:
Uns ist die gute Lesbarkeit dieses Buches sehr wichtig. Ohne
technisch unkorrekt zu werden, verwenden wir bewusst die
blichen umgangssprachlichen Begriffe wie Wrmetauscher (richtig
heit es ja: Wrmebertrager) und Regelventil (anstelle
Stellventil), eben so, wie Sie als Leser das normalerweise
tagtglich tun. Die genormten Begriffe finden Sie im Anhang des
Buches.
Wenn wir vom Druck sprechen, ist normalerweise der berdruck
(bar) gemeint d.h. der Druck, der auch am Manometer
der Anlage abgelesen wird. Auch bei der Temperatur erlauben wir
uns die Freiheit, in einzelnen Fllen C zu schreiben, wobei
doch Temperaturdifferenzen in Kelvin anzugeben wren.
Die Wrmetechnik ist ein interessantes Arbeitsgebiet und bietet
viele Entdeckungen. Aber nicht nur die pure Technik be-
stimmt dieses Buch. Wir wnschen uns sehr, dass Ihnen das Lesen
sowohl Fachinformationen bietet, als auch Freude macht.
Fr Verbesserungsvorschlge sind wir dankbar.
Klaus Rmler, Jrg Hilpisch
Spirax Sarco, 2009
Vorwort
Grundlagen des Einsatzes von Wrmetauschern in Dampfanlagen
der SPIRAX SARCO GmbH Konstanz.
Nachdruck, auch auszugsweise, Kopie, Vervielfltigung und
Verbreitung
gleich welcher Art nur nach ausdrcklicher Genehmigung von SPIRAX
SARCO.
Schutzgebhr: 15,00 Euro
Weitere Dokumentationen von Spirax Sarco:
Leitfaden fr die Praxis
Arbeitsbltter (Auslegungsdiagramme) fr die Dampf- und
Kondensattechnologie
Grundlagen der Dampf- und Kondensattechnologie
Grundlagen fr Wartung und Betrieb von Dampfanlagen
Bestellungen ber [email protected]
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1. Warm,wrmer,amwrmsten
1.1 Die alten Germanen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 4
2. DiePhysikderWrme. . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 Die Hauptstze der Thermodynamik . . . . . . . . . . . .7
2.2 Die Wrmedurchgangsformel . . . . . . . . . . . . . . . . .
.7
2.3 Der Wrmedurchgangskoeffizient k . . . . . . . . . . . .
9
2.4 DieTemperaturdifferenzT . . . . . . . . . . . . . . . . . .
9
2.5 Strmung und Druckverluste . . . . . . . . . . . . . . . .
.10
2.5.1 Der Mengenstrom und die Kontinuitts-
gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .10
2.5.2 Druckverlustberechnung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .10
2.5.3 Der Energiebedarf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 11
3. DampfbetriebeneWrmetauscher . . . . . . 12
3.1 Begriffe, Definitionen, Normen . . . . . . . . . . . . . . .
.12
3.1.1 Primr und Sekundr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .12
3.1.2 Vorlauf und Rcklauf . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .12
3.1.3 Normenbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .12
3.2 Die besonderen Eigenschaften von Dampf . . . . . .13
3.2.1 Warum Sattdampf? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .13
3.2.2 Druck und Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . .13
3.2.3 Die Entwsserung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .14
3.2.4 Kondensationsart: Lieber stehen oder liegen? . . .15
3.2.5 Nicht-kondensierbare Gase . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 17
3.3 Zwei Arten der Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 17
3.3.1 Dampfseitige Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 17
3.3.1.1 Sicherheitstemperaturregelung . . . . . . . . . . . . .
. . .21
3.3.1.2 Kondensatrckstau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .21
3.3.2 Kondensatseitige Regelung . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .27
3.3.2.1 Sicherheitstemperaturregelung . . . . . . . . . . . . .
. . 28
3.3.2.2 Druck des Sekundrmediums . . . . . . . . . . . . . . . .
29
3.3.3 Vergleich der Regelungsarten . . . . . . . . . . . . . . .
. .31
3.3.4 Dreiwege-Regelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . .31
3.3.5 Bypassregelung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .31
3.3.6 Splitrange-Betrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . .31
3.3.7 Druck und Temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 32
4. Auslegungsbedingungenfr
Wrmetauschlsungen. . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1 Dimensionierung des Wrmetauschers . . . . . . . . 33
4.2 Druckverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 33
4.3 Strmungsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .
34
4.4 Zweiphasenstrmung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 34
4.5 Fouling, Kalkausfall, Selbstreinigung . . . . . . . . . .
34
4.5.1 Arten des Fouling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 35
4.5.2 Selbstreinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 36
4.6 Armaturen und Zubehr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.37
5. BauartenvonWrmetauschern. . . . . . . . . 39
5.1 Rohrbndel-WT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 39
5.2 Geradrohr-WT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 39
5.3 Platten-WT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . .41
5.4 Plate&Shell-WT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . 42
5.5 Vergleich der verschiedenen
Wrmetauschertypen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
42
5.6 Mischungsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 43
5.6.1 Mischen von Flssigkeiten . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 43
5.6.2 Direkteinblasung von Dampf (Injektion) . . . . . . .
43
6 Anwendungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
44
6.1 Durchlauferhitzer, Brauchwassererwrmung . . . 44
6.2 Heizungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 45
6.3 Trinkwassererwrmung, Zweikreissystem . . . . . . 47
6.4 Speicher-Lade-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 48
6.5 CIP-Reinigung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . 49
6.6 Flaschenwaschmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
6.7 Behandlungsbder in Galvanik und
Stahlindustrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . .51
6.8 Wrmerckgewinnung bei Brdendampf . . . . . . 52
6.9 Wrasendampf von Speisewasserentgasern . . . . . 53
6.10 Energierckgewinnung bei der
Reindampferzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
54
7 Inbetriebnahme,Wartung,Betrieb. . . . . . 55
7.1 Vor der Inbetriebnahme . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . .55
7.2 Nachlaufzeit bei kompakten
Wrmetauschern . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 56
7.3 Wartung und Systemtests . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. 56
8 Anhang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . 58
8.1 Einheiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 58
8.2 Formeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . 58
8.3 Wrmebergangszahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
60
8.4 Wrmedurchgangskoeffizienten k . . . . . . . . . . . . 60
8.5 Mittlere Wrmekapazitten cm,
Verdampfungswrmehv . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .61
8.6 Begriffserklrung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . 62
8.7 Auswahl wichtiger Normen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
63
8.8 Mollier-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . 64
8.9 Wasserdampftafel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . 65
Suchwortregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . 66
Inhaltsverzeichnis
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| SpiraxSarco
1.1 Die alten Germanen ...
Die alten Germanen wrmten sich noch am Feuer so hat-
ten wir in einer unserer Werbeanzeigen in den 60er Jahren
formuliert. Und dieser Einstieg in unsere kleine Geschichte
der Wrmelehre ist nicht weit hergeholt. Den Bezug auf den
Menschen findet man in der Wrmetechnik hufig. Letzt-
endlich sind es vor allem Menschen, die knstliche Wrme
bentigen und diese lange vor dem Einsatz der Wrme
in Maschinen nutzen lernten. Wrme, das heit fr viele
Menschen vor allem behagliche Temperaturen.
Der deutsche Physiker Daniel Fahrenheit hat fr seine Tem-
peraturskala als einen Fixpunkt die Krpertemperatur des
Menschen auf 96F (heute korrekt 98,6F) festgelegt. Und
der Nullpunkt der Skala war die niedrigste, fr ihn erreich-
bare Temperatur: Der Winter in Danzig 1708/09 mit -17,8C
war bitterkalt. Dass sich die 1742 durch den Schweden An-
ders Celsius eingefhrte Temperaturskala in vielen Lndern
weiter verbreitet hat, ist wohl auf den eingngigeren Bezug
seiner Skala auf den Gefrier- und Siedepunkt des Wassers
zurckfhren. Ursprnglich war brigens der Gefrierpunkt
als 100C definiert und der Siedepunkt bei 0C. Ein anderer
Schwede, Carl von Linn, hat das dann drei Jahre spter auf
den Kopf gestellt, so sind wir das auch heute noch gewohnt.
Geschichtlich befinden wir uns mit der Entwicklung der
Temperaturskalen am Anfang des 18. Jahrhunderts. Es gibt
hei und kalt, die Temperaturen, mit denen sich die Men-
schen auskennen, bewegen sich etwa zwischen Frost und
heiem Wasser. Das es nach oben hin noch mehr gibt, kann
man in den Schmieden und in den Metallschmelzen schon
seit der Kupferzeit (ca. 4000 v. Chr.) erkennen. Tatschlich
aber mssen wir wesentlich frher mit unserer Geschichte
beginnen. Wir kennen noch lngst nicht die Unterschei-
dung zwischen Temperatur und Wrme. Noch immer friert
also unser frherer Vorfahre im Winter, bis er vor vielleicht
300.000 Jahren anfngt, das Feuer zu nutzen.
Ob es zuerst zum Kochen, zum Haltbarmachen von Fleich,
zur Jagd und zum Vertreiben wilder Tiere oder eben als
Wrmequelle genutzt wurde, lsst sich nicht genau sagen.
Dass Feuer und Wrme dann aber vom Kochzweck langsam
zu einem Komfortelement wurden, lsst sich ziemlich genau
verfolgen: Die alten Griechen (schon wieder die!) und dann
ganz sicher die Rmer entwickeln eine Kultur des Badens,
die den planvollen Umgang mit Wrme voraussetzt.
Nachdem der Mensch bereits seit ca. 8000 Jahren natrlich
vorkommende Metalle nutzt und bearbeitet, dient whrend
der Kupferzeit Feuer dazu, Werkstcke zu gieen und dann
auch Mischungen (Legierungen) herzustellen. Aus Kupfer
und Zinn wird Bronze, das erste harte Metall. Dieser tech-
nologische Fortschritt erlaubt bessere Werkzeuge, um damit
besser und schneller zu bauen, zu pflgen und zu kmpfen.
Die Metallgewinnung stellt einen wichtigen Baustein in der
Entwicklung des Menschen dar.
Um die Zeitenwende gibt es dann erste, uns bekannte Ver-
suche, Wrme maschinell zu nutzen. Heron von Alexan-
dria zeigt um etwa 100 n. Chr. mit seinem Heronsball, dass
Bewegung mit Wrme erzeugt werden kann. Die erste, pri-
mitive Dampfmaschine ist erfunden. Anschlieend dauert
es immerhin noch ber 1500 Jahre, bevor sich mit Denis
Papin 1690 wieder jemand dieses Themas annimmt. 1698
1Warm,wrmer,amwrmsten
1. Warm, wrmer, am wrmsten
Heronsball,ca.100AD
Germanen
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SpiraxSarco |
1Warm,wrmer,amwrmsten
ist es dann soweit: Die erste sinnvoll einsetzbare Maschine
Miners Friend zur Entwsserung von Bergwerken wird
von Thomas Savery patentiert. Richtig zur Blte bringt di-
ese Art der Entwsserungsmaschinen Thomas Newcomen
ab 1712.
Der berhmte James Watt nimmt 50 Jahre spter entschei-
dende Verbesserungen vor erfunden hat er die Dampfma-
schine aber nicht, auch wenn das in vielen Bchern so ge-
schrieben steht. William Murdoch, Richard Trevithick und
Oliver Evans sind die Pioniere, die die Dampfkraft auf R-
der und die Schiene bringen. Damit ist dem unermesslichen
Hunger der industriellen Revolution nach frei verfgbarer
Kraft, schneller Geschwindigkeit und weit ber Muskelkraft
hinausgehnder Leistung das notwendige Antriebsmittel
verliehen. Die industrielle Revolution lsst sich nicht mehr
aufhalten.
Parallel dazu, auch angetrieben durch die Nutzung der ers-
ten einfachen Dampfmaschinen, beginnen Wissenschaftler
damit, sich mit Gesetzmigkeiten der Natur zu beschfti-
gen. Immer noch ist in dieser Zeit berhaupt nicht klar, was
Wrme eigentlich ist. Ein geheimnisvoller Stoff vielleicht,
der von einem Krper in den anderen fliet? Turbulenzen,
die von einem Material auf das andere bergehen? Im aus-
gehenden 17. Jahrhundert arbeiten Mariotte, Boyle und
Amontons an der Beziehung zwischen Druck und Tempera-
tur von Gasen. Die Physiker Charles und Gay-Lussac erlan-
gen um die Jahrhundertwende die Erkenntnis, dass Druck
und Temperatur zusammenhngen, whrend Prevoust
schon davon spricht, dass alle Stoffe in einem thermischen
Gleichgewicht zueinander stehen. Revolutionr neu formu-
liert Prevoust die Erkenntnis, dass alle Krper Wrme aus-
strahlen, egal, ob warm oder kalt. Wrme hat pltzlich nicht
mehr ausschliesslich mit Temperatur zu tun.
Anfang des 18. Jahrhunderts immer noch vor allem durch
franzsische Wissenschaftler kommen weitere Durchbr-
che in der Erkenntnis: Avogadro postuliert, dass Gase bei
gleichem Volumen, Druck und Temperatur gleich viele Mo-
lekle enthalten und stellt damit eine Beziehung zwischen
Materie und Wrme her. Carnot beschftigt sich intensiv
mit den immer mehr aufkommenden Dampfmaschinen.
Er erkennt, dass Feuer eine bewegende Kraft hervorrufen
kann, dass also Wrme in Kraft und Bewegung umgewandlt
werden knnen. Er ist davon berzeugt, dass diesem Effekt
mehr Aufmerksamkeit zu schenken ist und wird so zu einem
der Grndervter der Thermodynamik. Nicht von ihm, aber
ihm zu Ehren werden heute die idealen, reversiblen Kraft-
Wrmeprozesse Carnot-Prozesse genannt. Erst einige
Jahrzehnte nachdem Carnot seine berlegungen verffent-
licht hat, greifen andere sie auf: Clapeyron gibt dem
Carnot-
Prozess eine mathematische Grundlage, Thomson (Lord
Kelvin) und Clausius berufen sich ab Mitte des 19. Jahrhun-
derts ausdrcklich auf seine Untersuchungen.
Genau um diese Zeit schlgt die groe Stunde der Wrme-
technik. Joule weist das mechanische Wrmequivalent
nach: Wrme und Arbeit lassen sich ineinander umwandeln.
Parallel zu Mayer entsteht der erste Grundsatz der Thermo-
dynamik: Energie geht nicht verloren, sondern wird nur
umgewandelt. Anstelle Energie standen zuerst Kraft und
Entspannen
Verdichten
Wrme
ArbeitWrme
DampfbetriebeneEntwsserungsmaschineum171 Carnot-Prozess
Dampfwagenum178
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1Warm,wrmer,amwrmsten
Wrme. Sptestens seit der Formulierung des Energierhal-
tungssatzes durch Helmholtz 1847 lie sich die Erkenntnis,
das Kraft und Wrme beides Formen von Energie sind, nicht
mehr aufhalten. Energie, das ist der vom schottischen Inge-
nieur Rankine eingefhrte Name fr das, was vorher leben-
dige Kraft genannt wurde.
Was in Frankreich begonnen hat, wird jetzt durch deutsche
und englische Forscher zur weiteren Reife gebracht:
Clausius,
Boltzmann, Gibbs und Maxwell legen das Fundament fr
die theoretische Physik und schlagen die Brcke zwischen
dem, was wir Menschen erkennen und erfhlen, hin zur
Molekularphysik und zur Wellenlehre. Der Begriff Entropie
entsteht. Der thermodynamische Kreisprozess, Grundlage
fr jedes Dampfkraftwerk, wird als Clausius-Rankine-Pro-
zess beschrieben. Vor allem die Arbeiten von Maxwell legen
Grundlage fr die Sternstunde, die die theoretische Phy-
sik dann Anfang des 20. Jahrhunderts durch Einstein und
Planck erfhrt.
Was da bei einem unserer Urvorfahren mit der einfachen
Nutzung von Feuer begann, befindet sich heute ganz dicht
(nach den Begriffen der Zeit und der Temperatur) an der
Erforschung des Urknalls in der grten Forschungsein-
richtung der Welt, im CERN in Genf. Und trotz all dieser
wissenschaftlichen Groleistungen bentigen wir Wrme
weiterhin ganz praktisch zum Heizen im Winter, zum Brau-
en von Bier, zum Sterilisieren medizinischer Gter, zum Wa-
schen und Kochen. Die praktische Nutzung der Energieform
Wrme bentigt Apparate und Einrichtungen, um Wrme
von einem Platz zum anderen, von einem Stoff auf den an-
deren zu bertragen. Der Raubbau der natrlichen Ressour-
cen, die Auswirkung des Menschen auf die Umwelt lokal
und global haben die Blickrichtung verndert. Nicht mehr
die Nutzung und Gewinnung von Energie alleine steht im
Vordergrund, sondern das sparsame Verbrauchen. Immer
weiter wird versucht, sich dem idealen Wirkungsgrad des
Carnot-Prozesses anzunhern. Um die Effizienz zu steigern,
werden alle Einrichtungen zur Wrmegewinnung und zur
Wrmeverwendung neu betrachtet. Alle Wrmestrme bis
hin zu kleinsten Abwrmen sollen genutzt werden. Das hat
Auswirkung auf die Auslegung und den Aufbau einzelner
Apparate und ganzer Anlagen.
Der bergang der Wrme von einem Medium fr Spirax
Sarco heit das meist bertrag der Dampfwrme auf ein
anderes, blicherweise wssriges Medium, ist eine der meist
genutzten Formen in der Wrmeverwendung und das
Thema dieses Buches.
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SpiraxSarco | 7
2.1 Die Hauptstze der Thermodynamik
Im ersten Kapitel dieses Buches haben wir bereits die beiden
Hauptstze der Thermodynamik kennen gelernt. Dass die
Entdeckung dieser Grundregeln nicht einmal 200 Jahre
her ist, zeigt, dass sie keineswegs als selbstverstndlich
an-
genommen werden knnen. Dabei ist es wichtig, sich noch-
mals zu vergegenwrtigen, dass mit dem Begriff Wrme
eine Energieform gemeint ist. Die thermische Energie, ge-
messen in kW, ist umformbar in andere Energiearten wie
z. B. mechanische Arbeit. Die mechanische Arbeit lsst sich
wieder in elektrische Energie transferieren. Und natrlich
funktioniert das auch in umgekehrter Richtung. Wrde
nicht bei jeder Wandlung Energie in ungewollte Formen
umgewandelt werden (z. B. Wrmeverluste, Reibungsverlus-
te etc.), knnte man daraus ein Perpetuum Mobile bauen.
Dass sich Energie umformen lsst, ist eine wesentliche Er-
kenntnis. Und so lautet auch der erste Hauptsatz der Ther-
modynamik:
EnergielsstsichnichterzeugenundEnergiegehtnicht
verloren.EnergielsstsichnurinverschiedeneFormen
umwandeln.
Der erste Hauptsatz wird auch Gesetz von der Erhaltung
der Energie genannt.
Dass der erste Hauptsatz zwar technisch richtig ist, sich
je-
doch im atomaren Mastab relativiert, hat Albert Einstein
erkannt. Energie und Materie stehen miteinander in Bezie-
hung ber die Lichtgeschwindigkeit c: E=mc2. Aber das nur als
Bemerkung der Vollstndigkeit halber.
Der Energieinhalt eines Gases oder einer Flssigkeit kann
sich in Form von Druck und Temperatur zeigen. Der Begriff
Enthalpie wird verwendet, um den gesamten Energiein-
halt zu bezeichnen.
Im allgemeinen Sprachgebrauch gehen die Begriffe manch-
mal etwas durcheinander. Es kommt fter vor, dass Wrme
und Temperatur verwechselt werden. Die Temperatur, ge-
messen in C oder K, ist aber nur eine Zustandsgre eines
Stoffes, nicht jedoch die Wrme selbst. Dabei ist es nicht
immer so, dass ein Stoff mehr Wrme enthlt, wenn seine
Temperatur hher ist. Beispiel:
Sattdampf (9 bar) 180C; Energieinhalt: 2778 kJ/kg
Dampftemperatur (berhitzt): 180C, 2 bar; Energieinhalt:
2824 kJ/kg
Die Grafik des Wasserdampfes an seinem Sttigungspunkt
zeigt eindrcklich, dass es zwischen Temperatur und Ener-
gieinhalt keinen linearen Zusammenhang gibt. Grund dafr
ist, dass die Verdampfungsenthalpie sich mit dem Druck
ndert: Bei hherem Druck muss mehr Energie in das fls-
sige Wasser gesteckt werden, bevor es berhaupt in die Gas/
Dampf-Phase bertreten kann. Ist dieser Zustand erreicht,
ist die Moleklbewegung bereits so gro, dass zur Verdamp-
fung weniger Energie bentigt wird. Die Verdampfungsen-
thalpie sinkt also mit steigendem Druck.
Dass die Temperatur eine eminent wichtige Zustandsgre
ist, zeigt der zweite Hauptsatz der Thermodynamik:
Wrmeenergie kann nur dann in mechanische Energie
(Arbeit)umgewandeltwerden,wenneinTemperaturge-
fllevorhandenist.
Diese Erkenntnis bedeutet auch, dass es nicht mglich ist,
mit einem kalten Medium ein wrmeres Medium weiter
zu erwrmen. Lediglich wenn weitere Zustandsgren ver-
ndert werden, kann auch aus khleren Medien Energie
gewonnen und zur weiteren Erwrmung des heieren Me-
diums verwendet werden. Ein typisches Beispiel ist die Wr-
mepumpe bzw. der Khlschrank.
2.2 Die Wrmedurchgangsformel
Trifft ein heies Medium auf eine Oberflche mit niedriger
Temperatur, so gibt das wrmere Medium Energie an die
khlere Oberflche ab, die Oberflche erwrmt sich. Ein
paar kleine Experimente zeigen, von welchen Faktoren die
bertragene Energiemenge abhngt:
Will man ein khles Bier erwrmen, nimmt man gern die
Hnde zur Hilfe. Allerdings zeigt die Erfahrung, dass der
kleine Finger nicht ausreichend ist, man muss schon die
ganze Hand nehmen. Die bertragene Wrmemenge ist also
von der berhrten Flche abhngig.
Ist das Bier besonders kalt, braucht das Aufwrmen viel
lnger und die eigenen Finger werden ganz schn kalt. Die
bertragene Wrmemenge ist also vom Temperaturunter-
schied abhngig.
ThermischeEnergie
[kJ]
MechanischeEnergie
[Nm]
ElektrischeEnergie[kWh]
2800
2700
2600
2500
100 15050 200 250
Wrmeinhalt (Energie) kJ/kg
Temperatur C
EnergieundTemperaturfrSattdampf
Energieumwandlung
2. Die Physik der Wrme
DiePhysikderWrme
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8 | SpiraxSarco
Wrmetauscher
Wassertemperatur
Dampf
TemperaturKondensat-Film
Metall-Wand WasserDampftemperatur
durchschnittlicheWandtemperatur
Q 1 Q 2 Q 3
Temperaturverlauf
WrmedurchganganeinerMetallwand
DiePhysikderWrme
Geht einem das mit dem Bierwrmen zu lang, hilft meist ein
bisschen rhren und schtteln. Durch die Bewegung geht
die Erwrmung etwas schneller. Auerdem kann man fest-
stellen, dass die Geschwindigkeit der Erwrmung mit dem
verwendeten Material zu tun hat: Ein Bierglas lsst sich bes-
ser erwrmen als eine Tupperdose. Der Einfluss von Werk-
stoff und Bewegung hat etwas mit der Qualitt des Wrme-
bergangs zu tun. In der Technik wird dieser Zusammenhang
mit dem Wrmebergangskoeffizientenausgedrckt.
Als Formel fr den Wrmebergang von einem Stoff auf
einen anderen ergibt sich aus unseren einfachen Betrach-
tungen
Q = A T
Q Wrmemenge (Energie), Einheit W (Watt) Wrmebergangskoeffizient,
Einheit W/(m2 K)A Flche, Einheit m2
T TemperaturdifferenzinK(Kelvin)
Fr den Wrmedurchgang durch einen Feststoff bentigt
man die Wrmeleitfhigkeit ; man findet sie in den ein-schlgigen
Tabellenwerken z. B. Anhang 8.3 dieses Buches.
Die bertragene Energiemenge lsst sich so berechnen:
Q = /d A T
Wrmeleitkoeffizient; Einheit W / (m K)d Materialstrke; Einheit
m
Bei den meisten industriellen Wrmeprozessen ist es nicht
erwnscht, dass die beiden beteiligten Stoffe miteinander
in Berhrung kommen. Die Trennung der beiden Stoffe bei
gleichzeitigem Austausch der Wrme ist die Aufgabe des
Wrmebertragers, der umgangssprachlich Wrmetauscher
genannt wird. Der Wrmebergang von einem Medium auf
das andere besteht bei solchen Apparaten aus mindestens
drei Einzel-Vorgngen:
Das Heizmedium gibt seine Wrme an den Wrmetauscher
ab
Q1 = 1 A (T1-T2).Durch das Material wird die Wrme auf die andere
Seite ge-
leitet
Q2 = /d A (T2-T3).Dort wird sie an das kltere Medium
abgegeben
Q3 = 2 A (T3-T4)
Klammert man einmal mgliche Wrmeverluste aus, so gilt
Q1 = Q2 = Q3D.h. die Wrme, die auf der linken Seite eingetragen
wird,
wird auf der rechten Seite (vollstndig) entnommen.
Dem Wrmetransport wirken die drei Widerstnde entge-
gen: Wrmeleitung und die Wrmebergnge. Diese drei
Widerstnde lassen sich zu einem Wert zusammenfassen:
1/k = 1/1 + d/ + 1/2.
1/k wird als Wrmeleitwiderstand bezeichnet.
Der Umkehrwert k heit Wrmedurchgangskoeffizient.
Damit erhlt man die allgemeingltige Formel fr den Wr-
metauschprozess in einem Wrmetauscher:
Q = k A Tm
k Wrmedurchgangskoeffizient ; Einheit W/(m2 K)Tm mittlere
Temperaturdifferenz; Einheit K
Lassen Sie uns das noch einmal sprachlich zusammenfas-
sen: Der Wrmedurchgang ist umso besser,
je grer der Wrmedurchgangskoeffizient (Kap. 2.3),
je grer die Flche,
und je grer die Temperaturdifferenz ist (Kap. 2.4).
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SpiraxSarco |
2.3 Der Wrmedurchgangs- koeffizient k
Wie in Kapitel 2.2 gezeigt, ist der Wrmedurchgangsko-
effizient eines Wrmetauschers von den beiden Wrme-
bergangskoeffizienten 1 und 2 und der Wrmeleitko-effizienten
abhngig. Der Letztere ist leicht aus Tabellen
abzulesen, schwieriger ist es mit den beiden Wrmeber-
gangskoeffizienten.
Der Wrmebergangskoeffizient ist von vielen Parame-tern abhngig,
z. B.
Dichte
Spezifische Wrme
Wrmeleitfhigkeit
Viskositt
Strmungsverhltnisse
Geometrie
Temperatur etc.
Bei so vielen Parametern ist eine Berechnung sehr komplex
und man hat sich deswegen in der Technik mit empirischen
Kennzahlen beholfen: Grashof-Zahl, Prandtl-Zahl, Nusselt-
Zahl, Reynolds-Zahl und diversen Kombinationen dieser
Zahlen.
Die Formeln fr die Berechnung finden Sie in Anhang 8.2.
Fr uns soll an dieser Stelle die prinzipielle Entdeckung von
O. Reynolds ausreichen, der um 1875 erkannt hat, dass la-
minare Strmung den Wrmebergang stark behindert.
Leider tritt dieser laminare Effekt mindestens im Grenzbe-
reich fast jeder Strmung auf. Um ihn zu beseitigen, werden
technische Manahmen wie Prallbleche oder gewellte Rohre
verwendet. Die dadurch erzeugte Turbulenz fhrt bild-
lich gesprochen zu besserer Vermischung und damit zu
besserem Wrmetransport. Genau dieser Effekt bringt uns
zu unserem Bierglas zurck: Die Erwrmung geht schneller
vonstatten, wenn das Bier in Bewegung gesetzt wird.
In Kapitel 4 werden wir sehen, dass das Erzeugen turbu-
lenter Verhltnisse weitere, wichtige Auswirkungen hat:
Turbulenz sorgt fr Selbstreinigung: Feststoffe werden
mitgerissen
Der Druckabfall ber einen Wrmetauscher steigt durch
Turbulenz an
Zu geringe Strmung erhht die Verschmutzungsnei-
gung und verschlechtert den Wrmebergang
Zu hohe Strmung erhht den Druckverlust und fhrt zu
erhhter Abnutzung
Bei der Dimensionierung eines Wrmetauschers mssen
die widersprchlichen Effekte gut gegeneinander austariert
werden.
Auswahltabelle der Wrmedurchgangskoeffizienten siehe
Anhang 8.4.
2.4 Die Temperaturdifferenz T
Im einfachsten Fall ist die Temperaturdifferenz der Unter-
schied zwischen dem heien Medium und dem klteren, zu
erwrmenden Medium.
In der technischen Praxis sind die Temperaturverlufe je-
doch keineswegs linear. Wir unterscheiden vor allem den
Gleichstrom d.h. die Medien flieen in gleicher Richtung
und den Gegenstrom d.h. die Medien flieen in entge-
gengesetzter Richtung durch einen Wrmetauscher.
In beiden Fllen wird als Temperaturdifferenz die mittlere,
logarithmische Differenz berechnet.
Laminare,teilweiseturbulenteundturbulenteStrmung
Temperatur
Betrieb im Gegenstrom
Eintritt
Wrmetauscherabmessung
Eintritt
Austritt
Austritt
T1
T2T4
T3
Primrseite
Sekundrseite
WrmebertragungimGegenstrom
DiePhysikderWrme
Austritt
Sekundr-medium
Eintritt
Sekundr-medium
Eintritt Primrmedium
Austritt Primrmedium
WrmebertragungimGegenstrom
-
10 | SpiraxSarco
Einen Sonderfall stellt die Verwendung von Sattdampf dar:
Der kondensierende Dampf und das daraus entstehende
Kondensat haben an jeder Stelle die gleiche Temperatur.
Voraussetzung ist, dass das Kondensat durch konstruktive
Manahmen sofort von den Wrmebertragerflchen ab-
laufen kann und ber einen geeigneten Kondensatableiter
aus dem Dampfraum entfernt wird.
In diesem Fall kann die mittlere Temperaturdifferenz ver-
einfacht arithmetisch berechnet werden:
Da T1 und T3 bei Dampf gleich bleiben (TD = T1 = T2) ergibt
sich
Gegenber der logarithmischen Berechnung ergibt sich ein
kleiner Fehler, der in der Praxis aber oft vernachlssigbar
ist.
2.5 Strmung und Druckverluste
Druckverlustberechnungen in Rohren, Wrmetauschern
und Apparaten sind ein ganz eigenes Kapitel. An dieser
Stelle
deshalb nur einige wenige Grundlagen.
2.5.1 Der Mengenstrom und die Kontinuitts-gleichung
Die Durchflussgleichung gilt sowohl fr inkompressible Me-
dien wie z. B. Wasser, als auch fr Gase und Dmpfe:
m = V = v A
m Mengen- oder Massenstrom, Einheit kg/h
Dichte, Einheit kg/m3
V Volumenstrom, Einheit m3/h
v Geschwindigkeit, Einheit m/h
A Flche, Einheit m2
Whrend des Durchflusses geht keine Masse verloren,
auch nicht beim Verdampfen oder Kondensieren (Masse-
erhaltungsstze). Deswegen gilt fr unsere Prozesse auch
m = V = v A = konstant
Diese Formel ist eine der wichtigsten Beziehungen in str-
menden Medien und heit Kontinuittsgleichung.
Fr Flssigkeiten kann man dabei vereinfachen:
V = v A = konstant
2.5.2 DruckverlustberechnungAus strmungstechnischer Sicht sind
Armaturen, Wrme-
tauscher, aber auch Rohrbgen, ja sogar die Rohre selbst
Widerstnde. Sie behindern den freien Durchfluss. Die
spr- und berechenbare Auswirkung ist der Druckverlust:
Vor der Armatur/Rohrleitung/Wrmetauscher herrscht ein
hherer Druck als hinterher.
In hydraulischen Systemen wie z. B. der Sekundrseite
des Wrmetauschers kann das zu unerwnschten Entmi-
schungen fhren. Z. B. wird ein Heizkreis in einem Gebude
Temperatur
Dampf Kondensat
Dampf/Wasser-Wrmetauscher
WrmetauscherabmessungEintritt Austritt
T1 = T2T4
T3
Primrseite
Sekundrseite
WrmebertragungmitSattdampfalsHeizmedium
DiePhysikderWrme
Eintritt
Sekundr-medium
Austritt
Sekundr-medium
Eintritt Primrmedium
Austritt Primrmedium
WrmebertragungimGleichstrom
Temperatur
Betrieb im Gleichstrom
WrmetauscherabmessungEintritt Austritt
T1
T2Te TaT4
T3
Primrseite
Sekundrseite
WrmebertragungimGleichstrom
Tm
= =T
e - T
a
lnT
e
Ta
(T1 - T
3) - (T
2 - T
4)
lnT
1 - T
3
T2 - T
4
Tm
= -T
1 + T
3
2
T2 + T
4
2
Tm
= TD
-T
3 + T
4
2
-
SpiraxSarco | 11
mit weniger Warmwasser versorgt als die anderen Gebu-
deteile. Im Sekundrkreislauf kann das auch dazu fhren,
dass es zu Teilverdampfungen kommt, bzw. um dass zu ver-
hindern, eine wesentlich strkere Pumpleistung abverlangt
wird. Mehr dazu in Kapitel 3.3.2.2
blicherweise wird vom Anlagenplaner fr den Wrme-
tauscher der maximal erlaubte Druckabfall auf der Sekun-
drseite vorgegeben. Beim Auslegen des Wrmertauschers
ist das zu bercksichtigen und mit der Anforderung an die
Strmungsbedingungen in Einklang zu bringen (Turbulenz
fr guten Wrmebergang und Selbstreinigungseffekte).
Druckverluste werden als die Summe der einzelnen Str-
mungswiderstnde berechnet:
ErmittlungDruckverlustfrSattdampfundWasser
1. Fr Armaturen: Widerstandswert C aus Tabelle ermit-
teln
2. Fr die Rohrleitung: spezifischer Widerstandswert C
aus Tabelle; C = C Lnge3. Cges ermitteln: Cges = C1 + C2+
...Cn4. Druckverlustberechnen:p=Cges (v2)/2
p Druckverlust;EinheitPa
Dichte aus Dampftafel; Einheit kg/mv Strmungsgeschwindigkeit;
Einheit m/s
BeispielfrSattdampf
Absperrventil DN 50, Rohrleitung 20 m, DN 50,
Dampf 5 bar, = 3,1646 kg/m, Strmung v = 25 m/s1. C Absperrventil
: 5,0
2. C Rohrleitung : 0,41 20 = 8,2
3. C ges = 5,0 + 8,2 = 13,2
4. p=13,2 3,16 252 = 13,035 Pa = 0,13 bar
DNC Rohrleitung[1/m]
C Absperr-ventil
CT-Stck
C90-Bogen
10 1, - , 0,1 1,7 ,7 ,7 0,0 1,0 ,7 , 0, 0,8 ,80 , 0, 0, ,8 , 0,0
0, , , 0,0 0,1 ,0 ,1 0, 0, ,1 ,0 0,80 0, , ,0 0,100 0,1 , ,0 0,1
0,1 ,7 ,1 0,10 0,1 , , 0,00 0,10 , , 0,0 0,08 , , 0,00 0,07 7,0 ,
0,0 0,0 7, , 0,00 0,0 7, ,0 0,00 0,0 8, , 0,
2.5.3 Der EnergiebedarfZur Ermittlung des Energiebedarfs fr die
Erhitzung eines
Mediums sind drei Angaben notwendig:
1. Wieviel Medium soll erhitzt werden, d.h. der Massen-
strom m ?
2. Was fr ein Medium wird erhitzt, d.h. die spezifische
Wrmekapazitt cp des Mediums?
3. Um welche Temperatur soll das Medium erhitzt wer-
den? Meist ist dabei die Anfangstemperatur und die
gewnschte Endtemperatur bekannt.
Allgemein: Q = m cp T
Wird ein Medium erhitzt, so besitzt es nach der Erhitzung
ein hheres Energieniveau. Diese Erhhung muss vom Heiz-
medium geliefert werden, wobei mgliche Wrmeverluste
zu bercksichtigen sind. Wird zur Erhitzung Dampf verwen-
det, wird nicht mit der spezifischen Wrmekapazitt cp des
Dampfes gearbeitet, sondern mit der Verdampfungswrme
hv bzw. korrekter mit der genau gleich groen Konden-
sationswrme. Bei anstaugeregelten Wrmetauschern kann
dann allerdings noch die Kondensatunterkhlung mit be-
rcksichtigt werden.
Dampfbedarf: mD = m cp T/(hv t) mD = Q 3600/hvDampfbedarf
berschlgig: mD = Q 1,8
Q Leitung, Einheit kW
cp Wrmekapazitt, Einheit kJ/kgK
T Temperaturdifferenz;EinheitK
m Massendurchfluss, Einheit kg/h
hv Verdampfungsenthalpie des Wasserdampfes (bei
Druck x), Einheit kJ/kg
t Zeit, Einheit h
mD Dampfmenge, Einheit kg/h
Beispiel:
Ein Wrmetauscher soll 8.000 l Wasser pro Stunde im
Durchlauf auf 65C erwrmen. Das Wasser tritt mit 15C
in den Wrmetauscher ein. Es steht Dampf mit 4 bar zur
Verfgung.
cp von Wasser: 4,2 kJ/kgK
hv von Dampf bei 5 bar: 2068 kJ/kg
Wrmebedarf: Q = 8000kg 4,2 kJ/kgK (65 C-15C) = 8000 kg 4,2
kJ/kgK 50 K = 1.680.000 kJ = 467 kW
Dampfbedarf: mD = 8000 kg 4,2 kJ/kgK (65 C-15C) / (2068 kJ/kg
1h) = 812 kg/hDampfbedarf berschlgig: 476 kW 1,8 kg/h kW = 856
kg/h
DiePhysikderWrme
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1 | SpiraxSarco
Alle Hinweise und die Berechnungsformeln aus den vor-
herigen Kapiteln beziehen sich auf Wrmebertrager all-
gemein, sie knnen jederzeit auf den Wrmebertragungs-
prozess zwischen Gasen, Flssigkeiten, Feststoffen oder auf
Prozesse mit Stoffen unterschiedlicher Aggregatzustnde
angewendet werden.
Beim Einsatz von Dampf als Heizmedium (Primrmedium)
gibt es eine ganze Reihe von besonderen Eigenschaften, die
genutzt werden knnen. Mehr dazu im nchsten Kapitel.
Doch vorab ist es notwendig, einige Begriffe so zu klren,
dass auch weiterhin verstndlich bleibt, von was wir reden.
3.1 Begriffe, Definitionen, Normen
3.1.1 Primr und SekundrDie Seite eines Wrmetauschers, die mit
dem heien Me-
dium beschickt wird, nennt man Primrseite und das Me-
dium heit Primrmedium. Man spricht auch von den pri-
mrseitigen Drcken, Durchflssen und Temperaturen und
von der primrseitigen Leistung. Das Primrmedium ist das
Medium, das im Laufe des Prozesses Wrmeenergie abgibt
und dabei oft auch klter wird (nicht bei Dampf: Sattdampf
und Kondensat haben dieselbe Temperatur).
Das Medium, das aufgeheizt wird, ist das Sekundrmedium.
Sekundrseitige Temperatur, sekundrseitige Leistung, Se-
kundrkreislauf sind weitere Begriffe.
Genau genommen gelten die vorgenannten Begriffe Primr
und Sekundr nicht nur fr Heizprozesse, sondern auch fr
Khlprozesse. Im Khlprozess ist dann das khlere Medi-
um auf der Primrseite, das zu khlende Medium auf der
Sekundrseite.
Anders ausgedrckt: Auf der Primrseite ist das Medium,
mit dem man den Wrmetauscher versorgt. Das Sekundr-
medium ist das Medium, dessen Temperatur man verndern
mchte.
3.1.2 Vorlauf und RcklaufDie Begriffe Vorlauf und Rcklauf
geraten manchmal etwas
durcheinander. Schuld daran ist der Blickwinkel, d.h. ob
man die Primrseite oder die Sekundrseite betrachtet oder
gar den Sekundrkreislauf. Will man ganz sicher und un-
verwechselbar formulieren, mssten Vorlauf und Rcklauf
jeweils in Bezug auf den Prozessteil bezeichnet werden, z.
B.
Vorlauf Sekundrseite Wrmetauscher. Leider nimmt man
es in der Praxis nicht ganz so genau, es lohnt sich daher
vor
der eigentlichen Installation zu prfen, ob dieselben Funk-
tionen gemeint sind.
Auf Plnen von fertig verrohrten Wrmebergabestationen
ist mit Vorlauf blicherweise die heie Seite des Sekundr-
kreises gemeint (Vorlauf Sekundrkreis oder Ausgangstem-
peratur Sekundrkreis oder Ausgangstemperatur Heizungs-
kreis, siehe Grafik unten).
3.1.3 NormenbegriffeWeitere Definitionen, Normbegriffe und
Normen finden Sie
im Anhang 8.6 und 8.7.
DampfbetriebeneWrmetauscher
Dampf
Dampftemperatur T1
Kondensat
Kondensattemperatur T2
Primrseiteheizende Seite
Sekundrseitebeheizte Seite
Rcklauftemperatur T3
Vorlauftemperatur T3
Wrmetauscher
Primr-undSekundrkreislauf
Dampf
Kondensat
Wrmebergabestation
Vorlauf
Rcklauf
RcklaufHeizungsanlage
VorlaufHeizungsanlage
VorlaufundRcklaufausSichtderGesamtanlage
3. Dampfbetriebene Wrmetauscher
-
SpiraxSarco | 1
3.2 Die besonderen Eigenschaften von DampfDampf unterscheidet
sich von den meisten anderen Ener-
gietrgern durch seinen hohen Energieinhalt und den her-
vorragenden Wrmebergang, ber den wir schon in Kapi-
tel 2.2 ausfhrlich gesprochen haben. Hier noch einmal zum
Vergleich die energetischen Eigenschaften von Dampf und
Wasser:
Dampf (Sattdampf) Wasser
Wrmeinhaltbei1barabs 8kJ/kg 17kJ/kg
Wrmeinhaltbeibar 08kJ/kg 70kJ/kg
WrmedurchgangaufWasser
00000(000)W/mK
101000W/mK
Spez.Volumenbei1barabs
1.0m/kg 1m/kg
Spez.Volumenbeibar 0,10m/kg 1m/kg
PrandtlZahl 1,07(bei100C) 7,1(bei0C)
Die in der Tabelle genannten Wrmeinhalte fr den Dampf
sind nicht ganz korrekt, denn tatschlich wird in der indus-
triellen Praxis vor allem der in Klammern stehende Wr-
meinhalt genutzt. Warum das so ist, erlutert das nchste
Kapitel.
3.2.1 Warum Sattdampf?Um die Temperatur von Wasser zu erhhen,
wird Wrme
zugefhrt. Noch mehr Wrme wird allerdings bentigt, um
das Wasser zu verdampfen. Es entsteht Sattdampf mit der-
selben Temperatur, die das Wasser am Verdampfungspunkt
hatte.
Wird weiter Wrme zugefhrt und der Sattdampf weiter
erhitzt, entsteht berhitzter Dampf. Allerdings steigt die
Dampftemperatur bereits bei geringer Energiezufuhr sehr
stark an und genau das passiert auch im umgekehrten
Fall, wenn der Dampf nmlich als Heizmedium wieder ge-
nutzt wird: Bei nur geringer Wrmeabgabe des berhitzten
Dampfes sinkt die Temperatur stark ab. So schnelle nde-
rungen sind schlecht zu regeln. Auerdem ist berhitzter
Dampf an sich ein Gas, die Wrmebergnge sind bei wei-
tem nicht so gut wie beim kondensierenden Dampf.
Ein anderer Effekt wirkt dem entgegen: durch die berhit-
zung ist die Temperatur hher und damit auch die mittlere
Temperaturdifferenz.
Ziehen wir wieder unsere Formel des Wrmetransports zu
Rate: Q = k A Tm
Bei berhitztem Dampf
wird k kleiner
Tm wird grer
Im besten Fall heben sich beide Effekte auf und die Flche
A bleibt gleich, d.h. Baugre und Kosten ndern sich nicht
wesentlich. Im schlechtesten Fall muss die Flche A aber
vergrert und damit der Apparat verteuert werden.
Andere Auswirkungen von berhitztem Dampf sind latent
aber immer vorhanden:
1. berhitzter Dampf ist fr viele Anwendungen generell
zu hei und kann zur Zerstrung des Sekundrmediums
fhren.
2. Die besonders hohe Temperatur kann auf der Sekundr-
seite zur teilweisen Verdampfung fhren. Das wiederum
hat zur Folge, dass es zu Kavitationseffekten und stark
reduzierter Materiallebensdauer kommt.
3. Durch die schnelle Temperaturnderung bei geringer
Wrmeabgabe wird die Regelbarkeit schlechter. Vor
allem im Teillastbereich kommt es zu berschwin-
gungen.
In der industriellen Praxis wird daher fast ausschlielich
mit
Sattdampf gearbeitet, der bei der Kondensation groe Men-
gen Energie (Wrme) unter sehr konstanten Bedingungen
und mit hervorragendem Wrmebergang abgibt. Das dabei
entstehende heie Wasser (Kondensat) kann weiter genutzt
werden, siehe hierzu Kapitel 3.3.2 und 6.10.
3.2.2 Druck und TemperaturBei Sattdampf gibt es einen genauen
Zusammenhang zwi-
schen Druck und Temperatur. Hier beispielhaft ein paar
Werte aus der Dampftafel (Anhang 8.9 Dampftafel).
Druck[bar]
0 1 10 1 0 0
Tempe-ratur[C]
, 10, 1, 18,8 18,1 01, 1, 1,8
Dieser eindeutige Zusammenhang zwischen Druck und
Temperatur hat ein paar sehr vorteilhafte Auswirkungen:
Regelung
Um einen Prozess regeln zu knnen, muss der Istwert erfasst
werden. Soll z. B. ein Heiwasserkreislauf auf der Solltem-
peratur von 95C gehalten werden, ist es unabdingbar, die
wirkliche Temperatur des Wassers stndig zu messen und
mit der gewnschten Temperatur (95C) zu vergleichen.
Diese Temperaturmessung ist dabei keineswegs einfach,
Temperatur [C]
417Wasser
99,6
200,0
2.258Verdampfungswrme
200berhitzung
Druck:1 barabs
Wrmeinhalt [kJ/kg]
EnergieinhaltdesDampfes
DampfbetriebeneWrmetauscher
-
1 | SpiraxSarco
ndert doch das Wasser durch Wrmeabgabe seine Tempe-
ratur stndig. An verschiedenen Stellen des Prozesses wird
man daher unterschiedliche Temperaturen messen.
Bei Dampf ist das anders: Bei gleichbleibendem Druck ist
auch die Temperatur konstant, siehe Dampftafel. Da der
Druck in einem geschlossenen Raum immer der gleiche ist,
kommt es zu keiner Druckschichtung. Die Druckmessung
ist sehr schnell, man muss nicht warten, bis sich z. B. ein
Thermometer auf eine neue Temperatur eingestellt hat. Au-
erdem kann man an nahezu jeder beliebigen Stelle messen,
da der Druck im Dampf und damit die Temperatur ja berall
dieselbe ist.
Stabilitt
Wird Wasser als Heizmedium verwendet, verringert sich
seine Temperatur whrend des Wrmetausches stndig, sie
nimmt ab. Wir wissen bereits, dass je nach Messstelle im
Prozess eine andere Temperatur gemessen wird. Das ist aus
mehreren Grnden unangenehm:
Nicht jeder Prozess vertrgt eine solche Temperatur-
schichtung. Eine Trocknungswalze (Papierherstellung,
Textilproduktion, Wschemangel) die ber ihre Breite
unterschiedliche Temperaturen hat, trocknet ungleich,
es kommt zu Materialabrissen und die Arbeitsgeschwin-
digkeiten werden langsamer.
Die Auslegung der Wrmetauschflchen wird kompli-
zierter, da an jeder Stelle des Prozesses andere Bedin-
gungen vorliegen, die sich z.T. auch noch zwischen An-
fahrzustand und Dauerbetrieb z. B. verndern knnen
Bei Dampf ist das gnzlich anders: An jeder Stelle herrscht
derselbe Druck und damit dieselbe Temperatur. Auch das
entstehende Kondensat hat dieselbe Temperatur wie der
Dampf. Voraussetzung ist allerdings, dass der Dampfraum
so schnell und gut wie mglich entwssert wird, so dass das
Kondensat nicht abkhlen kann. Zur Entwsserung mehr
im nchsten Kapitel.
3.2.3 Die EntwsserungAuch wenn Sie das in den vorangegangenen
Kapiteln schon
mehrfach gelesen haben: Besonders viel Energie wird frei,
wenn Dampf kondensiert und gleichzeitig ist der Wrme-
bergang durch die Kondensation besonders gut. Das ent-
stehende Wasser aber strt den Wrmebergang (Kapitel
2.2), es muss also schnellstmglich aus dem Wrmetauscher
entfernt werden. Das ist die Aufgabe eines einfachen Regel-
organs, des Kondensatableiters.
Kondensatableiter
Die Aufgabe des Kondensatableiters lsst sich ganz einfach
beschreiben:
1. Wertvoller Dampf soll im Prozess bzw. im Wrmetau-
scher verbleiben aber
2. Das strende Kondensat soll rasch abflieen.
Eine Zusatzaufgabe des Kondensatableiters ist es auch, st-
rende, nicht kondensierbare Gase vor allem Luft eben-
falls auszuschleusen.
In unseren Grundlagen der Dampf- und Kondensattech-
nologie gehen wir ausfhrlich auf die Entwsserung und
Kondensatableiter ein, so dass wir uns hier auf die Punkte
beschrnken, die direkt mit Wrmetauschern zu tun haben.
Kondensatableiter kann man in zwei Kategorien einstufen:
Ableiter, die verzgerungsfrei ableiten; das sind Kugel-
schwimmer-, Glockenschwimmer- und thermodyna-
mische Kondensatableiter
und solche, die eine Unterkhlung bentigen und des-
wegen Kondensat zurckstauen, wie thermische Kapsel-
und Bimetall-Kondensatableiter.
Kondensat im Wrmetauscher behindert nicht nur den Wr-mebergang,
sondern fhrt auch zu strenden Geruschen
bis hin zu starken Implosionsschlgen: Der Wasserdampf
fllt an der kalten Wasseroberflche schlagartig zusammen.
Ein ungewolltes Zurckstauen von Kondensat vor dem Ab-
leiter zurck in den Wrmetauscher ist deswegen unbedingt
zu verhindern. Thermische Ableiter werden daher norma-
lerweise nicht zur Wrmetauscherentwsserung eingesetzt.
Ausnahmen gibt es zwar, sie bedrfen jedoch spezieller
konstruktiver Manahmen, vor allem einer langen An-
staustrecke.
Glockenschwimmer-Kondensatableiter entlften schlecht
und sind Energieverschwender. Thermodynamische Kon-
densatableiter sind ebenfalls schlechte Entlfter und au-
erdem in ihrer Ableitleistung meist kleiner als Schwim-
mer-Kondensatableiter. Die optimale technische Lsung ist
daher der Einsatz von Kugelschwimmer-Kondensatablei-
tern mit eingebautem Entlfter.
Wenn Ihnen die Funktion des Kugelschwimmer-Kondensa-
tableiters unbekannt sein sollte: Die Schwimmerkugel hebt
sich durch das einflieende Kondensat und gibt den Ventil-
sitz frei. Durch den hheren Druck im Dampfraum wird das
Kondensat durch den Ableiter ins Kondensatnetz gedrckt.
Kugelschwimmer-Kondensatableiter
DampfbetriebeneWrmetauscher
Eintritt
Austritt
Entlfter
Hauptventil
Schwimmer-kugel
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SpiraxSarco | 1
Achtung: FrdieFunktioneinesKondensatableiters ist
esimmernotwendig,dassvordemAbleitereinhherer
Druck herrscht als nach dem Ableiter. Ist das nicht der
Fall, muss ein Pump-Kondensatableiter eingesetzt werden
(Kapitel 3.3.1.2 ).
Die Ableiteleistung eines Kondensatableiters hngt direkt
vom Differenzdruck ab, hier ein typisches Leistungsdia-
gramm:
Beim Anfahren eines Wrmetauschers steigt der Dampf-
druck erst langsam an, da durch den khlen Wrmetauscher
das Dampfvolumen und damit der Druck schnell verbraucht
werden. Im Anfahrzustand fllt besonders viel Kondensat
an (bis B) und ausgerechnet in diesem Zustand hat der Ab-
leiter noch nicht seine volle Leistung, es fehlt einfach der
Vordruck. Erst wenn sich gengend Druck aufgebaut hat (ab
B), baut sich das Kondensat ab (bis C) und ab D wird zeitnah
genau so viel Kondensat abgeleitet, wie anfllt.
Wir empfehlen normalerweise, einen Kondensatableiter
nicht zu gro zu whlen: das schont den Geldbeutel und ist
auch besser fr die Lebensdauer. Trotzdem wird ausge-
hend von der maximalen Wrmetauscherleistung fr die
Entwsserung von Wrmetauschern mit einem Zuschlag
von 30 % gearbeitet.
Fr die Entwsserung von Wrmetauschern gilt als Ergeb-
nis der vorstehenden Beispielrechnung:
QKSA = Qmax 1,3
Qmax max. Leistung des Wrmetauschers, Einheit kW
Berechnung der Ableiteleistung in kg/h: (QKSA 3600)/hV
hV Verdampfungsenthalpie Dampf, Einheit kJ/kg
In der Praxis kommt es, und zwar viel hufiger als man
b-licherweise denkt, zu Zustnden, in denen der Druck zum
gesicherten Ableiten des Kondensates nicht ausreicht. Vor
allem bei zu gro ausgelegten Wrmetauschern und im
Teillastbetrieb ist das der Fall, wenn dampfseitig geregelt
wird. Wie mit solchen Anlagenzustnden umzugehen ist,
beschreibt Kapitel 3.3.1. Die Auslegung eines Kondensatab-
leiters fr die Anstauregelung beschreibt Kapitel 3.3.2.
3.2.4 Kondensationsart: Lieber stehen oder liegen?
Lieber stehen oder lieber liegen ist nicht eine Frage nach
Ihrer persnlichen Vorliebe, sondern nach der Effizienz des
Wrmetausches.
Wenn kondensierender Wasserdampf einen Wasserfilm auf
der Wrmetauscherflche bildet, behindert das den Wr-
mebergang. Je dicker der Film, desto schlechter der Wr-
mebergang. Die Strmung ist nicht turbulent, denn der
Wasserfilm kann nicht beschleunigt werden. Viel besser als
ein Wasserfilm wre reine Trpfchenkondensation. Voraus-
setzung ist, dass die Trpfchen schnell abfliessen knnen
und siehe vorhergehendes Kapitel die Entwsserung gut
funktioniert.
Tendenziell sind daher stehende Wrmetauscher sei es
ein Rohrbndel oder ein Plattenapparat einem liegenden
Wrmetauscher in Bezug auf den Wrmebergang ber-
legen. Eine gute Alternative sind Turflow Wrmetauscher
(Geradrohrwrmetauscher), die zwar ebenfalls oft liegend
eingesetzt werden, der Dampf aber gegenber dem klas-
sischen Rohrbndeltauscher im Mantel und nicht in den
Rohren ist. Das entstehende Kondensat kann daher leichter
von der bertragerflchen abfliessen.
AbleitdiagrammfrFT7
Ableitvermgen desKondensatableiters
Kondensatanfall
Kondensatanfall
Kondensatdurchfluss durch den AbleiterK
onde
nsat
men
ge p
ro Z
eit
A B C D Zeit
Konden-satan-stau
Kondensat-abbau
Aufheizzeit
VerlaufdesKondensatanfalls
DampfbetriebeneWrmetauscher
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1 | SpiraxSarco
AufbaueinerWrmetauscherentwsserung
Wir haben schon gelernt, dass eine Wrmetauscherentws-
serung nur funktioniert, wenn der Druck vor dem Konden-
satableiter grer ist als nach dem Ableiter. Auch wenn es
vielleicht witzig klingt, gibt es noch eine weitere
Vorausset-
zung zur sicheren Wrmetauscherentwsserung: Das Kon-
densat muss berhaupt zum Kondensatableiter gelangen
knnen!
Folgende Konstruktive Hinweise haben sich bewhrt:
Die Kondensatleitung muss fallend verlegt werden
Der Kondensatableiter muss unterhalb des Wrmetau-
scherausgangs installiert sein; Erfahrungswert: 200 mm
Die Kondensatleitung vor dem Ableiter sollte mglichst
etwas grer als der Rohrdurchmesser des Heizbndels
sein, keinesfalls aber kleiner! Faustwert: Kondensatlei-
tung gleiche Nennweite wie der (richtig dimensionierte)
Kondensatableiter
Der Kondensatableiter ist mglichst nahe am Wrme-
tauscher zu installieren. Faustwert: 500-1000 mm.
Zur richtigen Berechnung von Dampf- und Kondensatlei-
tungen verweisen wir auf unsere Grundlagen der Dampf-
und Kondensattechnologie.
Dampf
Kondensat
Wrme-tauscher
Kugelschwimmer-Kondensat
Zu kleine Kondensat-leitung behindertKondensatweiterleitung
IstdasKondensatsystembzw.dieKondensatleitungennachdemAblei-
terzukleindimensioniert,kommteszuungewolltemDruckaufbau,der
DifferenzdruckamAbleitersinkt
Dampf
Kondensat
Wrmetauscher
Kugelschwimmer-Kondensatableiter
Kondensatausgang, Zuleitung zumKondensatableiter und
Weiterfhrunggro genug auslegen. Kondensatzuleitung fallend
ausfhren.
ca. 500-1000 mm
ca. 200 mm
OptimalerAufbaueinerEntwsserung
DampfbetriebeneWrmetauscher
Dampf
Kondensat
Wrme-tauscher
Kugelschwimmer-Kondensatableiter
DampfpolsterbehindertKondensatabfluss
DurchDampf- oderLuftblasenkommtdasKondensatnichtbiszum
Kondensatableiter
Dampf
Kondensat
Wrme-tauscher
Kondensatleitungund Wrmetauscherstehen voll Kondensat
DerAbleiter istberdemAusgangdesWrmetauschersmontiert:Das
SystemstehtbiszumAbleitervollerWasser
Dampf
Kondensat
Wrme-tauscher
Kugelschwimmer-Kondensatableiter
Zu kleiner Kondensat-anschluss behindert Kondensatabfluss
Die Kondensatleitung vor dem Ableiter ist zu klein
dimensioniert, es
kommtzuhohemDruckverlust,dieEntwsserungsleistungsinkt
-
SpiraxSarco | 17
3.2.5 Nicht kondensierbare GaseStrmt z. B. beim Anfahren einer
Anlage nicht Konden-
sat sondern Luft in den Ableiter, kann die Schwimmerkugel
nicht aufschwimmen, sie ist ja schwerer als Luft. In diesem
Fall tritt der separat eingebaute Entlfter in Funktion: er
ffnet ein weiteres Ventil so lange, bis heier Dampf ansteht.
Ohne Entlfter wrde ein Luftpolster im und vor dem Kon-
densatableiter das Zuflieen von Kondensat behindern.
Aber nicht nur im Kondensatableiter fhren Luft oder
etwas allgemeiner nicht kondensierbare Gase zu uner-
wnschten Effekten. Auch Luft direkt im Wrmetauscher ist
unerwnscht:
1. Selbst wenn die Luft so hei wre wie der Dampf: Da-
durch dass sie nicht kondensiert, ist der Wrmeber-
gang wesentlich schlechter, die Leistung des Wrmetau-
schers ist vermindert.
2. Luft im Dampf fhrt zu einer Vernderung der Partial-
drcke und damit zu einer Temperaturminderung. Bei-
spiel: Sattdampf, 5 bar hat laut Dampftafel eine Tempe-
ratur von 158,8 C.
Ist in dem Dampf 10% Luft vorhanden, so betrgt der
Partialdruck des Dampfes nur noch 5 bar 90% = 4,5 bar. Das
entspricht einer Temperatur von 155,5C.
Ist der Anteil der Luft auch noch schwankend, wird die Wr-
metauscherregelung komplizierter und neigt ebenfalls zum
Schwanken. Luft sollte daher aus dem Dampf entfernt wer-
den, noch bevor sie in den Wrmetauscher eintreten kann
z. B. durch die Entlftung des vor die Regelung geschal-
teten Trockners oder durch eine sinnvolle Entlftung der
Hauptdampfleitung.
3.3 Zwei Arten der Regelung
Dampfbetriebene Wrmetauscher knnen auf zwei verschie-
dene Arten betrieben und geregelt werden:
1. Dampfseitige Regelung: Das Regelventil sitzt in der
Dampfzuleitung und wird je nach Wrmebedarf mehr
oder weniger geffnet. Im Ausgang des Wrmetauschers
wird ein Kondensatableiter oder ein Pump-Kondensat-
ableitsystem eingesetzt.
2. Kondensatseitige Regelung oder Anstauregelung:
Das Regelventil sitzt im Ausgang des Wrmetauschers.
Geregelt wird dabei nicht die Dampfzufuhr (Wrmezu-
fuhr) sondern die zur Verfgung stehende Flche. Das
Regelventil selbst begrenzt den Kondensatablauf.
3.3.1 Dampfseitige RegelungZum besseren Verstndnis haben wir die
einfachste Form ei-
ner dampfseitigen Regelung gezeichnet, in der industriellen
Praxis sind weitere Armaturen sinnvoll wie z. B. Schmutz-
fnger, Schauglser, Dampftrockner, Absperrventile. Zur
Funktion der dampfseitigen Regelung werden aber nur
diese Gerte bentigt:
1. Regelventil in der Dampfleitung (Eingang Primrseite)
2. Kondensatableiter (Ausgang Primrseite)
Thermischer Entlfter
Ablauftrichter
Dampftrockner
Kugelschwimmer-Kondensatableiter
DampftrocknermitEntlftung
Thermischer Entlfter
Ablauftrichter
zurKonden-satleitung
Blindflansch
gleicheNennweite
Kondensatableiter
ca. 500 mm
EntlftungundEntwsserungamEndeeinerDampfleitung
DampfbetriebeneWrmetauscher
Kondensat Luft
Kondensat-ableiter
Dampf undKondensat
BlockadedurchLufteinschluss
Kugelschwimmer-KondensatableitermitEntlfter
Schwimmerkugel Entlfter
Hauptventil
-
18 | SpiraxSarco
3. Temperaturfhler (Ausgang Sekundrseite)
4. Regelgert
Regelventil
Selbst Fachleute legen das Regelventil fr die Wrmetau-
scherregelung blicherweise nach angenommenen theore-
tischen Werten aus. Das liegt meist daran, dass der Fach-
mann fr das Ventil nicht wei, wie der Wrmetauscher
wirklich ausgelegt ist. Auch wenn man diese Vorgehensweise
nicht immer vermeiden kann: Die besseren Ergebnisse be-
zglich Regelgte, Lebensdauer and anderen Rahmenbe-
dingungen erhlt man, wenn Ventilauslegung und Wrme-
tauscherdimensionierung aus einer Hand erfolgen.
Als Mindestdaten fr das Regelventil mssend der Vor-
druck (Dampfdruck) und die Leistung des Wrmetauschers
d.h. die maximale Dampfmenge bekannt sein. Der Fach-
mann geht dann im Volllastbetrieb blicherweise von einem
Druckabfall von 10% ber das Regelventil aus. Beispiel:
Gegeben:
Dampfdruck 5 bar
Wrmetauscherleistung 500 kW
ZurBerechnung:
Druckabfall 10% d.h. 0,5 bar
Zur Verfgung stehender Druck: 4,5 bar
AusderDampftafel:WrmeinhalthvDampfbei4,5bar=2096 kJ/kg
m=Q*3600/hv=500kW*3600/2096kJ/kg=859
kg Dampf/h
Damit ergibt sich rechnerisch ein kv-Wert von 19,93. Wir
whlen den in der Standardbaureihe verfgbaren kvs-Wert
von 25 aus.
Die Ventilgre wird entsprechend der Auslegung der
Dampfleitung gewhlt: DN 80
Noch einmal: DN80, kvs 25, mit diesem Ergebnis kann
man den Wrmetauscher betreiben und die meisten Anla-
gen werden so ausgefhrt werden. Wichtigste Annahme fr
diese Berechnung war der Druckabfall von 10% und genau
diese Annahme wollen wir einmal genauer unter die Lupe
nehmen.
Aus allen unseren vorherigen Kapiteln wissen wir, dass der
Wrmetauscher keine magische Apparatur ist, die Energie
erzeugt oder vernichtet. Die Energie, die in den Apparat hi-
neingesteckt wird, ziehen wir auf der anderen Seite wieder
ab (und ein paar Abstrahlverluste gibt es ja auch noch). Um-
gekehrt gilt aber auch, dass wir nur soviel Energie zufhren
knnen, wie auf der anderen Seite bentigt wird. In unserem
obigen Beispiel waren das 500 kW.
Betrachten wir noch einmal die Wrmetauschformel:
Q=kAT.DieTemperaturdifferenzhattenwirmitT
= TD (T3+T4)/2 berechnet. T3 und T4 werden durch den
Prozess oder durch die Heizungsanlage vorgegeben. Die
Flche A des Wrmetauschers ist unvernderlich und auch
der k-Wert verndert sich nicht, da die Kondensation auf
der Dampfseite und die Durchflussbedingungen auf der Se-
kundrseite gleich bleiben. Die einzige vernderliche Gre
ist also die Dampftemperatur TD. Dampftemperatur und
Dampfdruck sind bei Sattdampf aber einander genau zuge-
ordnet.
Die logische Schlussfolge dieser berlegung mag Sie berra-
schen, sie kann jedoch in unserem Dampflabor am Wrme-
tauscherprfstand praktisch nachgewiesen werden:
BeieinemdampfseitiggeregeltenWrmetauscherstellt
sichdieTemperaturunddamitderDampfdruckinAb-
hngigkeitvondenBetriebsparameternein.
Aha, denkt jetzt der Fachmann, und warum brauche ich
dann berhaupt noch ein Regelventil? Eigentlich braucht
man das Regelventil tatschlich nicht. Nur wird der Druck
im Wrmetauscher normalerweise mindestens aber im
Schwachlastbetrieb kleiner als der Dampfdruck sein. Es
muss zu einem Druckabfall kommen. Dass dies kontrolliert
und ohne berhitzungen, extreme thermische Spannungen
und andere Effekte erfolgen kann, dafr ist das Regelven-
til ntig. (In Klammern gesagt: Es gibt allerdings Anwen-
dungen, in denen man tatschlich auf das Ventil komplett
verzichten kann).
Fr die Auslegung des Regelventils heit das, dass der
Druckabfall abhngig von den Temperaturen auf der Dampf-
seite und damit von den Dampfdrcken ist. Die Dampftem-
peraturen sind aber ganz wesentlich durch die Auslegung
des Wrmetauschers bestimmt: Ist der Apparat grer
dimensioniert (grere Flche), ergeben sich niedrigere
Dampftemperaturen und damit eine grerer Druckabfall.
Ist der Apparat kleiner, muss die Dampftemperatur steigen
whrend der Druckabfall am Regelventil kleiner wird.
Mit dieser berlegung lassen sich Dampftemperatur und
damit die Kondensattemperatur und die danach folgende
DampfbetriebeneWrmetauscher
Dampf
14
3
2Kondensat
Primrseite Sekundrseite
Wrme-tauscher
DampfseitigeRegelung
-
SpiraxSarco | 1
Nachverdampfung im Kondensatsystem beeinflussen. Es
lohnt sich also, die Dimensionierung des Wrmetauschers
und die Auslegung des Regelventils sorgfltig aufeinander
abzustimmen.
Das Regelventil sollte nicht grer als bentigt ausge-
legt werden, da sonst bei Teillast nicht mehr gengend
Hubweg des Ventilsitzes fr eine genaue Regelung zur
Verfgung steht.
blicherweise wird ein Ventil mit gleichprozentiger Re-
gelcharakteristik gewhlt.
Bei Anwendungen mit extremer Bandbreite kann es n-
tig sein, zwei Ventile einzusetzen: Ein Ventil mit kleinem
kvs-Wert fr den unteren Regelbereich (Teil- oder Nied-
riglast) und ein Ventil mit grerem kvs-Wert fr den
Volllastbereich. Aus Kostengrnden und zur Verein-
fachung der Regelung wird man blicherweise versuchen,
einen solchen Aufbau zu umgehen.
Regelventile fr Dampf sind normalerweise metallisch dich-
tend, d.h. Ventilsitz und Regelkegel sind aus Metall. Ein
solches Ventil wird immer eine kleine Undichtigkeit aufwei-
sen (IEC 534-4), die im Laufe der Lebensdauer zunimmt.
Geringe Mengen Dampf knnen also auch bei Anlagenstill-
stand durch das Ventil in den Wrmetauscher gelangen. Oft
strt diese geringe Dampfmenge nicht, da die Umgebungs-
verluste des Wrmetauschers viel grer sind. Wo ein solch
geringer Dampfschlupf aber keinesfalls erlaubt ist, muss
ein zweites Ventil mit Weichdichtung als Absperrventil ver-
wendet werden. Alternative fr den Anlagenstillstand ist ein
handbettigtes Faltenbalg-Absperrventil.
Bei geringen Dampfdrcken d.h. geringen Temperaturen
(Daumenwert: unter 2 bar) kann auch das Regelventil
weichdichtend ausgefhrt werden. In diesem Fall ist mit
hherem Wartungsaufwand zu rechnen; Erfahrungswert fr
den Austausch der Weichdichtung ist ca. ein Jahr (abhngig
von den Einsatzbedingungen).
Da Temperaturreglungen von Wrmetauschern relativ lang-
sam sind, knnen sowohl pneumatisch als auch elektrisch
bettigte Ventile eingesetzt werden.
Kondensatableiter
In Kapitel 3.2.3 haben wir uns bereits ausfhrlich mit der
Entwsserung beschftigt so dass wir an dieser Stelle ledig-
lich betonen wollen:
Erste Wahl fr die Entwsserung dampfseitig geregelter
Wrmetauscher sind Kugelschwimmer-Kondensatableiter.
Der Kondensatableiter wird auf die maximale Leistung plus
30 % Reserve, d.h. die maximal anfallende Kondensatmenge
ausgelegt.
Viel interessanter ist aber die Frage, bei welchem
Differenz-
druck diese Auslegung erfolgt. Ist der Gegendruck aus dem
Kondensatnetz unbekannt, wird von mindestens 0,5 bar
Gegendruck ausgegangen. Eventuell ansteigende Konden-
satleitungen werden mit der entsprechenden geodtischen
Hhe bercksichtigt.
Als Vordruck wird der Dampfdruck abzglich des Druckab-
falls am Regelventil verwendet, d.h. im Extremfall 50% des
ursprnglichen Dampfdrucks.
Im Anfahrzustand ist der Druck im Dampfraum oft noch
nicht auf dem gewnschten Wert, allerdings fllt dann ja
auch aufgrund der niedrigeren Temperatur weniger Kon-
densat an. Die Konstruktion von Spirax Sarco-Kugelschwim-
mer-Kondensatableitern mit Entlfter ist so ausgefhrt,
dass im Anfahrzustand das Entlfterelement zustzliche
Ableitkapazitt gewhrleistet. Es reicht daher vllig aus, auf
die maximalen Betriebsbedingungen auszulegen.
Beispiel
Gegeben sei ein Wrmetauscher, der 2000 kg/h Wasser bei
einem Dampfdruck von 4 bar von 20 auf 80 C erwrmt. Fr
den Wrmetauscher wird mit einem k-Wert von 5000 W/m2K
gerechnet, der Gegendruck aus dem Kondensatnetz sei
0,8 bar. Der Druckabfall ber das Regelventil betrgt 10%.
Aus den o. g. Daten ergibt sich ein Leistungsbedarf von
140 kW. Ohne weitere Leistungsreserve wird eine Wrme-
tauscherflche von 0,3 m2 bentigt, bei vollem Dampfdruck
4 bar d.h. 3,6 bar nach dem Regelventil.
Leistungsbedarf
Wrmetauscher
Kondensat
Wrme-tauscher
0,1 m Hhe= 0,1 bar Gegendruck
GegendruckdurchdieArtderKondensatfhrung
DampfbetriebeneWrmetauscher
Q = k A T = k A (TD
- )2
= 5000 W/mK 0,3 m (TD - 50 C)
T1 + T
2
Q = m cp = 2000 4,19 60K
h
= 502800 = 140 kW
kg
hkg
kg KkJ
-
0 | SpiraxSarco
Der erste Teil der Tabelle zeigt, dass mit 0,3 m2 Wrmetau-
scherflche bei 4 bar (effektiv 3,6 bar ) die geforderte
Leis-
tung von 140 kW erbracht wird, nicht jedoch bei niedrigeren
Drcken im Anfahrbetrieb. Aus der unten stehenden Grafik
wird ein FT14-Kondensatableiter gewhlt, der bei einem
Differenzdruck von 2,8 bar die Entwsserung von 239 kg/h
Kondensat bewerkstelligt (Maximalleistung 400 kg/h).
Soll die Leistung von 140 kW auch bei niedrigeren Dampf-
drcken sofort zur Verfgung stehen, muss die Flche auf
0,5 m2 vergrert werden. Der gewhlte Kugelschwimmer-
Kondensatableiter in Nennweite ist fr den Auslegungs-
punkt (4 bar Dampfdruck, 2,8 bar Differenzdruck) immer
noch richtig gewhlt. Der Wrmetauscher ist jetzt generell
berdimensioniert und knnte bei 4 bar Dampfdruck eine
Leistung von 247 kW erbringen (Kondensatanfall 422 kg/h),
die Leistung des ausgewhlten Kondensatableiters ist fr
diese Leistung gerade nicht mehr ausreichend (max.
400 kg/h). Es muss, auch bei Dampfdrcken unter 2 bar
(Differenzdruck 1 bar), der nchstgrere Ableiter gewhlt
werden.
Bei Dampfdrcken unter 1 bar werden die Differenzdrcke
Null bzw. negativ: Eine Entwsserung des Wrmetauschers
findet nicht statt, die Anlage kommt unter diesen Bedin-
gungen nie auf Leistung. brigens hilft auch der Einsatz
eines Vakuumbrechers nicht. Dieser Effekt wird Rckstau
genannt und kann derart strend sein, dass wir ihm ein extra
Kapitel (3.3.1.2) gewidmet haben. Eine gesicherte Entws-
serung durch den ausgewhlten Ableiter ist erst ab einem
Differenzdruck von ca. 1,5 bar gegeben (Ableiterleistung ca.
210 kg/h). Soll die Entwsserung bereits ab 1 bar Dampf-
druck, d.h. 0,1 bar Differenzdruck gewhrleistet sein, ist
der
Ableiter in Gre 1 zu whlen (300 kg/h Siedekondensat
bei 0,1 bar Differenzdruck).
In unserem Beispiel ist bei Drcken bis knapp unter 0,8 bar
der Differenzdruck am Kondensatableiter kleiner Null:
Das bewirkt der Gegendruck im Kondensatnetz. Unter die-
sen Umstnden funktioniert die Entwsserung also nicht
mehr. Hat der Wrmetauscher seine volle Leistung erreicht,
strt das nicht mehr. Bei Teillastbetrieb und damit klei-
nen Dampfdrcken/Dampftemperaturen kann es jedoch
zu Kondensatrckstau kommen. Bei 0,5 bar Dampfdruck
fallen pro Stunde 1390 kg Kondensat an, die nicht abgelei-
tet werden! Dieser Effekt kann derart strend sein, dass wir
ihm ein extra Kapitel (3.3.1.2) gewidmet haben.
Temperaturfhler
Aufgabe des Wrmetauschers ist es, das Sekundrmedium
zu erhitzen. Der vorhandene Temperaturwert im Ausgang
des Sekundrmediums wird gemessen und mit dem ge-
wnschten Sollwert verglichen. Fr den Einbau des Tempe-
raturfhlers sind einige Hinweise zu beachten:
Der Temperaturfhler muss so tief im Sekundrmedium eintauchen,
dass er ausschlielich die Mediumstempera-
tur misst und nicht durch die Umgebungsbedingungen
beeinflusst wird.
Um Verflschungen zu vermeiden, sollte die Messstelle
nicht zu weit vom Wrmetauscher entfernt sein; Faust-
wert: max. 500 mm.
Wird der Temperaturfhler in einen Rohrbogen einge-
baut, ist darauf zu achten, dass das Medium gegen den
DampfbetriebeneWrmetauscher
Das Auslegungsdiagramm eines FT1-Kugelschwimmer-Kondensatab-
leiters.
Dampfdruck[bar] 0, 0, 1 1,
DruckabfallRegelventil[bar] 0,0 0,0 0,1 0,1 0, 0,
DruckimWT[bar] 0, 0,81 0, 1, 1,8 ,
Dampftemperatur[C] 110 117 118, 1, 11 18,7
Enthalpie[kJ/kg.K] 11 01 181 1 107
Gegendruck[bar] 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8
Differenzdruck[bar] -0, 0,01 0,1 0, 1 ,8
GeforderteLeistungzurWassererwrmung[kW] 10 10 10 10 10 10
MaximaleLeistung[kW],A=0,m 0 101 10 110 1 18
Kondensatanfall[kg/h]],A=0,m 1 1 18 181 0
Kondensatanfall[kg/h]],A=0,m 8 1
MaximaleLeistung[kW],A=0,m 10 18 17 18 0 7
Kondensatanfall[kg/h]beimax.Leistung 7 81 0 7
-
SpiraxSarco | 1
Fhler strmt, nicht von ihm weg (Totraum mit Tempe-
raturverschleppung vermeiden).
Besonders kompakte Wrmetauscher, wie z. B. Platten-
wrmetrauscher reagieren sehr schnell. Der Tempe-
raturfhler sollte ebenfalls schnell auf Temperaturn-
derungen reagieren, um eine passende Regelung ohne
zuviel berschwingen zu ermglichen. Schutzrohre von
Temperaturfhlern sind unbedingt mit Wrmeleitpaste
zu fllen.
Kompakte Wrmetauscher enthalten beim Abschalten
oder Herunterfahren noch viel Restenergie, die im Ex-
tremfall zu Nachheizeffekten fhren kann. Der Tempera-
turfhler sollte daher zwar nahe, aber nicht zu nahe am
Wrmetauscher installiert sein; ist eine Zwangsumwl-
zung vorhanden, sitzt der Fhler nach dem Mischpunkt.
Regelgert
Sollwert und Istwert werden im Regelgert miteinander ver-
glichen. Die Differenz fhrt zu einem Stellsignal (4...20mA,
0,2...1 bar), das zu einer Vernderung der Stellung des Re-
gelventils fhrt.
Temperaturregelungen sind relativ langsam, so dass elek-
trisch betriebene Stellventile eingesetzt werden knnen (im
Gegensatz zu Druckregelungen). Tatschlich ist aber auch
bei Temperaturregelungen die Lebensdauer eines pneu-
matischen Antriebs grer. Auch pneumatische Stellventile
knnen, ber elektropneumatische Stellungsregler, elek-
trisch angesteuert werden.
3.3.1.1 SicherheitstemperaturregelungFr Heizungsanwendungen gem
DIN 12828 muss neben
dem Regelventil zwingend ein weiteres Ventil als bertem-
peratursicherung eingesetzt werden. Dieses Auf-/Zu-Ventil
wird blicherweise separat angesteuert und ist im Strfall
oft so verriegelt, dass es vom Anwender manuell wieder frei
gegeben werden muss. Die Ansteuerung kann sowohl direkt
vom Sensor erfolgen als auch in Kombination mit dem elek-
tronischen Regler.
Dampf
Kondensat
Sicherheits-temperatur-begrenzung
Wrme-tauscher
Druckluft
Regel-ventil
WrmebergabestationmitSicherheitstemperaturschaltung
DampfbetriebeneWrmetauscher
Dampf
Kondensat
Primrseite Sekundrseite
Wrme-tauscher
ElektrischeTemperaturregelung
Dampf
Kondensat
Primrseite Sekundrseite
Wrme-tauscher
Druckluft
PneumatischeTemperaturregelung
Dampf
Kondensat
Primrseite Sekundrseite
Wrme-tauscher
Druckluft
ElektropneumatischeTemperaturregelung
Einbau des Temperaturfhlers:- gut umsplt- tief genug
eingetaucht- an reprsentativer Stelle
RichtigerEinbaudesTemperaturfhlers
-
| SpiraxSarco
3.3.1.2 KondensatrckstauAuch wenns langsam langweilig wird:
Kondensat muss schnell aus dem Wrmetauscher ent-
fernt werden
und dazu ist ein Differenzdruck am Kondensatableiter
ntig.
Nur wenn der Druck vor dem Ableiter grer ist als nach
dem Ableiter, funktioniert die Entwsserung richtig.
Tatschlich herrscht am Ausgang des Wrmetauschers im-
mer Druck,
entweder lediglich der Luftdruck, ca. 1 barabs oder Gegendruck
aus dem Kondensatnetz.
Wird vom Wrmetauscher wenig Leistung abgefordert, re-
duziert das Regelventil die Dampfzufuhr. Gleichzeitig kon-
densiert der Dampf im Wrmetauscher weiterhin und diese
Kondensation geht mit einer starken Volumenverringerung
einher. (Dampf hat bei 5 bar ca. das 375-fache Volumen des
Kondensats, bei 1 bar das 1700-fache Volumen).
Weitere Kondensation und reduzierte Dampfzufuhr fhren
zu einem starken Druckrckgang im Wrmetauscher. Bei
einem System mit freiem Auslauf wird die Entwsserung
funktionieren, solange berhaupt noch (auch geringer)
berdruck im Apparat vorhanden ist. Die Ableiteleistung
des Kondensatableiters ist jedoch stark verringert.
Schliet das Regelventil im Schwachlastbetrieb immer wei-
ter, kann es sogar zu Vakuumbedingungen im Wrmetau-
scher kommen. Um dann berhaupt noch den Ausfluss von
Kondensat zu gewhrleisten, wird blicherweise ein Vaku-
umbrecher eingesetzt.
Ist der Ausgang des Wrmetauschers an ein Kondensatnetz
angeschlossen, ist immer mit mindestens 0,5 bar Gegen-
druck zu rechnen. In der Praxis ist der Gegendruck jedoch
oft signifikant grer, z. B. weil die Kondensatleitung nach
oben gefhrt ist oder weil sie weite Strecken berwinden
muss. Gegendruck entsteht auch durch die Nachverdamp-
fung von Kondensat: Kondensat verlsst den Wrmetau-
scher hei. Nach dem Kondensatableiter ist der Druck je-
doch geringer als der Druck, der laut Wasserdampftafel zu
dieser Temperatur gehrt. Es ist also zuviel Energie vorhan-
den, die wieder einen Teil des Kondensats (Nachdampf) ver-
dampft. Die Volumenvergrerung dabei fhrt zu hherem
Druck im Kondensatnetz. Bei der korrekten Auslegung von
Kondensatleitungen nach unserem Auslegungsdiagramm
ist das bereits bercksichtigt.
Beispiel: Bei einem Kondensatanfall von 500 kg/h aus einem
Dampfraum mit 5 bar entstehen 11% Nachdampf, d.h. 55 kg/h.
Das Volumen von Dampf ist wesentlich hher als das Was-
servolumen. Durch die Nachverdampfung erhlt man ein
Gemisch von 445 l/h Wasser und 93.000 l/h Dampf. Volu-
menmig liegt also viel mehr Dampf als Flssigkeit vor!
Rufen wir uns noch einmal ins Gedchtnis zurck, dass im-
mer eine Druckdifferenz bentigt wird, um Kondensat durch
den Kondensatableiter zu drcken. Jetzt wird deutlich, dass
es zu einem Kondensatrckstau im Wrmetauscher kommt,
sobald der Druck im Wrmetauscher nur noch so gro
oder sogar kleiner ist, als der Druck im Kondensatnetz. In
unserem Beispiel in Kapitel 3.3.1 beginnt der Rckstau bei
einem Dampfdruck von 0,8 bar im Wrmetauscher. Rck-
stau aber heit:
Kondensat staut in den Wrmetauscher zurck
Die Temperaturregelung wird instabiler, da die Flchen-
nderung durch das Kondensat als Strgre in den Re-
gelkreis eingreift
Es kommt zu vermehrter Geruschbildung, da heier
Dampf auf khlerem Kondensat implodiert
Die Implosionseffekte knnen so hohe Druckspitzen
auslsen, dass es zu Materialbeschdigungen kommt
An der Grenzflche zwischen Kondensat und Dampf
kommt es zu erhhter Korrosion; in der Praxis stellt
man immer wieder an den gleichen Stellen im Wrme-
tauscher Korrosionsrisse fest.
Rckstau und seine negativen Auswirkungen knnen in der
technischen Praxis sehr gut beherrscht werden. Bevor wir
uns aber mit der Lsung des Problems befassen, wollen wir
uns der Frage widmen, wann Rckstau auftritt.
BerechnungdesRckstaupunktes
Der Rckstaupunkt kann sowohl berechnet als auch zeich-
nerisch ermittelt werden. Es sind dabei zwei grundstzliche
Flle zu unterscheiden:
DampfbetriebeneWrmetauscher
Kondensat
Wrme-tauscher
Gegendruck durchNachverdampfung
Gegendruck durchgeostatische Hhe
Gegendruck durchLeitungsfhrung
EntstehungvonGegendruck
Dampf
Kondensat
Primrseite
Vakuum-brecher
Sekundrseite
Wrme-tauscher
EinsatzeinesVakuumbrechers
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SpiraxSarco |
Kondensatrckstau bei vernderlichem Durchfluss
Kondensatrckstau bei vernderlicher Rcklauftemperatur
Mit vernderlichemDurchfluss meinen wir Anlagen, bei
denen der Massenstrom des Sekundrmediums durch den
Wrmetauscher hindurch verndert wird, z. B. durch den
Einsatz einer drehzahlgeregelten Pumpe oder einfach da-
durch, dass Verbraucher zu- oder abgeschaltet werden. Die
Vernderung des Sekundrflusses bedeutet nmlich, dass
der Energiefluss im Wrmetauscher bei einer vorgegebenen
Ausgangstemperatur T4 verndert werden muss:
Q1 = Q2 m 1 hv = m 2 cp2T
Sinkt m2 , so wird auch weniger Dampf m1 bentigt, um die
Temperaturerhhung T zu erreichen. Typische Anwen-
dungen sind z. B. Anlagen, in denen Brauchwasser zu Reini-
gungszwecken erhitzt wird.
Bei vernderlicherRcklauftemperatur geht man davon
aus, dass der Durchfluss des Sekundrmediums konstant
bleibt, sich aber die Rcklauftemperatur T3 verndert. Eine
solche Vernderung fhrt zwangslufig auch zu einer Ver-
nderung des Dampfbedarfs: Das Regelventil verndert den
Durchfluss und damit den Druck im Wrmetauscher. Das
ist ganz typisch fr Verbraucher, die weniger Energiebedarf
haben. Das kann z. B. bei Heizungsanlagen in der wrmeren
Jahreszeit der Fall sein oder prozessbedingt erfolgen: Nach
dem ersten Aufheizen eines Volumens muss im nchsten
Schritt die Temperatur nur noch gehalten werden. Typisch
ist dies z. B. fr die Vorratstanks der CIP-Reinigung, bei
Behandlungsbdern in der metallverarbeitenden Industrie
oder bei Flaschenwaschmaschinen.
Kondensatrckstau bei vernderlichem Durchfluss
Rckstau tritt dann auf, wenn der Druck aus dem Kon-
densatnetz so gro oder grer ist als im Wrmetauscher.
Anstelle der Drcke kann man auch die Temperaturen ver-
wenden, denn schlielich gehrt zu jedem Dampfdruck eine
genau definierte Temperatur. Rckstau tritt demnach dann
auf, wenn die Temperatur TD im Wrmetauscher der zum
Druck des Kondensatnetzes gehrigen Dampftemperatur Tk
entspricht.
Wir berechnen das Verhltnis, ab welchem Rckstau auf-
tritt. Dieser Rckstauwert berechnet sich so:
Aus der Formel ist ersichtlich, dass FS einen Wert zwischen
0 und 1 annehmen kann. 0 bedeutet kein Rckstau, 1 be-
deutet voller Rckstau.
Der Rckstau im Wrmetauscher tritt dann auf, wenn der
Durchfluss des Sekundrmediums auf einen Wert von
FS m 2max oder weniger abgesunken ist.
Durchfluss bei Rckstau: m 2
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| SpiraxSarco
112C entspricht einem Dampfdruck von ca. 0,55 bar! Das
heit, obwohl 4 bar Dampf zur Verfgung stehen, bentigt
der Wrmetauscher nur 0,55 bar zum Betrieb an seinem
Auslegungs-Betriebspunkt! Ein erstaunliches Ergebnis. Und
wenn wir die Formeln noch mal genau betrachten, stellen
wir fest, dass auer den Betriebsdaten (Temperaturen) und
den Wrmetauscherdaten (Flche und Wrmedurchgangs-
koeffizient) keine weiteren Parameter in die Berechnung
eingehen. Wir knnen daher auch formulieren:
FreinengegebenenBetriebspunktundeinenvorgege-
benen Wrmetauscher ergibt sich ein klar definierter
Dampfdruck.
Doch weiter in der Berechnung des Staupunktes. Gehen wir
davon aus, dass der Wrmetauscher ins Freie entwssert,
d.h. 0 bar Gegendruck bzw. 1 bar Absolutdruck. 1 bar Ab-
solutdruck entspricht einer Verdampfungstemperatur von
100C. Anders gesprochen: Das Kondensat im Ausgang des
Wrmetauschers wird 100C hei sein.
Fr den Rckstauwert ergibt sich
Rckstau in den Wrmetauscher tritt bei folgendem Durch-
fluss auf:
m 2
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Kondensatrckstau bei vernderlicher Rcklauftemperatur
Rckstau tritt dann auf, wenn der Druck aus dem Kon-
densatnetz so gro oder grer ist als im Wrmetauscher.
Anstelle der Drcke kann man auch die Temperaturen
verwenden, denn schlielich gehrt zu jedem Dampfdruck
eine genau definierte Temperatur. Rckstau tritt demnach
dann auf, wenn die Temperatur im Wrmetauscher der zum
Druck des Kondensatnetzes gehrigen Dampftemperatur
entspricht.
Wir berechnen das Verhltnis, ab dem Rckstau auftritt.
Dieser Rckstauwert berechnet sich so:
Aus der Formel ist ersichtlich, dass FS einen Wert zwischen
0 und 1 annehmen kann. 0 bedeutet kein Rckstau, 1 be-
deutet voller Rckstau.
Der Rckstau in den Wrmetauscher tritt dann auf, wenn
der Durchfluss des Sekundrmediums auf einen Wert von
FS m2max oder weniger abgesunken ist.
Rcklauftemperatur bei Rckstau: T3
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3. Markieren Sie die Vorlauftemperatur (90C).
4. Verbinden Sie 1 und 3
5. Verbinden Sie 2 und 3
6. Zeichnen Sie die Gegendrucklinie (0 barabs = 1 bar =
100C) ein.
7. Der Schnittpunkt zwischen Linie 4 und dem Gegendruck
ergibt den Staupunkt. Auf der waagerechten Achse kann
man dazu 45% ablesen. Auf der senkrechten Temperatur-
achse, am Schnittpunkt mit Linie 5, erhlt man die Vor-
lauftemperatur bei der Rckstau eintritt zu 63 C.
LsungdesRckstauproblems
Die beiden vorangegangenen Unterkapitel haben gezeigt,
dass Rckstau bei jedem dampfseitig geregelten Wrmetau-
scher auftreten kann, unabhngig von Bauart und Fabrikat.
Viele Anwender glauben, sie knnten das Rckstauproblem
beseitigen, indem sie einen Vakuumbrecher einsetzen. Ein
Vakuumbrecher kann aber nur Atmosphrenbedingungen
schaffen, d.h. 0 bar bzw. 1 barabs. Genau das haben wir in
unseren vorhergehenden Beispielen bercksichtigt.
Ohne Vakuumbrecher, d.h. bei hherem Gegendruck tritt
der Kondensatrckstau noch frher ein!
Technisch lsst sich das Rckstauproblem durch den Einsatz
einer Pumpe in einem geschlossenen System mit dem Wr-
metauscher beseitigen. Diese Art der Installation ist auch
als
Druck-Vakuum-Betrieb bekannt. Bei heiem Kondensat
bieten sich mechanische Systeme an, so wie wir sie in den
folgenden Erluterungen gezeichnet haben. Elektrische Sys-
teme erfordern eine relativ groen, steuerungstechnischen
Aufwand und werden meist vermieden.
Die Pumpe ist so an den Wrmetauscher angeschlossen,
dass Kondensat frei zuflieen kann. Die Pumpe ist hydro-
statisch immer unterhalb des Wrmetauscher-Ausgangs zu
installieren! Die Pendelleitung zwischen Pumpenentlftung
und Dampfanschluss sorgt dafr, dass im Rohrsystem Wr-
metauscher-Pumpe immer derselbe Druck herrscht und
somit kein Druckpolster den Kondensatfluss behindert.
Der Entlfter ist im Niveau ber dem Kondensatauslass des
Wrmetauschers zu installieren.
Mechanische Pumpen arbeiten diskontinuierlich, d.h. erst
wenn die Pumpe gefllt ist, wird umgeschaltet, die Entlf-
tungsleitung schliet, Treibdampf wird aufgegeben und
drckt das Kondensat aus dem System. Rckschlagventile
vor und nach der Pumpe verhindern Rckfluss. Whrend
des Pumpvorganges kann kein Kondensat in die Pumpe flie-
en. Fr diesen kurzen Zeitraum ist ein Puffervolumen (se-
parater Behlter oder entsprechend dimensioniertes Rohr-
stck) vorgesehen.
DampfbetriebeneWrmetauscher
167
2
34
5
14, 5
11,6
9,0
7,0
5,2
3,8
2,6
1,7
1,0
0,4
0,0
0,7
0,5
0,3
0,2
Aus
tritt
stem
pera
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Last des Wrmetauschers [%]
b
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[ bar
]
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]
RckstauermittlungbeivernderlicherRcklauftemperatur
Dampf
Kondensat
Entlftung
Treibdampf-entwsserung
PumpeRckschlagventil
Sekundrseite
Wrme-tauscher
PumpeimDruck-Vakuumbetrieb
-
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Der Kondensatableiter nach der Pumpe sorgt fr klare
Druckverhltnisse im System und verhindert Dampfverlust.
Fr etwas kleinere Leistungen bietet sich der sehr kompakte
Pump-Kondensatableiter an. Er kombiniert mechanische
Pumpe und Kond
