Dampfsysteme – Best Practices

Keine Energie verschwenden

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01.06.2011 Die beste Methode, die Energieeffizienz von Dampfsystemen zu verbessern, die Kosten für Chemikalien und für Zusatzwasser zu verringern, ist das Rückführen der größtmöglichen Kondensatmenge zur Kesselanlage. Zuverlässigkeit, Leistung, Langlebigkeit und Wartungsanforderungen des Kondensatrohrsystems werden von mehreren Faktoren beeinflusst.

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Entscheider-Facts Für Betreiber


  • Kondensat enthält einen hohen Anteil (meist 16 %) der zur Dampferzeugung benutzten Energie. Möglichst viel Kondensat sollte so heiß wie möglich aufgefangen und zur Kesselanlage rückgeführt werden.
  • Innerhalb der ersten drei Jahre sollte es zu keinem Versagen von Komponenten kommen. Beim Einbau von Komponenten sollte die zukünftige Wartung bedacht werden.
  • Bei der Größenauswahl von Kondensatleitungen sollte berücksichtigt werden, dass es sich um ein Medium mit Zwei-Phasen-Fluss handelt; daher Anschlüsse verwenden, die Leckagen minimieren.
  • Bei der Kondensatrückfuhr sind verschiedene Drücke möglich, um das Rohrsystem mit dem richtigen Durchfluss zu konstruieren.
  • Manometer sind ein wichtiges Hilfsmittel zur Fehlerbehebung im Dampf- und Kondensatsystem. Das Befolgen dieser Regeln führt zu einer zuverlässigen und langen Standzeit des Kondensatsystems.

Einige dieser Faktoren, die maßgeblich das Kondensatrohrsystem beeinflussen, sind:

  • die Größe der Kondensatleitung, die sich auf die Menge von Kondensatflüssigkeit und Entspannungsdampf auswirkt,
  • wo sich die Kondensatleitung in Bezug auf die Prozessgeräte befindet,
  • wo sich der Anschluss der Kondensatabzweigung in die Hauptkondensat-Sammelrohre befindet und
  • die Isolierungstechniken.

Ein wichtiger Faktor, die Gesamteffizienz von Dampfsystemen zu erhöhen, ist das Maximieren der Temperatur des rückgeführten Kondensats. Die ermöglicht eine hohe Effizienz des Wärmezyklusses für das gesamte Dampfsystem.

Kondensatverlust durch Versagen der Komponenten

Kondensat enthält einen relativ hohen Anteil – je nach Druck in manchen Fällen bis zu 16 % – der Energie, die zur Dampferzeugung verwendet wird. Bei den heutigen Energiekosten muss möglichst viel Kondensat zur Kesselanlage zurückgeführt werden. Das Kondensat sollte in einem hohen Energiezustand gehalten werden, oder einfach so heiß wie möglich sein. Ein typischer Grund für Kondensatverlust im System ist das Versagen von Kondensatkomponenten.

Der Power Piping Code B31.1 (Vorschriften für Hochleistungsrohre) beschreibt die Mindestanforderungen für Rohre beim Bau von Kraftwerks- und Versorgungsleitungen. B31.1 gilt für Kondensatrohre, wenn Druck und Temperaturen höher als 6,9 bar sind. Diese Normen sollten auf alle Kondensatsysteme angewandt werden.
Eine angemessene Konstruktionsspezifikation für ein Kondensatsystem ist das Ziel einer zuverlässigen und langen Standzeit von mindestens zwanzig Jahren ohne Versagen des primären Kondensatsystems. Das Bedienpersonal der Anlage muss annehmen, dass die Designs von Kondensatsystemen angemessene Wartungs- und Anlagenleistungen beinhalten. Das Fehlen eines proaktiven Wartungsplans führt mit Sicherheit zu einer Verringerung der erwarteten Standzeit des Kondensatsystems.
Die Kondensatleitungen selbst können möglicherweise einer schädlichen korrosiven Verbindung in Form von Kohlensäure ausgesetzt sein. Der empfohlene Werkstoff für Kondensatsysteme ist Edelstahl. Edelstahl macht die Rohre deutlich widerstandsfähiger gegen Angriffe von korrosiven Stoffen und kann daher eine lange Standzeit bieten. Allerdings bringen Kondensatsysteme aus Edelstahl Mehrkosten mit sich, weshalb auch Alternativen möglich sind. Setzt man aus wirtschaftlichen Gründen Rohre aus Kohlenstoffstahl ein, werden Rohre mit Wanddicken von Schedule 80 verwendet, die aufgrund der Wanddicke die Standzeit der Rohre in korrosiven Umgebungen verlängern.
Durch Schweißen des Kondensatrohrs oder das Verwenden von Rohren mit Rohrverschraubungen lassen sich Leckagen minimieren. Während der normalen Temperaturzyklen eines Dampfsystems dehnen sich Kondensatrohre aus und ziehen sich wieder zusammen. Meist bieten Hersteller Dampfkomponenten mit Gewindeanschlüssen (NPT) an. Die Gewindeanschlüsse sind Schwachstellen im Dampf-/Kondensatsystem und werden als erste von der korrosiven Kohlensäure angegriffen, insbesondere die Gewinde an der Unterseite des Rohrs. Außerdem können die Gewindeverbindungen der Expansion und Kontraktion des Dampf-/Kondensatsystems nicht standhalten; aus diesem Grund kommt es zu Leckagen. Die gängigsten Rohrverbindungen sind:

  • Schweißverbindungen,
  • Präzisionsrohre (Tube) mit Rohrverschraubungen,
    Flansche und
  • Gewinderohr (Pipe, nur wenn unbedingt notwendig).

Bessere Verbindungen mit Präzisionsrohr

Präzisionsrohr wird bei Rohrleitungen in der Regel zu wenig eingesetzt. Es ermöglicht bessere Verbindungen von Dampfkomponenten und anderen Geräten im System. Das Schweißen von kleineren Rohrgrößen (unter 25,4 mm) ist zeitaufwendig und teuer. Durch den Einsatz von Präzisionsrohr verringert sich die Anzahl der Schweißungen, die bei einer Montage erforderlich sind.

Die meisten mechanischen Systeme funktionieren sehr gut nach einer neuen Installation. Allerdings werden die Widerstandsfähigkeit und die Zuverlässigkeit des Systems in erster Linie von der Wartungsfreundlichkeit des Systems bestimmt. Bei der Konstruktion und der Montage der Komponenten des Systems – einschließlich Piping, Tubing, Kondensatabscheidern, Kondensatpumpen usw. – muss berücksichtigt werden, wie diese gewartet werden. Falls die einzelnen Komponenten dem Werkspersonal nicht zugänglich sind, werden kaum oder gar keine Wartungsarbeiten durchgeführt, und die Zuverlässigkeit des gesamten Systems lässt nach.
Die Größe von Kondensatleitungen wird anders berechnet als die Größe von Rohren für andere Fluide. Obwohl Kondensat heißes Wasser ist, würde man eine zu kleine Leitung erhalten, wenn man bei der Größenberechnung wie bei einer Leitung für heißes Wasser vorginge. Zu kleine Kondensatleitungen erzeugen übermäßigen Gegendruck im System; dies führt zu Problemen in Bezug auf Wartung und Prozess im System. Es bestehen zwei wichtige Unterschiede zwischen Kondensat und heißem Wasser. Kondensatleitungen enthalten zwei Phasen, Kondensat (flüssig) und Entspannungsdampf (gasförmig). Daher befindet sich die richtige Größe einer Kondensatleitung zwischen einer Heißwasserleitung und einer Dampfleitung. Mit dem richtigem Wissen kann die Größe einer Kondensatleitung unter den folgenden Gesichtspunkten berechnet werden:

  • Flüssigkeitsbeladung des Kondensats,
  • Dampfbeladung des Kondensats und
  • Vernachlässigung.

Druckstöße verhindern

Die Vernachlässigung wird als Dampfverlust aufgrund fehlerhafter Dampfabscheider oder offener Bypassventile definiert. Dies kommt häufiger in Systemen vor, als in der Regel zugegeben wird. Vorbeiblasender Dampf erhöht den Dampffluss zur Rückfuhrleitung und muss in den Berechnungen berücksichtigt werden. Kondensat, das keinen Entspannungsdampf enthält, kann gepumpt und als Flüssigkeit berechnet werden (einphasiger Durchfluss). Die Kondensatrohrgeschwindigkeiten (Flüssigkeit und Entspannungsdampf) müssen weniger als 1.372 m/min betragen, um Druckstöße und andere negativen Effekte zu verhindern. Die Kondensatrohrgeschwindigkeiten (nur Flüssigkeit) müssen weniger als 213 cm/s betragen.

Die Anordnung der Kondensat-Rückfuhrleitungen ist entscheidend, um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Prozessgeräte gewährleisten zu können. Zuerst muss man verstehen und identifizieren, um welche Art von Kondensatleitung es sich handelt.
Mit Schwerkraft werden alle Prozessgeräte mit einem modulierenden Eingangsdampfventil und einer sehr niedrigen Dampfdruckanwendung beschrieben, bei der die Kondensatrückfuhrleitung den atmosphärische Bedingungen entsprechen muss. Daher wird das Kondensat per Schwerkraft in einen entlüfteten (atmosphärischen) Kondensatsammeltank entleert:

  • Rückfuhr bei niedrigem Druck Kondensatrückfuhr bei weniger als 1 bar;
  • Rückfuhr bei mittlerem Druck Kondensatrückfuhr bei einem Druck zwischen 1 und 6,9 bar;
  • Rückfuhr bei hohem Druck Rohrsystemdrücke zur Kondensatrückfuhr bei Drücken ab 6,9 bar.

Die meisten Probleme mit Kondensatsystemen lassen sich darauf zurückführen, wo sich die Kondensatleitungen in Bezug auf die Wärmetransfergeräte, den Kondensatabscheider und andere Drainagevorrichtungen befinden.
Alle Kondensatleitungen müssen am oberen Totpunkt des Hauptkondensatsammlers in horizontaler Ebene angeschlossen sein. Ungeeignete Kondensatanschlüsse sind:

  • Anschluss an der Unterseite eines Kondensatsammlers;
  • Anschluss an der Seite eines Kondensatsammlers;
  • Anschluss an einen vertikalen Kondensatsammler.

Die Kondensatanschlüsse werden zu Problemen des Systems führen. Das Hauptproblem werden Druckstöße aufgrund der falschen Anschlussstelle sein. Der aufgrund der falschen Anschlussstelle in den Hauptkondensatsammler eingeführte Entspannungsdampf erzeugt in einer Wechselwirkung mit dem kühleren Kondensat Druckstöße. Diese Druckstöße sind die Hauptursache für vorzeitiges Versagen eines Dampf-/Kondensatsystems.

Manometer sind bei ordnungsgemäßem Einbau in das Rückfuhrsystem ein probates Mittel zur Identifikation von Fehlern im Prozess- und Dampfsystem. Falls keine Manometer installiert sind, sollten stets die erforderlichen Anschlüsse für ein Manometer im System vorhanden sein. Dies ermöglicht den Einbau eines Manometers bei der Fehlerbehebung. Mit jedem Manometer muss ein Syphonrohr und ein Absperrventil eingebaut werden. Das Absperrventil muss für den Druck und die Temperatur des Betriebssystem ausgelegt sein. Manometer mit Flüssigkeitsbefüllung sind vibrationsbeständiger.

Heftausgabe: Juni 2011
Kelly Paffel, Fachmann für Dampf- und  Kondensatsysteme Swagelok

Über den Autor

Kelly Paffel, Fachmann für Dampf- und Kondensatsysteme Swagelok
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