Druck
Überdruck und Absolutdruck
In der Dampfkesseltechnik ist es üblich alle Druckangaben als relativen Überdruck zum Atmosphärendruck von 1 bar anzugeben. Die Einheit [bar] bzw. [barg] wird an diesen Stellen verwendet.
Die Umrechnung von Überdruck zum Absolutdruck entspricht also:
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Normzustand und Standardzustand Normzustand (nach DIN 1343): Standardzustand (STP, IUPAC): Standardumgebungszustand (SATP, IUPAC): |
Mittlerer Betriebsüberdruck
Der Betriebsüberdruck einer Kesselanlage ist kein konstanter Wert, sondern schwankt um den mittleren Betriebsüberdruck pm. Dies resultiert aus der Tatsache, dass der Betriebsüberdruck im Dampfkessel als Eingangsgröße für die Leistungsregelung der Dampfkesselanlage verwendet wird und somit immer einer Schwankungsbreite von ungefähr ±10 % des als Sollwert eingestellten mittleren Betriebsüberdrucks unterliegt.
Darstellung des zeitlichen Druckverlaufs (Kesselsteuerung BCO)
Zur Ermittlung des benötigten mittleren Betriebsüberdrucks pm müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:
- Benötigtes Druck-/Temperaturniveau an den Dampfverbrauchern
Um den mittleren Betriebsüberdruck pm festzulegen, muss das benötigte Druck- bzw. Temperaturniveau der Dampfverbraucher bestimmt werden. Für die Auslegung des mittleren Betriebsüberdrucks der Dampfkesselanlage ist das maximale Druckniveau pmax,V bei den Verbrauchern heranzuziehen.
Über die Koppelung des Siededrucks mit der Temperatur kann aus der Dampftafel das benötigte Druckniveau der Verbraucher bei bekannter Aufheiztemperatur ermittelt werden.
- Druckverluste
Zusätzlich müssen die Druckverluste in der Dampfleitung zwischen Dampfkessel und Verbraucher, die Druckverluste von Armaturen in der Dampfleitung und die Druckverluste von eventuell vorhandenen Druckreduzierstationen berücksichtigt werden.
Info zu Druckverlust
Liegen die Druckniveaus bei den Verbrauchern sehr weit auseinander (> 3 bar) oder wird an den Verbrauchern ein konstanter Dampfdruck benötigt mit kleinerer Schwankungsbreite, als durch die Leistungsregelung am Dampfkessel erfolgen kann, sollte der Dampfdruck an den Verbrauchern über Druckreduzierstationen zwischen Dampfkessel und den Verbrauchern eingestellt werden. Durch den Einbau von Druckreduzierstationen wird auch die Trennung der Regelkreise für die Lastregelung am Dampfkessel und die Druckregelung am Verbraucher realisiert.
Einstellen und Verändern des mittleren Betriebsüberdrucks
Der mittlere Betriebsüberdruck pm der Dampfkesselanlage kann bei der Inbetriebnahme und während des Betriebs der Anlage am Bedienpanel des Kesselsteuerschranks eingestellt oder von der Leittechnik vorgegeben werden.
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Sicherheiten bei der Auslegung An dieser Stelle der Auslegung empfiehlt es sich, ohne Sicherheiten zu arbeiten, da die tatsächlichen Betriebsbedingungen wiedergegeben werden sollen. Zu hoch angegebene mittlere Betriebsüberdrücke können aufgrund der höheren Dichte des Sattdampfs unter anderem dazu führen, dass Dampfarmaturen und Dampfleitungen zu klein dimensioniert werden. Sollen Sicherheiten für die Auslegung beim Druck berücksichtigt werden, so kann dies bei der Festlegung des maximal zulässigen Betriebsüberdrucks erfolgen. |
Abgesenkter Betriebsüberdruck
Aus Energieeffizienzgründen sollte der Betriebsüberdruck nicht höher als nötig eingestellt werden. Ein typischer Anwendungsfall eines abgesenkten Betriebsüberdrucks ist der Wochenendbetrieb zur Verringerung der Abstrahlverluste des Kessels.
Jedoch kann der Betriebsüberdruck nicht beliebig reduziert werden. Wird der Betriebsüberdruck zu stark reduziert, kann dies zu folgenden negativen Auswirkungen führen:
- Die Pumpen können bei unzureichender Eindrosselung kavitieren.
- Die Pumpen können in einem instabilen Bereich des Kennfelds laufen.
- Die Pumpen können mit einem geringeren Pumpenwirkungsgrad laufen.
Hohe Dampfgeschwindigkeiten, die durch die verringerte Dichte entstehen, können ebenfalls zu negativen Auswirkungen führen:
- Erosionen an Armaturen und Rohrbögen
- Starke Strömungsgeräusche
- Vermehrter Tröpfchenmitriss aus dem Dampfkessel
In der Werkseinstellung wird der minimal zulässige Betriebsüberdruck deshalb auf die Hälfte des projektierten Betriebsüberdrucks begrenzt.
Der minimale mittlere Betriebsüberdruck einer Hochdruckdampfkesselanlage sollte 5 bar nicht unterschreiten, da aufgrund des größeren spezifischen Volumens des Dampfes bei kleinerem Druck die Dampfentnahmearmaturen und die Dampfleitungen sehr groß dimensioniert werden müssen.
Maximal zulässiger Betriebsüberdruck
Der maximal zulässige Betriebsüberdruck eines Kessels ist der durch die Konstruktion und die Festigkeit der eingesetzten Materialien des Kessels bedingte Überdruck.
Diese Angabe befindet sich auf dem Herstellerschild des Kessels, in der mitgelieferten Dokumentation und in den Abnahmeunterlagen. Der Überdruck muss durch ein Sicherheitsventil am Dampfkessel begrenzt werden. Das Sicherheitsventil öffnet beim Erreichen des maximal zulässigen Druckes, um einen weiteren Druckanstieg im Kesselkörper zu verhindern. Nachdem das Sicherheitsventil angesprochen hat, schließt es bei einer Druckreduzierung im Kessel wieder.
Damit die Funktion des Sicherheitsventils zuverlässig gegeben ist, das Ventil während des Betriebs nicht anspricht oder undicht wird, werden die Drücke im Dampfkessel folgendermaßen abgestuft.
