Dampf

Die Erwärmung und Beheizung von Produkten ist für viele industrielle Prozesse und Anwendungen not­wendig. Dabei liegt das hierfür notwendige Temperaturniveau sehr häufig zwischen 100 °C und 250 °C. Sattdampf, oder geringfügig überhitzter Dampf, ist dabei ein optimaler Wärmeträger mit vielen Vorteilen:

• Hohe Energiedichte
• Hervorragender Wärmeübergang bei der Kondensation
• Geeignet für direkte und indirekte Beheizung
• Gute Regelbarkeit
• Wasser/Dampf ist ungiftig und überall verfügbar
• Keine Pumpen zum Transport von Dampf notwendig

Dampfarten

Folgende Dampfarten werden unterschieden:

Unterschiede der einzelnen Dampfarten

Sattdampf oder trocken gesättigter Dampf

Dampf an der Grenzlinie zwischen Nass- und Heißdampf heißt Sattdampf, auch gesättigter Dampf oder trocken gesättigter Dampf, gelegentlich in Abgrenzung zum Nassdampf auch „Trockendampf“. Die in den Dampftafeln angegebenen Tabellenwerte sind exakt auf diesen Zustand bezogen.

Info zu Wasser-Dampf-Tafel

In der praktischen Auslegung für Wärmetauscher oder bei der Berechnung des Dampfbedarfs von ther­mischen Prozessen wird fast immer mit den Stoffwerten von Sattdampf gerechnet.

Real tritt Sattdampf jedoch nur exakt an der Phasengrenzlinie auf. Bereits ein minimales Abkühlen bei gleichem Druck führt zu Nassdampf oder ein minimales Erhitzen zu Heißdampf. Liegen die Dampf­zustände jedoch nahe an der Phasengrenzlinie, kann mit den Stoffwerten für Sattdampf in der Auslegung einer Dampfanlage gerechnet werden.

Zustandsdiagramm für Wasser bzw. Dampf im Temperatur-Enthalpie-Diagramm (T-h-Diagramm) mit den Bezeichnungen der Flächen im technischen Sinne

Nassdampf

Nassdampf ist ein Gemisch aus der flüssigen und der dampfförmigen Phase von Wasser. Bei Dampf mit einem sehr geringen Massenanteil Wasser bis ca. 3 % spricht man in der Technik weiterhin von Sattdampf. Dies ist der in industriellen Anlagen zur Beheizung von Produkten am häufigsten vorkommende Dampfzustand.

Bereits beim Ausströmen aus dem Dampfkessel werden kleinste Wassertropfen von der Dampfströmung mitgerissen, so dass im Dampf eine Restfeuchte, also ein flüssiger Anteil (1 ... 3 % der Gesamtmasse), enthalten ist. Diese Restfeuchte kann beim Austritt aus dem Kessel beispielsweise durch den Einbau von Dampftrocknern bis auf etwa 0,5 % der Dampfmenge reduziert werden.

Abbildung oben

Durch den in allen Dampfleitungen entstehenden Wärmeverlust an die Umgebung wird ein Teil des Dampfs wieder kondensiert, so dass hier auch immer feuchter Dampf mit einem kleinen Wasseranteil in den Rohrleitungen vorliegt. Dieser Wasseranteil muss in geeigneten Abständen und vor Regelarmaturen sowie senkrechten Leitungsabschnitten aus dem Dampf entfernt werden (z. B. mit Kondensatableitern).

Nassdampf mit sehr geringem Dampfmassenanteil tritt z. B. bei der Nachverdampfung nach Schwimmer­kondensatableitern auf. Zu beachten ist dabei vor allem, dass die Volumenzunahme bei der Nachver­dampf­ung sehr groß ist. In der Dimensionierung von Kondensatleitungen muss dies berücksichtigt werden.

Heißdampf

Wird dem Sattdampf weiter Wärme zugeführt, so erhöht sich bei gleichem Druck die Temperatur des Dampfs. Man spricht dann von Heißdampf oder überhitztem Dampf. Heißdampf kann in Großwasser­raumkesseln mit dem zusätzlichen Modul des Überhitzers erzeugt werden. Dabei können Temperaturen ≤ 100 K über der Sattdampf­temperatur erreicht werden.

Überhitzter Dampf wird zum Antrieb von Gasturbinen oder zur Dampfverteilung über sehr große Ent­fernungen eingesetzt, da es trotz des Wärmeverlusts noch nicht zur Kondensation kommt.

Zu beachten ist jedoch, dass der Wärmeübergang von Heißdampf bis zum Einsetzen der Kondensation geringer ist. Deshalb ist überhitzter Dampf zur Beheizung in Wärmeüberträgern auch etwas schlechter geeignet als Sattdampf.

Hochdruck- oder Niederdruckdampf

Dampf mit einem Druck p ≤ 0,5 bar (1,5 bara, 110 °C) wird als Niederdruckdampf bezeichnet. Dampf mit einem Druck p > 0,5 bar wird als Hochdruckdampf bezeichnet. Die Unterscheidung kommt ausschließlich aus den Vorschriften zur Aufstellung und dem Betrieb von Dampfkessel­anlagen, da für Hochdruckdampf besondere Betriebs-, Aufstellungs- und Überwachungsbedingungen gelten. Da Niederdruckdampf eine sehr geringe Dichte aufweist und daher Rohrleitungen, Armaturen und Apparate sehr groß dimensioniert werden müssen, wird dieser üblicherweise nur für kleine Dampf­leistungen (bis etwa 3 t/h) und kurze Wege eingesetzt.

Info zu Sicherheits­ventilausblase­leitung

Kulinarischer Dampf

Kulinarischer Dampf entspricht technischem Sattdampf mit der zusätzlichen Anforderung, dass keine dampfflüchtigen Dosiermittel zur Alkalisierung und Restsauerstoffbindung eingesetzt werden.

Die Anwendung erfolgt, wie der Name bereits vermuten lässt, bei der Verarbeitung von Lebensmitteln für Mensch und Tier. Der Dampf kann dabei in direkten Kontakt mit den Lebensmitteln gebracht werden (z. B. beim Schälen von Kartoffeln).

Reindampf

Reindampf oder auch Reinstdampf wird mit Hilfe von speziellen Edelstahl-Verdampfern, welche mit ge­wöhnlichem Sattdampf beheizt werden, erzeugt.

Entspannungsdampf

Entspannungsdampf entsteht an vielen Stellen einer Dampfkesselanlage und muss dementsprechend berücksichtigt werden.

Dies ist unter anderem beim Abschlammentspannungsgefäß oder an offenen Kondensatbehältern der Fall, wo der Entspannungsdampf zu Wärmeverlusten führt. Entspannungsdampfverluste können durch entsprechende Wärmerückgewinnungsmaßnahmen verringert werden.

Am Dampfspeicher wird die Nachverdampfung von siedendem Wasser ganz bewusst ausgenutzt, um kurzfristig besonders hohe Dampfmengen zur Verfügung stellen zu können.

Info zu Absalzen und Abschlammen

Info zu Dampfspeicherung

Beispiel:

Wasser mit einer Temperatur von T = 195 °C wird auf einen Druck von p = 4 bar entspannt. Die Enthalpie (Energie) des Systems bleibt bei der Entspannung konstant. Gleichzeitig bleibt die Masse des Systems ebenfalls konstant, es kann also eine Energiebilanz in Form einer Enthalpiebilanz aufgestellt werden.