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Kondensatrückführung
Kondensatleitungen
Mit Kondensat, das von Kondensataleitern abgeleitet wird, kann auf zweierlei Weisen verfahren werden: Entweder es strömt ins Freie, was Energie- und Wasserverluste bedeutet, oder aber in eine Kondensatsammelleitung, mit der es idealerweise wieder zur Dampferzeugung zurückgeführt wird.
Rohrleitungen für Zweiphasenströmung
Die Rohrleitung zum Transport von Kondensat wird im allgemeinen als Kondensatleitung oder Kondensatrückführleitung bezeichnet. Die Auslegung solcher Leitungen bedarf besonderer Sorgfalt, da sie für eine Zweiphasenströmung konzipiert werden müssen. Keineswegs dürfen sie als reine Wasserleitungen ausgelegt werden, da diese dafür zu klein bemessen wären.
Eine Zweiphasenströmung bedeutet, dass eine Dampfphase (entweder Entspannungsdampf, Frischdampf oder beides) zusammen mit einer flüssigen Phase (Kondensat) in der Leitung fließt. Dabei prägen sich nicht notwendigerweise zwei getrennte Fluidschichten aus, sondern die beiden Phasen können sich auch vermischen, wie in der folgenden Animation dargestellt.
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Leitungsauslegung für Zweiphasenströmungen |
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| Das Strömungsbild in der Kondensatleitung kann sehr unterschiedlich sein, je nach Durchsatz, Druck, Druckverlust und Entspannungsdampfanteil. |
Warum gibt es überhaupt Dampf in der Kondensatleitung?
Die Berücksichtigung von Dampf in einer Kondensatleitung mag zunächst verwundern, aber sie ist tatsächlich notwendig.
Dies erklärt sich aus dem Phänomen der Nachverdampfung, die immer dann auftritt, wenn heißes Kondensat von einem höheren auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt wird. Dies geschieht beim Durchströmen des Kondensatableiters und der Entspannung des Kondensats in die Kondensatleitung am Ableiteraustritt. Dabei verdampft ein Teil des Kondensats zu sogenanntem Nachdampf bzw. Entspannungsdampf.
Für weiterführende Informationen zum Therma Entspannungsdampf lesen Sie bitte den Artikel:
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Der Einfluss der Entspannungsdampfmenge auf die Leitungsnennweite |
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| Mit steigendem Differenzdruck im Kondensatableiter entseht auch mehr Entspannungsdampf, so dass eine größere Nennweite für die Kondensatleitung erforderlich wird. |
Bei kleineren Drücken kann das spezifische Volumen des Entspannungsdampfs um das 1000-fache größer sein als das des Kondensats. Selbst bei höheren Entspannungsdrücken kann dieses Volumenverhältnis noch 90:1 betragen. Der Anteil von Entspannungsdampf hängt also von den Druckverhältnissen ab und hat bedeutenden Einfluss auf die Auslegung von Kondensatleitungen.
Wenn kein Entspannnungsdampf anfällt kann die Kondenatleitung hinsichtlich Strömungsgeschwindigkeit und Druckverlust wie eine Wasserleitung behandelt werden. Wenn hingegen der Anteil an Entspannungsdampf hoch ist, erfolgt die Auslegung quasi wie für eine Dampfleitung. Daher muss immer erst die Nachdampfmenge ermittelt werden und die Leitung dann entsprechend Strömungsgewschwindigkeit und Druckverlust für die Flüssigkeits- und Dampfphase ausgelegt werden.
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Beispiel für eine Kondensatleitung |
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| Der Entspannngsdampfanteil (in Gewichtsprozent) beträgt bei einem Eintrittsdruck von 10 bar ü und einem Entspannungsdruck am Austritt von 6 bar ü etwa 4 % bzw. 1:24. Vergleicht man jedoch das spezifische Volumen von Nachdampf und flüssigem Kondensat nach der Entspannung, liegt das Verhältnis bei 10:1 (Dampf zu Kondensat). Was den Volumenanteil betrifft ist eine Kondensatleitung also oft hauptsächlich mit Dampf gefüllt. |
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Beispiel: Kondensatrückführung über einen Kondensatsammler |
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| Wenn ein Kondensatsammler nah am Austritt des Kondensatableiters installiert ist, so dass Entspannungsdampf und Kondensat getrennt und in separaten Leitungen transportiert werden, kann die Kondensatleitung wie eine Wasserleitung behandelt werden. |
Auslegungsmethoden für Kondensatleitungen
TLV berechnet Kondensatleitungen basierend auf der Entspannungsdampfmenge und der Kondensatmenge, die in der Leitung vorhanden sein können.
Die Auslegung berücksichtigt die spezifischen Volumina von Kondensat und Entspannungsdampf, um deren Volumenverhältnis beim entsprechenden Druck zu ermitteln und daraus die maximal zulässige Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Daraus, sowie aus Randbedingngen für den Druckverlust, wird die Rohrleitungsnennweite festgelegt.
Andere Faktoren für die Auslegung von Kondensatleitungen können sein:
- Eventueller Frischdampf in der Leitung
- Langfristige Effekte von Korrosion oder Ablagerungen in der Leitung, die zu einer Querschnitsverengung führen können.
Beides führt zu einer Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit, Druckverlust und Kondensatgegendruck.