Phänomen 'Absaufen', Teil 1: Ursachen, Schäden

Wie Rückstau entsteht

Ist Ihnen der Begriff des 'Absaufens' geläufig ? Auch wenn Sie mit diesem Begriff nicht vertraut sein sollten, kennen Sie vielleicht die folgenden Probleme:

häufige Betriebsstörungen an der Heizanlage
oft auftretender Wasserschlag im Wärmetauscher
kein gleichmäßiges Erhitzen

Sollten sich in Ihrer Anlage die genannten Probleme stellen, kann es sich dabei um die Symptome von Rückstau ( 'Absaufen') handeln. Das Phänomen lässt sich wie folgt beschreiben:

Rückstau tritt auf, wenn aufgrund mangelnden Differenzdruckes (Druckunterschied vor und hinter dem Kondensatableiter) Kondensat nicht ausgetragen werden kann und es sich schließlich im Wärmetauscher ansammelt.

Kondensatableiter können nicht eigentlich und ohne weiteres Kondensat austragen oder verdrängen. Für den Kondensataustrag ist ein Druckunterschied zwischen dem Kondensatableiter-Eingang (Primärdruck) und dem Kondensatableiter-Ausgang (Sekundärdruck) unerlässlich. Der Eingangsdruck muss für den ordentlichen Betrieb höher als der Auslassdruck sein.

Prozessanlagen werden an sich so konzipiert, dass sie dieser Bedingung gerecht werden, doch durch den Einsatz von Instrumenten wie Temperaturreglern kann sich der Differenzdruck während des Betriebs umkehren.

Gewöhnlich werden Wärmetauscher so ausgelegt, dass ihre Kapazität der maximalen Betriebslast genügt. Die effektive Oberfläche des Wärmetauschers ist invariabel, obwohl die Last bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen verschieden ist. Die einzige Möglichkeit, die Einstelltemperatur des erhitzten Mediums bei verringerter Last einzuhalten, besteht darin, die Temperatur bzw. den Druck des als Wärmequelle dienenden Dampfes zu verringern.

Mit dem Drosseln der Dampfzufuhr bis hin zum Schließen des Temperaturreglers fällt der Druck innerhalb des Wärmetauschers ab und lässt den Druck am Kondensatableiter-Eingang (Primärdruck) unter den am Kondensatableiter-Ausgang (Sekundärdruck) fallen.

Rückstau in Lufterhitzern mit Dampf als Wärmequelle

Im folgenden, für das Auftreten von Rückstau typischen Beispiel regelt ein Stellventil per Temperaturmesser und Regler eine 3 bar-Dampfzufuhr um Luft auf 80 °C zu erhitzen. In der Animation sind die Betriebszustände anhand von Manometer, Anzeige der Ventilstellung und Thermometer ersichtlich.

Schäden durch Kondensat-Rückstau

Das Kondensat, welches nicht vom Kondensatableiter ausgetragen werden kann, staut im und vor dem Ableiter, schließlich auch im Wärmetauscher an. Dieses Phänomen wird auch als 'Absaufen' bezeichnet. Der Kondensat-Rückstau wird zwar durch Erhöhung des Drucks am Kondensatableiter-Eingang (Primärdruck) wieder beseitigt, doch befindet sich angesammeltes Kondensat bis zum Aufbau des Differenzdrucks im Wärmetauscher und verursacht die anfangs genannten Probleme.

Wasserschlag

Wasserschlag tritt auf, wenn Dampf mit angesammeltem Kondensat in Kontakt kommt. Der Temperaturunterschied lässt Dampf implosionsartig kondensieren. In Anwendungen mit dünnen Rohrleitungen wie Wärmetauschern kann Wasserschlag zu Deformationen und Rohrbrüchen führen.

Ungleichmäßiges Heizen

Rückstau in Anwendungen wie z.B. mantelbeheizten Reaktoren kann zu schwerwiegenden Einbußen der Produktqualität durch ungleichmäßige Erhitzung führen.

Da Kondensatrückstau die Folge von mangelndem bzw. invertiertem Differenzdruck ist, kann das Problem des Rückstaus nicht einfach durch Austausch des Kondensatableiters gelöst werden.

Zur Verhinderung von Kondensatrückstau kommen dagegen andere Maßnahmen in Betracht:

Verringerung des Drucks am Kondensatableiter-Auslass (Sekundärdruck).
Installation eines PowerTrap Pump-Kondensatableiters.

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