Kondensatpumpen sind für die Förderung flüssiger Medien konzipiert. Dampf oder gasförmige Medien können mit solchen Pumpen hingegen nicht gefördert werden.

Darin liegt die Ursache für Probleme, die beim Auftreten von Kavitation in Kondensatpumpen entstehen. Kavitation bezeichnet die Bildung von Dampfblasen in der geförderten Flüssigkeit, wobei eine Mischung von Gas und Flüssigkeit mit kleinerer Dichte entsteht. Durch dieses Zweiphasengemisch reduziert sich der Wirkungsgrad der Pumpe. Die Fähigkeit der Pumpe, die Flüssigkeit zu fördern, lässt nach und es kommt zu weiteren Schwierigkeiten. Im Bereich der Dampftechnik tritt Kavitation häufig im Zusammenhang mit elektrischen Kondensatpumpen auf.

Kavitation wird durch verdampfendes Kondensat in der Pumpe verursacht und sollte nicht mit Problemen verwechselt werden, die durch von außen in die Pumpe einströmenden Dampf verursacht werden. In diesem Abschnitt wird daher der Verdampfungsvorgang im Inneren der Pumpe, die Ursachen für diesen Phasenübergang sowie praktische Methoden zur Vermeidung von Kavitation behandelt.

Wenn sich Wasser dem Siedepunkt nähert, verwandelt sich ein Teil der Flüssigkeit in Dampf. In einer Pumpe kann dieser Vorgang an Stellen mit verringertem Druck auftreten. Solche Zonen entstehen durch die Rotation des Pumpenlaufrades. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit bedingt einen Abfall des statischen Drucks. Dies führt zur Verdampfung des heißen Kondensats und zur Bildung von Dampfblasen.

Es gibt mehrere möglich Faktoren in Bezug auf den Net Positive Suction Head (NPSH), die die Verdampfung begünstigen:

• Hohe Kondensattemperaturen führen zu mehr Verdampfung im Pumpengehäuse.
• Höhere Drehzahlen erzeugen höhere Strömungsgeschwindigkeiten am Pumpenlaufrad und damit einen größeren lokalen Druckabfall.
• Bei unzureichender Zulaufhöhe steht nicht genügend statischer Druck zur Verfügung, sodass die Verdampfung begünstigt wird.
• In seltenen Fällen kann auch eine verjüngte Zulaufleitung zu hohem Druckverlust am Pumpeneintritt führen.

In solchen Fällen ist das lokal vorhandene Entspannungsdampfvolumen zwar groß, der Anteil an latenter Wärme gemessen an der Gesamtmasse des Gemisches ist jedoch gering. Vermischen sich der Entspannungsdampf und das Kondensat, kollabieren die Dampfblasen in der umgebenden Flüssigkeit. Diese Implosionen erzeugen beträchtliche Kräfte, und die entstehenden Druckstöße sind als knackende Geräusche wahrnehmbar. Für das Anlagenpersonal sind diese ein deutliches Warnsignal für auftretende Kavitation.

Kavitationsgeräusche sind ein Anzeichen für Schäden, die in der Pumpe entstehen. Sie erinnern an das Rasseln, das entsteht, wenn man einen mit Kieselsteinen gefüllten Becher schüttelt. Kavitation kann nicht nur die Pumpe selbst, sondern auch die Rohrleitung und andere verbundene Anlagenteile beschädigen.

Durch die schnelle Bildung und Implosion von Dampfblasen kommt es zu einer Erosion des Pumpenlaufrads und -gehäuses, wodurch die inneren Oberflächen von Pumpen und Rohrleitungen beschädigt werden. Wenn das Kondensat nicht mehr effektiv gepumpt werden kann, entsteht außerdem Kondensatrückstau, wodurch ideale Voraussetzungen für Korrosion entstehen. Die Korrosion von Rohrleitungen und Anlagenkomponenten infolge von Kondensatrückstau sowie die Erosion von Pumpeninnenteilen, beispielsweise von Laufrädern, sind zwei Schadensbilder, die von außen nicht erkennbar sind. Es können jedoch vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden, um diese versteckten Probleme zu vermeiden.

Wie man sich vorstellen kann, nützt die Installation von Entlüftern oder ähnlichen Komponenten nichts um Kavitation zu vermeiden, da diese nur das von außen eingedrungene Gas ausschleusen können, nicht aber die Ursache von Kavitation beheben können. Um Kavitation zu vermeiden, muss die Bildung von Dampfblasen in der Pumpe ausgeschlossen werden.

Selbst wenn die Kondensattemperatur am Pumpeneintritt zunächst deutlich unter dem Siedepunkt liegt, besteht immer noch die Gefahr von Kavitation, da ein Teil der Flüssigkeit verdampfen kann. Dies kann bei leichtem Temperaturanstieg oder Druckabfall auftreten, wenn der Dampfdruck schwankt, verschiedene Verbraucher in einen gemeinsamen Kondensatsammler entwässern, Bypassventile geöffnet sind oder Leckagen in Kondensatableitern bestehen.

Die Berechnung des verfügbaren NPSH-Werts der Anlage am Pumpeneintritt (NPSHA) sowie die sorgfältige Auswahl einer Pumpe mit dem entsprechenden, erforderlichen NPSH-Wert (NPSHR) können dabei helfen, die Gefahr von Kavitation und den damit einhergehenden Schäden zu verringern. Es gibt jedoch zahlreiche Anwendungsfälle, in denen schlichtweg nicht genügend Zulaufhöhe für den Einsatz kostengünstiger elektrischer Pumpen zur Verfügung steht, um Kavitation auszuschließen. Bei steigender Kondensattemperatur kann in jeder Kreiselpumpe Kavitation entstehen, sobald der verfügbare NPSH-Wert der Anlage (NPSHA) niedriger ist als der erforderliche NPSH-Wert der Pumpe (NPSHR).

Dieser Artikel befasst sich nicht mit der Austrittseite von elektrischen Kondensatpumpen. Es ist jedoch ebenso notwendig, die benötigte Gesamtförderhöhe (TDH) der Anlage zu berechnen, um eine Pumpe mit entsprechender Förderhöhe (TDP) auszuwählen. Oft ist eine entsprechend dem NPSH-Wert ausgewählte Pumpe nicht die beste Lösung bei schwankenden Förderhöhen in der Anlage (TDH). Das ist jedoch ein Thema für einen weiteren Artikel aus dieser Reihe.

Glücklicherweise kann Kavitation durch den Einsatz dampf- oder druckluftbetriebener Kondensatpumpen anstelle elektrischer Pumpen komplett ausgeschlossen werden. Die Vermeidung von Kavitation in Kondensatpumpen wird im folgenden Artikel näher erläutert:

• Kondensatrückführung mit und ohne Pumpe