Als „Absaufen” bezeichnet man:

Einen Zustand, bei dem der notwendige Differenzdruck im Kondensatableiter (oder einem sonstigen Entwässerungsventil) sehr gering oder sogar negativ wird. In der Folge kann das Kondensat nicht mehr abgeleitet werden und staut sich in den Dampfverbraucher zurück.

Damit verbunden sind häufig folgende Probleme:

• Schäden an Wärmetauschern
• Wasserschläge
• ungleichmäßige Beheizung

Treten derartige Probleme in der Anlage auf, kann dies mit hoher Wahrscheinlichkeit auf Kondensatrückstau zurückgeführt werden.

Generell können Kondensatableiter Kondensat nur durch einen positiven Differenzdruck zwischen Ein- und Austritt ableiten. Der Druck am Kondensateinlass muss daher immer größer sein als der Gegendruck am Auslass.

Bei der Auslegung von Dampfsystemen wird dieses Prinzip zwar grundsätzlich berücksichtigt, es gibt jedoch einige Faktoren, die diese Verhältnisse umkehren können. Beispielsweise kann durch den Druckabfall an einem dampfseitigen Temperaturregelventil in Drosselstellung der Dampfdruck unter den Kondensatgegendruck sinken. Das Kondensat staut sich an und der Dampfverbraucher „säuft ab”.

Kondensatrückstau kann aus folgenden Gründen auftreten:

• Vakuumbildung
• Dauerhaft negativer Differenzdruck (bei Entwässerung in ein Kondensatsystem mit hohem Gegendruck)
• Schwankender Dampfdruck (zeitweise positiver und negativer Differenzdruck)

Normalerweise werden Wärmetauscher so ausgelegt, dass sie die maximal zu erwartende Wärmeleistung übertragen können. Die Heizfläche ist dabei eine feste Auslegungsgröße und im Betrieb nicht veränderlich. Der Durchsatz des zu beheizenden Mediums kann jedoch je nach Betriebsverhältnissen stark schwanken. Um die Solltemperatur aufrechtzuerhalten, muss also die Wärmezufuhr angepasst werden. Wird beispielsweise in einem Lufterhitzer der Luftstrom reduziert, muss entsprechend auch die Temperatur des Heizdampfes (und damit der Druck) abgesenkt werden.

Drosselt das Temperaturregelventil die Dampfzufuhr stark, sinkt der Druck im Wärmetauscher drastisch ab. Entsprechend verhält es sich mit dem Eintrittsdruck am Kondensatableiter, der schließlich unter den Kondensatgegendruck sinken kann. Dadurch kann das Kondensat nicht mehr abgeleitet werden und es staut sich im Wärmetauscher an.

Erklärung

In einem dampfbeheizten Lufterhitzer sorgen ein Regelventil, ein Temperatursensor und ein Prozessregler dafür, dass die Austrittstemperatur konstant bleibt. Die oben dargestellte Animation zeigt ein solches System. Dampf mit einem Druck von 3 bar wird verwendet, um die Luft auf 80 °C zu erhitzen. Bei solchen Konstellationen kommt es häufig zu Kondensatrückstau.

• Die Luft am Eintritt hat zunächst die Umgebungstemperatur. Das Temperaturregelventil öffnet sich so weit, dass die für die gewünschte Solltemperatur am Austritt (in diesem Fall 80 °C) benötigte Wärmezufuhr zur Verfügung steht.
• Sobald sich die Austrittstemperatur dem Sollwert (80 ° C) nähert, drosselt das Regelventil den Dampfdruck und damit die Wärmezufuhr.
• Während die Luft aufgeheizt wird, beginnen der Dampfdruck und die Dampftemperatur im Lufterhitzer zu sinken. Dies kann zu einem unzureichenden Differenzdruck im Kondensatableiter führen, sodass sich das Kondensat bis an die Heizfläche zurückstaut und dabei den Wärmestrom verringert.
• Das Regelventil reagiert auf den resultierenden Temperaturabfall der Luft, indem es sich wieder mehr öffnet. Dadurch erhöht sich der Dampfdruck im Wärmetauscher und das Kondensat kann abgeleitet werden.
• Dieser Vorgang wiederholt sich, wobei immer wieder Kondensat angestaut wird, sobald der Differenzdruck negativ wird.

Zwar wird das Kondensat letztendlich ausgetragen, sobald sich das Regelventil wieder öffnet und am Kondensatableiter genügend Dampfdruck ansteht. Dennoch gibt es bei diesem zyklischen Regelverhalten einige Probleme: Das „Absaufen” begünstigt Ablagerungen an der Heizfläche (Fouling), beeinträchtigt die Produktqualität durch Temperaturschwankungen und kann zu gravierenden Schäden an Wärmetauscherrohren und -dichtungen durch Wasserschläge führen.

Wasserschlag

Wasserschlag tritt auf, wenn Dampf auf angestautes Kondensat trifft und aufgrund der Temperaturunterschiede schlagartig kondensiert. In Wärmetauschern mit geringem Abstand zwischen den Rohren, wie beim unten dargestellten Rohrbündel-Wärmetauscher, können Wasserschläge leicht zu Rohrbrüchen führen.

Hier können Sie mehr über Wasserschlag erfahren.

Ungleichmäßige Beheizung

Kondensatrückstau in dampfbeheizten Doppelmantelbehältern kann zu einer sehr ungleichmäßigen Beheizung und somit zu einer Temperaturschichtung im Produkt führen.

Der bloße Austausch des Kondensatableiters schützt nicht vor Kondensatrückstau, da das Problem des eventuell auftretenden negativen Differenzdrucks damit nicht gelöst wird.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, Kondensatrückstau zu vermeiden:

• Erhöhung des Drucks am Kondensatableitereintritt oder
• Verringerung des Gegendrucks am Kondensatbleiteraustritt.

Weitere Informationen zu Kondensatrückstau und entsprechenden Gegenmaßnahmen finden Sie in „Maßnahmen zur Minderung von Kondensatrückstau”.