Wasserschlag an Dampfverbrauchern

Analog zur Dampfleitung ist auch in Dampfverbrauchern das hohe Niveau rückgestauten Kondensats die Hauptursache für Wasserschlag. Jedoch tritt hier der Wasserschlag ebenso während des laufenden Betriebes auf.

Dies ist einfach zu erklären am Beispiel von Rohrbündelwärmetauschern. Wenn die benötigte Wärmeleistung sinkt, etwa durch eine gestiegene Produkteintritts-Temperatur oder eine verminderte Produktmenge, kann die Druckdifferenz zwischen Einlass und Austritt des Kondensatableiters derart absinken, dass keine Kondensatableitung mehr stattfinden kann. Dadurch staut sich das Kondensat im Mantel des Wärmetauscher an, ein Phänomen, welches auch als "Absaufen" bekannt ist. Abhängig vom Gegendruck kann der Mantel auch während eines Stillstandes mit Kondensat volllaufen.

Strömt nun wieder Dampf in hoch mit Kondensat gefüllte Bereiche ein, kondensiert der Dampf beim Auftreffen auf das abgekühlte plötzlich und verursacht Wasserschläge durch die schlagartige Volumenreduktion, in welchen Hohlraum Wasser hineinströmt und zusammenprallt. In den meisten Fällen entstehen in Dampfanlagen schwächere Schläge über eine kurze Zeitspanne hinweg. Im Gegensatz dazu können in Dampfleitungen auch sehr schwere Wasserschläge entstehen.

Jedoch auch der vermeintlich schwächere Wasserschlag kann über eine längere Zeit hinweg zu starken Beschädigungen bis hin zum Reißen von Gehäusen oder Flanschen führen. Solche Ereignisse finden dann zumeist unter Volllast statt, wenn hohe Drücke vorliegen. Der verbundene Austritt großer Mengen heißen Dampfes und Kondensats kann zu schwerwiegenden Unfällen führen. Detaillierte Informationen über das Absaufen finden sich auch in unserem Tutorium Phänomen Absaufen.

Neben dem Absaufen aufgrund mangelnder Druckdifferenz am Kondensatableiter kann ein Kondensatrückstau in einer Dampflange viele Ursachen haben. Probleme können etwa in der Konstruktion der Wärmetauscher selber oder der Installation der Druckpendel-Leitung vorliegen. Andere Ursachen finden sich in einer ungenügenden Dimensionierung oder Installation von Kondensatableitern und Rohrleitungen, hohem Gegendruck in Kondensatleitungen uvm. Zur Behebung eines Kondensatstaus ist die gründliche Untersuchung der möglichen Ursachen unabdingbar.

Wie in Dampfleitungen ist auch die Geschwindigkeit von Kondensat zusammen mit einem unzureichenden Raum zur Trennung des 2-Phasen-Gemisches Dampf und Kondensat in Kondensatleitungen eine bedeutende Ursache von Wasserschlägen.

Gründe für Kondensatrückstau in Dampfanlagen

Auch wenn die Gegenmaßnahmen einfach klingen mögen, sind diese jedoch nicht immer einfach umzusetzen.

Anwendungsfälle mit schwierigen Gegenmaßnahmen gegen Wasserschlag

Beispiel: Eine Heizschlange am Boden eines Öltanks mit 30 Mio. l kann eine Länge von 100 m übersteigen. Die Neigung zwischen Dampfeintritt und -austritt beträgt ca. 1:300 - 1:400, was weniger als der Hälfte der Neigung einer normalen Dampfleitung entspricht (1:100 - 1:100). Somit ist der Abfluss des Kondensats mittels Schwerkraft nicht immer möglich.

Eine vollständige Lösung des Problems Wasserschlag kann in solchen Fällen, in denen ein Kondensatfluß mittels Schwerkraft nicht stattfindet, sehr schwierig sein.

Wie bereits erwähnt, ist Absaufen bei üblichen Wärmetauschern eine wichtige Ursache des Kondensatrückstaus und damit des Wasserschlages.

Wirksame Gegenmaßnahmen gegen Absaufen sind die Verwendung von Kondensathebern und Vakuum-Kondensatpumpen.

Wasserschlag: In Dampfleitungen

Wasserschlag: In Kondensatleitungen