Dimensionierung von Dampfkondensatleitungen

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Die Dampfkondensat-Rohrdimensionierung stellt sicher, dass flüssiges Kondensat sicher von Prozessausrüstung zum Kesselhaus oder Sammler zurückfließt. Zu kleine Leitungen verursachen Gegendruck, Wasserschlag und überflutete Ausrüstung; zu große Leitungen verursachen unnötige Kosten. Das Design muss die Kondensatmenge, die Entstehung von Flashdampf, Rohrreibung, thermische Ausdehnung und den Höhenunterschied berücksichtigen.

Wichtige Formeln

Kondensatmassenstrom

$\dot{m} = \frac{\dot{Q}}{h_{fg}}$

Wärmelast geteilt durch die Verdampfungsenthalpie ergibt die erzeugte Kondensatmasse.

Darcy–Weisbach-Druckabfall

$\Delta P = f \frac{L}{D} \frac{\rho v^2}{2}$

Reibungsbedingter Druckabfall entlang eines geraden Rohrabschnitts.

Querschnittsfläche

$A = \frac{\pi D^2}{4}$

Kontinuitätsgleichung

$\dot{m} = \rho \, A \, v$

Flashdampfanteil

$x_{flash} = \frac{h_{f,1} - h_{f,2}}{h_{fg,2}}$

Wo $h_{f,1}$ die Flüssigkeitsenthalpie beim upstream (hohen) Druck ist und $h_{f,2}$, $h_{fg,2}$ beim downstream (niedrigen) Druck ausgewertet werden.

Variablen

Empfohlene Geschwindigkeiten

Höhere Geschwindigkeiten erhöhen Lärm, Erosion und Druckabfall; niedrigere Geschwindigkeiten bergen das Risiko von Kondensatsammlung und Wasserschlag in Dampfleitungen.

Kondensatleitungsdimensionierung — Kapazitäten

Flashdampf-Erzeugung

Wenn Hochdruckkondensat in einen Niederdruckbehälter abgeführt wird, dampft ein Teil zu Dampf ab. Das Volumen des Flashdampfs muss in der Kondensatrücklaufleitung berücksichtigt werden.

Rechner — Kondensatfluss aus Heizlast

Einheitenrechner

Technische Anmerkungen

• Schwerkraft- vs. gepumpte Rückführung. Schwerkraft-Kondensatleitungen sind im Verhältnis zu gepumpten Leitungen überdimensioniert, weil die verfügbare Druckhöhe gering ist – oft nur die statische Höhe der Kondensatsäule minus Reibungsverluste. Halten Sie die Geschwindigkeit unter 0,5 m/s.
• Flashdampfvolumen. Eine Kondensatleitung, die Flashdampf führt, muss für das kombinierte Zweiphasenvolumen ausgelegt werden. Das spezifische Volumen von Dampf ist um Größenordnungen größer als das von Flüssigkeit, sodass selbst ein paar Prozent Flashanteil in der Masse die erforderliche Rohrfläche dominieren können.
• Wasserschlag. Kondensatleitungen sind anfällig für Wasserschlag, wenn Dampftaschen kollabieren oder wenn das Kondensat durch plötzliche Druckänderungen beschleunigt wird. Alle horizontalen Leitungen sollten in Fließrichtung mit einem Gefälle von mindestens 1:100 verlegt werden, und an tiefen Stellen sind Tropfbeine vorzusehen.
• Wärmeausdehnung. Kohlenstoffstahl dehnt sich um etwa 12 mm pro 100 m Rohr und 100 °C Temperaturerhöhung aus. Dampfkondensatleitungen arbeiten bei hohen Temperaturen – Ausdehnungsschleifen, Versätze oder Kompensatoren sind in angemessenen Abständen vorzusehen.
• Rohrmaterial. Kohlenstoffstahl (Schedule 40) ist Standard für Kondensatleitungen. Kupfer oder rostfreier Stahl können für kleinere Durchmesser oder dort verwendet werden, wo die Wasserqualität kritisch ist. Vermeiden Sie Verbindungen aus ungleichen Metallen ohne isolierende Fittings, um galvanische Korrosion zu verhindern.
• Sicherheitsfaktor für die Dampfabscheiderkapazität. Wählen Sie Dampfabscheider mit einer Kapazität, die dem 2–3-fachen der berechneten Kondensatlast entspricht, um Anfahrstöße und Druckschwankungen zu bewältigen.
• Isolierung. Isolieren Sie alle Kondensatleitungen, um Wärmeverluste zu reduzieren und Personal vor Verbrennungen zu schützen. Unisolierte Kondensatleitungen kühlen außerdem das Kondensat ab, reduzieren die Menge des gewonnenen Flashdampfes und können in Rücklaufleitungen zu vakuumbedingtem Kollaps führen.

Referenzen

• Originalquelle — Engineering ToolBox