Rechner für Kondensatableiter-Verluste

Die Napier-Gleichung beziffert den Dampf, der durch einen ausgefallenen Kondensatableiter entweicht, als 24,24 mal Absolutdruck vor der Düse in psi mal Düsenfläche in Quadratzoll, in Pfund je Stunde, und das ist eine Obergrenze und keine Messung. Der Rechner übernimmt die Umrechnung aus Millimetern und bar Überdruck, wendet einen Anteil für den wirklich dampfförmigen Teil des Stroms an und führt das Ergebnis bis zu Tonnen und Geld je Jahr.

Woher der Massenstrom kommt

Oberhalb etwa des halben absoluten Vordrucks wird die Strömung durch eine Düse kritisch. Der Dampf erreicht im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit, der Massenstrom reagiert überhaupt nicht mehr auf den Gegendruck, und damit hängt er allein von Düsenfläche und Absolutdruck ab. Ein Ableiter, der ins Freie oder in eine Niederdruck-Kondensatrückführung abbläst, liegt bequem in diesem Bereich.

Napier schrieb diese Bedingung für Dampf so:

• W = 24,24 × P × A

Dabei ist W der Massenstrom in Pfund je Stunde, P der Absolutdruck vor der Düse in Pfund je Quadratzoll und A die Düsenfläche in Quadratzoll. Alles Übrige ist Arithmetik an den Einheiten:

• Düsenfläche: A = (π / 4) × (D / 25,4)², mit dem Düsendurchmesser D in Millimetern
• Absolutdruck: P = (Überdruck in bar + 1,01325) × 14,503774
• Masse: 1 Pfund sind 0,45359237 kg

Aus der Gestalt der Gleichung folgen zwei Dinge. Der Verlust ist linear im Absolutdruck, derselbe ausgewaschene Sitz verliert an einer 20-bar-Sammelleitung also etwa das Doppelte dessen, was er an einer 10-bar-Leitung verliert. Und er geht mit dem Quadrat des Durchmessers: ein Sitz, der sich von 3 mm auf 4,5 mm ausgewaschen hat, lässt mehr als das Doppelte durch.

Das Ergebnis als Obergrenze lesen

Die Gleichung beschreibt eine saubere runde Düse mit trockenem Sattdampf. Ein ausgefallener Ableiter ist selten das eine und fast nie beides.

Der Sitz eines durchgeblasenen Ableiters ist ausgewaschen und unregelmäßig statt rund, und seine wirksame Strömungsfläche ist nicht die Katalogdüse. Wichtiger noch: die meisten ausgefallenen Ableiter lassen neben dem Dampf Kondensat durch, und Kondensat trägt je Kilogramm nur einen kleinen Bruchteil der Energie des Dampfes. Ein Ableiter, der undicht ist statt offen durchzublasen, lässt vielleicht nur einen Teil der Zeit oder nur über einen Teil der Sitzfläche Dampf durch.

Dafür gibt es den Anteil, der Dampf durchlässt. Setzen Sie ihn auf 1 für einen voll offen ausgefallenen Ableiter, der ständig bläst, und auf einen kleineren Wert für einen, der als undicht beurteilt wird. Das ist eine Entscheidung, die während der Begehung fällt, und es ist der ehrliche Ort für die Unsicherheit. Eine Begehung, die jeden ausgefallenen Ableiter als voll offene Düse ansetzt, überzeichnet die Summe, und eine überzeichnete Summe ist der schnellste Weg, die Glaubwürdigkeit der nächsten Begehung zu verlieren.

Die Dampfkosten sind Ihre, keine veröffentlichte Zahl

Eine Tonne Dampf kostet den Brennstoff geteilt durch den Kesselwirkungsgrad, zuzüglich Zusatzwasser, Aufbereitungschemikalien und der Verluste im Verteilnetz, bevor der Dampf den Ableiter erreicht. Nichts davon ist konstant, und zwei Werke in derselben Straße können sich um die Hälfte unterscheiden.

Aus diesem Grund wird hier keine Zahl dafür veröffentlicht. Nehmen Sie sie aus dem Kesselhaus, denn sie multipliziert jede andere Zahl der Rechnung: eine Verlustschätzung, die auf zehn Prozent genau stimmt, ist mit einem um den Faktor zwei falschen Dampfpreis um den Faktor zwei falsch.

Ein Rechenbeispiel

Ein Ableiter mit einer Sitzdüse von 3 mm an einer Leitung mit 10 bar Überdruck, voll offen ausgefallen, sodass der gesamte Düsenstrom Dampf ist.

• Düsenfläche: 3 / 25,4 = 0,11811 Zoll und (π / 4) × 0,11811² = 0,010956 Quadratzoll
• Absolutdruck: (10 + 1,01325) × 14,503774 = 159,7 psi
• Massenstrom: 24,24 × 159,7 × 0,010956 = 42,4 Pfund je Stunde
• Metrisch: 42,4 × 0,45359237 = 19,2 kg/h

Neunzehn Kilogramm in der Stunde durch ein Loch von drei Millimetern. Steht diese Leitung 8000 Stunden im Jahr unter Dampf, sind das rund 154 Tonnen aus einem einzigen Ableiter, und das ist die Zahl, mit der sich eine Begehung selbst bezahlt. Bewerten Sie sie mit den eigenen Kosten je Tonne, dann schreibt sich die Begründung von selbst.

Würde derselbe Ableiter als undicht statt als durchgeblasen beurteilt und die Begehung setzte die Hälfte des Stroms als Dampf an, läge der Verlust bei 9,6 kg/h und rund 77 Tonnen im Jahr. Derselbe Ableiter, derselbe Druck, eine andere Beurteilung dessen, was er tut.

Finden ohne Abschaltung

Die ganze Rechnung nützt nichts, solange nicht bekannt ist, welche Ableiter ausgefallen sind, und ein Ableiter zeigt von außen kein brauchbares Zeichen dafür, dass er offen durchbläst. Er läuft nicht zwangsläufig heißer als ein funktionierender, denn beide sind zeitweise voll Dampf, und eine Wärmebildkamera allein tut sich schwer, einen normal abschlagenden Ableiter von einem zu unterscheiden, der nie schließt.

Ultraschall trennt die beiden, weil er die Strömung hört und nicht die Temperatur. Ein arbeitender Ableiter taktet: er füllt, schlägt ab und schließt, und am Gehäuse klingt das nach einem unterbrochenen Vorgang mit Stille dazwischen. Ein offen ausgefallener Ableiter lässt ständig Dampf durch, und eine ständige Strömung durch eine kleine Düse ist ein gleichmäßiges, ununterbrochenes hochfrequentes Zischen.

Dieser Unterschied ist im laufenden Betrieb mit einem Kontaktprüfkopf am Gehäuse hörbar, und deshalb ist eine Ableiterbegehung Routinearbeit und keine Stillstandsaufgabe. Hören Sie vor und hinter dem Ableiter, notieren Sie Druck und Düsengröße aus dem Datenblatt und halten Sie eine Beurteilung fest, wie viel des Stroms Dampf ist. Mehr braucht die Schätzung nicht.

Häufig gestellte Fragen

Wie viel Dampf verliert ein ausgefallener Kondensatableiter?

Die Obergrenze folgt aus der Napier-Gleichung für kritische Strömung durch eine Düse; der Verlust in Pfund je Stunde ist 24,24 mal dem Absolutdruck vor der Düse in psi mal der Düsenfläche in Quadratzoll. Eine Sitzdüse von 3 mm bei 10 bar Überdruck ergibt rund 19 kg Dampf je Stunde, wenn ständig Dampf durchgeht. Die meisten ausgefallenen Ableiter lassen auch Kondensat durch und bleiben darunter.

Was besagt die Napier-Gleichung?

Die Napier-Gleichung gibt den Dampfmassenstrom durch eine kritisch durchströmte Düse in Pfund je Stunde als 24,24 mal Absolutdruck vor der Düse in Pfund je Quadratzoll mal Düsenfläche in Quadratzoll an. Der Zusammenhang ist linear im Druck, weshalb doppelter Leitungsdruck den Verlust durch dasselbe Loch etwa verdoppelt. Metrische Eingaben müssen vorher umgerechnet werden.

Warum kommt der Gegendruck in der Dampfverlustrechnung nicht vor?

Weil die Strömung kritisch ist. Sinkt der Druck hinter einer Düse unter etwa die Hälfte des absoluten Vordrucks, erreicht der Dampf im engsten Querschnitt Schallgeschwindigkeit, und der Massenstrom reagiert auf nichts mehr, was weiter stromab geschieht. Von da an hängt er allein von Düsenfläche und Absolutdruck ab, und genau darin befindet sich ein Ableiter, der ins Freie oder in eine Niederdruckrückführung abbläst.

Wie hoch sind die Jahreskosten eines ausgefallenen Kondensatableiters?

Multiplizieren Sie den Dampfverlust in Kilogramm je Stunde mit den Stunden, die die Leitung im Jahr unter Dampf steht, teilen Sie durch tausend für Tonnen und multiplizieren Sie mit den Kosten einer Tonne Dampf im eigenen Werk. Diese Kostenzahl muss aus dem Kesselhaus kommen, denn sie hängt von Brennstoffpreis, Kesselwirkungsgrad, Wasser, Aufbereitung und Verteilverlusten ab.

Wie findet man ausgefallene Kondensatableiter ohne Abschaltung?

Mit Ultraschall. Ein offen ausgefallener Ableiter lässt ständig Dampf durch, und eine ständige Strömung durch eine kleine Düse strahlt ein gleichmäßiges hochfrequentes Zischen ab, während ein gesunder Ableiter zwischen Abschlag und Schließen taktet. Dieser Unterschied ist im Betrieb mit einem Kontaktprüfkopf am Gehäuse hörbar und macht die Begehung zur Routinearbeit. Temperaturmessungen stützen die Diagnose.