Einführung

Der Geschäftsführer und das gehobenen Management wollen Antworten auf die folgenden Fragen:

F. Was für eine Kapitalinvestition ist für eine Dampfanlage anzusetzen?

Eine Dampfanlage benötigt nur kleine Rohrleitungen, um einen hohen Energiebedarf zu decken. Sie braucht keine kostspieligen Pumpen oder Ausgleichseinrichtungen und es sind nur Zwei-Wege-Ventile erforderlich.

Das bedeutet, dass das System einfacher und kostengünstiger ist als beispielsweise eine Heißwasseranlage. Die hohe Effizienz der Dampfanlage bedeutet, dass diese kompakt ist und die Fläche, die in Werken oft knapp ist, optimal ausnutzt.

Darüber hinaus sind für die Modernisierung einer bestehenden Dampfanlage durch moderne Kessel und Regelungstechnik normalerweise nur 50 % der Kosten, die für einen Abriss und den Austausch gegen ein dezentralisiertes, gasbeheiztes System anfallen würden, erforderlich.

F. Inwieweit werden die Betriebs- und Wartungskosten unsere Gemeinkosten beeinflussen?

Eine zentrales Kesselhaus arbeitet sehr effizient und es können günstige Brennstofftarife für einen unterbrechbaren Betrieb gewählt werden. Ein Kessel kann sogar mir Abfall befeuert werden oder Teil eines modernen Blockheizkraftwerkes sein.

Dampfausrüstungsteile erfreuen sich normalerweise einer langen Lebensdauer - wartungsarme Lebenszyklen von bis zu 30 oder sogar mehr Jahren sind durchaus normal.

Moderne Dampfanlagen können vom Kesselhaus bis zum dampfnutzenden Anlagenteil und zurück komplett automatisiert werden. Das reduziert die Personalkosten für die Anlage erheblich.

Ausgereifte Komponenten zur Energieüberwachung stellen sicher, dass die Anlage energiesparend arbeitet und wenig Betriebspersonal erforderlich ist.

Die Kombination aller dieser Faktoren führt dazu, dass eine Dampfanlage geringe Lebenszykluskosten hat.

F. Wie kann aus einer installierten Dampfanlage der größte Nutzen gezogen werden?

Für Dampf gibt es eine Auswahl an Einsatzmöglichkeiten. Er kann für die Raumbeheizung großer Flächen, komplexe Prozesse und Sterilisationszwecke eingesetzt werden.

Nehmen wir zum Beispiel ein Krankenhaus. Hier ist Dampf ideal, da er zentral mit hohem Druck erzeugt und dann über lange Strecken verteilt und am Einsatzort druckreduziert werden kann. Das bedeutet, dass ein einziger Hochdruckkessel die Anforderungen aller Anwendungen in einem Krankenhaus abdecken kann, zum Beispiel die Beheizung von Abteilungen, Luftbefeuchtung, das Kochen großer Mengen an Essen und die Sterilisation von Instrumenten.

Es ist nicht einfach, alle diese Anforderungen mit einem Wassersystem abzudecken.

F. Was ist, wenn sich die Anforderungen in Zukunft ändern?

Dampfsysteme sind flexibel und einfach auszubauen. Sie können mit der Firma wachsen und so angepasst werden, dass sie auch geänderte Geschäftsziele erfüllen.

F. Was sagt der Einsatz von Dampf über ein Unternehmen aus?

Der Einsatz von Dampf ist umweltbewusst. Firmen entscheiden sich weiterhin für Dampf, da er mit einer hohen Brennstoffeffizienz erzeugt wird. Umweltkontrollen werden zunehmend strenger. Dies geht sogar so weit, dass Unternehmen die Kosten und Methoden für den Abriss eines Werkes berücksichtigen müssen, noch bevor es aufgebaut ist. Alle diese Punkte werden bei der Auslegung und Erstellung einer Dampfanlage berücksichtigt.

Manager brauchen Antworten auf die folgenden Fragen:

F. Ist Dampf das Richtige für den Prozess?

Dampf hat viele Anwendungs- und Einsatzmöglichkeiten. Er besitzt einen hohen Wärmeinhalt und gibt seine Energie bei einer konstanten Temperatur ab. Im Gegensatz zu Wasser und Themalöl erzeugt er entlang einer Wärmeübertragungsfläche keine Temperaturgefälle, das bedeutet, dass er eine gleichbleibende Produktqualität liefern kann. Da Dampf ein reines Medium ist, kann er direkt in ein Produkt eingeblasen werden oder ein Produkt umströmen, das erwärmt werden soll. Auf Grund des direkten Zusammenhangs zwischen Druck und Temperatur kann die an den Prozess abzugebende Energie leicht über Zwei-Wege-Ventile geregelt werden.

F. Wie kann aus einer installierten Dampfanlage der größte Nutzen gezogen werden?

Für Dampf gibt es zahlreiche Einsatzmöglichkeiten. Er kann zur großflächigen Raumbeheizung und für viele komplexe Fertigungsprozesse eingesetzt werden.

Im Betriebsablauf kann das Kondensat, das beim Herstellungsprozess entsteht, zum Speisewasserbehälter zurückgeführt werden. Das kann die Kosten für den Kesselbrennstoff und die Wasseraufbereitung erheblich reduzieren, da das Wasser bereits aufbereitet ist und eine hohe Temperatur besitzt.

Aus dem Kondensat kann über Kondensatentspanner Niederdruckdampf gewonnen und in Niederdruckanwendungen, wie zum Beispiel Raumbeheizung, genutzt werden.

F. Was kostet es, den Dampf zu erzeugen?

Wasser ist reichlich vorhanden und nicht teuer. Zudem sind Dampfkessel sehr effizient, da sie einen großen Teil der im Brennstoff enthaltenen Energie nutzen. Wie bereits erwähnt, können zentrale Kesselanlagen preisgünstige Brennstofftarife für unterbrechbaren Betrieb nutzen, was bei dezentralisierten Gassystemen, die die kontinuierliche Versorgung von hochpreisigem Brennstoff benötigen, nicht möglich ist.

Nachdampf und Kondensat können gesammelt und zum Kessel zurückgeführt oder, unter geringen Verlusten, für Niederdruckanwendungen verwendet werden.

Dampf ist unter Verwendung von Dampfmengenmessern und SCADA-kompatiblen Produkten leicht zu überwachen.

Konkrete Zahlen finden Sie unter „Die Kosten der Dampferzeugung“ später in diesem Modul.

Im Hinblick auf Investitions- und Betriebskosten haben wir bei der Beantwortung der Bedenken des Geschäftsführers gesehen, dass eine Dampfanlage in beiden Bereichen ein gutes Preis-
Leistungsverhältnis liefert.

F. Haben wir genug Aufstellungsfläche?

Die hohe Wärmeübertragungsrate, die bei einem Dampfsystem genutzt werden kann, führt dazu, dass die Anlage im Vergleich zu einem Heißwasser- oder Thermalölsystem kleiner und kompakter ist. Eine typische, moderne Dampf-Wasser-Wärmetauscherstation mit einer Leistung von 1.200 kW benötigt eine Aufstellungsfläche von nur 0,7 m2. Vergleichen Sie das mit einem
Heißwasserwärmetauscher, der alleine einen Großteil des Anlagenraums beanspruchen kann.

F. Kann eine Gesamtlösung geliefert werden, wenn ich mir nicht allzu viele Gedanken über diesen Teil des Prozesses machen möchte?

Dampfanlagen können in Form von kompakten, einbaufertigen Baugruppen geliefert werden, die in einem sehr kurzen Zeitraum installiert, in Betrieb genommen und einsatzfähig sind. Sie bieten
einen langjährigen störungsfreiem Betrieb und haben geringe Lebensdauerkosten.

Technisches Personal / Betreiber brauchen Antworten auf die folgenden Fragen:

F. Kann die Anlage ausfallen?

Bei einer gut ausgelegten und gewarteten Dampfanlage sollte es keinen Grund für einen Ausfall geben. Die Funktionsweise des Systems ist leicht zu verstehen und es ist so ausgelegt, dass Wartung minimiert wird. Es ist nicht ungewöhnlich, dass Teile einer Dampfanlage eine störungsfreie Lebensdauer von 30 oder 40 Jahren haben.

F. Wenn Wartung erforderlich ist, wie einfach ist sie dann?

Eine moderne Dampfanlage ist so ausgelegt, dass eine schnelle, einfache Wartung bei geringer Stillstandszeit durchgeführt werden kann. In dieser Hinsicht ist das moderne Design von Komponenten von Vorteil. Kondensatableiter mit Universalanschluss können zum Beispiel durch Lösen von zwei Schrauben und Aufsatz eines neuen Ableiters ersetzt werden. In modernen, geschmiedeten Dampf- und Kondensatverteilern sind Kolbenabsperrventile eingebaut, die in eingebautem Zustand mit Hilfe eines einfachen Handwerkzeugs gewartet werden können.

Ausgeklügelte Überwachungssysteme melden die Komponenten, die wirklich eine Wartung benötigen, anstatt dass unnötigerweise eine vorbeugende Wartung an Bauteilen der Anlage durchgeführt wird. Innenteile von Regelventilen können im Einbauzustand leicht entnommen und ersetzt und Antriebe vor Ort gedreht werden. Mechanische Pumpen werden dadurch gewartet, dass man einfach den Deckel entfernt, an dem alle Innenteile befestigt sind. Universalanschlüsse ermöglichen, Kondensatableiter innerhalb von Minuten zu ersetzen.

Ein bemerkenswerter Punkt ist, dass wenn eine Wartung erforderlich ist, das System leicht abgesperrt werden kann und schnell zu entwässern ist, so dass die Reparaturarbeiten rasch ausgeführt werden können. Kleine Leckagen, die auftreten können, sind nicht giftig. Das ist bei Systemen mit Flüssigkeit, die langsamer und kostenaufwendiger zu entleeren sind, nicht der Fall und sie beinhalten vielleicht giftige oder schwer zu handhabende Thermalmedien.

F. Kann die Anlage sich selbst überwachen?

Für eine Dampfanlage ist, wie für jeden anderen wichtigen Teil des Werkes, eine Wartung erforderlich. Aber dank der heutzutage fortschrittlichen Auslegung von Dampfanlagen sind die Anforderungen an Personalstärke und Wartung, wie auch die Kosten für die Nutzungsdauer, gering. Zum Beispiel sind moderne Kesselhäuser voll automatisiert. Wasseraufbereitung und Brennersteuerung, Kesselwasserniveau, Abschlammung und Alarme werden durch automatische Systeme ausgeführt. Der Kessel kann unbemannt bleiben und muss nur gemäß den örtlichen Vorschriften geprüft werden.

In ähnlicher Weise kann die Dampfanlage mit Hilfe automatischer Regel-, Mengenmess- und Überwachungssysteme beaufsichtigt werden. Diese könnten in ein SCADA-System integriert werden.
Die Anforderungen an die Personalstärke werden somit sehr gering.

Interessante Dampfanwendungen:

• Fleisch in Schrumpffolie einschweißen.
• Vakuumerzeugung unter dem Deckel von Lebensmittelgläsern.
• Getreide explodieren lassen, um Cornflakes herzustellen.
• Das Färben von Tennisbällen.
• Die Reparatur unterirdischer Rohrleitungen (Dampf wird verwendet, um einen Schaum zu verbreiten und zu versiegeln, der in das Rohr gepumpt wurde. So bildet sich eine neue Innenbeschichtung der Rohre und Risse werden versiegelt).
• Das Weichhalten von Schokolade, damit sie gepumpt und geformt werden kann.
• Die Wärmeschrumpfung von Folie, damit Getränkeflaschen ansprechend aussehen und gleichzeitig sicher sind, zum Beispiel durch eine Sicherheitsverpackung.
• Die Trocknung von Leim (sowohl die Trocknung des Leims als auch der Materialien auf einer Rolle).
• Die Herstellung von Kondomen.
• Die Herstellung von Luftpolsterfolie.
• Das tonnenweise Schälen von Kartoffeln (Hochdruckdampf wird in einen mit Kartoffeln gefüllten Behälter injiziert. Dann wird der Druck schnell herabgesetzt, wodurch die Haut abzogen wird).
• Das Beheizen von Schwimmbädern.
• Die Herstellung von Instantkaffee, Milch oder Kakaopulver.
• Das Formpressen von Reifen.
• Das Bügeln von Kleidung.
• Die Herstellung von Teppichen.
• Das Herstellen von Wellpappe.
• Die qualitativ hochwertige Lackierung von Autos.
• Das Reinigen von Milchflaschen.
• Das Reinigen von Bierfässern.
• Das Trocknen von Papier.
• Die Sterilisation von Medikamenten und medizinischen Geräten.
• Das Trocknen von Kartoffelchips.
• Die Sterilisation von Rollstühlen.
• Das Kochen von Nahrungsmitteln, beispielsweise Meeresfrüchte, in einem Korb, unter der Verwendung von eingeblasenem Dampf zum gleichzeitigen Beheizen, Befeuchten und Umrühren.
• Das Kochen von großen Mengen an Lebensmitteln durch eine direkte Injektion oder Mantelerwärmung.

. . . und hunderte weitere.

Zusätzliche Punkte, die als Vorteile von Gaskesseln genannt wurden:

• Keine Verluste an den Hauptleitungen.
• Kleinere Ersatzkessel.
• Kein Stand-by-Brennstoff erforderlich.

Die oben genannten Kosten ließen das Hochtemperatur-Heißwassersystem als die vorteilhaftere Option in Hinblick auf die Betriebskosten erscheinen.

Das neue Hochtemperatur-Heißwassersystem würde 1.953.000 £ kosten, plus 274.600 £ Betriebs- und Wartungskosten pro Jahr. Dies hätte in der Praxis bedeutet, die Anlage stillzulegen und sie für Kosten von mehr als 2 Millionen £ zu ersetzen, um nur etwas mehr als 130.000 £ jährlich einzusparen.

Die folgenden Faktoren mussten in Betracht gezogen werden:

• Die Einsparungen von 130.000 £ durch Hochtemperatur-Heißwasser leiten sich aus 406.400 £ - 274.600 £ ab. Die Brennstoffkosten für den Dampf können durch Kondensatrückführung und Nachdampfverwertung auf dasselbe Niveau wie von Hochtemperatur-Heißwasser reduziert werden. Dies würde den Gesamtbetrag um 65.000 £ auf 341.400 £ verringern.
• Es wurde behauptet, dass die größten Einsparungen durch die Abschaffung bemannter Kessel erzielt werden können. Jedoch sind moderne Kesselhäuser voll automatisiert und daher ist kein
  Personal notwendig.
• Die um 37.000 £ geringeren Wartungskosten schienen sehr optimistisch wenn man bedenkt, dass mit der Hochtemperatur-Heißwasserlösung 16 neue Gaskessel, 4 neue Dampferzeuger und 9 neue Befeuchter installiert werden sollten. Dies hätte zu einem äußerst hohen Wartungsaufwand geführt.
• Bei den Dampferzeugern und Befeuchtern waren Brennstoffbedarf und Wasseraufbereitungskosten noch nicht berücksichtigt. Der Brennstoff hätte zu einem hohen Tarif geliefert werden müssen, um die Behauptung zu begründen, dass Stand-by-Brennstoff nicht notwendig war. Zum Vergleich: Zentralisierte Dampfkessel können niedrigpreisige Alternativen mit unterbrechbarer Tarife nutzen.
• Die Einsparungen durch geringere Netzwärmeverluste (die bei netzfreien Gaskesseln wegfielen) waren im Vergleich zu den Gesamtkosten minimal und wurden durch den Bedarf an Brennstoff zum Höchsttarif sogar ausgeglichen.
• Ein Argument, die zu Gunsten des Austausches des Dampfsystems genannt wurde, waren die hohen Kosten für die Erneuerung von Kondensatleitungen. Diese Aussage zeigt uns, dass Korrosion
  stattgefunden hat. Der häufigste Grund dafür sind gelöste Gase, die physikalisch oder durch eine chemische Behandlung entfernt werden können. Deswegen ein System zu ersetzen wäre so, als
  ob man ein Auto austauscht, weil der Aschenbecher voll ist!
• Ein für Dampfsysteme genannter Nachteil war der Bedarf an Versicherungsinspektionen für Dampf- Wasser-Wärmetauscher. Jedoch sind Inspektionen auch bei Hochtemperatur-Heißwasser-
  Wärmetauschern notwendig!
• Ein weiterer genannter Nachteil war der Bedarf, Dampfdruckreduzierventile zu warten. Wassersysteme enthalten jedoch Drei-Wege-Ventile mit sehr hohen Wartungsanforderungen.
• Die Kosten von Frischwasser und Wasseraufbereitung für Dampfsysteme wurden kritisiert. Wenn an einem Dampfsystem jedoch eine Wartung erforderlich ist, kann der entsprechende Teil einfach
  abgesperrt und schnell und mit geringen Verlusten entwässert werden (dadurch werden Ausfallzeiten minimiert). Zum Vergleich: Bei einem Wassersystem müssen ganze Abschnitte gekühlt und dann entwässert werden. Sie müssen dann wieder aufgefüllt und nach der Wartung entlüftet werden. Heißwassersysteme benötigen wie Dampfsysteme auch eine chemische Aufbereitung.

Aufgrund dieser Erläuterungen erkannte das Krankenhaus, dass einige der Aussagen, auf deren Basis die Entscheidung getroffen wurde, voreingenommen und unvollständig waren. Das Team der
Krankenhaustechnik bewertete den Fall neu und entschied sich dafür, die Dampfanlage zu behalten und mit modernen Regelungen und Ausrüstungen auf den neuesten Stand zu bringen und dabei
einen beträchtlichen Geldbetrag einzusparen.