Grundlagen der Dampftechnik und Wärmeübertragung
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Messung des Dampfverbrauches
In diesem Tutorial werden Methoden zur Messung des Dampfverbrauchs erläutert, von der einfachen bis zur komplexen Durchflussmessung.
Mit einem Dampfmengenmesser
Der Einsatz eines Dampfmengenmessers kann zur Ermittlung des Dampfverbrauches eines in Betrieb befindlichen Anlagenteiles genutzt werden. Damit könnten Ergebnisse von Energieeinsparungsmaßnahmen aufgezeichnet und die Effizienz eines Anlagenteiles mit einem anderen verglichen werden. Der Dampf kann in jeder Phase des Fertigungsprozesses als Rohstoff verrechnet und so die Kosten einer individuellen Fertigungslinie ermittelt werden.
Nur in verhältnismäßig wenigen Fällen kann ein Durchflussmesser keinen Dampfdurchsatz messen. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, sicherzustellen, dass der vorherrschende Dampfdruck berücksichtigt wird und kein anderer Kalibrierungsfaktor übersehen wurde.
Die Dampfmengenmessung wird detailliert in Block 4 behandelt.
Mit einer Kondensatpumpe
Eine weniger genaue Methode zur Abschätzung des Dampfverbrauches ist es, einen Hubzähler in das Gehäuse einer Verdrängerpumpe einzubauen, welche genutzt wird, um Kondensat aus dem Prozess zu fördern. Jeder Förderhub wird registriert und auf Basis einer Kapazitätsabschätzung für jeden Hub die Menge des kondensierten Dampfes über eine vorgegebene Zeit berechnet.
Man kann einen für diesen Zweck konzipierten elektrischen Hubzähler einsetzen, um dies automatisiert auszuführen und damit die Pumpe zum Kondensatmengenmesser umfunktionieren. Der elektrische Hubzähler kann lokal anzeigen oder ein digitales Signal an ein zentrales Überwachungssystem rückmelden. Sollte die Pumpe einen offenen Sammler entleeren, muss ein kleiner Zuschlag für Nachdampfverluste berücksichtigt werden.
Durch Sammeln des Kondensates
Der Dampfverbrauch kann auch direkt ermittelt werden, indem die Masse des Kondensates, welches über einen Zeitintervall in einem Behälter gesammelt wurde, gemessen wird. Dies kann ein genaueres Verfahren als die Verwendung theoretischer Berechnungen sein, wenn die Nachdampfverluste (welche nicht berücksichtigt werden) gering sind, und es kann für stehende und strömende Anwendungen eingesetzt werden. Jedoch kann dieses Verfahren nicht für Anwendungen mit direkter Dampfeinblasung, Befeuchtung oder Sterilisation verwendet werden, bei denen es nicht möglich ist, das Kondensat zu sammeln.
Abbildung 2.7.3 zeigt eine Messung an einem ummantelten Kochkessel. In diesem Fall sind ein leeres Fass und eine Plattformwaage dargestellt, aber kleinere Anlagen können ebenso genau mit einem Becher und einer Federwaage überprüft werden. Dieses Verfahren ist ziemlich leicht aufzubauen und man kann sich darauf verlassen, genaue Ergebnisse zu erhalten.
Das Fass wird zuerst mit einer ausreichenden Menge an kaltem Wasser gefüllt gewogen. Dampf wird dann in die Anlage geleitet und sämtliches Kondensat unterhalb des Wasserspiegels in den Behälter abgeleitet, um jeglichen Nachdampf zu kondensieren. Durch Aufzeichnung der Gewichtszunahme über die Zeit kann der mittlere Dampfverbrauch bestimmt werden.
Obwohl diese Methode den mittleren Dampfverbrauch ergibt, kann, wenn das Gewicht des Kondensates in regelmäßigen Abständen während des Tests aufgezeichnet wird, der entsprechende Dampfverbrauch ermittelt werden. Dadurch werden alle auffälligen Spitzenlasten sichtbar und können bei der Festlegung der Leistung der zugehörigen Ausrüstungsteile berücksichtigt werden. Es ist wichtig festzuhalten, dass dieser Test bei Kondensatableitung in ein druckloses System durchgeführt wird. Wenn dieser Versuch verwendet wird, um den Dampfverbrauch für eine Anlage zu bestimmen, welche ansonsten einen Kondensatgegendruck aufweist, muss sich die Kondensatableiterkapazität auf den zu erwartenden Differenzdruck beziehen.
Es muss ebenfalls darauf geachtet werden, dass nur das Kondensat, welches während des Tests erzeugt wurde, gemessen wird. Bei dem dargestellten Kochkessel wäre es empfehlenswert, den Mantel über einen Entwässerungshahn komplett zu entleeren, bevor der Versuch beginnt. Am Ende ist der Mantel erneut zu entleeren und das Kondensat in den Behälter zu geben, bevor gewogen wird. Der Test sollte so lange wie möglich durchgeführt werden, um die Auswirkungen von Messfehlern zu reduzieren. Es ist immer ratsam, drei Tests unter ähnlichen Bedingungen zu fahren und die Ergebnisse zu mitteln, um eine verlässliche Aussage zu erhalten. Streichen sie alle Ergebnisse, welche weit von den anderen abweichen, und führen Sie falls nötig weitere Tests durch.
Falls das Rückführsystem einen Sammelbehälter und eine Pumpe beinhaltet, kann man möglicherweise, die Pumpe für eine Zeit auszuschalten und das Kondensatvolumen durch vorsichtiges Ablassen des Tanks vor und nach dem Testzyklus zu messen. Hierbei muss man sorgfältig vorgehen, insbesondere wenn die Niveauänderung gering ist oder Verluste durch Nachdampf auftreten.