Das Kesselhaus

Kesseltypenschild

In der letzten Hälfte des 19. Jahrhunderts waren Explosionen von Dampfkesseln alltäglich. Als Folge daraus wurde in Manchester ein Unternehmen mit der Zielsetzung gegründet,, die Anzahl der Explosionen dadurch zu reduzieren, dass Dampfkessel einer unabhängigen Überprüfung unterzogen werden. Dieses Unternehmen war eigentlich der Beginn der heutigen Safety Federation (SAFed) – die Stelle, deren Zulassung in Großbritannien für Kesselregelung und Ausrüstung erforderlich ist.

Nach einem vergleichsweise kurzen Zeitraum sind nur noch acht der 11 000 überprüften Kessel explodiert. Im Gegensatz dazu stehen die 260 Dampfkesselexplosionen von Kesseln, die nicht durch dieses Programm überprüft wurden. Dieser Erfolg führte zum „Boiler Explosions Act“ (1882), welcher die Forderung nach einem Kesseltypenschild beinhaltet. In Abbildung 3.7.1 ist ein Beispiel für ein Kesseltypenschild dargestellt.

Die Serien- und Modellnummer bestimmt den Kessel eindeutig und findet bei der Bestellung von Ersatzteilen beim Hersteller und beim Kesselbetriebsbuch seine Anwendung.

Die für einen Kessel angegebene Leistung kann, wie in vorhergegangenen Modulen dieses Blocks erklärt, auf verschiedene Arten angegeben werden.

Sicherheitsventile

Ein wichtiges Kesselausrüstungsteil ist das Sicherheitsventil. Seine Aufgabe ist es, den Kesselmantel vor zu hohem Druck und einer daraus resultierender Explosion zu schützen.

In Europa werden Fragen im Hinblick auf die Eignung von Sicherheitsventilen für Dampfkessel durch die Europäische Norm EN 12953 geregelt. In den USA und in einigen anderen Teilen der Erde werden diese Themen durch ASME-Normen abgedeckt.

Es sind zwar viele verschiedene Typen von Sicherheitsventilen auf Dampfkesselanlagen montiert, aber sie müssen in der Regel alle die folgenden Kriterien erfüllen:

• Die gesamte Abblaseleistung des Sicherheitsventils muss mindestens der „von und bei 100 °C“- Leistung des Kessel entsprechen. Wird die „von und bei“-Verdampfungsmenge verwendet, um das Sicherheitsventil auszulegen, dann wird die Leistung des Sicherheitsventils immer größer als die maximale Verdampfungsleistung des Kessels sein.
• Die volle Auslegungsabblaseleistung eines Sicherheitsventils muss innerhalb von 110 % des Kesselauslegungsdrucks erreicht werden.
• Die kleinste Eintrittsnennweite eines Sicherheitsventils, das mit einem Kessel verbunden ist muss DN20 betragen.
• Der maximale Ansprechdruck eines Sicherheitsventils sollte dem Auslegungs- oder maximalen Betriebsdruck des Kessels entsprechen.
• Es muss ein angemessener Abstand zwischen dem normalen Betriebsdruck des Kessels und dem Ansprechdruck des Sicherheitsventils vorhanden sein.

Vorschriften für Sicherheitsventile (Großbritannien)

Ein Kessel sollte mindestens mit einem für die Auslegungsleistung des Kessels dimensionierten Sicherheitsventil ausgestattet sein – Einzelheiten sind der EN 12953 zu entnehmen.

Die Ausblaseleitung des Sicherheitsventils muss hindernisfrei sein und am tiefsten Punkt entwässert werden, um eine Ansammlung von Kondensat zu verhindern. Nach den anerkannten Regeln der Technik ist sicherzustellen, dass die Ausblaseleitung so kurz wie möglich und mit einem Minimum an Rohrbögen gehalten wird, sodass der vom Hersteller angegebene zulässige Gegendruck nicht überschritten wird.

Es ist allgemein üblich, dass der Innendurchmesser der Ausblaseleitung größer als der Innendurchmesser des Austrittsanschlusses des Sicherheitsventils ist, aber er darf unter keinen Umständen kleiner als dieser sein.

Kesselabsperrventil

Ein Dampfkessel muss mit einem Absperrventil ausgerüstet sein, welches den Dampfkessel und seinen Druck vom Prozess oder der Anlage absperren kann. In der Regel ist dies ein Eckabsperrventil mit Feststellvorrichtung. Abbildung 3.7.3 stellt ein derartiges Absperrventil dar.

In der Vergangenheit wurden diese Ventile oft aus Grauguss hergestellt, wobei Stahl oder Bronze für Hochdruckanwendungen eingesetzt wurden. In Großbritannien besagt der BS 2790 (wird eventuell durch EN 12953 ersetzt), dass Graugussventile für eine derartige Anwendungen an Dampfkesseln nicht mehr erlaubt sind. Kugelgraphit- oder Sphäroguss sollte hierbei nicht mit Grauguss verwechselt werden, da seine mechanischen Eigenschaften nahe bei denen von Stahlguss liegen. Daher verwenden viele Kesselhersteller Sphärogussventile als Standard.

Das Absperrventil ist dabei nicht als Drosselventil ausgelegt und sollte entweder voll geöffnet oder geschlossen sein. Es sollte immer langsam geöffnet werden, um einen plötzlichen Anstieg des abströmseitigen Drucks und damit verbundene Wasserschläge zu vermeiden, sowie dazu beizutragen, einen Abfall des Kesseldrucks und damit verbundenes Schäumen zu begrenzen.

Um englischen Vorschriften zu entsprechen, sollte es sich um ein Ventil mit steigendem Handrad handeln. Das ermöglicht dem Kesselwärter selbst vom Fußbodenniveau aus die Ventilstellung leicht zu erkennen. Das dargestellte Ventil ist mit einer Hubanzeige ausgestattet, was es für den Kesselwärter noch einfacher macht.

In Mehrkesselanwendungen sollte ein zusätzliches Absperrventil in Reihe zum Kesselabsperrventil eingebaut sein. Mindestens eines dieser Ventile sollte in Geschlossenstellung absperrbar sein. Das zusätzliche Ventil ist normalerweise ein Absperrventil mit Feststell- und Rückschlagvorrichtung, das verhindert, dass ein Kessel den anderen mit Druck beaufschlagt. Alternativ dazu kann ein Absperrventil mit Feststellvorrichtung zusammen mit einem Plattenrückschlagventil eingesetzt werden, welches zwischen den Flanschen des Absperrventils und denen des Rückschlagventils geklemmt wird.

Speisewasserrückschlagventil

Das Speisewasserrückschlagventil (wie in den Abbildungen 3.7.4 und 3.7.5 dargestellt) wird zwischen der Speisewasserpumpe und dem Kessel in die Speisewasserleitung eingebaut. Zusätzlich ist ein Speisewasserabsperrventil am Kesselmantel montiert.

Das Rückschlagventil besitzt eine Feder, deren Schließkraft die der Wassersäule des hochgeständerten Speisewasserbehälters bei drucklosem Kessel entspricht. Das verhindert, dass der Kessel über die statische Zulaufhöhe des Speisewasserbehälters geflutet wird.

Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet das Rückschlagventil in konventioneller Art und Weise und verhindert bei nicht laufender Speisewasserpumpe einen Rückfluss vom Kessel in die Speiseleitung. Wenn die Speisewasserpumpe läuft, überwindet ihr Druck die Federkraft,, um den Kessel wie üblich zu füllen.

Da hier eine gute Abdichtung erforderlich ist und die auftretenden Temperaturen relativ gering sind (normalerweise weniger als 100 °C), ist ein Rückschlagventil mit EPDM (Äthylen-Propylenelastomer)- Weichdichtung die beste Lösung.

Regelung der Kesselwasserqualität

Die Einhaltung der Wasserqualität ist für den sicheren und wirtschaftlichen Betrieb eines Dampfkessels unerlässlich. Die Erfassung und Regelung der verschiedenen Parameter ist ein komplexes Thema, welches einer Reihe von Vorschriften unterliegt. Daher wird dies später in diesem Block detailliert behandelt. Das Ziel der nächsten Abschnitte besteht einfach darin, die Bauteile, die man an einem Kessel sieht, zu erkennen.

Absalzregelung

Diese regelt die Menge des Gesamtsalzgehalts im Kesselwasser und wird manchmal auch „kontinuierliche Absalzung“ genannt. Der Kesselanschluss ist normalerweise in DN 15 oder DN 20. Das System kann manuell oder automatisch ausgeführt sein. Unabhängig davon welches System zum Einsatz kommt, es wird dabei der Gesamtsalzgehalt einer Probe des Kesselwasser mit einem Referenzwert verglichen. Wenn der Gesamtsalzgehalt zu hoch ist, wird ein Teil des Kesselwassers abgelassen und durch Speisewasser mit einem viel niedrigeren Salzgehalt ersetzt. Das führt zu einer Verdünnung des Kesselwassers und einer Reduktion des Salzgehalts.

Bei einem manuell geregelten Absalzsystem wird in jeder Schicht eine Probe des Kesselwassers gezogen.

Ein typisches automatische Absalzsystem ist in Abbildung 3.7.6 dargestellt.

Abschlammung

Diese leitet den Schlamm oder die Sedimente vom Boden des Kessels ab. Die Regelung erfolgt über ein großes (normalerweise DN 25 bis DN 50) Ventil mit abnehmbarem Handhebel. Dieses Ventil wird normalerweise für einen Zeitraum von 5 Sekunden je Schicht geöffnet.

Abbildung 3.7.7 stellt ein manuelles Abschlammventil mit abnehmbarem Handhebel dar, wohingegen Abbildung 3.7.8 ein automatisches Abschlammventil und dessen üblichen Einbauposition in einem Abschlammsystem zeigt.

Manometer

Alle Kessel müssen mit mindestens einem Druckanzeiger ausgerüstet sein.

Die übliche Bauart ist ein einfaches Manometer, welches entsprechend EN 12953 konstruiert ist.

Die Skalenscheibe sollte mindesten 150 mm Durchmesser haben und es sollte sich um eine Bauart mit Bourdonfeder handeln. Sie sollte so gekennzeichnet sein, dass sie den normalen Betriebsdruck und den maximal zulässigen Druck/ Auslegungsdruck anzeigt.

Manometer sind mit dem Dampfraum des Kessels verbunden und verfügen normalerweise über ein Wassersackrohr in Kreisform, welches sich mit kondensiertem Dampf füllt und den Zeigermechanismus vor zu hohen Temperaturen schützt.

Manometer können auch auf anderen Druckbehältern wie beispielsweise Abschlammbehältern montiert sein, und sie haben normalerweise kleinere Skalenscheiben als die, die in Abbildung 3.7.9 dargestellt ist.

Wasserstandsanzeiger und Zubehör

Alle Dampfkessel sind mit einem Niveauanzeiger ausgerüstet, solche mit einer Leistung von 100 kW oder mehr sollten aber mindestens mit zwei ausgestattet sein. Diese Anzeiger werden in Übereinstimmung mit der EN 12953 Wasserstandsanzeiger genannt.

Ein Wasserstandsanzeiger gibt den aktuellen Wasserstand im Kessel wieder, unabhängig von den Betriebsbedingungen des Kessels. Wasserstandsanzeiger sollten so installiert werden, dass ihre niedrigste Anzeige den Wasserstand 50 mm über dem Punkt wiedergibt, an dem eine Überhitzung auftreten wird. Sie sollten auch mit einer umgebenden Schutzvorrichtung versehen sein, welche aber die Sichtbarkeit des Wasserstandes nicht behindern sollte. Abbildung 3.7.10 zeigt eine typischen Wasserstandsanzeiger

Wasserstandsanzeiger sind anfällig für Beschädigungen durch verschiedene Ursachen, wie beispielsweise Korrosion durch die Chemikalien im Kesselwasser und Erosion bei der Abschlammung, insbesondere am dampfseitigen Anschluss. Jedes Anzeichen von Korrosion oder Erosion deutet darauf hin, dass ein neues Glas erforderlich ist. Bei der Überprüfung des dampfseitigen Anschlusses des Wasserstandsanzeigers sollte der wasserseitige Kugelhahn geschlossen sein.

Bei der Überprüfung des wasserseitigen Anschlusses des Wasserstandsanzeigers sollte der dampfseitig Kugelhahn geschlossen sein.

Für die Überprüfung eines Wasserstandsanzeigers sollte folgende Anweisung befolgt werden:

1. Schließen des wasserseitigen Kugelhahns und Öffnen des Entleerungskugelhahns für ungefähr 5 Sekunden.
2. Schließen des Entleerungskugelhahns und Öffnen des wasserseitigen Kugelhahns. Das Wassers sollte relativ schnell wieder auf sein normales Betriebsniveau zurückkehren. Wenn das nicht der Fall ist, dann könnte eine Verstopfung des wasserseitigen Kugelhahns die Ursache sein, und es sollte umgehend eine Mängelbeseitigung erfolgen.
3. Schließen des dampfseitigen Kugelhahns und Öffnen des Entleerungskugelhahns für ungefähr 5 Sekunden.
4. Schließen des Entleerungskugelhahns und Öffnen des dampfseitigen Kugelhahns. Wenn das Wasser nicht relativ schnell auf sein normales Betriebsniveau zurückkehrt, muss eine Verstopfung am dampfseitigen Kugelhahn vorliegen. Es sollte so schnell wie möglich eine Mängelbeseitigung erfolgen.

Der autorisierte Kesselwärter sollte die Wasserstandsanzeiger systematisch mindestens einmal täglich prüfen und dabei mit geeigneter Schutzausrüstung für das Gesicht und die Hände ausgerüstet sein, um im Fall eines Glasbruchs gegen Verbrühungen geschützt zu sein.

Denken Sie daran, dass alle Handhebel der Kugelhähne am Wasserstandsanzeiger unter Betriebsbedingungen nach unten zeigen sollten.

Glasschutz für Wasserstandsanzeiger

Der Glasschutz des Anzeigers sollte immer sauber gehalten werden. Wird der Schutz im angebauten Zustand gereinigt oder für die Reinigung abmontiert, sollte der Anzeiger vorübergehend abgesperrt werden.

Es ist sicherzustellen, dass ein ausreichender Wasserstand vorhanden ist, bevor der Anzeiger abgesperrt wird, und es sollte darauf geachtet werden, das Schauglas nicht zu berühren oder gegen es zu stoßen. Nach Reinigung und Wiederbefestigung des Schutzes sollte der Anzeiger geprüft und die Kugelhähne in die richtige Stellung gebracht werden.

Wartung

Der Wasserstandsanzeiger sollte bei jeder jährlichen Inspektion sorgfältig überprüft werden. Ausbleibende Wartung kann zur Aushärtung von Dichtungen und Festfressen von Kugelhähne führen. Wenn ein Kugelhahnhandhebel verbogen oder beschädigt wird, muss besonders darauf geachtet werden, dass der Kugelhahn voll geöffnet ist. Ein beschädigtes Bauteil sollte umgehend erneuert oder repariert werden. Wasserstandsanzeiger verfärben sich auf Grund der Wasserbedingungen oft; sie werden durch Erosion auch dünner und ausgewaschen. Daher sollten die Gläser in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden.

Im Kesselhaus sollte daher immer ein Vorrat an Ersatzgläsern und Dichtungen vorhanden sein. Denke Sie daran:

• Wenn die Dampfanschlüsse verstopft sind, kann vom Wasserstandsanzeiger ein falscher Hochwasserstand wiedergegeben werden. Nachdem der Anzeiger geprüft worden ist, kann immer noch ein falscher Hochwasserstand angezeigt werden.
• Wenn die Wasseranschlüsse verstopft sind, könnte auf Grund von kondensierendem Dampf im Glas ein unrealistischer Hochwasserstand wahrgenommen werden. Nach einer Überprüfung wird das Glas dazu neigen leer zu bleiben, es sei denn der Wasserstand im Kessel ist höher als der obere Anschluss, wodurch Wasser über diesen Anschluss in das Glas fließen könnte.
• Die Niveaus im Wasserstandsanzeiger müssen mit größter Sorgfalt beobachtet werden, da sie die einzige visuelle Anzeige des Wasserstandzustandes im Kessel sind. Jeder Wasserstand, der als ungewöhnlich erachtet wird, muss sofort nach seiner Feststellung untersucht werden, und falls nötig, müssen umgehend Vorkehrungen getroffen werden, um den Kessel abzuschalten.

Wasserstandsregelung

Die Überwachung des richtigen Wasserstandes im einem Dampfkessel ist für seinen sicheren und wirtschaftlichen Betrieb außerordentlich wichtig. Die Methoden der Wasserstandserfassung und die daraus folgende Regelung des Wasserstands ist ein komplexes Thema, welches durch eine Reihe von Vorschriften erfasst wird. Die folgenden Abschnitte geben einen kurzen Überblick, und das Thema wird später sehr viel eingehender behandelt werden.

Außenliegende Messkammern zur Niveauregelung

Wie in Abbildung 3.7.11 dargestellt, werden Messkammern zur Niveauregelung außen am Kessel angebracht, um dort Niveauregelungen oder -alarme einzubauen.

Die Funktionsfähigkeit der Niveauregelungen oder -alarme ist täglich durch Verwendung der Spülventile zu prüfen. Wenn das Handrad komplett gegen den Uhrzeigersinn gedreht ist, befindet sich das Ventil in seiner normalen Betriebsstellung und eine Rückdichtung verschließt den Entleerungsanschluss. Die Stellanzeige am Handrad könnte so ähnlich wie in Abbildung 3.7.12 dargestellt aussehen. Einige Handräder haben keine Stellanzeige, bauen aber auf einen Mechanismus für die richtige Handhabung.

Folgendes ist eine typische Vorgehensweise, welche eingesetzt werden kann, um die Regelung zu testen, wenn der Kessel unter Druck steht und der Brenner feuert:

• Drehen Sie das Handrad langsam im Uhrzeigersinn, bis sich die Stellungsanzeige an der ersten „Pause“-Position befindet. Der Anschluss der Messflasche wird gedrosselt, der Entleerungsanschluss ist geöffnet und der Wasseranschluss wird durchgespült. 
• Warten Sie 5 bis 8 Sekunden 
• Drehen Sie das Handrad im Uhrzeigersinn langsam weiter bis zum vollen Hub. Der Wasseranschluss ist geschlossen, das Entleerungsventil bleibt geöffnet und die Messkammer und die Dampfanschlüsse werden durchgespült. Die Kesselregelung sollte nun wie bei Niedrigwasserstand im Kessel arbeiten, d. h. Pumpe läuft und / oder Ertönen eines akustischen Alarms und Brennerabschaltung. Wenn die Niveaumesskammer alternativ mit einem zweiten oder zusätzlichen Alarm ausgestattet ist, sollte der Kessel abgeschaltet werden.
• Warten Sie 5 bis 8 Sekunden 
• Drehen Sie das Handrad langsam gegen den Uhrzeigersinn, um es gegen die Rücksicherung in normale Betriebsstellung zu schließen.

Spülventile werden von einer Reihe unterschiedlicher Hersteller angeboten. Sie können sich daher in der Betriebsweise unterscheiden.

Es ist außerordentlich wichtig, dass die Herstelleranweisungen im Hinblick auf die Betriebsweise beachtet werden.

Innenliegende Niveauregelung

Es gibt auch Niveauregelungen, bei denen die Sensoren (oder Elektroden) innerhalb des Kesselmantels (oder Dampfraums) eingebaut sind. Dies sorgt für eine höhere Sicherheit im Vergleich zu den außen montierten. Das Niveauwarnsystem verfügt ggf. auch über eine Selbsttestfunktion der Systemintegrität.

Da sie innenliegend verbaut sind, unterliegen sie nicht den Verfahren, die erforderlich sind, eine externe Messkammer durchzuspülen. Der Systembetrieb wird über einen Verdampfungstest zum 1. Niedrigwasserstand, gefolgt von einem Abschlammtest zum 2. Niedrigwasserstand, geprüft.

Es werden Schutzrohre eingebaut, um den Sensor vor Wasserbewegungen zu schützen.

Entlüfter und Vakuumbrecher

Wenn ein Kessel aus dem kalten Zustand angefahren wird, dann ist der Dampfraum mit Luft gefüllt. Diese Luft hat keinen Heizwert und beeinträchtigt die Leistung der Dampfanlage negativ, da sie die Wärmeübertragungsflächen bedeckt. Die Luft kann auch zu Korrosion im Kondensatsystem führen, wenn sie nicht entsprechend abgeführt wird.

Die Luft kann einfach durch Einsatz eines Kugelhans abgeleitet werden; dieser wird normalerweise offen gelassen, bis ungefähr 0,5 bar am Manometer angezeigt werden. Eine Alternative zu einem Kugelhahn ist ein Kapsel-Entlüfter, welcher den Kesselwärter nicht nur von der Aufgabe der manuellen Entlüftung entbindet (und damit sicherstellt, dass diese auch korrekt ausgeführt wurde), er ist auch viel genauer und leitet Gase ab, welche sich im Kessel angesammelt haben könnten. Ein typischer Entlüfter ist in Abbildung 3.7.14 dargestellt.

Wenn ein Kessel abgeschaltet wird, kondensiert der Dampf im Dampfraum und erzeugt ein Vakuum. Dieses Vakuum verursacht, dass der Kessel von außen mit Druck beaufschlagt wird und das kann dazu führen, dass Inspektionsöffnungen undicht sind, Kesselbleche beschädigt werden und die Gefahr besteht, dass ein abgestellter Kessel überfüllt wird. Um dies zu verhindern, ist ein Vakuumbrecher (siehe Abbildung. 3.7.14) auf dem Kesselmantel erforderlich.