Das Kesselhaus

Warum Gase aus dem Kesselspeisewasser entfernt werden müssen

Sauerstoff ist die Hauptursache für Korrosion in Warmwasserspeichern, Zuleitungen, Speisewasserpumpen und Kesseln. Wenn zusätzlich auch Kohlendioxid vorhanden ist, sinkt der pH-Wert, das Wasser neigt dazu, sauer zu sein, und die Korrosionsgeschwindigkeit nimmt zu. Typischerweise handelt es sich um Lochfraßkorrosion, bei der es in kurzer Zeit zu einer tiefen Durchdringung und Lochbildung kommen kann, obwohl der Metallabtrag selbst möglicherweise nicht groß ist.

Die Beseitigung des gelösten Sauerstoffs kann durch chemische oder physikalische Methoden erreicht werden, aber in der Regel durch eine Kombination aus beidem.

Zu den wesentlichen Voraussetzungen für die Verringerung von Korrosion gehört es, das Speisewassers auf einem pH-Wert von mindestens 8,5 bis 9 (dem niedrigsten Wert, bei dem Kohlendioxid nicht vorkommt) zu halten und jegliche Spuren von Sauerstoff zu entfernen. Die Kondensatrückführung aus der Anlage wird dabei einen erheblichen Einfluss auf die Kesselspeisewasseraufbereitung haben – das Kondensat ist heiß und bereits chemisch behandelt, so dass umso weniger Speisewasseraufbereitung erforderlich ist, umso mehr Kondensat zurückgeführt wird.

Wasser, das der Luft ausgesetzt ist, kann sich mit Sauerstoff anreichern, und die Konzentration hängt dabei von der Temperatur ab: je höher die Temperatur, desto niedriger der Sauerstoffgehalt.

Der erste Schritt der Speisewasseraufbereitung ist die Erwärmung des Wassers, um den Sauerstoff abzutreiben. Normalerweise sollte ein Kesselspeisewassertank bei 85 °C bis 90 °C betrieben werden. Dabei verbleibt ein Sauerstoffgehalt von ca. 2 mg/l (ppm). Ein Betrieb über diesen Temperaturen bei Atmosphärendruck kann aufgrund der Nähe zur Sättigungstemperatur und der Wahrscheinlichkeit von Kavitation in der Speisewasserpumpe schwierig sein, es sei denn, der Speisewassertank ist auf einem sehr hohen Niveau über der Kesselspeisepumpe installiert.

Die Zugabe einer sauerstoffbindenden Chemikalie (Natriumsulfit, Hydrazin oder Tannin) entfernt den verbleibenden Sauerstoff und verhindert Korrosion.

Dies ist die übliche Vorgehensweise bei Industriekesselanlagen im Großbritannien. Es gibt jedoch Anlagen, die aufgrund ihrer Größe, speziellen Anwendung oder lokaler Normen entweder die Menge der eingesetzten Chemikalien reduzieren oder erhöhen müssen. Für Anlagen, die den Umfang der chemischen Aufbereitung reduzieren müssen, ist es üblich, einen Druckentgaser einzusetzen.

Funktionsprinzip eines Druckentgasers

Wenn eine Flüssigkeit ihre Sättigungstemperatur erreicht hat, liegt ihr Lösungsvermögen für ein Gas bei Null, wobei die Flüssigkeit stark umgewälzt oder aufgekocht werden muss, um eine vollständige Entgasung zu gewährleisten.

Dies wird im oberen Bereich eines Entgasers erreicht, indem das Wasser in möglichst viele kleine Tropfen zerlegt und diese Tropfen mit einer Dampfatmosphäre in Kontakt gebracht werden. Dies ergibt ein hohes Oberflächen-Massenverhältnis und ermöglicht eine schnelle Wärmeübertragung vom Dampf auf das Wasser, das schnell die Dampfsättigungstemperatur erreicht. Dadurch werden die gelösten Gase freigesetzt, die dann mit dem überschüssigen Dampf abgeführt und in die Atmosphäre entlüftet werden. (Dieses Gemisch aus Gasen und Dampf hat eine niedrigere Temperatur als die Sättigungstemperatur, und die Entlüftung arbeitet thermostatisch). Das entgaste Wasser fällt dann in den Speicherbereich des Behälters.

Über dem gespeicherten Wasser wird ein Dampfpolster gehalten, um sicherzustellen, dass nicht wieder Gase in die Lösung gehen.

Wasserverteilung

Das einströmende Wasser muss in kleine Tropfen zerlegt werden, um das Verhältnis von Wasseroberfläche zu Masse zu maximieren. Dies ist unerlässlich, um die Wassertemperatur zu erhöhen und die Gase während der sehr kurzen Verweilzeit im Entgaserdom (oder -kopf) freizusetzen. 

Die Zerlegung des Wassers in kleine Tropfen kann mit einem der Verfahren erreicht werden, die im Dampfraum des Domes angewendet werden.

Es gibt natürlich Vor- und Nachteile, die mit jedem Verfahren der Wasserverteilung verbunden sind, sowie entsprechende Kostenauswirkungen. In Tabelle 3.21.1 werden einige der wichtigsten Faktoren verglichen und zusammengefasst:

Regelsysteme

Wasserregelung

Ein modulierendes Regelventil dient zur Aufrechterhaltung des Wasserstandes im Speicherbereich des Behälters. Eine modulierende Regelung ist erforderlich, um stabile Betriebsbedingungen zu gewährleisten, da das plötzliche Einströmen von relativ kühlem Wasser mit einer Zweipunkt-Regelung einen wesentlichen Einfluss auf die Druckregelung haben könnte, wie auch auf die Fähigkeit des Entgasers, schnell auf Bedarfsänderungen zu reagieren.

Da eine modulierende Regelung erforderlich ist, kann eine kapazitive Füllstandselektrode das erforderliche analoge Signal des Wasserstandes liefern.

 

Dampfregelung

Ein modulierendes Regelventil regelt die Dampfversorgung. Dieses Ventil wird über einen Druckregler gesteuert, um den Druck im Behälter aufrechtzuerhalten. Eine genaue Druckregelung ist sehr wichtig, da sie die Grundlage für die Temperaturregelung im Entgaser ist, weshalb ein schnell wirkendes, pneumatisch betätigtes Regelventil verwendet wird. Hinweis Es kann ein pilotgesteuertes Druckregelventil für kleinere Anlagen und ein membrangesteuertes Regelventil ohne Hilfsenergie verwendet werden, wenn gewährleistet ist, dass die Last nahezu konstant bleibt.

Die Dampfeinspritzung kann am Fuß des Domes erfolgen und in entgegengesetzter Richtung zum Wasser (Gegenstrom) strömen, oder von den Seiten, und den Wasserstrom kreuzen (Querstrom). Unabhängig davon, aus welcher Richtung der Dampf kommt, ist es das Ziel, für maximale Vermischung und Kontakt zwischen den Dampf- und Wasserströmen zu sorgen, um das Wasser auf die erforderliche Temperatur zu bringen.

Der Dampf wird über einen Diffuser eingespritzt, um eine gute Dampfverteilung innerhalb des Entgaserdoms zu sicherzustellen.

Der einströmende Dampf sorgt ebenfalls:

• Für den Abtransport der Gase zum Entlüfter.
• Ein Dampfpolster, das über dem gespeicherten, entgasten Wasser benötigt wird.

 

Entlüftungsleistung des Entgasers

In früheren Modulen wurden die typischen Speisewassertemperaturen mit etwa 85 °C angegeben, was dem praktischen Maximalwert für einen offen Kesselspeisewassertank entspricht, der bei Atmosphärendruck betrieben wird. Man weiß auch, dass Wasser bei 85 °C etwa 3,5 Gramm Sauerstoff pro 1 000 kg Wasser enthält, und dass es der Sauerstoff ist, der aus zwei Hauptgründen die größten Schäden in Dampfsystemen verursacht. Erstens verbindet er sich mit dem Inneren von Rohren und Apparaten und bildet Oxide, Rost und Zunder; zweitens verbindet er sich mit Kohlendioxid und bildet Kohlensäure, die eine natürliche Affinität hat, Metall zu korrodieren und Eisen zu lösen. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, dem Kesselspeisewasser vor dem Eintritt in den Kessel Sauerstoff zu entziehen. Niederdruck- und Mitteldruckanlagen, die mit Sattdampf aus einem Großwasserraumkessel versorgt werden, arbeiten mit einem sorgfältig konstruierten Speisewassertank mit atmosphärischem Entgaser (Teilentgasung genannt) relativ problemlos. Verbleibende Spuren von Sauerstoff werden chemisch entfernt, was für diese Art von Dampfanlage in der Regel wirtschaftlich ist. Für HochdruckWasserrohrkessel und Dampfanlagen, die mit überhitztem Dampf arbeiten, ist es jedoch unerlässlich, dass der Sauerstoffgehalt im Kesselwasser deutlich niedriger gehalten wird (typischerweise weniger als sieben Teile pro Milliarde - 7 ppb), da die Angriffsrate durch gelöste Gase mit höheren Temperaturen schnell ansteigt. Um einen so niedrigen Sauerstoffgehalt zu erreichen, können Druckentgaser eingesetzt werden.

Würde das Speisewasser in einem atmosphärischen Speisetank auf die Sättigungstemperatur von 100 °C erwärmt, wäre die im Wasser gelöste Sauerstoffmenge theoretisch Null; in der Praxis ist es jedoch wahrscheinlich, dass geringe Mengen an Sauerstoff verbleiben. Zudem wäre der Dampfverlust aus einem offenen Speisewassertank ziemlich hoch und wirtschaftlich inakzeptabel und das ist der Hauptgrund, warum Druckentgaser für Anlagen mit höherem Druck (typischerweise über 20 bar ü) bevorzugt werden.

Ein Druckentgaser ist meist für einen Betrieb bei 0,2 bar ü ausgelegt, was einer Sättigungstemperatur von 105 °C entspricht und obwohl über eine gedrosselte Entlüftung immer noch eine gewisse Menge Dampf an die Atmosphäre abgegeben wird, ist der Verlust weitaus geringer als bei einem offenen Speisewassertank.

Es wird nicht nur der Sauerstoff ausgetrieben, sondern gleichzeitig auch andere nicht-kondensierbare Gase. Der Entgaser leitet daher auch andere Luftbestandteile, vor allem Stickstoff, sowie eine bestimmte Dampfmenge ab. Daraus folgt, dass der zu entgasende Luftanteil aus dem Wasser etwas höher sein muss als 3,5 Gramm Sauerstoff pro 1 000 kg Wasser. Tatsächlich beträgt der Luftanteil in Wasser bei 80 °C unter atmosphärischen Bedingungen 5,9 g pro 1 000 kg Wasser. Daher ist eine Ableitung von 5,9 Gramm Luft pro 1 000 kg Wasser erforderlich, um sicherzustellen, dass die erforderliche Menge von 3,5 Gramm Sauerstoff freigesetzt wird. Da sich diese Luft mit dem Dampf im Raum über der Wasseroberfläche vermischt, kann sie nur durch gleichzeitige Freisetzung von Dampf aus dem Entgaser abgeschieden werden.

Die Menge des Dampf-Luft-Gemisches, die freigesetzt werden muss, kann geschätzt werden, indem man die Auswirkungen des Daltonschen Gesetzes des Partialdrucks und Henrys Gesetz berücksichtigt. Berücksichtigen Sie dies bei der Realisierbarkeit der Installation eines Entgasers. Vor der Installation wird die Kesselanlage mit Speisewasser aus einem belüfteten Speisewassertank gespeist, der bei 80 °C arbeitet. Das bedeutet im Wesentlichen, dass jede 1000 kg Speisewasser 5,9 Gramm Luft enthalten. Der geplante Entgaser arbeitet bei einem Druck von 0,2 bar ü, was einer Sättigungstemperatur von 105 °C entspricht.

Nehmen wir also an, dass die gesamte Luft aus dem Wasser im Entgaser getrieben wird. Daraus folgt, dass die Entlüftung 5,9 Gramm Luft pro 1 000 kg Speisewasserkapazität ableiten muss.

Beachten Sie, dass sich die aus dem Wasser gelöste Luft mit dem Dampf über der Wasseroberfläche vermischt. Obwohl der Betriebsdruck des Entgasers 0,2 bar ü (1,2 bar abs) beträgt, könnte die Temperatur des Dampf-Luft-Gemisches nur 100 °C betragen.

Deshalb gilt, nach dem Daltonschen Gesetz:

Wäre der Dampfraum im Entgaser nur mit Dampf gefüllt, würde der Dampfdruck 1,2 bar abs betragen. Da der Dampfraum eine Ist-Temperatur von 100 °C hat, beträgt der durch den Dampf verursachte Partialdruck nur 1,013 25 bar abs. 

Der durch die nicht kondensierbaren Gase (Luft) verursachte Partialdruck ist somit die Differenz zwischen diesen beiden Werten = 1,2 - 1,01325 = 0,18675 bar abs.

Dennoch:

• Weil es keine einfache Möglichkeit gibt, die Ableittemperatur genau zu messen;
• Weil es nur eine geringe Druckdifferenz zwischen dem Entgaser- und dem Atmosphärendruck gibt;
• Weil die Entlüftungsmengen so gering sind,

. . ... findet man selten einen automatischen Entlüftungsmechanismus in den Entlüftungsleitungen von Entgasern; diese Aufgabe wird normalerweise von einem manuell eingestellten Kugelhahn, einem Nadelventil oder einer Blende erfüllt.

Es ist auch wichtig sich daran zu erinnern, dass das Hauptziel des Entgasers darin besteht, Gase zu entfernen. Daher ist es entscheidend, dass diese Gase nach der Trennung so schnell wie möglich abgeleitet werden, bevor es zu einer erneuten Vermischung kommt.

Obwohl die theoretische Berechnung nahegelegt hat, dass 22,4 Gramm Dampf-/Luft-Gemisch pro Tonne Entgaserleistung erforderlich sind, ist es in der Praxis nicht möglich, dies zu überwachen und erfolgreich zu steuern.

Daher werden Entgaserhersteller aufgrund der praktischen Erfahrungen eher eine Entlüftungsleistung zwischen 0,5 und 2 kg Dampf-/Luft-Gemisch pro 1 000 kg/h Entgaserleistung empfehlen, um auf der sicheren Seite zu sein. Es ist ratsam, die Empfehlung des Entgaserherstellers zu diesem Thema zu befolgen.

Eine typische Vorgehensweise zur Steuerung der Entlüftungsleistung ist der Einsatz eines Dampfkugelhahns DN 20 mit geeigneter Druckstufe, der in teilgeöffneter Stellung verriegelt werden kann. 

 

Typische Betriebsparameter für einen Druckentgaser

Die folgenden Informationen sind beispielhaft, und jede tatsächliche Installation kann von den folgenden Angaben in vielerlei Hinsicht abweichen, um den individuellen Anforderungen der Anlage gerecht zu werden:

• Der Betriebsdruck beträgt in der Regel ca. 0,2 bar ü (3 psi), was einer Sättigungstemperatur von 105 °C (221 °F) ergibt.
•       Der Behälter hat einen Wasserspeicher für 10 bis 20 Minuten Kesselbetrieb bei Volllast.
• Der Wasserversorgungsdruck zum Entgaser sollte mindestens 2 bar ü betragen, um eine gute Verteilung an der Düse zu gewährleisten.

Dies bedeutet entweder einen Gegendruck auf die Kondensatableiter in der Anlage oder erfordert eine Rückführung des Kondensates über Pumpen.

• Der Dampfversorgungsdruck zum Druckregelventil liegt im Bereich von 5 bis 10 bar ü.
• Der maximale Reduzierverhältnis des Entgasers beträgt ca. 5:1.
• Kommen aus dem Prozess Durchflussmengen, die unterhalb dieses Wertes liegen, kann es zu einem unzureichenden Druck kommen, um eine gute Zerstäubung mit Wasserverteilern vom Düsen- oder Sprühtyp zu erreichen.
• Dies kann dadurch umgangen werden, indem mehr als ein Dom auf dem Behälter angebracht wird. Die Gesamtleistung der Dome würde der Kesselleistung entsprechen, aber ein oder mehrere der Dome können in Zeiten geringen Bedarfs abgeschaltet werden.
• Für den Anfahrbetrieb kann eine Beheizung im Speicherbereich des Behälters erforderlich sein; diese kann durch eine Heizschlange oder Direkteinspritzung erfolgen.
• Druckentgaser werden jedoch am ehesten für Anlagen eingesetzt, die sich im Dauerbetrieb befinden, und der Betreiber könnte eine geringe Leistung während eines gelegentlichen Kaltstarts akzeptieren.

Die Behälterauslegung, die Materialien, die Herstellung, der Aufbau und die Zertifizierung müssen einer anerkannten Norm entsprechen; in Großbritannien ist dies zum Beispiel die Norm PD 5500.

Die Wärmebilanz im Entgaser wird normalerweise (aber nicht immer) auf Basis einer Erhöhung der Eintrittswassertemperatur um 20 °C berechnet.

Es ist üblich, dass dem Entgaser Wasser mit 85 °C zugeführt wird. Ist die Eintrittswassertemperatur deutlich höher, ist die Dampfmenge, die zum Erreichen des Solldrucks benötigt wird, geringer. Dies wiederum bedeutet, dass das Dampfregelventil nach unten drosselt und der Dampfdurchsatz zu niedrig sein kann, um eine korrekte Verteilung an der Dampfdüse zu gewährleisten.

Dies kann dazu führen, dass bei einem sehr hohen Anteil an zurückgeführten Kondensat alternative Maßnahmen erforderlich sein können, damit eine ordnungsgemäße Entgasung stattfinden kann.

In diesem Fall kann die Wärmebilanz des Entgasers mit anderen Parametern berechnet oder der Entgaser mit einem höheren Druck betrieben werden.

Kosten und Rechtfertigung

Kosten

Der Betrieb eines Entgasers verursacht keine zusätzlichen Energiekosten, und die maximale Dampfmenge, die in die Anlage geleitet wird, ist mit oder ohne Entgaser gleich, da der zur Erhöhung der Speisewassertemperatur verwendete Dampf aus der höheren Kesselleistung stammt.

Dennoch:

• Es kommt zu einem gewissen Wärmeverlust durch den Entgaser (was durch eine geeignete Isolierung minimiert wird).
• Es entstehen zusätzliche Kosten für den Betrieb der Förderpumpe zwischen Speisewassertank und Entgaser.
• Ein Teil des Dampfes geht mit den abgeleiteten, nicht kondensierbaren Gasen verloren.

 

Rechtfertigung

Die Hauptgründe für die Wahl eines Druckentgasers sind:

• Reduzierung des Sauerstoffgehalts auf ein Minimum (< 20 Teile pro Milliarde) ohne den Einsatz von Chemikalien. Dadurch wird Korrosion im Kesselspeisesystem verhindert.
• Im Hinblick auf Chemikalien kann eine Kosteneinsparung erzielt werden – dieses Argument gilt zunehmend für große Wasserrohrkessel, bei denen die Durchsatzmengen hoch sind und niedrige TDS-Werte (< 1 000 ppm) im Kesselspeisewasser gehalten werden müssen.
• Chemikalien, die zur Kontrolle des Sauerstoffgehalts des Kesselwassers zugesetzt werden, müssen abgesalzt werden. Durch die Reduzierung/Eliminierung der Zugabe von Chemikalien wird daher die Absalzmenge reduziert und damit Kosten eingespart.
• Um eine Kontamination zu vermeiden, wenn der Dampf in direktem Kontakt mit dem Produkt steht, z. B. bei Lebensmitteln oder zu Sterilisationszwecken.

Wärmebilanz des Entgasers

Um eine korrekte Systemauslegung und die Dimensionierung des Dampfversorgungsventils zu ermöglichen, ist es wichtig zu wissen, wie viel Dampf zur Beheizung des Entgasers benötigt wird. Dieser Dampf wird verwendet, um das Speisewasser von der üblichen Temperatur vor der Installation des Entgasers auf die Temperatur zu erwärmen, die nötig ist, um den gelösten Sauerstoff auf das erforderliche Niveau zu reduzieren.

Der erforderliche Dampfdurchsatz wird mittels einer Masse-/Wärme-Bilanz berechnet. Die Masse-/ Wärme-Bilanz beruht auf dem Prinzip, dass die anfängliche Wärmemenge im Speisewasser, zuzüglich der durch die Masse des eingespritzten Dampfes zugeführten Wärme, der letztendlichen Wärmemenge im Speisewasser, zuzüglich der Dampfmasse, die während des Prozesses kondensiert ist, entsprechen muss.

Gleichung 2.11.3 ist die für diesen Zweck verwendete Masse-/Wärme-Bilanz Gleichung.

Beispiel 3.21.1 Bestimmen Sie die Dampfmenge, die zur Aufheizung eines Entgasers benötigt wird.

Eine bestehende Kesselanlage wird mit Speisewasser bei einer Temperatur von 85 °C versorgt. Aufgrund der steigenden Kosten für die chemische Aufbereitung wird vorgeschlagen, einen Druckentgaser zu installieren, der mit 0,2 bar ü betrieben wird, um die Speisewassertemperatur auf 105 °C zu erhöhen und den gelösten Sauerstoff auf Mengen zu reduzieren, die üblicherweise in Teilen pro Milliarde gemessen werden. Als Heizmedium soll der Dampf genutzt werden, der im Kessel mit 10 bar ü erzeugt wird. Bestimmen Sie den Dampfdurchsatz, der zur Beheizung des Entgasers erforderlich ist, wenn die „von und bei“-Leistung der Kesselanlage 10 t/h beträgt.

Bevor Berechnungen zur Abschätzung der Größe des Entgasers durchgeführt werden können, ist es wichtig, den maximal möglichen Speisewasserbedarf zu kennen. Dies wird durch die Berechnung der maximalen Nutzdampfmenge des/der Kessel(s) bestimmt, die wiederum von der anfänglichen Speisewassertemperatur abhängt. Die maximale Verdampfungsmenge wird durch Bestimmen des Verdampfungsfaktors des Kessels ermittelt.

Aus Gleichung 3.5.1:

 

Gleichung 3.21.1 wird verwendet, um die erforderliche Dampfmenge zur Beheizung des Entgasers zu ermitteln.

Aus der Dampftafel:

Enthalpie des Speisewassers bei der erforderlichen Temperatur von 105 °C (h₂) = 440 kJ/kg

Enthalpie des Dampfes, der das Regelventil versorgt bei 10 bar ü (h_g) = 2 781 kJ/kg

Damit muss das Regelventil 334 kg /h Dampf bei einem Versorgungsdruck von 10 bar ü und einem Minderdruck von 0,2 bar ü zur Verfügung stellen können.

Beispiel 3.21.2 Dimensionierung und Auswahl des Regelsystems für einen Druckentgaser

Die in diesem Beispiel getroffene Auswahl ist nicht die einzige Lösung, und der Planer muss die Anforderungen eines individuellen Standorts in Bezug auf die Verfügbarkeit von Strom und Druckluft berücksichtigen.

Ziel dieses Abschnitts ist die Auswahl der Regelventile und -systeme. Rohrleitungszubehör wie Schmutzfänger und Absperrventile wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen, sie sind jedoch von entscheidender Bedeutung für den reibungslosen Betrieb eines Druckentgasers.

Daten

Wie in Abbildung 3.21.4 dargestellt, zuzüglich der nachfolgend dargestellten tatsächlichen Leistung:

Kessel:

- Betriebsdruck (P₁) = 10 bar
- „Von und bei“-Leistung = 10 000 kg/h
- Tatsächliche Leistung = 9 311 kg/h bei einer Speisewassertemperatur von 85 °C

Entgaser:

- Betriebsdruck (P₂) = 0,2 bar ü (Sättigungstemperatur 105 °C)

Das Dampfregelventil

Die Dimensionierung eines Regelventils für Sattdampfbetrieb kann mit Gleichung 3.21.2 bestimmt werden:

  

Da P₂ (1,2 bar abs) jedoch weniger als 58 % von P₁ (11 bar abs) beträgt, wird der Dampfstrom einem kritischen Druckabfall ausgesetzt, so dass K_v aus der einfacheren Gleichung (Gleichung 6.4.3) für kritische Strömungsbedingungen berechnet werden kann.

 

Das ausgewählte Regelventil sollte einen K_vs-Wert größer als 2,53 haben, und dies würde normalerweise mit einem DN 15 Ventil mit einen Standard K_vs-Wert von 4 und einer gleichprozentigen Kennlinie erreicht werden.

Auswahl der Ausrüstungsteile zur Dampfregelung

Diese Regelung muss schnell auf Druckänderungen im Entgaser reagieren und den Druck genau halten; ein Ventil mit einem pneumatischen Stellantrieb würde in der erforderlichen Weise arbeiten. Die Druckmess- und -regelfunktionen können entweder durch pneumatische oder elektrische Geräte erfolgen und das Reglerausgangssignal (0,2 bis 1 bar oder 4 - 20 mA) sollte an einen geeigneten Stellungsregler gehen.

Erforderliche Ausrüstungsteile:

• Ein DN15 Durchgangsventil mit gleichprozentiger Standardkennlinie (K_vs = 4).
• Ein pneumatischer Stellantrieb, der in der Lage ist, ein DN15 Ventil gegen einen Druck von 10 bar zu schließen.
• Ein pneumatischer Stellungsregler mit Anbausatz (alternativ ein elektro-pneumatischer Stellungsregler mit Anbausatz).
• Ein pneumatischer Regler mit einem Bereich von 0 - 7 bar (alternativ ein elektrischer Regler und ein Sensor mit einem entsprechenden Bereich).

Wie bereits erwähnt, kann auch ein pilotgesteuerter Druckregler ohne Hilfsenergie ausreichend sein. Ein direkt wirkender, membrangesteuerter Druckregler sollte jedoch vermieden werden, wenn sich die Entgaserleistung erheblich ändert, da das breite P-Band dieser Ventile möglicherweise keine ausreichend genaue Druckregelung über den Lastbereich ermöglicht.

 

Regelung des Wassersystems (Niveauregelung)

Wasserversorgung:

- Förderdruck der Pumpe = 2 bar ü
- Speisewassertanktemperatur = 85 °C
- Der Dampfmassenstrom zum Entgaser (ṁ_s) wurde bereits mit 334 kg/h berechnet.

In diesem Beispiel beträgt der maximale Wasserdurchfluss (die „tatsächliche“ Leistung des Kessels) zum Entgaser 9 311 kg/h. Wasserventile werden auf Volumenströme ausgelegt, daher ist es notwendig, den Massenstrom von 9 311 kg/h in einen Volumenstrom in m³/h umzuwandeln.

Der Förderdruck der Pumpe auf das Regelventil beträgt 2 bar ü. Aus der Dampftafel ergibt sich ein spezifisches Wasservolumen bei 2 bar ü und 85 °C von 0,001032 m3/kg.

Es ist wichtig, den erforderlichen Druck hinter der Wasserverteilungsdüse zu bestimmen, um eine korrekte Verteilung zu gewährleisten; bei der Auswahl des Regelventils muss dies berücksichtigt werden. Für dieses Beispiel wird davon ausgegangen, dass am Eingang zur Verteilerdüse ein Druck von 1,8 bar erforderlich ist.

Die Auslegungsparameter für das Wasserregelventil sind somit:

Die Auslegungsparameter für das Wasserregelventil sind somit:

V̇ = 9 311 kg/h x 0,001032 m³/kg = 9,6 m³/h

P₁ = 2 bar

P₂ = 1,8 bar

Die Auslegung für ein Regelventil für Flüssigkeiten kann über die Bestimmung des K_v -Wertes erfolgen, siehe Gleichung 3.21.3:

Das ausgewählte Regelventil sollte einen K_vs-Wert größer als 21,5 haben.

 

Auswahl der Ausrüstungsteile zur Wasserregelung

Aufgrund der relativ großen Wassermasse im Entgaser ist die Reaktionsgeschwindigkeit des Stellsignals normalerweise kein Problem und eine elektrische Regelung kann eine geeignete Lösung liefern.

Eine pneumatisch betätigte Regelung bietet jedoch ebenso eine gute Lösung. Erforderliche Ausrüstungsteile:

• Ein DN40 Durchgangsventil mit gleichprozentiger Standardkennlinie (K_vs = 25).
• Ein elektrischer Stellantrieb, der ein DN40 Ventil gegen den maximalen Druck der Förderpumpe schließt.
• Es wird ein Rückführpotentiometer für den Antrieb benötigt. • Eine kapazitive Füllstandselektrode in geeigneter Länge mit einem Vorverstärker.
• Eine Niveauregelung, die das Signal der kapazitiven Elektrode empfangen und dann ein modulierendes Signal an den Ventilantrieb leiten kann.

Beachten Sie, dass dies nur die Wasserstandsregelung und entweder eine Hoch- oder Niedrigwasserstandsalarm ermöglicht. Sollten zusätzliche Niedrig- oder Hochwasseralarme erforderlich sein, gibt folgende Optionen:

1. Eine kapazitive Füllstandselektrode mit Niveauregler, die zwei zusätzliche Füllstandsalarme bereitstellen kann.
2. Eine 4-Stab-Leitfähigkeits-Füllstandselektrode und einem Niveauregler, der bis zu vier Füllstandsalarme bereitstellen kann. oder
3. Eine hoch integrierte, selbst überwachende 1-Stab-Niveauelektrode und zugehöriger Niveauregelung, die entweder einen Hoch- oder Niedrigwasseralarm liefert.

Tabelle 3.21.2 listet die Hauptprobleme und deren möglichen Ursachen, die bei einem Druckentgaser auftreten können.