Druck

Überdruck und Absolutdruck

In der Dampfkesseltechnik ist es üblich alle Druckangaben als relativen Überdruck zum Atmosphären­druck von 1 bar anzugeben. Die Einheit [bar] bzw. [barg] wird an diesen Stellen verwendet.

Die Umrechnung von Überdruck zum Absolutdruck entspricht also:

Mittlerer Betriebsüberdruck

Der Betriebsüberdruck einer Kesselanlage ist kein konstanter Wert, sondern schwankt um den mittleren Betriebsüberdruck p_m. Dies resultiert aus der Tatsache, dass der Betriebsüberdruck im Dampfkessel als Eingangsgröße für die Leistungsregelung der Dampfkesselanlage verwendet wird und somit immer einer Schwankungsbreite von ungefähr ±10 % des als Sollwert eingestellten mittleren Betriebsüberdrucks unterliegt.

Darstellung des zeitlichen Druckverlaufs (Kesselsteuerung BCO)

Zur Ermittlung des benötigten mittleren Betriebsüberdrucks p_m müssen folgende Aspekte berücksichtigt werden:

• Benötigtes Druck-/Temperaturniveau an den Dampfverbrauchern
  Um den mittleren Betriebsüberdruck p_m festzulegen, muss das benötigte Druck- bzw. Temperatur­niveau der Dampfverbraucher bestimmt werden. Für die Auslegung des mittleren Betriebsüberdrucks der Dampfkesselanlage ist das maximale Druckniveau p_max,V bei den Verbrauchern heranzuziehen.
  Über die Koppelung des Siededrucks mit der Temperatur kann aus der Dampftafel das benötigte Druckniveau der Verbraucher bei bekannter Aufheiz­temperatur ermittelt werden.

Info zu Druck und Temperatur

• Druckverluste

  Zusätzlich müssen die Druckverluste in der Dampfleitung zwischen Dampfkessel und Verbraucher, die Druckverluste von Armaturen in der Dampfleitung und die Druckverluste von eventuell vorhandenen Druckreduzierstationen berücksichtigt werden.

​​​​​
Info zu Druckverlust

Liegen die Druckniveaus bei den Verbrauchern sehr weit auseinander (> 3 bar) oder wird an den Ver­brauchern ein konstanter Dampfdruck benötigt mit kleinerer Schwankungsbreite, als durch die Leistungs­regelung am Dampfkessel erfolgen kann, sollte der Dampfdruck an den Verbrau­chern über Druck­reduzierstationen zwischen Dampfkessel und den Verbrauchern eingestellt werden. Durch den Einbau von Druckreduzierstationen wird auch die Trennung der Regelkreise für die Last­regelung am Dampfkessel und die Druckregelung am Verbraucher realisiert.

Einstellen und Verändern des mittleren Betriebsüberdrucks

Der mittlere Betriebsüberdruck p_m der Dampfkesselanlage kann bei der Inbetriebnahme und während des Betriebs der Anlage am Bedienpanel des Kesselsteuerschranks eingestellt oder von der Leittechnik vorgegeben werden.

Abgesenkter Betriebsüberdruck

Aus Energieeffizienzgründen sollte der Betriebsüberdruck nicht höher als nötig eingestellt werden. Ein typischer Anwendungsfall eines abgesenkten Betriebsüberdrucks ist der Wochenendbetrieb zur Verringerung der Abstrahlverluste des Kessels.

Jedoch kann der Betriebsüberdruck nicht beliebig reduziert werden. Wird der Betriebsüberdruck zu stark reduziert, kann dies zu folgenden negativen Auswirkungen führen:

• Die Pumpen können bei unzureichender Eindrosselung kavitieren.
• Die Pumpen können in einem instabilen Bereich des Kennfelds laufen.
• Die Pumpen können mit einem geringeren Pumpenwirkungs­grad laufen.

Hohe Dampf­geschwindigkeiten, die durch die verringerte Dichte entstehen, können ebenfalls zu negativen Auswirkungen führen:

• Erosionen an Armaturen und Rohrbögen
• Starke Strömungsgeräusche
• Vermehrter Tröpfchenmitriss aus dem Dampfkessel

In der Werks­einstellung wird der minimal zulässige Betriebsüberdruck deshalb auf die Hälfte des projektierten Betriebsüberdrucks begrenzt.

Der minimale mittlere Betriebsüberdruck einer Hoch­druckdampfkessel­anlage sollte 5 bar nicht unterschreiten, da aufgrund des größeren spezifischen Volumens des Dampfes bei kleinerem Druck die Dampfentnahme­armaturen und die Dampfleitungen sehr groß dimensioniert werden müssen.

Maximal zulässiger Betriebsüberdruck

Der maximal zulässige Betriebsüberdruck eines Kessels ist der durch die Konstruktion und die Festigkeit der eingesetzten Materialien des Kessels bedingte Überdruck.

Diese Angabe befindet sich auf dem Herstellerschild des Kessels, in der mitgelieferten Dokumentation und in den Abnahmeunterlagen. Der Überdruck muss durch ein Sicherheits­ventil am Dampfkessel be­grenzt werden. Das Sicherheits­ventil öffnet beim Erreichen des maximal zulässigen Druckes, um einen weiteren Druckanstieg im Kessel­körper zu verhindern. Nachdem das Sicherheits­ventil angesprochen hat, schließt es bei einer Druckreduzierung im Kessel wieder.

Damit die Funktion des Sicherheits­ventils zuverlässig gegeben ist, das Ventil während des Betriebs nicht anspricht oder undicht wird, werden die Drücke im Dampfkessel folgendermaßen abgestuft.

Schema des Druckverlaufs mit Schaltpunkten bei Dampfkesseln mit 13,3 bar mittlerem Betriebsüberdruck

In der Kesselsteuerung können in gewissen Grenzen auch andere Abstufungen für den mittleren Betriebsüberdruck gewählt werden.

Übrige Anlagenteile

Neben dem Kesselkörper selbst ist auch der maximal zulässige Betriebsüberdruck und die maximal zulässige Temperatur aller direkt am Kessel angeschlossenen Bauteile und Baugruppen zu beachten (z. B. Armaturen, Sensoren, Rohrleitungen, Dichtungen, Apparate). Beachten Sie hierzu auch die Druck-Temperaturkurve für Flansche nach EN 1092-1.

Wenn im Dampfsystem Verbraucher angeschlossen werden, die einen niedrigeren zulässigen Betriebs­überdruck haben als der Dampfkessel, müssen diese durch eigene Sicherheits­ventile oder durch dazwischen geschaltete Druckreduzierstationen mit Sicherheits­ventilen ausgerüstet werden.