Wenn der Druck zu hoch ist

Abb. 1 Aufbau der Druckreduzierstation: Die Druckregelung erfolgt ohne Hilfsenergie über ein Druckminderventil mit Membranantrieb

Abb. 2 Die Absperrventile der Serie Faba sind mit einer Edelstahl-Faltenbalg-Spindelabdichtung ausgestattet

Abb. 3 Predu Druckminderer mit Membranantrieb ohne der bei Dampf notwendigen Wasservorlage

Um verschiedene Verbraucher mit dem benötigten Dampfdruck zu versorgen, werden häufig Dampfdruckreduzierstationen genutzt. Die Druckregelung mit Druckminderern erfordert hier eine Reihe weiterer Hilfsarmaturen. Im folgenden wird der Aufbau der Station, die Funktion und die einzelnen Anlagenkomponenten beschrieben.

Wasserdampf findet auf Grund seiner guten Wärmeübertragungseigenschaften oft als Energieträger Einsatz. Die verschiedenen Dampfzustände lassen sich auf unterschiedliche Weise erzeugen. Die aufwendigste und damit kostspieligste Variante ist die Anordnung eines eigenen Dampferzeugers für die Verbraucher mit gleichem Dampfzustand. Günstiger ist es, den Entspannungsdampf der einzelnen Anzapfungen im Mitteldruckbereich von Dampfturbinen zu nutzen. Werden große Mengen Dampf benötigt, kann jedoch die Thermodynamik des Kraftwerkes oder Prozesses beeinflusst werden. Zudem entspricht der vom Turbinenkreis vorgegebene Dampfzustand nicht immer dem des Verbrauchers. Ein besserer Weg, um den Verbraucher mit dem richtigen Dampfzustand zu versorgen, ist die Druckreduzierung über eine Regelarmatur. Als Regelarmatur wird üblicherweise ein Stellventil verwendet, das mit elektrischer oder pneumatischer Hilfsenergie oder eigenmediumgesteuert arbeitet.

Die eigenmediumgesteuerte Druckregelung erfolgt ohne Hilfsenergie über ein Druckminderventil. Zum Betrieb des Druckminderers in einer Dampfanlage sind noch eine Reihe weiterer Hilfs- und Überwachungsarmaturen notwendig. Die Dampfdruckreduzierstation umfasst alle Komponenten einschließlich der Rohrleitungen. Abbildung 1 zeigt den Aufbau der Station und die Schnittstellen zum übrigen Teil der Anlage. Die Hauptleitung ist aufgeteilt in eine Vordruck- und Minderdruckleitung sowie eine Bypass-Leitung. Der Dampf durchströmt in der Vordruckleitung zunächst das Absperrventil und den Schmutzfänger, bevor es den Druckminderer erreicht. Nach der Druckreduzierung gelangt der Dampf durch ein weiteres Absperrventil in der Minderdruckleitung zum Ausgang der Station. Der Anlagenteil hinter dem Druckminderer ist entsprechend der Druckbelastbarkeit der hiermit verbundenen Komponenten und Rohrleitungen gegen unzulässigen Überdruck mit einem Sicherheitsventil ausgestattet. Bei der Anordnung ist darauf zu achten, dass der Druckmindererantrieb und die Bypass-Leitung in direkter Verbindung zum Sicherheitsventil stehen. Im Falle der Wartung von Schmutzfänger und Druckminderer durchströmt der Dampf die Bypassleitung mit einem Handregelventil. Der Betrieb lässt sich so kurzzeitig aufrechterhalten. Auch in diesem Fall übernimmt das Sicherheitsventil der Baureihe Safe die Aufgabe der Druckabsicherung. Die Absperrventile und das Bypass-Ventil sind Faltenbalgventile der Serie Faba (Abb. 2). Sie sind mit einer Edelstahl-Faltenbalg-Spindelabdichtung ausgestattet. Das Ventil in der Bypass-Leitung besitzt einen Regulierkegel, bei allen anderen Absperrventilen genügt ein Flachkegel. Um Missbrauch vorzubeugen, ist das Handrad des Bypass-Ventils mit einer plombierten Kappe gesichert.

Ein Druckminderer mit Membranantrieb aus der Baureihe Predu bildet das Herzstück der Druckreduzierstation. Abbildung 3 zeigt eine vereinfachte Darstellung ohne der bei Dampf notwendigen Wasservorlage. Über die Steuerleitung gelangt der Minderdruck auf die Antriebsmembran und wird in eine Kraft umgewandelt, die der Federkraft entgegengerichtet ist. Die Vorspannung der Feder lässt sich so verändern, dass bei dem gewünschten Minderdruck beide Kräfte im Gleichgewicht stehen. Der Druckminderer verfügt über zwei Edelstahlfaltenbälge. Der untere dient der Spindelabdichtung nach außen. Der obere ist der Entlastungsfaltenbalg, dessen Funktion der Kräfteausgleich am Kegel ist. Hierzu gelangt der Vordruck durch eine Bohrung im Kegel auf die Außenseite des Faltenbalges. Die innere Seite des Balges ist über Öffnungen mit der Minderdruckseite verbunden. Da die wirksame Fläche des Faltenbalges gleich groß ist wie die Sitzfläche, werden die Differenzkräfte kompensiert und der Druckminderer arbeitet weitgehend unabhängig von Vordruckschwankungen. Der Proportionalregler weist eine bleibende Regelabweichung vom Sollwert auf, die von der Federvorspannung, der Nennweite und dem Druckverhältnis abhängt.

Das Kondensat, das sich in der Dampfleitung bildet, wird vor dem Druckminderer über einen Kugelschwimmer-Kondensatableiter abgeführt. Diese Bauart von Kondensatableitern benötigt keine Unterkühlung und führt die anfallende Kondensatmenge ohne zeitliche Verzögerung ab. Ein integriertes thermisches Regelglied dient der automatischen Entlüftung der Anlage beim Anfahren. Das obere Absperrventil ist normalerweise geöffnet, das untere ist für die Entschlammung vorgesehen und im Regelfall geschlossen. Über ein Schauglas lässt sich der Kondensatfluss beobachten. Auch in der Minderdruckleitung ist eine Kondensatableitung notwendig. Zur Kontrolle der Reduzierstation sind Manometer vor und hinter dem Druckminderer sinnvoll, wobei der Vordruck zwischen Schmutzfänger und Druckminderer gemessen werden sollte. Der Minderdruck sollte in der Nähe der Druckentnahme der Steuerleitung gemessen werden, da so die Einstellung vereinfacht und eventuelle Störungen schneller erkannt werden.

Die Größe der Hauptleitung richtet sich nach der maximal zulässigen Strömungsgeschwindigkeit. Auf Grund der niedrigeren Dampfdichte ist die Nennweite hinter dem Druckminderer größer. Der Druckminderer selbst ist oftmals in einer kleineren Nennweite als die Vordruckleitung ausgeführt. Die Steuerleitung ist an einer Stelle der Minderdruckleitung angeschlossen, an der sich die Strömung beruhigt hat. In einem Abstand von mindestens 10 x DN oder mindestens 1 m vor dieser Entnahme dürfen sich keine Armaturen oder Krümmer befinden. Außerdem sind die Steuerleitung und das Vorlagegefäß mit Wasser gefüllt, um die Membran des Druckminderers gegen die hohen Dampftemperaturen zu schützen. Für die Auslegung der Druckreduzierstation sind die Dampfdaten Vordruck, Minderdruck, Temperatur und Dampfmenge erforderlich. Zunächst ist der erforderliche kvs-Wert des Druckminderers zu bestimmen. Eine exakte Berechnung und Ventilauswahl ermöglicht das Auslegungsprogramm Vasi.

Halle 8.0 Stand U25-U29

E cav 260

Dipl.-Ing. Erhard Stork