Das sprudelnde Kondensat
Wenn jeden Morgen nach einer Abschaltung über Nacht zum ersten Mal Dampf in einen PTFE-Wärmetauscher einströmt, ist das aus dem Kondensatableiter austretende Kondensat mit feinen Gasblasen gefüllt. Das Kondensat sieht aus wie eine kohlensäurehaltige -klare Flüssigkeit, durch die Ströme winziger Bläschen aufsteigen. Das Sprudeln hält nach dem Start noch 10-20 Minuten an, lässt dann allmählich nach und hört auf. Das Kondensat bleibt für den Rest des Betriebstages klar und blasenfrei.
Bei den Blasen handelt es sich um luft-gelöste atmosphärische Gase, die während des nächtlichen Abschaltens in den Dampfraum gelangten. Wenn der Dampf abgeschaltet wird und der Wärmetauscher abkühlt, kondensiert der Dampf in den Rohren. Die Kondensatmenge beträgt etwa 1/1.600 der ursprünglichen Dampfmenge. Durch diese Volumenverringerung entsteht ein Teilvakuum. Durch Ventilschaftpackungen, Flanschdichtungen oder Vakuumbrecher wird Luft in den Dampfraum gesaugt. Die Luft löst sich im Restkondensat auf.
Wenn morgens wieder Dampf zugeführt wird, wird das luft{0}}beladene Kondensat erhitzt. Die Löslichkeit von Luft in Wasser nimmt mit steigender Temperatur ab. Die gelöste Luft verlässt die Lösung in Form von Blasen, wodurch das kohlensäurehaltige Erscheinungsbild entsteht. Wenn die Luft aus dem System gespült wird, hört die Blasenbildung auf.
Der Lufteindringungsmechanismus
Während der Nachtabschaltung ist das Dampfzufuhrventil geschlossen. Der Wärmetauscher kühlt von seiner Betriebstemperatur (ca. 143 Grad für 3 barg Dampf) auf Umgebungstemperatur ab. Der Dampf in den Rohren kondensiert vollständig. Das spezifische Volumen von Sattdampf bei 3 barg beträgt etwa 0,46 m³/kg. Das spezifische Volumen des entstehenden Kondensats beträgt bei 25 Grad etwa 0,001 m³/kg. Das Volumenreduzierungsverhältnis beträgt 460:1.
Durch diese Volumenverringerung entsteht ein starkes Vakuum im Inneren der Röhren. Der absolute Druck sinkt unter den Atmosphärendruck. Jeder Leckpfad-eine Ventilschaftpackung, die bei Überdruck abdichtet, aber unter Vakuum entweicht, eine Flanschdichtung mit leichtem Druckverformungsrest, ein Instrumentenanschluss-ermöglicht das Ansaugen von Umgebungsluft in den Dampfraum. Die Luft löst sich im Restkondensat auf. Die Menge der eintretenden Luft hängt von der Anzahl und Größe der Leckpfade sowie der Dauer der Abschaltung ab.
| Startblasenparameter | Lufteinbruch (Normal) | Prozessleck (abnormal) |
|---|---|---|
| Timing | Die ersten 10–30 Minuten nach dem Start | Hartnäckig; kann zunehmen |
| Blasenbild | Fein, gleichmäßig; Flüssigkeit klar | Variable; Flüssigkeit kann verfärbt sein |
| pH-Wert des Kondensats | Neutral bis leicht alkalisch | Sauer (wenn der Prozess sauer ist) |
| Kondensatleitfähigkeit | Niedrig (Kesselwasser-Grundlinie) | Erhöht (Prozessionen) |
| Geruch | Keine oder geringfügig | Prozess-spezifisch |
| Lässt sich nach dem Aufwärmen-löschen? | Ja | NEIN |
Die Abgrenzung zum Prozessleck
Gasblasen im Kondensat können auch durch ein Prozessleck in den Dampfraum verursacht werden. Wenn sich in einem Rohr ein kleines Loch gebildet hat, kann Prozessflüssigkeit in das Dampf-{1}Kondensatsystem gelangen. Prozessflüssigkeiten können gelöste Gase enthalten oder beim Erhitzen Gase erzeugen (CO₂ durch Karbonatzersetzung, H₂ durch Säureangriff auf Metall). Diese Gase erzeugen Blasen im Kondensat.
Die Unterscheidung erfolgt durch Kondensatanalyse. Beim Eindringen von Luft entsteht Kondensat mit normaler Kesselwasserchemie-neutralem bis leicht alkalischem pH-Wert und geringer Leitfähigkeit. Bei einem Prozessleck entsteht Kondensat mit abnormaler Chemie-saurem pH-Wert (aus dem sauren Prozess), erhöhter Leitfähigkeit (aus gelösten Prozesschemikalien) oder spezifischen Ionen, die für die Prozessflüssigkeit charakteristisch sind.
Ein Druckabfalltest am isolierten Wärmetauscher liefert die endgültige Antwort. Ein dichter Wärmetauscher bestätigt das Eindringen von Luft. Ein undichter Wärmetauscher erfordert eine Rohrreparatur.
Die vorbeugenden Maßnahmen
Das Eindringen von Luft während des Abschaltens kann durch die Installation eines Vakuumbrechers im Dampfraum minimiert werden, der die Luft kontrolliert einlässt und so das tiefe Vakuum verhindert, das Luft durch Leckpfade ansaugt. Nach dem Abschalten kann der Dampfraum mit Stickstoff unter Druck gesetzt werden, um einen Überdruck aufrechtzuerhalten und so das Eindringen von Luft vollständig zu verhindern. Der Stickstoff wird vor der Inbetriebnahme abgelassen.
Keine der beiden Maßnahmen ist erforderlich, wenn der Lufteinbruch gering ist und die Blasenbildung schnell verschwindet. Die Blasenbildung ist ein kosmetisches Problem, das den PTFE-Wärmetauscher nicht beschädigt oder seine Leistung beeinträchtigt. Es kann als normales Merkmal der Startsequenz akzeptiert werden.
Zusammenfassung
Gasblasen im Kondensat während der morgendlichen Inbetriebnahme eines PTFE-Wärmetauschers werden durch gelöste Luft verursacht, die beim Erhitzen des Kondensats freigesetzt wird. Die Luft gelangte während des nächtlichen Stillstands in den Dampfraum, da das Vakuum Luft durch kleinere Leckpfade ansaugte. Die Blasenbildung verschwindet innerhalb von 30 Minuten und ist harmlos. Die Unterscheidung zu einem Prozessleck erfolgt durch normale Kondensatchemie und Druckprüfung. Zu den vorbeugenden Maßnahmen gehören Vakuumbrecher oder eine Stickstoffüberlagerung während des Stillstands.
Technische Unterstützung für die Untersuchung der Qualität des Startkondensats ist nach Vorlage der Kondensatanalyse, der Abschaltdauer, der Dampfsystemkonfiguration und etwaiger Prozessleckhistorien verfügbar.
