Erwärmen mit Sattdampf: Kondensation im Rohrbündelwärmetauscher

Wo Prozesswärme als Sattdampf vorliegt, ist ein Rohrbündelwärmetauscher der klassische Weg, Wasser- oder Glykolkreisläufe zu erwärmen: Der Dampf kondensiert an der Rohrseite und gibt dabei seine Verdampfungsenthalpie an den Kreislauf ab.

Warum ist Kondensation so leistungsdicht?

Beim Phasenwechsel gibt Dampf nicht fühlbare Wärme über eine Spreizung ab, sondern seine Verdampfungsenthalpie - je nach Druck grob 2000 bis 2250 kJ/kg. Zum Vergleich: Ein Kilogramm Wasser liefert bei 20 K Spreizung nur rund 84 kJ. Deshalb kommen Dampfanwendungen mit kleinen Dampfmassenströmen aus, und deshalb rechnet die Dampfseite über die Enthalpiedifferenz statt über m · cp · dT.

Was ist bei der Auslegung anders?

Solange der Dampf kondensiert, hält die Dampfseite ihre Temperatur nahe der Sattdampftemperatur - eine Spreizung entsteht erst, wenn das Kondensat weiter abkühlt. Der Wärmeübergang wird vom Kondensatfilm an der Rohrwand bestimmt und hängt an Eintrittstemperatur und Temperaturdifferenz statt am Massenstrom. Unser Rechenkern hinterlegt dafür eine eigene Kondensationskorrelation und rechnet den Dampfmassenstrom aus der Enthalpiebilanz; im Konfigurator wählen Sie Sattdampf als warmes Medium und geben Ein- und Austrittstemperatur der Dampfseite an. Der Eintritt muss in dem Bereich liegen, den der Konfigurator beim Medium anzeigt.

Worauf kommt es im Betrieb an?

Drei Punkte entscheiden über eine dauerhaft gute Dampfanwendung. Erstens die Kondensatabfuhr: Stauendes Kondensat flutet Rohrfläche und nimmt dem Apparat Leistung. Zweitens die Regelung: Dampfventile regeln über den Druck und damit über die Sattdampftemperatur - der Auslegungspunkt sollte den tatsächlichen Betriebsdruck abbilden. Drittens die Werkstoffe: Kondensat ist heiß und sauerstoffarm, aber aggressiv gegenüber ungeeigneten Werkstoffen; die Werkstoffwahl gehört in die Angebotsphase.

Wie startet man die Auslegung?

Für den Einstieg genügen der verfügbare Dampfdruck (daraus folgt die Sattdampftemperatur), die Austrittstemperatur des Kondensats, die gewünschten Temperaturen des Kreislaufs und Massenstrom oder Leistung. Die Energiebilanz ergänzt den Rest - interaktiv im Konfigurator oder Schritt für Schritt im Leitfaden Rohrbündelwärmetauscher auslegen.