DE102018003218B4

DE102018003218B4 - Steuerung eines dynamischen Überreißschutzes bei Dampferzeugern

Info

Publication number: DE102018003218B4
Application number: DE102018003218.4A
Authority: DE
Inventors: Martin Freudenberg; Matthias Lutze
Original assignee: JUMAG DAMPFERZEUGER GmbH
Current assignee: JUMAG DAMPFERZEUGER GmbH
Priority date: 2018-04-20
Filing date: 2018-04-20
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2038-04-21
Also published as: DE102018003218A1

Abstract

Eine Steuereinheit (6) einer Dampfanlage (1) steuert ein Regelventil (4) in einem Dampfnetz (5) in der Art, dass die Öffnung X des Regelventils (4) abhängig von einem Regeldruck prinnerhalb eines Druckbandes mit einem oberen Druckwert p1und einem unteren Druckwert p2ist,wobei das Regelventil (4) dabei vollständig offen ist, wenn der Regeldruck prüber dem oberen Wert p1des Druckbandes liegt und linear schließt, wenn der Regeldruck prunter den oberen Wert p1des Druckbandes liegt und vollständig geschlossen ist, wenn der untere Wert p2des Druckbandes unterschritten ist, wobei der Regeldruck prim Dampferzeuger (2) oder an anderer Stelle vor dem Regelventil (4) mittels eines Druckaufnehmers (3) im Dampfnetz (6) gemessen werden kann,DADURCH GEKENNZEICHNET, DASSdas Druckband mit dem oberen Druckwert p1und dem unteren Druckwert p2a) abhängig vom Regeldruck prb) der zugeführten Speisewassermenge ms,c) der abgeführten Dampfmenge mDin der Dampfanlage,d) der Brennerleistung unde) der Zeit nach oben oder unten verschoben wird.

Description

Die Erfindung betrifft die Steuerung eines Regelventils, das als dynamischer Überreißschutz bei Dampferzeugern eingesetzt wird. Das Regelventil wird in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Dampfanlage gesteuert, die eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für das Überreißen bzw. Mitreißen von Wasser im Dampf eines Dampferzeugers darstellen.
Wasserdampf wird unter anderem zum Heizen, Reinigen oder zum Befeuchten in verschiedensten Anwendungen verwendet. Eine Eigenschaft von Wasserdampf besteht darin, dass die Dampftemperatur direkt über den Dampfdruck geregelt werden kann. Daher spielt der Dampfdruck eine große Rolle bei Dampfanlagen.
Dampfanlagen bestehen aus einem Dampferzeuger sowie unter anderem einem Dampfnetz, das den Dampf zum Verbraucher befördert.
Oft ist die Dampfabnahme der Verbraucher nicht gleichmäßig und verändert sich kurzfristig, was zu Druck- und Abnahmeschwankungen im Dampferzeuger führt.
Wird bei einem Dampferzeuger kurzfristig eine große Menge an Dampf angefordert, sinkt der Druck im Dampferzeuger. Es kommt zu erhöhter Dampfentwicklung und unruhigen Wasseroberflächen im Dampferzeuger. Dadurch wird aufspritzendes Wasser vom Dampf mitgerissen. Dies nennt man auch Überreißen eines Dampferzeugers. Dieser Wassermitriss ist in den meisten Anwendungsfällen unerwünscht, da die Dampfleistung dadurch abnimmt und es zu Schäden im Leitungsnetz oder beim Dampfverbraucher führen kann. Je niedriger der Druck im Dampferzeuger ist, desto unruhiger die Wasseroberfläche eines Dampferzeugers und desto eher wird Wasser vom Dampf mitgerissen.
Um den Druckabfall zu vermeiden oder zu begrenzen, gibt es verschiedene Vorkehrungen wie z.B. Dampfblenden oder Durchflussbegrenzer in der Dampfleitung. Es gibt auch die Möglichkeit, den Druckabfall durch ein gesteuertes Regelventil zu vermeiden, indem das Regelventil schließt, wenn ein bestimmter Druck unterschritten wird. Dies ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift DE 10 2012 014 866 A1 beschrieben:

Wird ein fest definierter Dampfdruck unterschritten (oberer Druckwert für den Überreißschutz), schließt das gesteuerte Ventil schrittweise. Sinkt der Dampfdruck unter einen weiteren fest definierten Wert (unterer Druckwert für den Überreißschutz), schließt das Ventil vollständig. Liegt der Dampfdruck zwischen dem oberen und unteren Druckwert, schließt das Ventil linear.

GB 551 089 A

DE 10 33 922 A

In DE 20 2011 110 127 U1 wird eine Vorrichtung zur Druckreduktion für gasförmige Arbeitsmittel offenbart, die beispielsweise in Dampfanlagen mit einem Dampferzeuger und Wasserdampf als Arbeitsmittel Verwendung findet.
In DE 554 499 A wird eine Anlage zur Versorgung von Dampf- und Warmwasserverbrauchern offenbart, wobei die Regelventile zur Dampfabgabe an den Dampfverbraucher druckgesteuert werden sowie die Öffnungs- und Schließverhalten der Regelventile in Abhängigkeit von Maximaldrücken gesteuert werden.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, die Öffnung eines Regelventils, das zur Vermeidung des Überreißens des Dampferzeugers angesteuert wird, an den jeweiligen Betriebszustand der Dampfanlage anzupassen. Wenn bei bestimmten Betriebszuständen ein erhöhter Wassermitriss erwartet werden kann, öffnet oder schließt das Regelventil entsprechend. Im Folgenden sind verschiedene Betriebszustände und Funktionsweisen der vorliegenden Erfindung dargestellt:

- Bei schnell sinkendem Dampfdruck besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass der Dampferzeuger überrissen wird. Um dies zu vermeiden regelt die Steuerung entsprechend der vorliegenden Erfindung das Ventil wie folgt:
- Steigt der Dampfdruck eines Dampferzeugers, wird der obere Druckwert für den Überreißschutz an den jeweiligen Dampfdruck angehoben. Der untere Druckwert für den Überreißschutz wird in einem definierten Abstand linear mitgezogen.
- Sinkt der Dampfdruck, reduziert sich der obere Druckwert für den Überreißschutz nicht sofort, sondern schrittweise in Abhängigkeit von der Zeit. Dadurch wird der Druckabfall in einem Dampferzeuger verlangsamt und damit die Gefahr eines Überreißens des Dampferzeugers reduziert.
- Eine weitere Indikation für einen erhöhten Wassermitriss ist ein überdurchschnittlich langes Pumpen der Speisewasserpumpe eines Dampferzeugers oder eine hohe Differenz zwischen zugeführtem Speisewasser und abgeführtem Dampf, die auf einen hohen Wasseranteil im Dampf schließen lässt. In diesem Falle soll der obere Druckwert des Überreißschutzes schrittweise angehoben werden, um die Dampfabgabe durch den Dampferzeuger zu reduzieren.
- Beim Starten einer Dampfanlage ist ein kontrollierter Dampfdruckaufbau wichtig. In dem Dampfnetz besteht zunächst kein Druck und der sich im Dampferzeuger aufbauende Druck steigt langsam an. Ist das Dampfventil des Dampferzeugers beim Starten geöffnet, wird schon Dampf bei niedrigem Druck in das Dampfnetz geführt. Dies führt zu hohem Wassermitriss aus dem Dampferzeuger. Wird dagegen der Druck erst im Dampferzeuger aufgebaut und dann das Dampfventil zum Dampfnetz geöffnet, kann es aufgrund des schnellen Druckaufbaues im Dampfnetz zu Schlägen in den Leitungen führen. Mit der vorliegenden Erfindung wird das Dampfventil beim Starten des Dampferzeugers langsam abhängig vom Druck im Dampferzeuger und der Heizleistung geöffnet, so dass ein kontrollierter Druckaufbau im Dampfnetz bei gleichzeitig kontrollierter Dampfabgabe bei niedrigen Dampfdrücken möglich ist.

Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass der Überreißschutz eines Dampferzeugers an die jeweiligen Betriebszustände angepasst wird und damit im Vergleich zur Regelung mit definierten Druckwerten in deutlich mehr Betriebszuständen wirksam wird.
Die Kombination eines Überreißschutzes mit einem Druckminderer, wie sie z.B. in der DE 10 2012 014 866 A1 erläutert ist, ist auch in diesem Falle weiter möglich.
Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung in der beispielhaft ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
Figurenliste

In der Zeichnung zeigt 1 eine Übersicht einer Dampfanlage 1 mit einem Dampferzeuger (2) mit Steuereinheit (6) für ein Regelventil (4). In den Dampferzeuger fließt das Speisewasser m_s und aus dem Dampferzeuger tritt das Dampfmenge m_D aus. Der Regeldruck p_r wird vor dem Regelventil (4) oder im Dampferzeuger (2) gemessen.
Der Graph 2 zeigt ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf des Regeldruckes p_r eines Dampferzeugers und das entsprechende Verschieben des oberen Druckes p₁ des unteren Druckes p₂ in Abhängigkeit der Zeit t. Liegt der Regeldruck zwischen p₁ und p₂ wird das Regelventil linear geöffnet (X).

Bezugszeichenliste

1: Dampfanlage
2: Dampferzeuger
3: Druckaufnehmer
4: Druckreduzierventil
5: Dampfnetz
6: Steuereinheit
pr: Regeldruck
p1: oberer Druckwert
p2: unterer Druckwert
ms: Zugeführte Speisewassermenge
mD: Abgeführte Dampfmenge
t: Zeit
X: prozentuale Öffnung des Regelventils

Claims

Eine Steuereinheit (6) einer Dampfanlage (1) steuert ein Regelventil (4) in einem Dampfnetz (5) in der Art, dass die Öffnung X des Regelventils (4) abhängig von einem Regeldruck p_r innerhalb eines Druckbandes mit einem oberen Druckwert p₁ und einem unteren Druckwert p₂ ist, wobei das Regelventil (4) dabei vollständig offen ist, wenn der Regeldruck p_r über dem oberen Wert p₁ des Druckbandes liegt und linear schließt, wenn der Regeldruck p_r unter den oberen Wert p₁ des Druckbandes liegt und vollständig geschlossen ist, wenn der untere Wert p₂ des Druckbandes unterschritten ist, wobei der Regeldruck p_r im Dampferzeuger (2) oder an anderer Stelle vor dem Regelventil (4) mittels eines Druckaufnehmers (3) im Dampfnetz (6) gemessen werden kann, DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS das Druckband mit dem oberen Druckwert p₁ und dem unteren Druckwert p₂ a) abhängig vom Regeldruck p_r b) der zugeführten Speisewassermenge m_s, c) der abgeführten Dampfmenge m_D in der Dampfanlage, d) der Brennerleistung und e) der Zeit nach oben oder unten verschoben wird.
Eine Steuereinheit (6) für ein Regelventil (4) nach Anspruch 1 IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS das Druckband mit dem oberen Druckwert p₁ und dem unteren Druckwert p₂ bei steigendem Regeldruck parallel mit dem Regeldruck angehoben wird, bei fallendem Druck jedoch nur schrittweise zeitlich gestreckt reduziert wird.
Eine Steuereinheit (6) für ein Regelventil (4) nach einem der obenstehenden Ansprüche IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS das Druckband mit dem oberen Druckwert p₁ und dem unteren Druckwert p₂ angehoben wird, wenn das zugeführte Speisewasser m_s a) über dem der momentanen Heizleistung des Dampferzeugers (2) zugehörigen Maß liegt oder b) über der abgeführten Dampfmenge m_D liegt, c) wobei das Druckband erst wieder schrittweise zeitlich gestreckt reduziert wird, wenn die Zufuhr von Speisewasser m_s ein übliches Maß erreicht hat.
Eine Steuereinheit (6) für ein Regelventil (4) nach einem der obenstehenden Ansprüche IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS der Abstand zwischen dem oberen Druckwert p₁ und dem unteren Druckwert p₂ abhängig von der absoluten Höhe des Druckbandes oder der aktuellen Dampfleistung m_D verändert wird.
Eine Steuereinheit (6) für ein Regelventil (4) nach einem der vorherigen Ansprüche IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS die zeitlich gestreckte Reduzierung des Druckbandes mit dem oberen Druckwert p₁ und dem unteren Druckwert p₂ in Abhängigkeit von der Dampfabgabe m_D und der absoluten Druckhöhe verändert wird.
Eine Steuereinheit (6) für ein Regelventil (4) nach einem der vorherigen Ansprüche IST DADURCH GEKENNZEICHNET, DASS beim Anfahren des Dampferzeugers (2) eine vom normalen Betriebszustand des Dampferzeugers (2) unterschiedliche Regelung des Regelventils (4) greift, die abhängig vom Regeldruck p_r oder der Heizleistung des Dampferzeugers (2) das Druckband mit dem oberen Druckwert p₁ und dem unteren Druckwert p₂ streckt und verschiebt.