DE3925798A1

DE3925798A1 - Verfahren und schaltungsanordnung zur nachwaermeabfuehrung in waermeuebergabestationen

Info

Publication number: DE3925798A1
Application number: DE3925798A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Ing Walther; Alfred Dipl Ing Voss; Guenter Dipl Ing Dr Schoebel; Wilfried Dr Ing Sura
Original assignee: INSTITUT fur ENERGIEVERSORGUNG DDR 8027 DRESDEN DD; INST ENERGIEVERSORGUNG
Current assignee: Kema-Iev Ingenieurunternehmen fur Energieversorgu
Priority date: 1988-09-29
Filing date: 1989-08-04
Publication date: 1990-05-10
Anticipated expiration: 2009-08-05
Also published as: DE3925798C2; DD275906A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung für Wärmeübergabestationen mit oder ohne Oberflächenwärmeüber trager, die im Störungsfall, z. B. bei Ausfall der Umwälzpumpen, das Auftreten unzulässiger Temperaturen im nachgeschalteten Kreis lauf sicher verhindern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

In Wärmeversorgungssystemen werden im allgemeinen Wärmeübergabe stationen zwischen der Erzeugungsanlage und den Abnehmern vorge sehen. Bei größeren Systemen ist es erforderlich, Wärmeübergabe stationen sowohl zwischen der Erzeugungsanlage und dem Netz als auch zwischen dem Netz und der Abnehmeranlage anzuordnen. Die Wärmeübergabestationen haben dabei die Aufgabe, die Parameter des Wärmeträgers auf der Sekundärseite den Erfordernissen der nachgeschalteten Anlage anzupassen und damit das nachgeschaltete System in gewissen Grenzen unabhängig von den Parametern des Wärmeträgers auf der Primärseite der Wärmeübergabestation zu machen.

Wärmeübergabestationen mit Oberflächenwärmeübertragern gewähr leisten darüber hinaus eine stoffliche Trennung der Wärmeträger. Die sekundärseitige Druckanpassung erfolgt durch dafür ausgelegte Druckhalteanlagen.

Eine Sicherung gegen zu hohe Temperatur wird im Normalbetrieb durch Sicherheitsschaltungen der Regelorgane vorgenommen. Die Sicherung gegen unzulässig hohe Temperatur im Störungsfall ist nicht zufriedenstellend gelöst.

Bei Ausfall der sekundärseitigen Umwälzung wird bis zum voll ständigen Absperren des primärseitigen Massestromes der Sekundär seite weiterhin Wärmeenergie mit der höheren Temperatur des Primärkreislaufes zugeführt (hier als Nachwärmeentwicklung be zeichnet). Die Nachwärmeentwicklung kann zu unzulässig hohen Temperaturen sowie Phasenwechsel Wasser/Dampf und damit Druck anstieg mit Gefährdungen im Sekundärbereich führen. Zur Verhin derung der Gefährdungen liegen Lösungsvorschläge vor.

In WP 2 32 074 (F 24 D/19¹⁰) wird vorgeschlagen, in Abhängigkeit von der Änderungsgeschwindigkeit des Heiznetzwasserdurchsatzes durch den Wärmeübertrager die Brennstoffzufuhr (für die Heiß wassererzeuger) außer Betrieb zu nehmen oder in Abhängigkeit in der Änderungsgeschwindigkeit der Netzwasservorlauftemperatur einen Mengenstrom aus dem Vorlauf abzuführen und gleichzeitig einen Mengenstrom aus dem Rücklauf in den Vorlauf zuzuspeisen. Dieses Verfahren setzt die Realisierung schneller Mengenstrom änderungen und damit den Einsatz schneller Regelarmaturen voraus, die vor allem den Nachteil hoher Kosten haben.

Außerdem ist diese Lösung nur für Wärmeübertrager in der Heiß wassererzeugeranlage geeignet.

Eine andere Sicherungseinrichtung für Wärmeübergabestationen mit direkter Einspeisung (WP 2 22 384 (F 24 D/19¹⁰) schlägt die primär seitige Anordnung eines Durchgangsbehälters vor, und zwar zwischen Vor- und Rücklaufleitung, der normalerweise geschlossen ist, und der im Störungsfall nach seiner Öffnung das heiße Wasser der Primärvorlaufleitung aufnimmt und dabei das in ihm vorhandene kalte Wasser in die Primärrücklaufleitung abgibt.

Auch diese Schaltung erfordert schnellschließende Armaturen großer Nennweite mit den damit verbundenen, bereits geschilderten Nachteilen.

Andere Verfahren und Schaltungsanordnungen (WP F 24 D/3 02 362.7, WP 2 04 535 WP 2 27 771) gehen von der Aufgabe aus, für Wärme übergabestationen mit Direkteinspeisung Sicherungen gegen zu hohe Drücke bzw. gegen Druckstöße vorzusehen und das Eindringen der Nachwärme in den Sekundärbereich zu verhindern. Dafür werden schnellschließende Armaturen großer Nennweite und/oder Speicher behälter eingesetzt.

Diese Lösungen erfordern aufwendige Regelungs- und Sicherheits technik, wobei die schnellschließenden Armaturen großer Nennweite teuer sind und zusätzliche Maßnahmen zur Vermeidung von Druck stößen bzw. zur Verringerung ihrer Größe oder ihrer Auswirkungen nötig machen.

Bisher wurden keine dieser Lösungen realisiert.

In mehreren Fällen ist es deshalb bereits durch Ausdampfung und anschließende Kondensationsschläge zu größeren Schäden an Wärme übergabestationen und nachgeschalteten Anlagen gekommen. Alle bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß sie keine Lösung zur gefahrlosen Abführung der in der Apparatur gespeicherten Wärmeenergie beinhalten.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, Wärmeübergabestationen so auszurüsten, daß bei Ausfall der Heizwasserumwälzung die Station und das nach geschaltete System vor unzulässig hoher Temperatur und der dadurch auftretenden Gefährdung geschützt wird.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den Wärmeübergabe stationen bei Ausfall der Elektroenergieversorgung und dem damit verbundenen Ausfall der sekundärseitigen Umwälzung bis zum Ab sperren des primärseitigen Massestromes mittels langsamer Ab sperrarmaturen primärseitig noch zugeführte und die in den Apparaten noch vorhandene Wärmeenergie sekundärseitig, unabhängig vom Elektroenergiesystem arbeitend, vollständig oder teilweise so abzuführen, daß auf der Sekundärseite eine Überschreitung der zulässigen Parameter, z. B. der Temperatur und damit ein Phasen wechsel des Wärmeträgers Wasser in Dampf mit ggfs. Druckanstieg ausgeschlossen wird.

Erfindungsgemäß wird in der Wärmeübergabestation ein heiznetz internes Notkühlungssystem mit einer Notumwälzung des nachge schalteten Netzes geschaffen, das aus einem Kühlwasserbehälter mit Dampf- oder Gaspolster besteht. Der Druck im Kühlwasserbe hälter muß höher als der Mittel- und Ruhedruck des nachgeschal teten Netzes sein, um im Störfall ein Abströmen des Kühlwassers aus dem Behälter und eine kurzzeitige Notumwälzung des Heiznetz wassers zur Aufnahme der Nachwärme zu ermöglichen. Der Kühlwasser behälter ist rohrleitungsseitig in den Sekundärvorlauf nach der Umwälzpumpe vor dem Wärmeübertrager bzw. Beimischpunkt eingebunden. Das durch das einströmende Kühlwasser überschüssige Heiznetzwasser wird über dafür ausgelegte Abströmregler abgeleitet.

Als Kühlwasser kann im nur gegen Einfriergefahr isolierten Kühl wasserbehälter Rücklaufheiznetzwasser oder Zusatzwasser verwendet werden.

Zur minimalen Auslegung des Notkühlsystems ist die Schließ charakteristik der primären Absperrarmaturen und das Auslauf verhalten der sekundären Umwälzpumpe zu berücksichtigen. Zwischen Kühlwasserbehälter und Sekundärvorlauf kann in Abhängigkeit von den jeweiligen Druckverhältnissen eine Trennarmatur entweder als Rückschlagarmatur oder als schnellöffnende Armatur geringer Nennweite mit Hilfsenergie vorgesehen werden.

Im Kühlwasserbehälter wird der erforderliche Wasserstand durch eine Druck- und/oder Füllstandsregelung gehalten.

Bei Systemen mit Oberflächenwärmeübertragern und statischer Vor laufdruckhaltung kann der Ausgleichsbehälter die Aufgabe des Kühl wasserbehälters übernehmen. Die überschüssige Heiznetzwassermenge ist bei dieser Auslegung druckgeregelt in einem gesonderten Behälter abzuführen.

Die Glieder der Schaltanordnung, bestehend aus Kühlwasserbehälter mit Gas- oder Dampfauflastung, Verbindungsleitung, erforderlichen falls mit Trennarmatur zwischen Behälter und Heiznetz sowie Ab strömregler sind so zu dimensionieren, daß eine ausreichende Wassermenge nachfließt, bis die primärseitige Trennung der Station druckstoßfrei erfolgt ist. Diese Trennung wird durch an sich bekannte Maßnahmen realisiert, wie z. B. durch hilfsenergiefreies oder durch hydraulische oder pneumatische Speicher gewährleistetes Schließen der Hauptabsperrarmaturen. Gegenüber bekannten Lösungen hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß Druckstöße bei der Systemtrennung mit Sicherheit vermieden werden. Ferner ist gewährleistet, daß auch die in den Vorwärmern gespeicherte Wärme, die unter bestimmten Randbedingungen ebenfalls Gefähr dungen hervorrufen kann, sicher abgeführt wird.

Bei Systemen mit großen Leistungen und daraus resultierenden großen Masseströmen kann eine Kombination der vorgeschlagenen Lösung mit einer Umschaltung des Primärmassestromes auf den Rück lauf, wie sie für Stationen mit direkter Einspeisung vorgesehen ist, zweckmäßig sein.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel er läutert.

Die Zeichnung zeigt die Schaltungsanordnung einer Wärmeübergabe station mit indirekter Einspeisung. Die Station ist über die pneumatisch oder hydraulisch (elektroenergieunabhängig) zu be tätigenden Hauptabsperrschieber 1 und 2 mit dem vorgeschalteten System (Primärnetz) verbunden und durch Rohrbündelwärmeübertrager 3 hydraulisch und stofflich vom nachgeschalteten Netz (Sekundärnetz) bzw. der Abnehmeranlage 4 getrennt. Die Umwälzpumpe 5 sorgt für den notwendigen Umtriebsdruck des Heizmediums während des Betriebes. Die Temperaturregelung erfolgt durch Drosselung des Primärmasse stromes 6 vor- oder rücklaufseitig. Zwischen Umwälzpumpe 5 und Vorwärmer 3 ist der vorgeschlagene Kühlwasserbehälter 7 mit dem Sekundärvorlauf über eine Rohrleitungsverbindung mit Trennarmatur 11 verbunden.

Eine Gasdruck- bzw. Füllstandsregelung 8 sorgt für den notwen digen Auflastdruck bzw. für den notwendigen Wasserstand im Behälter. Die Regelarmatur 9 stellt, gesteuert von der Analogie strecke 10 oder vom Rücklaufdruck, die Verbindung zu den Be hältern der Druckhaltung her.

Bei Ausfall der Umwälzpumpe 5 infolge Störungen im Elektro energiesystem wird der Schließvorgang der Hauptabsperrschieber 1 und 2 eingeleitet, im nachgeschalteten Netz stellt sich der Ruhedruck ein. Die Trennarmatur 11 gibt den Durchfluß frei. Das Notkühlsystem tritt in Funktion.

Das im Kühlwasserbehälter unter beispielsweise Vorlaufdruck stehende Gas- bzw. Dampfpolster bewirkt eine Wassernachspeisung aus dem Kühlwasserbehälter 7 und damit eine kurzzeitige Notumwäl zung sowie eine analoge Abströmung über die Regelarmaturen 9 in die Behälter der Druckhaltung.

Durch den zeitweilig aufrechterhaltenen Massestrom wird die nach einer Störung auftretende Nachwärmeentwicklung gefahrlos abge führt, bis die Hauptabsperrschieber 1 und 2 die Station voll ständig vom Primärnetz getrennt haben.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:

1, 2 Hauptabsperrschieber
3 Wärmeübertrager
4 Abnehmeranlage
5 Umwälzpumpe
6 Primärmassestrom
7 Kühlwasserbehälter
8 Füllstandsregelung
9, 10 Abströmregler
11 Trennarmatur

Claims

1. Verfahren zur Nachwärmeabführung bei Störfällen, durch bei spielsweise Ausfall der Elektroenergieversorgung, aus Wärme übergabestationen in die nachgeordneten Wärmenetze, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem druckbelasteten Behälter (7) Kühlwasser in den Vorlauf des Wärmenetzes nachströmt, das der zugeführten Kühlwassermenge entsprechende überschüssige Heiznetzinhaltswasser gleichzeitig aus dem Rücklauf des Wärmenetzes abgeleitet und dadurch kurzzeitig eine Notum wälzung mit der maximal zulässigen Sekundärvorlauftemperatur aufrechterhalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Kühlwasserbehälter (7) höher als der Mittel- bzw. Ruhedruck des nachgeschalteten Wärmenetzes ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Kühlwasserbehälters (7) in Abhängigkeit von der Schließzeit der primären Absperrarmaturen (1; 2) und dem Auslaufverhalten der sekundärseitigen Umwälzpumpen (5) aus gelegt wird.

4. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasser behälter (7) über eine Verbindungsleitung (11) in den Vorlauf des nachgeschalteten Netzes in Strömungsrichtung vor der Wärmeübergabestelle (3) eingebunden ist und der Rücklauf des Wärmenetzes gleichzeitig über einen Abströmregler (9) mit einem Behälter in Verbindung steht.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom vorgeschalteten zum nachgeschalteten Netz sowohl durch einen Oberflächenwärmeübertrager (3) als auch durch einen Beimischpunkt realisiert sein kann.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abströmregler (9) für die Ableitung des überschüssigen Heiznetzinhaltswassers vorwiegend mit einer vorhandenen Druck halteanlage kombiniert wird.