Entspannungsdampf-Rechner
Berechnen Sie den Entspannungsdampf, der entsteht, wenn Hochdruckkondensat in einen Niederdruckraum entspannt wird. Mit Dampfeigenschaften nach IAPWS-IF97.
Eingaben
bar(g)
T_sat = 184.1 °C
bar(g)
T_sat = 100.0 °C
Ergebnisse
Entspannungsdampfanteil
16.1%
Entspannungsdampf-Massenstrom160.6 kg/h
Verbleibendes Kondensat839.4 kg/h
Volumenstrom (bei NP)268.8 m³/h
Sättigungstemperatur HD184.1 °C
Sättigungstemperatur ND100.0 °C
Flüssigkeits-Enthalpie HD (h_f)781.4 kJ/kg
Flüssigkeits-Enthalpie ND (h_f)419.0 kJ/kg
Verdampfungsenthalpie ND (h_fg)2256.5 kJ/kg
Energie im Entspannungsdampf100.7 kW
Energie im Kondensat97.7 kW
Eingaben und Ergebnisse erklärt
- Hoch- und Niederdruck. Der Druck des Kondensats vor der Druckabsenkung (Ableitereintritt oder der entwässerte Apparat) und der Druck, in den es entspannt wird (Entspannungsbehälter, Sammler oder Atmosphäre bei 0 bar(g)). Überdruckeinheiten erhalten intern die Normatmosphäre von 1,01325 bar addiert; die angezeigten Sättigungstemperaturen sind die IAPWS-IF97-Werte bei diesen Absolutdrücken.
- Kondensatmassenstrom. Das gesamte in die Druckabsenkung eintretende Kondensat. Die Entspannung ist ein Massenanteil, der Massenstrom skaliert also nur Dampf-, Kondensat-, Volumen- und Energieausgaben — der Entspannungsanteil selbst hängt allein von den beiden Drücken ab.
- Entspannungsdampfanteil x. Der verdampfende Massenanteil: x = (h_f,HD − h_f,ND) / h_fg,ND aus einer Enthalpiebilanz über die Druckabsenkung. Vorausgesetzt wird siedendes Kondensat beim Hochdruck — unterkühltes Kondensat bringt weniger Enthalpie mit und entspannt weniger.
- Entspannungsdampf und Restkondensat. x bzw. (1 − x) des Eintrittsstroms. Das Restkondensat ist siedende Flüssigkeit beim Niederdruck.
- Dampfvolumenstrom. Massenstrom des Entspannungsdampfes mal spezifisches Volumen des gesättigten Dampfes v_g beim Niederdruck. Weil v_g bei niedrigem Druck groß ist (1,67 m³/kg bei Atmosphärendruck), wird aus einem kleinen Massenanteil ein großes Volumen — das bestimmt Entspannungsbehälter und Entlüftungsleitung.
- Energie im Entspannungsdampf und im Kondensat. Entspannungsdampf: Massenstrom × h_fg beim Niederdruck — die latente Wärme, die frei wird, wenn der Entspannungsdampf anschließend in einem Wärmeübertrager oder Entgaser kondensiert. Kondensat: Massenstrom × h_f beim Niederdruck, also fühlbare Wärme über dem 0-°C-Bezugspunkt der Dampftafeln — rückgewinnbar ist nur der Teil oberhalb der tatsächlichen Rücklauf- oder Speisewassertemperatur.
- Entspannungsdampftabelle. Dieselbe Rechnung für eine Reihe von Niederdrücken unterhalb des gewählten Hochdrucks, um zu zeigen, wie stark Entspannungsanteil — und damit Behältergröße — vom Rückgewinnungsdruck abhängen.
Rechenbeispiel — Kondensat von 10 bar(g) entspannt auf Atmosphäre
Die Vorgaben des Rechners: 1.000 kg/h siedendes Kondensat aus einem 10-bar(g)-System, entspannt in einen belüfteten Sammler bei 0 bar(g).
- Hochdruckzustand: 10 bar(g) = 11.013 bar(a), T_s = 184.1 °C, Enthalpie der siedenden Flüssigkeit h_f,HD = 781.4 kJ/kg (IAPWS-IF97).
- Niederdruckzustand: 0 bar(g) = 1.013 bar(a), T_s = 100.0 °C, h_f,ND = 419.0 kJ/kg, Verdampfungsenthalpie h_fg,ND = 2256.5 kJ/kg.
- Enthalpiebilanz: der Überschuss des Kondensats über die Niederdruckflüssigkeit, 781.4 − 419.0 = 362.4 kJ/kg, verdampft einen Anteil x = 362.4 / 2256.5 = 16.1 % — die ≈ 16 %, die gängige Herstellertabellen für 10 bar(g) auf Atmosphäre nennen.
- Aufteilung: 160.6 kg/h Entspannungsdampf und 839.4 kg/h Kondensat bei 100 °C. Bei v_g = 1.673 m³/kg nimmt der Dampf 268.8 m³/h ein — die Auslegungsgröße für Entlüftungsleitung und Behälter.
- Energie: der Entspannungsdampf führt 100.7 kW latente Wärme; das Restkondensat enthält 97.7 kW fühlbare Wärme über 0 °C.
Diese Zahlen werden von derselben Funktion berechnet, die der Rechner ausführt; die Vorgaben reproduzieren sie. Die Entspannungsdampftabelle oben zeigt, wie ein Sammler bei 1 bar(g) statt eines belüfteten den Entspannungsanteil — und die Behältergröße — um rund ein Drittel senkt.
Annahmen und Grenzen
- Isenthalpe Entspannung: kein Wärmeverlust, keine Arbeit und vernachlässigbare Geschwindigkeitsänderung über Ableiter oder Blende, die Enthalpie des eintretenden Kondensats bleibt also erhalten und verteilt sich beim Niederdruck auf Flüssigkeit und Dampf.
- Thermodynamisches Gleichgewicht beim Niederdruck: die Entspannung ist vollständig, beide Phasen verlassen den Prozess bei T_s,ND. Reale Ableiter und Entspannungsbehälter kommen dem sehr nahe; Tröpfchenmitriss im Dampf wird nicht abgebildet.
- Siedendes Kondensat beim Hochdruck. Unterkühltes Kondensat (Ableiter mit fester Unterkühlung, lange ungedämmte Leitung) kommt mit niedrigerem h_f an und entspannt weniger — den Druck eingeben, dessen Sättigungsenthalpie der tatsächlichen Kondensattemperatur entspricht, sonst rechnet der Rechner leicht zu hoch.
- Stoffwerte reinen Wassers nach IAPWS-IF97 (Regionen 1, 2 und 4), gültig bis zum kritischen Punkt; Kesselwasserchemikalien beeinflussen den Entspannungsanteil bei üblicher Dosierung vernachlässigbar.
- Die Behälterauslegung erfolgt nicht. Der Volumenstrom ist der Ausgangspunkt; der Behälterdurchmesser folgt aus einer maximalen Dampfgeschwindigkeit (typisch etwa 3 m/s für die Abscheidung), Entlüftungs- bzw. Rückführleitung aus dem zulässigen Druckverlust.
- Die Energiewerte sind thermodynamische Größen, keine Rückgewinnungsgarantie: was tatsächlich rückgewinnbar ist, hängt davon ab, wo Entspannungsdampf und Kondensat genutzt werden können und mit welcher Temperatur sie zurückkehren.
Die Sättigungswerte stammen aus derselben IAPWS-IF97-Engine wie der Wasserdampftafel-Rechner, der die veröffentlichten Prüfpunkte der Norm reproduziert; die Genauigkeit des SimuPipe-Solvers selbst ist dokumentiert auf der Validierungsseite.
Quellen
Stoffdatenquelle und technische Leitfäden hinter dieser Seite:
- IAPWS R7-97(2012). Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. iapws.org — die Sättigungslinie und die Stoffwerte von siedender Flüssigkeit und gesättigtem Dampf in der Enthalpiebilanz.
- Spirax Sarco. Steam Engineering Tutorials — Flash Steam. spiraxsarco.com — die Standardherleitung des Entspannungsdampfes und die Tabellen, gegen die das Beispiel geprüft ist.
- Armstrong International. Steam Conservation Guidelines for Condensate Drainage (Handbook N101) — Entspannungstabellen und Kondensatrückführungspraxis aus dem Handbuch eines Ableiterherstellers.
- Çengel, Y. A. and Boles, M. A. Thermodynamics: An Engineering Approach, McGraw-Hill — der Drosselprozess (isenthalp) und die Methode der Stoffwerttafeln.
- US DOE, Advanced Manufacturing Office. Steam Tip Sheet #12: Flash High-Pressure Condensate to Regenerate Low-Pressure Steam. energy.gov — Kontext zur Energierückgewinnung und typische Einsparungen bei der Entspannungsdampfnutzung.
Über Entspannungsdampf
Entspannungsdampf entsteht, wenn heißes Hochdruckkondensat in einen Niederdruckraum abgelassen wird. Da das Kondensat mehr Energie enthält, als gesättigte Flüssigkeit beim niedrigeren Druck aufnehmen kann, verdampft die überschüssige Energie schlagartig einen Teil des Kondensats.
Wie es funktioniert
Der Vorgang ist isenthalp — die Gesamtenthalpie bleibt über die Druckabsenkung erhalten. Der Anteil des Entspannungsdampfs ergibt sich aus der Enthalpiebilanz:
- — Enthalpie der gesättigten Flüssigkeit beim Hochdruck
- — Enthalpie der gesättigten Flüssigkeit beim Niederdruck
- — Verdampfungsenthalpie beim Niederdruck
Energierückgewinnung
Entspannungsdampf trägt erhebliche Energie und sollte nach Möglichkeit zurückgewonnen werden. Übliche Methoden sind die Nutzung als Niederdruckdampf zum Heizen, die Einspeisung in einen Speisewasserentgaser oder die Verwendung in Wärmetauschern. Das Abblasen von Entspannungsdampf ist ein direkter Energieverlust.
Für detaillierte Dampfeigenschaften nutzen Sie unseren Wasserdampftafel-Rechner. Für den Wärmeverlust durch Rohrdämmung verwenden Sie den Dämmstärke-Rechner. Zur Auslegung von Dampfableitern und Kondensatleitungen nutzen Sie den Kondensatlast-Rechner. Für die Simulation von Rohrleitungsnetzen mit Dampfsystemen probieren Sie SimuPipe.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Entspannungsdampf?
Entspannungsdampf entsteht, wenn Hochdruckkondensat in einen Niederdruckraum entspannt wird. Beim höheren Druck befindet sich das Kondensat auf Sättigungstemperatur. Sinkt der Druck, sinkt auch die Sättigungstemperatur — die überschüssige Energie wird durch Verdampfen eines Teils des Kondensats freigesetzt. Dieser Entspannungsdampf trägt nutzbare Energie, die zurückgewonnen werden kann.
Wie viel Entspannungsdampf entsteht?
Der Anteil hängt vom Druckabfall ab. Eine einfache Abschätzung lautet: Anteil % = (h_f_HD − h_f_ND) / h_fg_ND × 100, wobei h_f die Flüssigkeitsenthalpie und h_fg die Verdampfungsenthalpie beim Niederdruck ist. Beispiel: Kondensat bei 10 bar(g), das auf Atmosphärendruck entspannt wird, ergibt rund 15 % Entspannungsdampf nach Masse. Dieser Rechner verwendet IAPWS-IF97 für genaue Werte.
Wie kann die Energie zurückgewonnen werden?
Entspannungsdampf kann in eine Niederdruck-Sammelleitung geleitet, in Wärmetauschern oder in einem Speisewasserentgaser verwendet werden. Ein Entspannungsbehälter (Flash-Tank) trennt den Entspannungsdampf vom verbleibenden Kondensat. Die Wirtschaftlichkeit ist meist hervorragend — Rückgewinnungssysteme amortisieren sich oft in unter einem Jahr, weil die Energie im Entspannungsdampf praktisch kostenlos ist.
Warum wird Entspannungsdampf oft verschwendet?
Viele Anlagen entlüften Entspannungsdampf aus Kondensatsammlern in die Atmosphäre und halten ihn fälschlicherweise für Lebensdampfleckagen. Die Dampfwolke an einer Kondensattankentlüftung ist meist Entspannungsdampf — keine Leckage. Es fehlt häufig eine Niederdruck-Sammelleitung zur Aufnahme, oder der Entspannungsbehälter und die Verrohrung waren ursprünglich nicht vorgesehen. Mit Bewusstsein und vergleichsweise einfachen Nachrüstungen lässt sich diese Energie nutzen.
Was ist der Unterschied zwischen Entspannungsdampf und Lebensdampf?
Entspannungsdampf entsteht durch das Entspannen von Hochdruckkondensat in einen niedrigeren Druck — er stammt aus der gespeicherten Energie des heißen Kondensats. Lebensdampf wird in einem Kessel durch Verbrennung von Brennstoff erzeugt. Beide sind echter Dampf mit denselben thermodynamischen Eigenschaften beim selben Druck, aber Entspannungsdampf kostet nichts zusätzlich, weil die Energie bereits beim Erzeugen des ursprünglichen Hochdruckdampfs bezahlt wurde.
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