Kondensatlast-Rechner

• Dampfdruck und Umgebungstemperatur. Der Dampfdruck bestimmt Sättigungstemperatur T_s und Verdampfungsenthalpie h_fg — die je Kilogramm kondensierten Dampfes frei werdende Wärme (IAPWS-IF97, der internationale Stoffdatenstandard für Wasserdampf; Überdruck wird durch Addition von 1,013 bar in Absolutdruck umgerechnet). Die Umgebungs-/Anfangstemperatur ist der kalte Ausgangszustand des Metalls (Anfahren) und die Luft, an die das Rohr Wärme verliert (Betrieb); die Temperaturerhöhung ΔT = T_s − T_Umgebung treibt beides.
• Anfahren — Anlagenmasse. Der Rohrmodus nimmt die Wandmasse aus der Schedule-Datenbank — Nennweite (NPS) und Schedule legen Außen- und Innendurchmesser (AD, ID) nach ASME B36.10M fest — als (π/4)(AD² − ID²) × Dichte × Länge für den gewählten Werkstoff. Der Modus „Benutzerdefiniert“ nimmt eine eingegebene Masse (Behälter, Wärmeübertragermantel, Verteiler mit Armaturen). Der Werkstoff setzt die spezifische Wärmekapazität cp: 0,50 kJ/(kg·K) Stahl, 0,39 Kupfer, 0,90 Aluminium.
• Anfahrzeit. Das Anfahrkondensat ist eine feste Menge — m·cp·ΔT / h_fg Kilogramm; die Zeit macht daraus eine mittlere Rate. Kürzeres Anfahren bedeutet eine höhere Rate, die der Ableiter abführen muss, und die Rate zu Beginn, wenn das Metall am kältesten ist, liegt über dem Mittel.
• Betrieb — Rohr und Dämmung. Außendurchmesser, Länge, Dämmstoff (Wärmeleitfähigkeit k) und Dicke. Der Wärmeverlust ist der zylindrische Leitungswiderstand der Dämmung, ln(r_außen/r_Rohr)/(2πkL), in Reihe mit dem äußeren Übergangswiderstand 1/(h·A) — dem Konvektionsschritt Oberfläche–Luft; ein blankes Rohr nutzt den äußeren Koeffizienten h direkt an der Rohroberfläche.
• Windbedingung. Setzt den äußeren Wärmeübergangskoeffizienten: 10 W/(m²·K) ruhende Luft, 20 leichter Wind, 40 mäßiger Wind. Bei gedämmtem Rohr ist der Übergang ein kleiner Anteil des Gesamtwiderstands, Wind wirkt also wenig; beim blanken Rohr skaliert er den Verlust direkt.
• Prozess — Wärmeleistung. Entweder die Wärmeleistung direkt oder ṁ·cp·(T_aus − T_ein) des erwärmten Fluids (Wasser 4,18, leichtes Öl 1,9, schweres Öl 1,67, 50 % Glykol 3,35 kJ/(kg·K) oder eigenes cp). Der kondensierte Dampf ist die Leistung geteilt durch h_fg.
• Sicherheitsfaktor. Ein Multiplikator auf die berechnete Rate für die Ableiterauswahl — 2–3× beim Anfahren (Entlüftung, Kaltstartspitzen), 1,5–2× im Betrieb (Alterung der Dämmung, Wetter) und 1,5–2× im Prozess (Verschmutzung, Regelschwankungen). Er wirkt auf die Rate, nicht auf die Physik.
• Ergebnisse. T_s und h_fg; verwendete Masse und cp; das gesamte Anfahrkondensat und seine mittlere Rate; der Betriebswärmeverlust in W und W/m; die Prozessleistung; und jede Rate mit und ohne Sicherheitsfaktor — der Wert mit Faktor ist die Auslegungslast des Ableiters beim Dampfdruck.

• Das Anfahren zählt nur die Rohrwand (oder die eingegebene Masse) — Flansche, Armaturen, Halterungen und Flüssigkeitsinhalt kommen hinzu und sind ein Grund für den Faktor 2–3. cp ist über die Temperaturerhöhung konstant.
• Das Anfahren wird adiabat und linear behandelt: kein Wärmeverlust während des Aufheizens und eine gleichmäßige mittlere Rate. Die reale Rate ist beim Kaltstart am höchsten und fällt mit der Erwärmung; der Ableiter muss die Spitze abführen, die der Faktor abdecken soll.
• Der Betrieb nutzt einen festen äußeren Wärmeübergangskoeffizienten je Windklasse (10 / 20 / 40 W/(m²·K)) und die Wärmeleitfähigkeit der Dämmung konstant beim Vorgabewert; Strahlung, die Temperaturabhängigkeit der freien Konvektion und die von k werden nicht getrennt aufgelöst.
• Dampfseitiger Übergang, Rohrwand und Ummantelung werden vernachlässigt — Dämmung und äußerer Übergang dominieren — und das Rohr liegt waagerecht in freier Luft: nicht erdverlegt, im Kanal, in einem geschlossenen Schacht oder als senkrechter Steigstrang.
• Prozesskondensat ist Leistung ÷ h_fg: das Kondensat verlässt den Apparat bei T_s ohne Unterkühlungsgutschrift, und Entspannungsdampf beim Ablass wird nicht abgezogen (siehe Entspannungsdampf-Rechner für das Geschehen nach dem Ableiter).
• Der Dampf ist trocken gesättigt beim angegebenen Druck; Nass- oder Heißdampf ändert h_fg geringfügig. Stoffwerte nach IAPWS-IF97 bis zum kritischen Punkt.
• Dies ist nur die Lastseite. Zur Ableiterauswahl gehören außerdem die Nennkapazität beim tatsächlichen Differenzdruck (Eintritt minus Gegendruck) und der Ableitertyp für die Anwendung; beides liefern die Kapazitätsdiagramme des Herstellers.

Das Betriebsverlustmodell ist die vereinfachte Form mit festem h; für sauber aufgelöste Oberflächentemperatur, Strahlung und Wind den Dämmungsrechner verwenden. Die Dampfstoffwerte stammen aus derselben IAPWS-IF97-Engine wie die Wasserdampftafel; die Genauigkeit des SimuPipe-Solvers selbst ist dokumentiert auf der Validierungsseite.

Methoden- und Datenquellen hinter dieser Seite:

• Spirax Sarco. Steam Engineering Tutorials — Steam Trapping and Air Venting; Condensate Removal. spiraxsarco.com — das Verfahren für Anfahr-/Betriebs-/Prozesskondensatlast und die Sicherheitsfaktor-Konventionen.
• Armstrong International. Steam Conservation Guidelines for Condensate Drainage (Handbook N101) — Ableiterauslegungspraxis und Lastfaktoren aus dem Handbuch eines Ableiterherstellers.
• TLV. Steam Theory — Condensate Recovery and Steam Trap Selection. tlv.com — Abschätzung der Kondensatlast und Hinweise zur Ableiterauswahl.
• ASME B36.10M-2018. Welded and Seamless Wrought Steel Pipe — die Rohraußendurchmesser und Wanddicken der Rohrmassenberechnung.
• IAPWS R7-97(2012). Revised Release on the IAPWS Industrial Formulation 1997 for the Thermodynamic Properties of Water and Steam. iapws.org — Sättigungstemperatur und Verdampfungsenthalpie beim Dampfdruck.
• Incropera, DeWitt, Bergman and Lavine. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley — das Modell aus zylindrischer Wandleitung und Übergangswiderstand für den Betriebsverlust.