Die Bildung von Dampfphasen in Fernwärmesystemen während des instationären Übergangs vom Umlaufbetrieb in den Ruhezustand wird zugelassen, sofern adiabate Randbedingungen im Hochpunkt und thermisch gesteuertes Kondensationsverhalten der Dampfblase sichergestellt sind. Zur physikalischen Beschreibung wird ein Modell entwickelt, welches von einer zusammenhängenden Dampfblase im Hochpunkt ausgeht und das thermisch gesteuerte Rückbildungsverhalten während des Füll- bzw. Nachspeisevorganges abbildet. Die Rohrgeometrie im Hochpunkt sowie Wärmetransportvorgänge werden dabei berücksichtigt. Der Gesamtwärmeverlust aus dem Dampfraum setzt sich im Wesentlichen aus der Aufheizung der dampfbenetzten Rohrwand und der instationären Wärmeleitung in der angrenzenden Flüssigkeitsschicht zusammen. Mit Simulationsrechnungen werden das thermisch gesteuerte Blasenverhalten demonstriert und die Haupteinflussgrößen benannt. Die Verdichtung der Dampfmasse während des Füllvorgangs bewirkt einen Temperatur- und Druckanstieg in der Blase. Die Modellvalidierung erfolgt mit veröffentlichten Messdaten und anhand eines Versuches, welcher im Anlagenhochpunkt einer Fernwärmepumpstation durchgeführt wurde. Das Dampfvolumen im Versuch beträgt 30 m³. Die Temperatur-, Druck- und Füllstandsverläufe werden qualitativ und quantitativ wiedergegeben. Die Tolerierung der Dampfbildung erfordert die messtechnische Überwachung der Hochpunkte und eindeutige Handlungsanweisungen, wie im Störfall die Dampfblase zurückgebildet wird. / In district heating systems, the existence of vapour bubbles is tolerated during transition from regular heat supply to a non-operating state. The main requirements to ensure grid and plant safety are the adiabatic conditions within the pipe and the thermally controlled behaviour of the vapour bubble.
For the description of the phenomenon, a model for the thermally controlled condensation phase of a concentrated vapour bubble is developed including the pipe geometry and heat losses. The total heat transfer consists of two main parts: the heating of the steel material wetted by the vapour and the unsteady heat conduction in the liquid water layer below the vapour. Test calculations demonstrate the behaviour of the vapour bubble, specifically the compression of the bubble contents and the accompanying increase in temperature and pressure. Furthermore, the main factors influencing the results are identified. Comparisons between simulation results and published measurement data show qualitatively and quantitatively good agreement. For the purpose of validation, own experiments with a large 30 m³ bubble were conducted in a pump station without any signs of condensation induced water hammer. The existence of vapour in district heating system requires measurements at the highest points within the grid in order to detect the vapour bubble and to monitor the condensation process safely. Furthermore, in case of pump failures or other incidents, operators need safety instructions on how to act to re-establish single phase flow before restarting heat supply.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:38710 |
| Date | 12 March 2020 |
| Creators | Bühring, Kristian |
| Contributors | Dittmann, Achim, Felsmann, Clemens, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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