Dampfnässe [1]

Dampfnässe (Dampffeuchtigkeit), der Wassergehalt des Dampfes. Derselbe kann entstanden sein durch mechanisches Mitreißen von Wasser aus dem Kessel oder durch Abkühlung des Dampfes in den Dampfleitungen sowie durch die bei der Dampfexpansion auftretende Kondensation.

Der auf letzterem Wege entstehende Wassergehalt kann selbst bei großen Pressungsunterschieden praktisch nur verschwindend klein sein, da die mit der Expansionsarbeit geleistete Reibungsarbeit sich hauptsächlich in Wärme umsetzt und dadurch ein Nachverdampfen verursacht; dagegen wird der Wassergehalt des Dampfes bei stark schäumendem Kessel einerseits sowie durch Abkühlungsverlust in langen Dampfleitungen anderseits sehr beträchtlich.

Bei normalem Kesselbetrieb und mäßiger Feuerung beträgt der Feuchtigkeitsgehalt des aus dem Kessel abziehenden Dampfes erfahrungsgemäß nicht über 1%. Bei forciertem Kesselbetrieb oder geringem Wasserraum sowie unzweckmäßiger Dampfentnahme kann der Wassergehalt jedoch auf 10 und mehr Prozent sich steigern, abgesehen von der in der Dampfleitung durch äußere Abkühlung sich bildenden Kondensationswassermenge. – Genaue und genügend erprobte Methoden zur Bestimmung der Dampfnässe sind zurzeit noch nicht bekannt. Von den bis jetzt üblichen physikalischen und chemischen Verfahrungsweisen mögen nachfolgende erwähnt werden:

1. Durch Wägung. Da nach Regnaults Versuchen die spezifischen Gewichte des gesättigten Dampfes für die praktisch in Betracht kommenden Pressungen bekannt sind, so kann die Dampfnässe durch Wägung einer Dampfprobe von bekanntem Volumen ermittelt werden. Dieses Verfahren ist sehr umständlich, weil eine große Zahl von Proben zu untersuchen ist, um einen richtigen Mittelwert für die Dampffeuchtigkeit zu erhalten. Zur Wägung geeignete Apparate sind beschrieben in [1] und [2].

2. Durch Wasserabscheidung. Eine von Carpenter, Professor an der Cornell-Universität in Nordamerika, angewendete Vorrichtung (Fig. 1) besteht aus zwei konzentrisch ineinander gesetzten Zylindern, von denen der äußere geschlossen, der innere oben offen ist. Ein Bruchteil des zu unterziehenden Dampfes wird mittels eines dünnen durchlöcherten Röhrchens S[618] aus der Dampfleitung abgezogen und strömt von oben in den Innenzylinder aus, wobei das Dampfwasser infolge der eintretenden Geschwindigkeitsverminderung des Dampfes sich ausscheidet und im unteren Teile des Zylinders A sich ansammelt. Der Versuchsdampf strömt weiter durch den Ringraum, der als Dampfmantel wirkt, und vom unteren Teile des Außenzylinders in eine Kühlschlange des Behälters C, in der er vollständig kondensiert. Der Feuchtigkeitsgrad des untersuchten Dampfes ermittelt sich aus den Gewichten oder Volumen des im Abscheider angesammelten Wassers und des kondensierten Dampfes.

3. Durch Kondensation. Dieser Weg wurde zuerst von Hirn eingeschlagen. Er verwendete einen Kondensator K (Fig. 2), der an einer Schwimmerwage hing. Eine bestimmte Menge des zu untersuchenden Dampfes tritt durch ein Rohr S in den Kondensator ein und mischt sich mit dem Kühlwasser unter Mithilfe eines Rührwerkes. Die Einteilung der Wage vor und nach der Kondensation erfolgt durch Regulierung mit Gewichten auf eine bestimmte Marke. Das Verfahren erfordert außerordentlich sorgfältige Temperaturmessungen und Wägungen und macht noch umständliche Korrekturen wegen der Wärmeverluste nötig. – Sei x das spezifische Dampfgewicht, w die Gewichtszunahme während des Versuches, so sind xw^k Dampf und (1 – x)w^k Wasser in den Kondensator gelangt; wenn ferner W das Gewicht des Kühlwassers samt Wasserwert des Kondensators und t_d die Temperatur des zu untersuchenden Dampfes sowie t_a und t_e die Anfangs- und Endtemperatur des Kühlwassers und J die Dampfwärme bedeuten, dann ist:

Es ist zweckmäßig, die Anfangstemperatur des Kühlwassers so viel unter der Außentemperatur anzunehmen, als die Endtemperatur über derselben sich ergibt. Den Mängeln dieses Verfahrens kann dadurch abgeholfen werden, daß statt der Kondensation einzelner Dampfproben eine fortlaufende Kondensation vorgenommen wird.

4. Durch Nachverdampfen. Die kalorimetrische Bestimmung des Wassergehaltes kann auch durch Ermittlung derjenigen Wärme erfolgen, die zur Verdampfung des in einer gegebenen Dampfmenge enthaltenen Wassers notwendig ist. Verfahren von Leloutre. Auf demselben Vorgang beruht der Gehresche Feuchtigkeitsmesser. Ein Teil des in der Hauptleitung strömenden zu untersuchenden Dampfes wird in einer Zwischenleitung zwischen zwei Absperrventilen abgefangen und mittels Gasflammen erhitzt. Während dieser Erwärmung wird die Aenderung des Druckes und der Temperatur der Dampfprobe beobachtet. Solange der Dampf feucht ist, steigt der Druck mit der Temperatur, dem Regnaultschen Gesetz für gesättigten Dampf gemäß. Die Dampffeuchtigkeit ist alsdann ausgedrückt durch das Verhältnis der spezifischen Gewichte des Dampfes bei der Anfangs- und Endpressung vor dem Beginn der Ueberhitzung.

5. Ueberhitzung mittels Dampfdrosselung. Dieses Verfahren wurde zuerst von Professor Peabody vorgeschlagen und beruht auf der Erscheinung, daß frei ausströmender gedrosselter Dampf bei mäßiger Dampfnässe sich überhitzt und die dabei auftretende Ueberhitzungstemperatur einen Schluß auf den Feuchtigkeitsgrad vor der Drosselung zuläßt. Einen für dieses Verfahren geeigneten Apparat zeigt Fig. 3. Der zu untersuchende Dampf strömt zunächst in einen Wasserabscheider und von diesem durch eine 1,5 mm weite Oeffnung des Deckels unter Drosselung bis zur Atmosphärenspannung ins Freie. Die Eintrittstemperatur des Dampfes im Wasserabscheider und die Temperatur des gedrosselten Dampfes hinter der Ausflußmündung wird durch empfindliche Thermometer gemessen. Die Dampffeuchtigkeit setzt sich alsdann zusammen aus der im Wasserabscheider ausgeschiedenen Wassermenge und der im abströmenden Dampfe ermittelten Feuchtigkeit. Die Menge des untersuchten Dampfes wird durch nachträgliche Kondensation mittels Wägung bestimmt. – Sind t₁ und t₂ die Temperatur des Dampfes vor und hinter der Ausflußmündung, t₃ die Temperatur des gesättigten Dampfes, entsprechend dem hinter der Ausflußmündung herrschenden Drucke, dann ist die eingetretene Ueberhitzung t₂ – t₃. Bezeichnen ferner J₁ und J₃ die den Dampftemperaturen t₁ und t₃ entsprechenden Dampfwärmen und c_p die spezifische Wärme des gesättigten Dampfes bei konstantem Drucke, so ergibt sich der Feuchtigkeitsgehalt aus:

6. Chemische Methoden. Dem Kesselwasser wird Kochsalz oder Glaubersalz beigemischt (etwa 1¹/₂% des Wasserinhaltes des Kessels), das im mitgerissenen Wasser gelöst bleibt, in den Dampf jedoch nicht übergeht. Der Feuchtigkeitsgrad läßt sich entweder durch Vergleichung des Salzgehaltes des kondensierten Dampfes mit dem Salzgehalt des Kesselwassers oder durch Ermittlung der Abnahme des Salzgehaltes des Kesselwassers bestimmen. Die Ermittlung des Salzes bezw. Chlorgehaltes erfolgt durch Titrierung mit einer Lösung von Silbernitrat unter Benutzung von Kaliummonochromat als Indikator.

Die verschiedenen Ausführungsarten leiden alle an dem Fehler, daß sie nur das mitgerissene Wasser anzugeben vermögen, nicht aber das durch Kondensation entstandene. Vergleichende Versuche, die auf zweierlei Art angestellt waren, ergaben keine Uebereinstimmung. Bei einem[619] derartigen Versuch fand Professor Dr. Bunte mit der einen chemischen Methode durchschnittlich 3,25% Wassergehalt, während die andre 1,7% anzeigte. Die chemischen Verfahren sind im allgemeinen für unzweckmäßig zu erachten; nur wenn besonders viel Wasser vom Dampf mitgerissen wird, so daß das Kondenswasser dagegen nicht in Betracht kommt, ist ein Verfahren anwendbar, das darin besteht, durch Entnahme einzelner Kesselwasserproben die Verringerung des Sättigungsgrades der anfangs in den Kessel gebrachten Salzlösung festzustellen, während mit reinem Wasser gespeist wird. – Nach Unwin zeigen die Erfahrungen mit den bis jetzt üblichen Methoden zur Bestimmung der Dampffeuchtigkeit, daß die freie Ausströmung des Dampfes das bequemste Mittel abgibt, solange der Dampf nicht über 2% Feuchtigkeit aufweist. Bei größerem Feuchtigkeitsgehalt ist eine Wasserausscheidung durch einen besonderen Abscheider zu ermöglichen. Es ist auch zweckmäßig, den Dampf aus einer vertikalen statt horizontalen Dampfleitung zu entnehmen, da bei letzterer das Dampfwasser zum Teil an der unteren Fläche des Rohres entlang fließt.

Literatur: [1] Revue industrielle 1878, S. 102. – [2] Zeitschr. d. Franklin-Instit. 1877, S. 358. – [3] Zeitschr. d. Ver. deutsch. Ingen. 1885, S. 344. – [4] Ebend. 1895, S. 1059. – [5] Pfeifer, Bestimmung der Feuchtigkeit des Wasserdampfes, Journal für Gasbeleuchtung und Wasserversorgung, Bd. 45, S. 97 ff.

v. Ihering.

Fig. 1.

Fig. 2.

Fig. 3.