Was ist Kondensation – Wärmeübertragung – Definition

Kondensation

Ähnlich wie im vorherigen Kapitel werden wir in diesem Kapitel den Wärmeübergang mit Phasenwechsel diskutieren, aber in diesem Fall werden wir die Kondensation der Gasphase (Phasenwechsel von Dampf zu Flüssigkeit) diskutieren .

Kondensation ist im Allgemeinen die Änderung des Aggregatzustands von der Gasphase in die flüssige Phase und die Umkehrung der Verdampfung . Strömungsprozesse, die mit der Kondensation auf einer festen Oberfläche verbunden sind, sind fast ein Spiegelbild derjenigen, die am sieden beteiligt sind. Kondensation tritt auf, wenn die Temperatur eines Dampfes unter seine Sättigungstemperatur abgesenkt wird oder wenn der Druck eines Dampfes über seine Sättigungsparameter erhöht wird (siehe Phasendiagramm von Wasser).

Latente Kondensationswärme – Wasser mit 0,1 MPa (atmosphärischer Druck)

h _lg = – 2257 kJ / kg

Latente Kondensationswärme – Wasser mit 3 MPa

h _lg = – 1795 kJ / kg

Latente Kondensationswärme – Wasser bei 16 MPa (Druck in einem Druckhalter )

h _lg = – 931 kJ / kg

Die Kondensationswärme nimmt mit zunehmendem Druck ab, während der Siedepunkt steigt. Es verschwindet vollständig an einem bestimmten Punkt, der als kritischer Punkt bezeichnet wird . Oberhalb des kritischen Punktes sind die flüssige und die dampfförmige Phase nicht zu unterscheiden, und die Substanz wird als überkritische Flüssigkeit bezeichnet .

Der Wechsel vom flüssigen in den Dampfzustand aufgrund des siedens wird durch Wärmeübertragung von der festen Oberfläche aufrechterhalten; Umgekehrt führt die Kondensation eines Dampfes in den flüssigen Zustand zu einer Wärmeübertragung auf die feste Oberfläche. sieden und Kondensation unterscheiden sich von anderen Konvektionsformen dadurch, dass sie von der latenten Verdampfungswärme abhängen, die für übliche Drücke sehr hoch ist. Daher können während des siedens und der Kondensation große Wärmemengen im Wesentlichen bei konstanter Temperatur übertragen werden . Die mit dem sieden und der Kondensation verbundenen Wärmeübertragungskoeffizienten h sind typischerweise viel höher als diejenigen, die bei anderen Formen von Konvektionsprozessen auftreten, die eine einzelne Phase umfassen.

Kondensation in Kraftwerken – Hauptkondensator

Das  Hauptdampfkondensatorsystem  (MC) dient dazu,  den Abgasdampf der Hauptturbine zu  kondensieren  und zu  entlüften und einen Kühlkörper für das Turbinenbypass-System bereitzustellen. Der aus den LP-Turbinen ausgestoßene Dampf wird kondensiert, indem er über Rohre geleitet wird, die Wasser aus dem Kühlsystem enthalten. Unter jeder  LP-Turbine befindet sich eine Hauptkondensatoreinheit  , normalerweise unterhalb der Turbine, deren Achse senkrecht zur Turbinenachse verläuft. Da Kernkraftwerke in der Regel auch einen Zusatzkondensator enthalten (z. B. zur Kondensation von Dampf aus dampfbetriebenen Speisewasserpumpen), verwenden Ingenieure den Begriff „ Hauptkondensator “.

Siehe auch: Hauptkondensator

Der Kondensator muss ein ausreichend niedriges Vakuum aufrechterhalten, um den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu erhöhen. Die Vakuumpumpen halten ein ausreichendes Vakuum im Kondensator aufrecht, indem sie Luft und nicht kondensierte Gase absaugen. Der niedrigste realisierbare Kondensatordruck ist der  Sättigungsdruck  , der der Umgebungstemperatur entspricht (z. B. ein absoluter Druck von  0,008 MPa,  was  41,5 ° C entspricht ). Beachten Sie, dass es immer einen Temperaturunterschied zwischen (um  ΔT = 14 ° C) gibt) die Kondensatortemperatur und die Umgebungstemperatur, die sich aus der endlichen Größe und Effizienz der Kondensatoren ergeben. Da weder der Kondensator ein 100% effizienter Wärmetauscher ist, besteht immer ein Temperaturunterschied zwischen der Sättigungstemperatur (Sekundärseite) und der Temperatur des Kühlmittels im Kühlsystem. Darüber hinaus gibt es eine Konstruktionsineffizienz, die den Gesamtwirkungsgrad der Turbine verringert. Idealerweise würde der in den Kondensator abgegebene Dampf  keine Unterkühlung aufweisen . Echte Kondensatoren sind jedoch so ausgelegt, dass sie die Flüssigkeit um einige Grad Celsius unterkühlen, um die Saugkavitation  in den Kondensatpumpen zu vermeiden  .

Die  Dampfkondensatoren  werden grob in zwei Typen eingeteilt:

• Oberflächenkondensatoren  (oder nicht mischende Kondensatoren). In Oberflächenkondensatoren besteht kein direkter Kontakt zwischen dem Abgasdampf und dem Kühlwasser.
• Strahlkondensatoren  (oder Mischkondensatoren). In Strahlkondensatoren besteht ein direkter Kontakt zwischen Abgasdampf und Kühlwasser.

& nbsp;

Kondensation im Druckbeaufschlager

Ein  Druckbeaufschlagter  ist eine Komponente eines  Druckwasserreaktors . Der Druck im Primärkreislauf  von PWRs wird durch einen Druckbeaufschlagungsapparat aufrechterhalten  , ein separates Gefäß, das mit dem Primärkreislauf (heißer Zweig) verbunden und teilweise mit Wasser gefüllt ist, das  durch Eintauchen in Elektrizität auf die Sättigungstemperatur (Siedepunkt) für den gewünschten Druck  erhitzt wird  Heizungen. Die Temperatur im Druckbeaufschlagungsgerät kann bei 350 ° C (662 ° F) gehalten werden, was einen Unterkühlungsspielraum (die Differenz zwischen der Druckbeaufschlagertemperatur und der höchsten Temperatur im Reaktorkern) von 30 ° C ergibt. Die Unterkühlungsspanne ist ein sehr wichtiger Sicherheitsparameter von PWRs, da das sieden im Reaktorkern ausgeschlossen werden muss. Die Grundkonstruktion des  Druckwasserreaktors  beinhaltet eine solche Anforderung, dass das Kühlmittel (Wasser) im Reaktorkühlsystem nicht sieden darf. Um dies zu erreichen, wird das Kühlmittel im Reaktorkühlmittelsystem auf einem Druck gehalten, der so hoch ist, dass bei den Kühlmitteltemperaturen, die während des Betriebs der Anlage oder in einem analysierten Übergang auftreten, kein sieden auftritt.

Funktionen

Der Druck  im Druckbeauftragten wird durch Variieren der Temperatur des Kühlmittels im Druckbeaufschlagungsgerät gesteuert. Zu diesem Zweck werden zwei Systeme installiert. Wassersprühsystem  und  elektrisches Heizsystem . Das Volumen des Druckbeaufschlagers (mehrere zehn Kubikmeter) wird mit Wasser bei Sättigungsparametern und Dampf gefüllt. Das Wassersprühsystem (relativ kaltes Wasser – vom kalten Bein) kann den Druck im Gefäß verringern, indem  der Dampf auf im Gefäß gesprühten Wassertropfen kondensiert  . Da Dampf mit einer kalten Flüssigkeit in Kontakt gebracht wird, handelt es sich in diesem Fall um direkte Kontaktkondensation . Andererseits sind die untergetauchten elektrischen Heizungen so ausgelegt, dass sie den Druck durch Verdampfen des Wassers erhöhen  im Schiff. Der Wasserdruck in einem geschlossenen System verfolgt die Wassertemperatur direkt. Wenn die Temperatur steigt, steigt der Druck.

Kondensation im Containment-Gebäude

Bei Unfällen auf Konstruktionsbasis wie dem LBLOCA (Large Break Loss of Coolant Accident) ist der Druckanstieg normalerweise erheblich, und aktive Rückhaltesysteme ( Druckunterdrückungssysteme ) müssen verfügbar sein, um die Integrität aufrechtzuerhalten (um Druck und Temperatur zu halten) unter bestimmten Grenzen) des Sicherheitsgebäudes .

Druckunterdrückungssysteme  sind für die Sicherheit von entscheidender Bedeutung und wirken sich stark auf die Größe des Sicherheitsbehälters aus. Die Unterdrückung bezieht sich auf die  Kondensation des Dampfes, nachdem eine größere Unterbrechung ihn aus dem Kühlsystem freigesetzt hat. Es gibt weltweit viele Designs von Unterdrückungssystemen.

Die meisten  Behälter für  Druckwasserreaktoren (PWRs) verwenden zweistufige Druckunterdrückungssysteme:

• Lüfterkühlersystem . Dieses System zirkuliert Luft durch Wärmetauscher und Filter, um die Kühlatmosphäre zu kühlen. Da dieses System zur Unterdrückung bei schweren Kühlmittelverlustunfällen nicht ausreicht, muss das Containment-Sprühsystem als sekundäres aktives Druckunterdrückungssystem verfügbar sein.
• Containment-Sprühsystem . Dieses System besteht normalerweise aus drei Elementen:
  • Sprühsystempumpe
  • Sprühsystemtank
  • Sprühsystemringe und -düsen

Wenn ein Druckanstieg im Sicherheitsbehälter angezeigt wird, wird das Rückhaltesprühsystem automatisch gestartet und die Pumpen (normalerweise mit 3 × 100% Redundanz) saugen aus dem Tank (es kann auch ein Tankwasserspeicher verwendet werden) und pumpen das Wasser in Sprühdüsen befindet sich im oberen Teil des Containments. Die Wassertropfen, die kühler als der Dampf sind, entziehen dem Dampf Wärme, wodurch der Dampf kondensiert. Dies führt zu einer Verringerung des Drucks des Gebäudes und verringert auch die Temperatur der Sicherheitsatmosphäre. Das Sprühsystem enthält normalerweise zusätzliche chemische Zusätze, die im Tank gelöst sind, um die Entfernung bestimmter Radionuklide aus der Sicherheitsatmosphäre zu verbessern. Insbesondere Radiojod, das von besonderer Bedeutung ist,

Die meisten  Containments für  Siedewasserreaktoren ( BWR) verwenden Druckunterdrückungspools, um die Integrität des Containmentgebäudes aufrechtzuerhalten. Die wichtigsten Containment-Designs sind Mark I, Mark II und Mark III. Die Mark I- und Mark II-Containments bestehen aus zwei Hauptteilen:

• Drywell . Ein Trockenbrunnen beherbergt das Reaktorkühlsystem.
• Wetwell . Ein Wetwell ist eine Unterdrückungskammer, in der ein großes Gewässer gespeichert ist, und wird daher üblicherweise als Unterdrückungsbecken bezeichnet.

Wassersprühsysteme werden normalerweise sowohl im Trockenbrunnen als auch im Nassbrunnen installiert. Das Mark III-Design besteht aus einem primären Sicherheitsbehälter und einem Trockenbrunnen.

Containment-Gebäude und Containment-Druckunterdrückungssysteme variieren stark in Abhängigkeit von bestimmten Reaktordesigns. In einigen Fällen können wirklich einzigartige Technologien installiert werden. Beispielsweise werden im Sicherheitsgebäude des KKW Loviisa zwei Eiskondensatoren als Druckunterdrückungssystem verwendet.