Diskussion:Kesselstein
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Kesselsteinexplosion[Quelltext bearbeiten]
Nach dieser Beschreibung ist doch eine Kesselsteinexplosion kein Siedeverzug. -- 195.37.61.3 18:17, 15. Jan. 2007 (CET)
Kesselsteinexplosion durch abplatzenden Kesselstein?[Quelltext bearbeiten]
Ich halte die Darstellung, dass eine Kesselexplosion durch abplatzenden Kesselstein und dem Überdruck, der durch die schlagartige Verdampfung an der freiliegenden Wandung mit erhöhter Temperatur auftritt, für falsch.
Berechnung der Wärmemenge:
Q = m (Stahlvolumen unter abplatzenden Kesselstein) * cp (Wärmekapazität Stahl) * Delta T (Wandtemperatur - Sattdampftemperatur)
Q = rho * A (abgeplatzte Kesselsteinfläche) * s (Wanddicke Stahl) * Delta T
Annahme: A = 1 m2 (ist doch schon was) s = 0,012 m (Dicke Flammrohr) Delta T = 450°C (überhitze Wandtemperatur) - 200 °C (Sattdampftemp. bei ca. 10 bar)
Q = 7800 kg/m^3 * 1 m^2 * 0,012 m * 0,45 kJ/(kg K) * 250 K Q = 10.5 MJ
Verdampfte Wassermasse (Verdampfungsenthalpie dhv ca. 2000 kJ/kg bei 10 bar: m (Wasser) = Q / dhv = 5,2 kg (Dampf)
Entsprechendes Volumen bei 10 bar Sattdampfbedingung: Vx (Dampf) = m Dampf / rho (10 bar) Vx = 5,2 kg / 5,5 kg/m^3 = 0,95 m^3
Nehmen wir nun einen Einflammrohrkessel um 1900 hat er typisch folgende Dimensionen (Schlippe, die Dampfkessel, 4. Aufl. 1913, S. 133)
D = 1,5 m / L (Kessel) = 5 m / D(Flammrohr) = 0,5 * D = 0,75 V (Kessel) = 6,6 m^3 (Volumen des Wasser-Dampf-Raumes)
Volumen des Damfraumes ca. 1/4 des Kesselvolumens: V (Dampfraum) = 1,65 m^3
Durch die schlagartige Verdampfung des Kesselsteins würden 0,95 m3 Dampf zusätzlich in den Dampfraum gelangen, der Druck steigt;
p 2 (nach Abplatzen) / p 1 (Betriebsdruck) = ( V (Dampfraum) + Vx ) / V (Dampfraum) p2 / p1 = 1,57 ; p2 = 15,7 bar
Jetzt kann man noch etwas iterieren, da die Dichte des Dampfes auf den Enddruck zu beziehen ist; man erhält dann mit rho (14 bar Sattdampf) = 7,1 kg/m^3;# p2 / p1 = 1,4 und p2 = 14 bar Diese Druckerhöhung dürfte nicht zum Aufreißen führen.
Die Festigkeit des Kesselstahls nimmt mit zunehmender Temperatur deutlich ab. Neben wir das übliche Kesselblech St35.8: Festigkeit(Streckgrenze): 200°C: 186 N/mm^2 // 450°C: 88 N/mm^2 => Die Festigkeit nimmt um das 2,1 fache ab. Dagegen steigt der Druck beim Abplatzen nur um das 1,4-fache. Der Festigkeitsverlust des Kesselstahls durch die höhere Betriebstemperatur bei Kesselsteinbelag und behinderter Wärmeleitung ist der ausschlaggebende Faktor für Kesselexplosionen. Hinzu kommt, dass durch das An- und Abfahren des Kessel und daraus resultierenden Wechselbeanspruchung Risse wachsen und dann das Aufreißen begünstigt wird. Die Kesselsteinabplatztheorie ist wesentlich unwahrscheinlicher.
Ich möchte hierzu den Schlippe S. 233 zitieren: Starke Kesselsteinkrusten geben unter Umständen auch zu Beschädigungen des Kessels Anlaß. Sie heben die Berührung zwischen Kesselwand und Wasser ganz auf, so daß die nunmehr glühend werdenden Kesselbleche sich ausbeulen und schließlich aufreißen. ..
Außerdem ist mir der Begriff Kesselsteinexplosion bisher nicht begegnet. Der Abschnitt sollte überarbeitet werden.
Antwort[Quelltext bearbeiten]
Hallo unbekannter Beitragender!
Mein kritisierter Beitrag beruht auf der Lektüre eines Artikels der Zeitschrift Mare über den Beruf der Kesselklopfer.
Ich zitiere wörtlich:
"Die Arbeit dieser „Schietgängs" war um die Mitte des 19. Jahrhunderts entstanden, als Dampfschiffe die Segelschiffe verdrängten. Sie war nötig geworden, weil durch den aggressiven Belag die Kesselrohre porös wurden. Außerdem platzten durch thermische Spannungen Placken des Steins vom Kessel ab; wegen des darauf am blanken Stahl explosionsartig verdampfenden Wassers konnte Überdruck das Ganze zum Bersten bringen. Kesselsteinexplosionen waren gefürchtet und forderten viele Opfer."
Die aktuelle Ausgabe von Mare steht noch in den Bahnhofsbuchhandlungen. Im Moment ist der Artikel auch noch im Internet abgreifbar. Link siehe Hauptartikel.
Das klingt mir nicht nach Seemannsgarn.
1. Außerdem weise ich darauf hin, dass es sich nicht um die kleinen Dampfkessel von Lokomotiven oder die noch kleineren von Dampfwagen handelt, sondern um die riesigen Dampfkessel großer Schiffe. Ich verweise auf das Bild eines solchen Dampfkessels im Artikel Mare No. 66 Seite 82.
Auf den Schiffen waren teilweise vollschichtig mehrere Leute damit beschäftigt Kohle in riesige Feuer nachzuschaufeln. 450 Grad kommen mir da irgendwie wenig vor. Ich bin absolut kein Experte für Dampfkessel und schon gar nicht für große Dampfkessel, aber wie kommen die 450 Grad zustande?
Vor einiger Zeit habe ich einen Tresor gekauft, um die Sicherungsbänder unseres Rechenzentrums feuerfest unterzubringen. Der SP 120 Tresor war so definiert, dass das zu schützende Gut 120 Minuten eine Brandtemparatur von 1059 Grad aushält. Wenn Häuser mit 1059 Grad abbrennen, warum erhitzt das Kohlefeuer im Bauch eines großen Kreuzfahrschiffs den Kessel nur auf 450 Grad?
2. Der auf Seite 82 abgebildete zylindrische Kessel wird von 5 Reihen von je 4 Pferden gezogen und hat einen Durchmesser von 4,50 - 5 Meter. Wenn da sich der Kessel verzieht und die Kesselsteinschicht großflächig abplatzt, der Stahl gleichzeitig eine wärmebedingt geringere Festigkeit hat, kann ich mir gut vorstellen dass da ganz andere Werte in die Formeln einzutragen sind.
3. Der Begriff findet sich z.B. hier:
http://www.beratherm.ch/thema_kalkbildungen.html
Der Begriff Kesselsteinexpolosion findet Google Books auch im Stichwortverzeichnis des Lehrbuch der anorganischen Chemie von Arnold F. Holleman, Egon Wiberg, Nils Wiberg siehe:
Sollten Sie, wie Ihr Buchbesitz zeigt, ein starkes Interesse an der Dampftechnik haben, fände ich es schön, wenn diese Hinweise Sie veranlassen würden, ein wenig in die alten Bücher über Dampfschiffe zu sehen. Das Thema ist keines über das ich arbeiten möchte, aber eines über das ich gerne etwas lesen würde. Das gilt für die riesigen Dampfschiffe ebenso wie für die Dampfwagen über deren Existenz ich bis vor kurzem fast gar nichts wußte, nach einem Museumsbesuch nun aber den deutschen Wikipediaartikel geschieben habe.
Gruß
Claus Ableiter 15:06, 2. Mär. 2008 (CET)
- Kompromiß-Theorie: Durch die Kesselsteinablagerungen wird der Wärmeübergang behindert und der Stahl erhitzt sich übermäßig, wodurch sich die Festigkeit - wie von RaSi57 (dem "unbekannten Beitragenden", der wohl nur vergessen hat, zu unterschreiben) erklärt - massiv verringert. Wenn nun eine große Menge Kesselstein abplatzt kommt ein weiterer Faktor ins Spiel: Thermoschock! Durch die schnelle Abkühlung des Wandmaterials entstehen zusätzlich zu den Spannungen durch Innenndruck auch noch lokale Thermospannungen durch ungleiche Wandtemperaturen. Ich könnte mir vorstellen, daß diese massiven Spannungen zur Überlastung des durch die hohe Temperatur bereits geschwächten Materials führen könnten. So wäre das Abplatzen des Kesselsteines zwar der Auslöser des Berstens, jedoch nicht wegen Druckanstieg durch plötzliche Verdampfung, sondern wegen der Materialspannungen. --Tetris L 15:48, 3. Mär. 2008 (CET)
.. und weiter[Quelltext bearbeiten]
Danke für eure Antworten .. habe vergessen zu unterschreiben --Rasi57 21:36, 4. Mär. 2008 (CET)
Die Temperaturbegrenzung von 450°C hatte ich deshalb verwendet, da bei höheren Temperaturen für die niedrig legierten Kesselstähle H2 oder St35.8 keine Streckgrenzen in den Normen mehr angegeben sind. D.h. die Stahlsorten dürfen bei höheren Temperaturen nicht mehr eingesetzt werden, bei 600°C - da fängt es an zu Glühen - sind diese Stähle butterweich und bei Druckbelastung beulen sie aus und das Bauteil berstet.
Während die Wärmemenge durch Abplatzen des Kesselsteins linear mit der Temperaturdifferenz ansteigt ist der Abfall der Streckgrenze bei den sehr hohen Temperaturen stärker als linear, so dass der Effekt des Werkstoffversagens durch Abfall der Streckgrenze noch drastischer wirkt, als bei den angenommenen 450°C in dem Beispiel.
Claus Ableiter hat sich auf die großen Schiffsdampfkessel bezogen; die Schottischen Kessel mit großem Durchmesser sind gut in dem Artikel Dampfschiff beschrieben. Es handelt sich um einen zweizügigen Flammrohr-Rauchrohr-Großwasserraumkessel mit bis zu 4 Flammrohren (= 4 Feuerungen). So hatte die Titanic 29 Dampfkessel und jeder Kessel hat bis zu 4 Flammrohre. Der Wasserinhalt betrug so um 30 m3. Der Durchmesser der Flammrohre dürfte 1,2 bis 1,4 m nicht überschritten haben. Als worst-case-Fall ist das Abplatzen einer großen Kesselsteinfläche an einem Flammrohr denkbar, da es sich hier um die größte zusammenhängende Heizfläche handelt. Aufgrund des sehr großen Kesselvolumens der Schottischen Kessel ist die mögliche Kesselsteinabplatzfläche im Verhältnis zum Dampfraumvolumen deutlich kleiner als in dem dargestellten Beispiel. Es ist ja nicht das gleichzeitige Abpaltzen an mehreren Flammrohren im Sekundenezeitraum zu unterstellen. Daher halte ich das Bersten eines Kessel durch einen hohen spontanen Verdampfungsvolumenstrom und Auftreten eine Überdruckes nicht für denkbar.
Es gibt noch ein weiteres Argument: In meinem Beispiel hatte ich einen Dampfmassenstrom von 5 kg bei einer Fläche von 1 m2 ermittelt. Die Dampfblase muss in dem Kesselwasser nach oben steigen, und hier dürfte erstmal eine starke Abkühlung und Teilkondensation bei Aufsteigen im Kesselwasser stattfinden. Die beim Abplatzen möglicherweise frei werdende Energie ist nämlich im Verhältnis zum Wärmeinhalt des Kessel sehr gering. Dann kommt hinzu, dass bei einer unterstellten Kesselleistung von 2,5 t/h dieser zusätzliche Dampfvolumenstrom in 7 Sekunden von Sicherheitsventil abgeführt werden könnte. Bei einer sehr starken Überhitzung einer Heizfläche tritt erstmal die Filmverdampfung auf (der Wassertropfen auf der Herdplatte), so dass der Wärmeübergangskoeffizient gegenüber der Blasenverdampfung sehr gering wird (siehe Wasserdampf), da sich eine isolierende Dampfschicht ausbildet.
Einen unzulässigen Druckanstieg durch Abplatzen von Kesselstein halte ich für ausgeschlossen. Ich glaube, dass die Theorie aus dem zitierten Artikel so zustande gekommen ist: Durch sehr starken Kesselsteinbelag ist die Wandtemperatur angestiegen. Bei Temperaturen von 500 - 600°C hat wurde das Flammrohr durch den Festigkeitsverlust bei der hohen Temperatur nach innen eingebeult (Druck von außen). Der spröde Kesselstein hat sich dann natürlich vom Flammrohr gelöst. Dann wurde Ursache und Wirkung vertauscht und das beobachtete Abplatzen nach einem Schadenereignis als Ursache dargestellt. --Rasi57 21:36, 4. Mär. 2008 (CET)
Literaturstelle
Ich habe eine Literaturstelle in dem damals verbreiteten Fachbuch aus der Göschensammlung (Sammlung Göschen, Die Dampfkessel von Friedrich Barth, Bau- und Betrieb der Dampfkessel, Leipzig 1911) gefunden, die meine obigen Berechnungen und These stützt und die gleiche Aussage aufführt: Es ist unwahrscheinlich, dass eine durch Wassermangel glühende Fläche in einem Dampfkessel so eine Dampfmenge entwickeln kann, dass diese nicht mehr durch das Sicherheitsventil abgeführt werden kann (Siehe S. 139 oben). Diese Wärmebetrachtung kann natürlich auch auf den Fall des Abplatzens eines großen Kesselsteinbelages von einer glühenden Fläche bezogen werden. Der Begriff Sphäroidalzustand des Wassers (3. Abschnitt auf der S. 138 des zitierten Buches) steht offensichtlich für den heutigen Begriff Filmsieden, den ich auch meiner Argumentation als den Verdampfungsprozess verzögernden Einfluss erwähnt habe.
Ich werde mir erlauben, den Seemannsgarn von den Dampfkesselexplosionen, die durch Überdrücke, die durch abplatzenden Kesselstein und Sicherheitsventilen, die diese Dampfmenge nicht abführen können, verursacht worden sein sollen, zu streichen. --Rasi57 20:23, 11. Mär. 2008 (CET)
Die Argumente scheinen mir überzeugend. Der Artikel aus Mare, den ich zitiert habe, irrt da wohl. Gruß. Claus Ableiter 00:58, 14. Mär. 2008 (CET)
... weitere Überlegung[Quelltext bearbeiten]
Was m.M. nach gar nicht berücksichtigt wird ist das Verhalten von Kesselstein auf einer glühenden Fläche. Ich kann mir irgendwie nicht vorstellen das es der Ks. überhaupt dort bis zum glühen des Grundmaterials aushält. Das die Wandung einer höheren thermischen Belastung ausgesetzt ist bleibt unbestritten, aber alleine durch die unterschiedliche Wärmeausdehung von Stahl und Ks. dürfte es vor dem glühen bereits zu einer Ablösung kommen. Timmy 00:01, 14. Mär. 2008 (CET)
Der Kesselstein haftet je nach Zusammensetzung und ggf. getroffenene Gegenmaßnahmen (Phophatzugabe) unterschiedlich fest auf den Heizflächen. Aber das Abschlagen mit Spitzhämmern war früher notwendig , um den Kesselstein mechanisch zu entfernen. In dem u.a. Buch vom Mayr gibt es ein Foto auf der S. 363, das die mit Kesselstein überzogenen Rauchrohre eines Lokomotivkessels zeigt. Der Kesselstein hat die Zwischenräume der Rohre ganz ausgefüllt. Nur an einigen Stellen ist der Kesselstein abgeplatzt, was aber auch durch die Demotage des Mantels verursacht worden ist. Ich nehme mal an, dass durch die Überhitzung ein Kesselrohr aufgeplatzt ist. Da den Rauchrohren noch die Feuerbüchse vorgelagert ist, sind die Rauchgastemperaturen in den Rohren nicht so hoch wie in einem Flammrohr und der Wärmestrom ist entsprechend niedriger, so dass die Rauchrohre mehr Kesselstein verkraften, als die direkt strahlungsbeaufschlagten Heizflächen wie etwa das Flammrohr. Ich würde es so einschätzen, dass der Kesselstein auf den Heizflächen im wesentlichen haften bleibt, bis eine das Eindellen oder Ausbeulen des Bauteils auftritt. Die Bruchdehnungen der Werkstoffen von einfachen Kessel liegen um 25 %, so dass dann auch eine heftige Verformung auftritt. Aus urheberrechtlichen Gründen darf ich das Foto ja nicht einscannen. --Rasi57 21:34, 14. Mär. 2008 (CET)
Kedelklopper[Quelltext bearbeiten]
Im Text steht "Im 19. und 20. Jahrhundert wurden Dampfkessel zumeist ohne Wasseraufbereitung betrieben. Der Kesselstein musste daher von Kesselklopfern mechanisch mit Spitzhämmern abgeschlagen werden.". Hier wäre vielleicht in Link zur Kedelkloppersprook interessant. Gruß --Akapuma 17:15, 6. Okt. 2010 (CEST)
umstrittener Mythos Pov?[Quelltext bearbeiten]
da steht: "In Italien ist es üblich, in Wasserkessel einen kleinen Brocken Marmor zu legen, der den Kalk an sich binden soll. Die Effektivität dieser Methode ist umstritten."
1. Ist das Aberglaube, Unsinn, Pov oder gibt es eine Quelle? 2. Wieso ist das umstritten? 3. Gibt es denn keine experimentelle Möglichkeit oder ist das nur schlecht recherchiert? --91.34.217.157 13:50, 5. Sep. 2013 (CEST)