Kondensatpumpen sind für die Förderung von flüssigen Medien konzipiert. Dahingegen kann Dampf oder gasförmigen Medien mit solchen Pumpen nicht gefördert werden.

Darin liegt die Ursache für Probleme, die beim Auftreten von Kavitation in Kondensatpumpen entstehen. Kavitation bezeichnet die Bildung von Dampfblasen in der geförderten Füssigkeit, wobei eine Mischung von Gas und Flüssigkeit mit kleinerer Dichte eintsteht. Durch dieses Zweiphasengemisch reduziert sich der Pumpenwirkungsgrad der Pumpe. Die Fähigkeit der Pumpe zum Fördern der Flüssigkeit lässt nach und es kommt zu weiteren Schwierigkeiten. Im Bereich der Dampftechnik trifft man häufig im Zusammenhang mit elektrischen Kondensatpumpen auf Kavitation.

Kavitation rührt vom verdampfenden Kondensat in der Pumpe her und sollte nicht mit Problemen infolge von außen in die Pumpe einströmendem Dampf verwechselt werden. Dieser Abschnitt widmet sich daher dem Verdampfungsvorgang im Inneren der Pumpe, den Ursachen für diesen Phasenübergang und schließlich praktischen Methoden, um Kavitation zu verhindern.

Wenn Wasser sich dem Siedepunkt nähert, verwandelt sich ein Teil der Flüssigkeit in Dampf. In einer Pumpe kann dieser Vorgang an Orten verringerten Drucks auftreten. Solche Zonen entstehen durch die Rotation des Pumpenlaufrades. Die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit bedingt einen Abfall des statischen Drucks. Das führt zur Verdampfung des heißen Kondensats, wodurch Dampfblasen entstehen.

Es gibt mehrere möglich Faktoren in Bezug auf den Net Positive Suction Head (NPSH), die die Verdampfung begünstigen:

• Hohe Kondensattemperaturen führen zu mehr Vedampfung im Pumpengehäuse
• Höhere Drehzahlen erzeugen höhere Strömungsgeschwindigkeiten am Pumpenlaufrad und damit einen größeren lokalen Druckabfall.
• Bei unzureichender Zulaufhöhe steht nicht genügend statischer Druck an, so dass die Verdampfung begünstigt wird.
• In seltenen Fällen kann auch eine verjüngte Zulaufleitung zu hohem Druckverlust am Pumpeneintritt führen.

In solchen Fällen ist zwar das lokal vorhandene Entspannungsdampfvolumen groß, aber der Inhalt an latenter Wärme ist gemessen an der Gesamtmasse des Gemisches gering. Wenn sich dann der Entspannungsdampf mit dem Kondensat vermischt, kollabieren die Dampfblasen in der umgebenden Flüssigkeit. Diese Implosionen erzeugen beträchtliche Kräfte und die entstehenden Druckstöße sind durch knackende Geräusche wahrnehmbar. Diese sind für das Anlagenpersonal ein deutliches Warnsignal für auftretende Kavitation.

Kavitationsgeräusche sind äußere Anzeichen für Schäden, die in der Pumpe entstehen. Diese Geräusche erinnern an das Rasseln beim Schütteln eines mit Kieselsteinen gefüllten Bechers. Kavitation kann nicht nur an der Pumpe selbst zu Schäden führen, sondern auch an der Rohrleitung und anderen verbundenen Anlagenteilen.

Die schnelle Bildung und Implosion von Dampfblasen durch Kavitation führt zu Erosion des Pumpenlaufrads und -gehäuses und beschädigt die inneren Oberflächen von Pumpen und Rohrleitungen. Wenn das Kondensat nicht mehr effektiv gepumpt werden kann, entsteht außerdem Kondensatrückstau und damit ideale Voraussetzungen für Korrosion. Die Korrosion von Rohrleitungen und Anlagenkomponenten infolge Kondensatrückstau sowie die Erosion von Pumpeninnenteilen wie Laufrädern sind zwei Schadensbilder, die von außen nicht erkennbar sind. Es können aber vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden, um solche versteckte Probleme zu vermeiden.

Wie man sich vorstellen kann nützt die Installation von Entlüftern oder ähnlichen Komponenten nicht zur Vermeidung von Kavitation, da solche nur das von außen eingedrungene Gas ausschleusen können, nicht aber die Ursache von Kavitation beheben können. Um die Enstehung von Kavitation zu vermeiden muss dafür Sorge getragen werden, dass die Bildung von Dampfblasen in der Pumpe ausgeschlossen wird.

Selbst wenn die Kondensattemperatur am Pumpeneintritt zunächst deutlich unter dem Siedepunkt liegt besteht immer noch die Gefahr von Kavitation, indem ein Teil der Flüssigkeit verdampfen kann. Die Verdampfung von Kondensat kann auftreten bei leichtem Temperaturanstieg oder Druckabfall, wenn der Dampfdruck schwankt, wenn verschiedene Verbraucher in einen gemeinsamen Kondensatsammler entwässern, wenn Bypassventile geöffnet sind oder wenn Leckagen in Kondensatableitern bestehen.

Die Berechnung des verfügbaren NPSH-Werts der Anlage am Pumpeneintritt (NPSHA) und die sorgfältige Auswahl einer Pumpe mit entsprechend passendem erforderlichen NPSH-Wert (NPSHR) kann hilfreich sein, um die Gefahr von Kavitation und damit einhergehenden Schäden zu vermindern. Es gibt aber immer noch genügend Anwendungsfälle, wo schlichtweg nicht genügend Zulaufhöhe für den Einsatz kostengünstiger elektrischer Pumpen zur Verfügung steht, um das Auftreten von Kavitation auszuschließen. Bei steigender Kondensattemperatur kann Kavitation in jeder Kreiselpumpe entstehen, sobald der verfügbare NPSH-Wert der Anlage (NPSHA) niederiger ist als der erforderliche NPSH-Wert der Pumpe (NPSHR).

Dieser Artikel befasst sich nicht mit der Austrittseite von elektrischen Kondensatpumpen, aber es ist ebenso notwendig, die benötigte Gesamt-Förderhöhe (TDH) der Anlage zu berechnen, so dass eine Pumpe mit entsprechender Pumpenförderhöhe (TDP) ausgewählt werden kann. Oft ist eine Pumpe, die entsprechend dem NPSH-Wert ausgewählt wurde, nicht die beste in Bezug auf schwankende Förderhöhen in der Anlage (TDH), aber das ist vielleicht ein Thema für einen weiteren Artikel aus dieser Reihe.

Glücklicherweise kann Kavitation durch den Einsatz von dampf- oder druckluftbetriebenen Kondensatpumpen anstelle von elektrischen Pumpen komplett ausgeschlossen werden. Die Vermeidung von Kavitation in Kondensatpumpen wird näher im Artikel:

• Kondensatrückführung mit und ohne Pumpe