Höyrykattilan sisältämän energian laskenta?

Mikko Koho

unread,

Jul 30, 2016, 2:55:01 AM7/30/16

to

Tehtävä olisi seuraavanlainen:
Meillä on tietyntilavuuksinen höyrykattila jossa on tietty määrä vettä ja pannu on ajettu tiettyyn paineeseen. Yhtäkkiä tapahtuu se pahin mahdollinen ja pannu räjähtää täysin yllättäen niin että energiapurkausta voidaan pitää yhtäkkisenä. Miten voisi olla laskettavissa että minkälaisia energiamääriä tuollaisesta paukusta vapautuu? Homma voisi olla toki koulutehtävä mutta itseä kiinnostaa lähinnä se minkälaisen vastuun käytönvalvojat ja lämmittäjät ottavat ja olisi ihan kiva verrata sitä esim. siihen että höyrypannun tilalla on jotain louhintaräjähdettä. Mikä olisi oikea tie lähteä ratkomaan ongelmaa, entalpialaskut tai vastaavat?

Ps. Tuossa viereisellä pöydällä on kirja jossa on kuva kun näin on oikeasti käynyt. Höyryveturista jäi alusta, pannun etuosa ja ohjaamo jäljelle, keskellä on ammottava aukko. Ainakin kuljettaja kuoli.

Juhani Varemo

unread,

Jul 30, 2016, 3:01:26 PM7/30/16

to

Valitettavasti en osaa vastata matemaattisen täydellisesti kysymykseesi,
mutta voin vahvistaa että käytännössä se on riittävä. Muistaakseni veden
muuttuessa normaalipaineiseksi höyryksi sen tilavuus 1700-kertaistuu. Eli
litrasta/kilosta vettä tulee 1,7 m³ höyryä. Jos 1000 l yli sata-asteista
paineistettua vettä pääsee kerralla vapauteen niin höyryä syntyy jossakin
ajassa 1700 m³. Ei ihan vähäinen määrä siis. Syntyvä paineprofiili riippuu
kai veden lähtölämpötilasta ja siitä miten nopeasti ja täydellisesti
höyrystyminen tapahtuu sekä siitä miten ympäristö pyrkii rajoittamaan höyryn
laajentumista (mahdollistaen paineen nousun kunnes joku antaa periksi).

Minulla on itse ottamani kuva pannuhuoneesta (siis entisestä sellaisesta)
jossa teknisen virheen vuoksi kattila oli pettänyt. Varaajassa ja pannussa
olleen ylikuumentuneen veden määrä lienee ollut luokkaa 2000 l. Varaaja oli
kuitenkin kestänyt ja sen sisältö oli purkautunut lähinnä isojen putkien ja
yhteiden aukoista.

Tiili/betonirakenteisesta noin 4x4 m tilasta ei ollut jäljellä yhtään
seinää, jokainen seinä oli nurin ja tiilet lentäneet ympäristöön. Tilan
kanssa yhteisen seinän jakaneen rakennuksen rakenteet olivat myös kärsineet
paljon, satojen kilojen betonipalkkeja oli murskautunut ja siirtynyt
paikoiltaan rikkoen muurattuja seinärakenteita. Tilassa olleet laitteet
(kattila, varaaja, putkia ym) olivat mikä missäkin ja miten päin sattui,
yhtenä vääntyneen rojun mylläkkänä.

Ilmeisesti varoventtiili oli jumiutunut ja laitosta lämmitettiin
epähuomiossa liikaa. Oli muutamasta minuutista ja tuurista kiinni että
ihmisuhreilta vältyttiin.

Tuon näkymän jälkeen on oman lämpökeskukseni varoventtiilit tullut
tarkistettua usein ja tavallista huolellisemmin :-)

Mikko Koho

unread,

Jul 30, 2016, 6:14:51 PM7/30/16

to

Päädyin käyttämään massatase- ja ominaisentalpiamenetelmää. Ensin laskin pannun jossa on 8000kg vettä (ajatusvirheen vuoksi en huomioinut veden tiheyttä vaan oletin jääräpäisesti että 1l=1kg mutta se sallittakoon aloittelijalle) ja 2m³ höyryä 15bar paineessa ja laskin sen kokonaisentalpian (vesi+höyry). Lämpötila oli tuossa n.200 Celsiusta. Sitten laskin että paljon tuosta 8000kg vesimäärästä jää vedeksi kun paine putoaa normaaliin ilmakehän paineeseen ja tulos oli että vedeksi jää 6464,5kg ja loput 1535,5kg höyrystyy höyryksi. Sitten kun tiesi vesi- ja höyrymäärät (massahan pysyy vakiona) normaalin ilmakehän paineessa niin pystyi laskemaan syntyvän höyrymäärän ja entalpioiden erotuksen ennen- ja jälkeen onnettomuuden. Tulos oli että höyryä vapautuisi kokonaisuudessaan n.1500m³ (n.11,6m kanttiinsa oleva kuutio) ja vapautuva energiamäärä on luokkaa 1,884MJ ja se vastaa suunnilleen 500-700g louhintaräjähdettä. Eli ihan hyvä syy miksi paineastioille vaaditaan asianmukaiset paperit omaava käytönvalvoja ja riittävän pätevät lämmittäjät.. :)

Mikko Koho

unread,

Jul 30, 2016, 7:30:43 PM7/30/16

to

Tulipa tehtyä pieni mutta merkittävä laskuvirhe ja koska olen teknisen/tieteellisen puolen ihminen, en poliittisen, niin havaittuani virheen tunnustan ja pyrin korjaamaan sen, en pimittämään tai selittämään parhain päin. Tuo n.1500 olikin kilogrammoja, todellinen höyrymäärä on tilavuutena n.2600m³ ja täyttyvän kuution sivunpituus on n.13,74m. Toisesta suunnasta lähestyen tämä tulos on likipitäen oikein mutta mikäänhän ei ole koskaan täydellisen varmaa.. :)

Viljo Mustonen

unread,

Jul 31, 2016, 1:34:54 AM7/31/16

to

Jatketaanpa hieman.
Jos tuo höyrymäärä vapautuu silmän räpäyksessä 2600m³ tilaan, niin paine
nousee lähes barin paineeseen. Sitähän mikään normaali rakennus ei kestä.

--
Viljo

Matti Lehtiniemi

unread,

Aug 1, 2016, 2:06:59 AM8/1/16

to

>Meillä on tietyntilavuuksinen höyrykattila jossa on tietty määrä vettä ja pannu on ajettu tiettyyn paineeseen. Yhtäkkiä tapahtuu se
>pahin mahdollinen ja pannu >räjähtää täysin yllättäen niin että energiapurkausta voidaan pitää yhtäkkisenä. Miten voisi olla
>laskettavissa että minkälaisia energiamääriä tuollaisesta paukusta

Muistan nähneeni televisiodokumentin 1800-luvun englannista, jossa noita kehiteltiin.
Pannuja räjähteli, ihmisuhrit kai laskettiin sadoissa.
Yhdessä tapauksessa oli pesijät menneet vesisuihkun kanssa kattilan sisälle ja ilman supistuminen oli rysäyttänyt kattilan hajalle
sisäänpäin.
Muistaakseni pesijät kuolivat.

Toimivassa markkinatalousyhteiskunnassahan näitä voisi kehitellä tutki-kokeile-testaa -menetelmällä.Ei tarvitsisi mitään hankalia
laskuja tehdä.
Katsoisi vaan milloin pannu räjähtää.
Ja sitten kun laskuja alettaisiin tekemään , olisi se paljon mielenkiintoisempaa.
Pallon muotoinen kattila olisi optimaalinen laskuja tehtäessä, seinien saadessa tasaisen paineen.

Pallohan on tietysti optimaalinen muoto, jos halutaan maksimoida sisällä olevan höyryn määrä suhteessa käytettyyn
rakennusmateriaaliin(rauta).
Palloa ei voi laittaa rautateille... Lieneekö höyryvetureissa käytetty lieriönmuotoinen säiliö juuri venytetty pallo.Pallo piti
venyttää raiteiden suuntaan.

Matti