Temperaturverteilung in einem Ventil für den Einsatz mit Flüssigsalzen in einem solarthermischen Kraftwerk

Im Sommer 2011 wurde das Institut für Hydraulische Strömungsmaschinen mit der numerischen Simulation der Temperaturverteilung in einem Regelventil für Flüssigsalze beauftragt. Da in solarthermischen Kraftwerken sehr hohe Temperaturen des Transportmediums erforderlich sind, werden neben Thermoölen u.a. auch Flüssigsalze verwendet. Obwohl Flüssigsalze nahezu perfekte Eigenschaften für diesen Einsatzbereich mitbringen, darf nicht auf einen wesentlichen Nachteil vergessen werden: Das Auskristallisieren bei „niedrigen“ Temperaturen. Das im vorliegenden Fall verwendete Medium beginnt unter einer Temperatur von 221°C mit dem Auskristallisieren von festen Bestandteilen. Da jedoch die Ventile im laufenden Betrieb ständig bewegt werden müssen um einen kontrollierten Ablauf zu gewährleisten, darf an diesen Komponenten, vor allem an den verwendeten Dichtungen, die benötigte Liquidus-Temperatur niemals unterschritten werden. Um das zu gewährleisten, ist neben einer hervorragenden thermischen Isolierung in den meisten Fällen auch eine zusätzliche Heizung, speziell für den Anfahrvorgang, nötig.

In diesem Projekt sollte für ein zur Verfügung gestelltes Regelventil die thermische Isolierung mitsamt der Heizung modelliert, und vor allem im Hinblick auf ein mögliches Auskristallisieren, optimiert werden.

Dazu wurde die Geometrie in ANSYS 13 importiert, vergittert und anschließend mit den entsprechenden Randbedingungen modelliert und berechnet. Neben den Betrachtungen im stationären Zustand sei besonders auf die transienten An- und Abfahrvorgänge hingewiesen, für welche die angebrachte Zusatzheizung ausgelegt wurde.

Mit Hilfe der numerischen Simulation konnte sowohl eine ideale Position, als auch die Leistung für die Zusatzheizung ermittelt werden um zukünftig ein Auskristallisieren des Wärmeträgermediums in den Dichtungen des Ventils zu vermeiden und damit einen reibungslosen Betrieb zu ermöglichen.