Nestekaasun höyrystäminen
Nestekaasu lienee lähes kaikille meistä ainakin jossakin määrin tuttu polttoaine, jos ei muuten niin kaasugrillin energianlähteenä.
Suomessa nestekaasu on lähes täysin propaania, ja sen kiehumispiste on -42 astetta celsiusta. Näin ollen kaasua höyrystyy valmiiksi kaasupulloon käytännössä kaikissa normaaleissa käyttöolosuhteissa. Kaasun ja nesteen osuus pullossa vaihtelee sen mukaan, kuinka paljon nestekaasua pullossa on jäljellä ja kuinka lämmintä on. Pienen kulutuksen, kuten kaasugrillin, jääkaapin, hellan tai vastaavan ollessa kyseessä kaasua ehtii höyrystyä pulloon lisää nopeammin kuin sitä kuluu. Poikkeuksena mainittakoon erittäin kylmät talvipäivät, jolloin kaasua ei juuri höyrysty.
Nestekaasu teollisuudessa
Kotitalouskäytön lisäksi nestekaasu on varsin tärkeä energialähde myös teollisuudessa ja sitä käytetäänkin laajasti kaikenlaisissa teollisuusprosesseissa laidasta laitaan. Pieneen kulutukseen riittää usein yksi tai useampi, hyvin pitkälti kotitalouspulloa vastaavaa, mutta tyypillisesti 33 kiloa kaasua sisältävä pullo taikka sitten niin sanottu maxi-pullo, jossa kaasua on jo 190 kiloa. Mikäli pulloista ei riitä kaasua järkeväksi ajaksi, siirrytään käyttämään varsinaista säiliötä, joka voi olla sitten kooltaan muutamasta kuutiosta aina useampaan sataan kuutioon.
Kaasu käyttäytyy isossakin säiliössä samaan tapaan kuin pullossa, eli osa kaasusta höyrystyy itsestään. Teollisessa käytössä kulutus on kuitenkin sen verran suurta, että tyypillisesti kaasua ei ehdi höyrystyä yhtä paljon kuin sitä kuluu, vaan säiliöstä alkaa virrata ulos nestekaasua myös nestemäisenä. Kaasupolttimet on kuitenkin joitakin poikkeuksia lukuun ottamatta suunniteltu polttamaan nimenomaan kaasua, joten nestekaasu on saatava kokonaisuudessaan kaasumaiseen olomuotoon ennen sen päätymistä käyttökohteelle. Siihen tarkoitukseen oikea laite on nimeltään nestekaasuhöyrystin.
Mikä on nestekaasuhöyrystin?
Nestekaasuhöyrystin on kaikessa yksinkertaisuudessaan lämmönsiirrin, jolla siirretään riittävä määrä lämpöä nestemäiseen nestekaasuun sen saattamiseksi kaasumaiseen tilaan. Höyrystimen toteutustapoja on sitten useampia erilaisia ja niitä voidaan jaotella lämmönlähteen taikka rakenteen mukaan.
Erilaisten nestekaasuhöyrystinten toimintaperiaatteet
Höyrystimien lämmönlähteenä toimii useimmiten joko yksi tai useampi sähkövastus taikka kuuma vesi. Joissakin erikoistapauksissa lämpö voidaan tuoda kuuman höyryn muodossa tai suoraan kaasua polttamalla, mutta nämä ovat selvästi harvinaisempia ratkaisuja.
Rakenteellisesti höyrystin voi olla joko kuivahöyrystin, mikä tarkoittaa sitä, että siinä ei käytetä lainkaan lämmönsiirtovälinestettä, taikka välinesteellinen, mikä taas tarkoittaa sitä, että lämpö siirretään ensin vesi-glykoliseokseen (tai vesilämmitteisen höyrystimen tapauksessa kiertovesi itsessään toimii välinesteenä).
Sähkölämmitteinen kuivahöyrystin
Sähkölämmitteinen kuivahöyrystin on tyypillisin valinta suhteellisen pieniin käyttökohteisiin, joissa kaasua tarvitaan luokkaa 50-200 kiloa tunnissa, joskin rinnan asennettuna niitä voidaan hyvin käyttää myös isommissa kohteissa. Tällaisessa höyrystimessä sähkölämmitysvastus sekä kaasukierukka, jossa kaasu virtaa, on valettu alumiinisydämen sisään. Vastus kuumentaa alumiinisydämen, joka sitten siirtää lämmön kaasuputkeen. Kuivahöyrystin on edullinen ja pääosin hyvin luotettava ratkaisu, joka ei vaadi juurikaan huoltoa. Se on normaalisti käytössä pitkäikäinen ja kestävä, mutta on syytä huomioida, että vastuksen palaessa sitä ei voida vaihtaa. Tämän vuoksi ratkaisu soveltuu lähinnä varsin pienen yksikkökoon edullisiin höyrystimiin.
Sähkölämmitteinen välinesteellinen höyrystin
Sähkölämmitteinen välinesteellinen höyrystin on toteutukseltaan muuten vastaava kuin kuivahöyrystin, mutta siinä sähkövastus tai useampi lämmittää vesi-glykoli-seosta, josta lämpö siirtyy kaasuun. Välinesteellinen höyrystin on paremmin huollettava, mutta toisaalta rakenteellisesti hieman monimutkaisempi ja siksi arvokkaampi. Sen vuoksi välinesteellisiä höyrystimiä käytetään tyypillisesti hieman suurempaa kapasiteettia vaativissa kohteissa. Välinesteellisen höyrystimen tapauksessa on tärkeää huolehtia, että välinestettä on aina riittävästi, jotta lämmitysvastus pysyy kokonaan vedessä eikä pääse ylikuumenemaan.
Kaasua polttava höyrystin
Suoraan kaasua polttavilla höyrystimillä on myös oma paikkansa sellaisissa kohteissa, joissa kuumaa vettä ja toisaalta voimavirtaa ei ole helposti saatavilla. Tyypillisin esimerkki lienee maatilojen viljankuivauskohteet. Näissä on atmosfääripoltin, joka polttaa kaasumaista kaasua ja lämpö höyrystää lisää kaasua.
Kuumavesilämmitteinen höyrystin
Kuumavesilämmitteiset höyrystimet ovat tyypillisiä erityisesti suuren kapasiteetin kohteissa, vaikka ne toki soveltuvat yhtä hyvin pienillekin määrille. Tällainen höyrystin on laitteena kaikista yksinkertaisin, minkä vuoksi se on investointikustannukseltaan maltillinen.
Mitä suuremmaksi höyrystimen koko kasvaa, sitä edullisemmaksi vesilämmitteinen malli muuttuu verrattuna sähkölämmitteiseen. Tämä tietysti edellyttää sen, että käyttökohteessa on käytettävissä riittävät määrät riittävän kuumaa vettä (suunnilleen 60–80 astetta celsiusta). Se voi olla prosessin jäähdytysvettä tai ihan mitä tahansa muuta kuumaa vettä. Rakenteellisesti tämä on samanlainen kuin välinesteellinen sähkölämmitteinen höyrystin, paitsi että sähkövastuksia ei tietenkään ole, vaan niiden tilalla ovat yhteet kuuman veden tulolle ja lähdölle.
Nestekaasuhöyrystimen turvallinen käyttö
Kaikkien edellä mainittujen höyrystinversioiden on luonnollisesti kyettävä toimimaan mahdollisimman turvallisesti ja häiriöttömästi. Höyrystimet ovat painelaitteita, joiden paineluokan tulee olla vähintään PN25.
Varoventtiili ja magneettiventtiili
Vähimmäisvaatimus höyrystimen turvalaitteiksi ovat varoventtiili — jonka asetuspaine on alle tuon 25 baarin — sekä höyrystimen välittömään yhteyteen asennettu magneettiventtiili, jota neste-esteeksikin kutsutaan. Neste-esteeksi sen vuoksi, että turvallisen toiminnan näkökulmasta on hyvin tärkeää, ettei nestemäistä nestekaasua pääse höyrystimen jälkeen putkistoon. Nestemäinen kaasu saattaisi nimittäin höyrystyä omia aikojaan putkistossa esimerkiksi ympäristön lämpötilan vaikutuksesta, ja koska kaasumainen kaasu vie valtavasti enemmän tilaa kuin nestemäinen, nousisi paine putkessa rajusti.
Neste-este toimii yksinkertaisimmillaan niin, että lämpötila-anturi seuraa höyrystimen lämpötilaa ja pitää magneettiventtiilin suljettuna, mikäli lämpötila on liian matala täydellisen höyrystymisen varmistamiseksi. Tämän lisäksi voi järjestelmään olla yhdistettynä myös esimerkiksi mekaaninen kohoanturi — joka seuraa nestemäisen kaasun pinnankorkeutta höyrystimessä — tai itse kaasun lämpötilanmittaus.
Ylikuumenemissuoja
Sähkölämmitteisissä höyrystimissä tulee olla aina myös ylikuumenemissuoja, joka sammuttaa koko höyrystimen sellaisessa tapauksessa, että lämpötila nousee vaarallisen korkeaksi. Höyrystimen virran katketessa myös magneettiventtiili aina sulkeutuu. Lämpötila saattaa alkaa nousta esimerkiksi lämmitysvastusta ohjaavan termostaatin tai vastusta päälle ja pois kytkevän kontaktorin vikaantuessa.
Usein höyrystin varustellaan kahdella neste-estemagneettiventtiilillä paremman luotettavuuden saavuttamiseksi, koska jousivoimalla sulkeutuva venttiili on pitkällä aikavälillä altis jumiutumisille, varsinkin jos auki-kiinni liikettä tapahtuu hyvin harvakseltaan. Tyypillisesti magneettiventtiilit asennetaan höyrystimen edelle linjaan, jotta vikatilanteissa kaasua ei enää pääsisi lisää höyrystimen sisään.
Nestekaasu on luonnollisesti räjähdysvaarallista, joten höyrystimien tulee olla soveltuvalla tavalla ATEX-luokiteltuja ja kaikkien tarvittavien sähköisten komponenttien tulee olla ATEX-hyväksyttyjä.
Kirjoittaja
Antero Kaavi
Johtava asiantuntija, neste-, maa- ja muut energiakaasujärjestelmät