Was ist Wasserschlag?
Wasserschlag oder hydraulischer Schock ist ein Phänomen, das als plötzlicher Zusammenstoß eines schnell beweglichen Festkörpers in der Rohrleitung mit einem Hindernis wie einer Biegung oder einem Ventil verstanden werden kann. Daher wird Wasserschlag definiert als eine plötzliche Druckerhöhung aufgrund eines Hindernisses für die Flüssigkeitsbewegung oder einer Richtungsänderung.
Beispiel Es tritt während des Aufladens oder Aufwärmens der längeren Dampfleitung während des Startvorgangs und auch aufgrund der Mischung von Dampf und Kondensat auf. Wasserschlag ist etwas, das in unserem täglichen Leben meist bewusst oder unbewusst passiert – wenn wir plötzlich den Wasserhahn im Badezimmer beim Duschen öffnen und schließen, entsteht Wasserschlag. (das schnelle Öffnen und Schließen des Duschventils).
Fehlverstandenes Konzept zum Wasserschlag
Viele thermo-hydraulische Phänomene, wie in der Tabelle gezeigt, werden oft fälschlicherweise als Wasserschlag bezeichnet. Die daraus resultierenden Schäden umfassen hydraulische und thermische Schocks. Wasserschlag tritt hauptsächlich aufgrund mangelnden Bewusstseins und unzureichender Betriebs- und Wartungspraktiken auf. Im Fall von Wasserschlag gilt das Sprichwort „Vorsorge ist besser als Heilung“.
Thermodynamisches Phänomen |
Ort des Auftretens |
Wasserschlag |
In Dampfrohren und -köpfen |
Wasserkolben (unstabile horizontale Wellen) |
Speichertank (wie Entkalker) |
Blitzverdampfung und Verdampfungsschock |
In Entkalkern |
Wasserinduktion, Verformung des Rotors oder Gehäuses |
In Dampfturbinen und Dampfleitungen |
Auftreten des Wasserschlags
Wenn Dampf den Kessel verlässt, muss er eine Strecke zurücklegen, bevor er den Punkt des Einsatzes (Dampfturbine oder ein anderer Wärmetauscher) erreicht. Während des Transports verliert der Dampf Wärme, wodurch er in den Rohren kondensiert. Bei der Anlagenstartphase ist die Rate der Kondensatbildung (aus Wassertröpfchen gebildet) sehr hoch, da das gesamte System kalt gestartet wird.
Während des Betriebs bilden sich diese Kondensattröpfchen entlang der Länge des Dampfrohrnetzes auf und bilden so einen festen Klumpen von Kondensat, wie in der Abbildung dargestellt.
Die Kondensation führt zur Bildung von Wassertröpfchen. Diese Tröpfchen bilden allmählich entlang der Länge des Rohres einen festen Klumpen. Wenn dieser Klumpen auf ein Hindernis wie ein Einschnitt, ein Ventil oder eine Biegung stößt, wird der feste Klumpen plötzlich und unerwartet gestoppt. Während dieses Prozesses wandelt sich die kinetische Energie des festen Klumpens in Druckenergie um, und das Rohrnetz muss damit zurechtkommen.
Auswirkungen des Wasserschlags
Es ist notwendig, die schwerwiegenden Auswirkungen des Wasserschlags auf die in Anlagen verwendeten Geräte zu verstehen. Das folgende Beispiel verdeutlicht die zerstörerische Natur des Wasserschlags:
Für sättigen Dampf wird eine Geschwindigkeit von 25 bis 35 Metern pro Sekunde empfohlen
Für Wasser in einem Rohrnetzwerk wird eine Geschwindigkeit von 2 bis 3 Metern pro Sekunde empfohlen
Wenn Wasserschlag auftritt, wird der Kondensatkloß vom Dampf mitgeschleppt und reist mit einer Geschwindigkeit, die gleich der des Dampfs ist, was zehnmal höher als die Geschwindigkeit des Wassers ist. Daher ist Wasserschlag immer mit sehr hohem Druck verbunden.
Faktoren, die helfen, Wasserschlag zu vermeiden
Das Dampfsystem ist sehr komplex und dynamisch, sodass das Vermeiden von Wasserschlag eine Herausforderung darstellt. Mit den besten Ingenieurpraktiken kann jedoch sein Auftreten leicht überwunden werden, indem Folgendes eingehalten wird:
Eine geeignete Neigung sollte in den Dampfleitungen in Richtung des Flusses vorgesehen werden.
Dampf Fallen sollten in regelmäßigen Abständen und an den tiefsten Punkten installiert werden. Die Installation der Dampffallen an den tiefsten Punkten stellt sicher, dass das Kondensat aus dem System entfernt wird.
Rohrschlaffheit führt zur Bildung von Kondensat im Rohrnetzwerk und kann die Wahrscheinlichkeit von Wasserschlag erhöhen. Daher sollten Dampfrohre ordnungsgemäß abgestützt werden, um Schlaffheiten zu vermeiden.
Standardisierte Startprozeduren sind für den kalten Start der Anlage erforderlich. Die Bediener sollten sorgfältig darauf trainiert werden, das Isolationsventil langsam zu öffnen.
Geeignete Dimensionierung der Drainage-Pockets, um sicherzustellen, dass das Kondensat nicht leicht darüber springt oder hindurchläuft. Der Zweck der Drainage-Pockets besteht darin, alle Kondensate zu sammeln und sie durch die Falle zu leiten.
Der Typ der Reduzierstücke sollte exzentrisch anstatt konzentrisch sein.
Wasserschlag in Kraftwerken
Wasserschlag tritt auf, wenn Wasser, beschleunigt durch Dampfdruck oder einen Niederdruckbereich, plötzlich durch Aufprall auf ein Ventil oder eine Armatur, wie eine Biegung oder ein T-Stück, oder auf eine Rohroberfläche gestoppt wird. Die Wassergeschwindigkeiten können viel höher sein als die normale Dampfgeschwindigkeit im Rohr, insbesondere wenn der Wasserschlag beim Startvorgang auftritt.
Wenn diese Geschwindigkeiten durch den Aufprall vernichtet werden, wird die kinetische Energie im Wasser in Druckenergie umgewandelt, und es wird ein Druckschock auf das Hindernis ausgeübt. In milden Fällen gibt es Lärm und möglicherweise Bewegung des Rohrs.
Schwere Fälle führen zum Bruch des Rohrs oder der Armaturen mit fast explosionsartiger Wirkung und dem daraus resultierenden Ausströmen von lebendem Dampf am Bruch. Der Bruch von Rohren oder Dampfsystemkomponenten kann Fragmente abschießen, die Verletzungen oder Todesfälle verursachen können.
