Wat is Waterhammer?
Water hammer of hydraulische schok fenomeen kan worden begrepen als plotselinge botsing van een snel bewegende vaste klomp in het leidingstelsel met enige belemmering die een bocht, klep, etc. kan zijn. Een waterhamer wordt gedefinieerd als een plotselinge toename van de druk als gevolg van belemmering van de vloeistofbeweging of richtingsverandering.
Voorbeeld: Dit gebeurt tijdens het opladen of opwarmen van de langere stoomleiding tijdens de initiële start-up operatie en ook door vermenging van stoom en condensaat. Waterhammer is iets dat meestal bewust en onbewust in ons dagelijkse leven gebeurt - wanneer we plotseling de watertap in onze badkamer openen en sluiten tijdens het douchen resulteert dit in waterhammer. (het snel openen en sluiten van de doucheklep).
Misconcept over Water Hammer
Veel thermo-hydraulische fenomenen zoals vermeld in de tabel worden vaak ten onrechte gekarakteriseerd als waterhammer. De schade die hieruit voortvloeit omvat hydraulische- en thermische schokken. Waterhammer komt voornamelijk voor door gebrek aan bewustzijn en onjuiste bedrijfs- en onderhoudspraktijken. In het geval van waterhammer is het spreekwoord "preventie is beter dan genezing" waar.
Thermodynamisch Fenomeen |
Locatie van Voorkomen |
Waterhammer |
In Stoompijpen en headers |
Waterpistool (onstabiele horizontale golven) |
Opslagtank (zoals deaerator) |
Flitscondensatie en verdampingsschok |
In Deaerators |
Waterinductie, vervorming van rotor of behuizing |
In Stoomturbine en stoompijpleiding |
Voorkomen van Waterhammer
Wanneer stoom de ketel verlaat, moet deze een afstand afleggen voordat hij het gebruikspunt bereikt (stoomturbine of andere warmte-uitwisselaar) en tijdens het reizen over deze afstand begint de stoom warmte te verliezen. Als gevolg hiervan begint de stoom in de pijp te condenseren. Tijdens de start van de installatie is de vormingssnelheid van condensaat (gevormd uit waterdruppels) zeer hoog, omdat het complete systeem koud start.
Tijdens de operatie beginnen deze druppels condensaat zich langs de lengte van het stoompijpnetswerk op te bouwen en zo ontstaat een solide klomp condensaat zoals getoond in de gegeven
Condensatie resulteert in de vorming van waterdruppels. Langzaam bouwt condensaat zich op langs de lengte van de pijp en vormt een solide klomp. Wanneer deze klomp tegen een belemmering aan komt, zoals een orifice, klep of een bocht, resulteert dit in een plotseling stoppen van de solide klomp. Tijdens dit proces verandert de kinetische energie van de solide klomp in drukenergie en het pijpennetwerk moet hiermee omgaan.
Impact van Waterhammer
Het is noodzakelijk om de ernstige impact van waterhammer in de apparatuur die in de installaties wordt gebruikt, te begrijpen. Het volgende voorbeeld legt duidelijk de verwoestende aard van waterhammer uit:
Voor verzadigde stoom is de aanbevolen snelheid 25 tot 35 meter per seconde
Voor water in een pijpnetwerk is de aanbevolen snelheid 2 tot 3 meter per seconde
Bij het optreden van waterhammer wordt de condensaatklomp meegesleept door de stoom en reist de waterklomp met een snelheid gelijk aan die van de stoom, die tien keer hoger is dan de snelheid van water. Daarom is waterhammer altijd geassocieerd met zeer hoge druk.
Factoren die helpen bij het voorkomen van waterhammer
Het stoomsysteem is erg complex en dynamisch, waardoor het voorkomen van waterhammer een uitdagende taak is. Maar met de hulp van de beste ingenieurspraktijken kan het optreden ervan gemakkelijk worden overwonnen door:
Proper hellingsgraad in de stoomleidingen in de richting van de stroom.
Installatie van stoomtraps op regelmatige afstanden en wel op de laagste punten. Installatie van stoomtraps op de laagste punten zorgt ervoor dat het condensaat uit het systeem wordt verwijderd.
Zakking van de pijpen resulteert in de vorming van condensaat in het pijpennetwerk en kan leiden tot een toeneming van de kans op waterhammer. Daarom moeten stoompijpen goed worden ondersteund om zakking te voorkomen.
Standaard startprocedures zijn vereist voor de koude start van de installatie. Operators moeten goed worden getraind om voorzichtig te werk te gaan bij het openen van isolatiekleppen.
Juiste afmetingen van de drainpockets, om ervoor te zorgen dat het condensaat niet gemakkelijk eroverheen springt of erdoorheen gaat. Het doel van de drainpocket is om alle condensaat te verzamelen en dit via de trap af te voeren.
Het type reducer moet excentrisch zijn in plaats van concentrisch.
Waterhammer in Energiecentrales
Waterhammer treedt op wanneer water, versneld door stoomdruk of een lagedrukruimte, plotseling wordt gestopt door impact op een klep of fitting, zoals een bocht of T-koppeling, of op een pijpv oppervlak. Watersnelheden kunnen veel hoger zijn dan de normale stoomsnelheid in de pijp, vooral wanneer de waterhammer optreedt bij de start.
Wanneer deze snelheden door impact worden vernietigd, wordt de kinetische energie in het water omgezet in drukenergie, en wordt een drukschok toegepast op de belemmering. Bij milde gevallen is er lawaai en misschien beweging van de pijp.
Bij ernstiger gevallen leidt dit tot breuk van de pijp of fittings met bijna explosief effect en gevolg daarvan is de ontsnapping van levende stoom bij de breuk. Breuk van pijpen of stoomsysteemcomponenten kan fragmenten projecteren die letsel of zelfs dodelijke slachtoffers kunnen veroorzaken.
