Eliminatie van waterslag in terugslagkleppen: diagnose, analyse van sluitsnelheid en selectie van dempers

1. Beschrijving van het probleem en toepassingsgebied

Waterslag veroorzaakt door niet goed functionerende terugslagkleppen is een kritiek probleem in industriële leidingsystemen dat ernstige schade aan apparatuur en stilstand kan veroorzaken en de veiligheid van het personeel in gevaar kan brengen. Deze handleiding richt zich op de diagnose, identificatie van de grondoorzaken en het elimineren van waterslag veroorzaakt door het plotseling sluiten of openen van terugslagkleppen.

Inbegrepen apparatuur: Pompstations, hoofd- en procesleidingen, watervoorziening, verwarmings- en koelsystemen, olie- en gasleidingen, chemische fabrieken waar terugslagkleppen worden gebruikt om terugstroming van vloeistof te voorkomen. De belangrijkste soorten kleppen die in beschouwing worden genomen zijn hef-, draai- en stil (axiaal).

Ernstclassificatie:

• Kritisch: vernietiging van pijpleidingen, pompen, fittingen; lekkage van gevaarlijke stoffen; bedreiging voor het leven en de gezondheid van het personeel. Vereist onmiddellijke interventie.
• Belangrijk: Frequente activering van verdedigingen; schade aan klepafdichtingen; intense trillingen en lawaai; versnelde slijtage van apparatuur. Vereist geplande reparatie of modernisering.
• Klein: Af en toe geluid of lichte trillingen. Vereist monitoring en opname in een preventief onderhoudsplan.

2. Voorzorgsmaatregelen

Volg ALTIJD DE VEILIGHEIDSPROCEDURES VAN DE FACILITEIT VOORDAT U BEGINT MET DIAGNOSE- OF REPARATIEWERKZAAMHEDEN AAN EEN SYSTEEM MET LEIDINGEN DIE ONDERWORPEN ZIJN AAN WATERSCHOKKEN. NIET-NALEVING KAN LEIDEN TOT ERNSTIG LETSEL OF DE DOOD.

• LOCKOUT/TAGOUT (LOTO): Zorg er vóór elke interventie in het leidingsysteem voor dat de energiebronnen (elektrisch, hydraulisch, pneumatisch) zijn geïsoleerd en dat de apparatuur is vergrendeld en gelabeld volgens de DSTU EN 10301:2006-normen.
• PERSOONLIJKE BESCHERMINGSUITRUSTING (PBM): Gebruik geschikte PBM: veiligheidsbril (DSTU EN 166:2017), beschermende handschoenen, beschermende kleding, beschermende schoenen (DSTU EN ISO 20345:2019), gehoorbeschermingsmiddelen (DSTU EN 352-1:2017) bij het werken in gebieden met verhoogd lawaai.
• OPGESLAGEN ENERGIE: Zorg ervoor dat alle opgeslagen energie (vloeistofdruk, veerspanning, elektrische lading op condensatoren) in het systeem volledig wordt vrijgegeven of veilig wordt gecontroleerd voordat onderdelen worden gedemonteerd.
• GASSEN EN VLOEISTOFFEN ONDER DRUK: Voordat u een flensverbinding of aftapkraan opent, moet u ervoor zorgen dat het leidinggedeelte volledig spanningsloos, gekoeld en drukloos is tot atmosferische druk. Volg de procedures voor het omgaan met gevaarlijke stoffen, indien aanwezig in het systeem.

3. Noodzakelijke diagnostische hulpmiddelen

Voor een effectieve waterslagdiagnostiek is gespecialiseerde apparatuur vereist. Hieronder vindt u een lijst met aanbevolen hulpmiddelen:

4. Initiële evaluatiechecklist

Voordat u met een gedetailleerde diagnose begint, voert u een eerste beoordeling uit door basissysteem- en symptoominformatie te verzamelen. Dit zal helpen de mogelijke oorzaken te beperken.

5. Systematisch diagnostisch blokdiagram

Volg deze volgorde om de oorzaak van de waterslag te achterhalen.

1. Symptoom: intense, scherpe klop/dreun en trilling in het gebied van de terugslagklep nadat de pomp is gestopt.
   1. Diagnostische stap: Inspecteer en luister naar de klep terwijl de pomp is gestopt.
      • Als: Er duidelijk een metaalachtige impact hoorbaar is.
        1. Waarschijnlijke oorzaak: Snelle (abrupte) sluiting van de klepspoel onder invloed van terugstroming.
           1. Diagnose: Meet de sluittijd van de klep met behulp van een hogesnelheidscamera en een ultrasone flowmeter.
              • Verwacht resultaat: Sluitingstijd is minder dan 0,2-0,5 seconden; de snelheid van de tegenstroom bedraagt ​​meer dan 1 m/s.
              • Controleer: stijfheid van de klepveer (indien van toepassing) of spoelgewicht.
                • Als: De veer te stijf is of de spoel te licht is voor de gegeven retourstroom.
                • Hoofdoorzaak: onjuiste selectie van klep of componenten ervan voor systeemdynamiek.
              • Controleren: aanwezigheid en onderhoud van de demper (bijv. hydraulische demper in roterende sluizen).
                • Indien: De demper is defect (vloeistoflekkage, geblokkeerde kanalen) of ontbreekt.
                • Oorzaak: Schade of ontbrekend dempingsapparaat.
2. Symptoom: aanhoudende trillingen, brom of cavitatiegeluid in de pijpleiding nadat de pomp stopt, zonder een plotselinge impact van de klep. Pompdrukdaling na uitschakeling, daarna herstel.
   1. Diagnostische stap: Meet de druk stroomafwaarts van de pomp en stroomopwaarts van de terugslagklep met een hogesnelheidsmanometer tijdens uitschakeling.
      • Als: De druk daalt tot nul of negatief en stijgt vervolgens scherp.
      • Waarschijnlijke oorzaak: De terugslagklep sluit te langzaam, waardoor er een aanzienlijke terugstroming kan ontstaan.
        1. Diagnose: Meet de sluittijd van de klep en de terugstroomsnelheid.
           • Verwacht resultaat: Sluitingstijd ruim 1,0-2,0 seconden; de snelheid van de tegenstroom bedraagt ​​meer dan 1,5 m/s.
           • Controleren: op vreemde voorwerpen of vuil in het klepmechanisme.
             • Als: Mechanische obstakels worden gedetecteerd.
             • Oorzaak: Verstopte klep.
           • Controleren: Slijtage of schade aan de interne bewegende delen van de klep (spoel, steel).
             • Als: speling, slijtage of corrosie wordt gedetecteerd.
             • Oorzaak: Mechanische slijtage van de klep.
           • Controleren: onderhoudbaarheid en stijfheid van de veer (indien aanwezig).
             • Als: De veer zit los of is gebroken.
             • Hoofdoorzaak: Defecte klepveer.
3. Symptoom: Continue of intermitterende trillingen en geluiden die niet direct verband houden met het starten/stoppen van de pomp.
   1. Diagnostische stap: Meet de trillingen van het kleplichaam en de pijpleiding met een trillingsanalysator.
      • Indien: Hoge trillingsniveaus (>7,1 mm/s RMS voor nominale omstandigheden, ISO 10816-3).
        1. Waarschijnlijke oorzaak: klepspoel in onstabiele positie (fladderen) of te hoge stroomsnelheid door klep.
           1. Diagnose: Meet het debiet door de klep met een ultrasone flowmeter.
              • Verwacht resultaat: De stroomsnelheid is hoger dan aanbevolen voor dit type klep (bijvoorbeeld meer dan 3 m/s voor de meeste roterende sluizen).
              • Controleren: Overeenstemming van de klepgrootte (DN) met de nominale diameter van de pijpleiding en de werkstroom.
                • Als: De klep is te klein voor het stroomvolume.
                • Hoofdoorzaak: onjuiste selectie van klepmaat.
4. Symptoom: Regelmatige schade aan klepafdichtingen, versleten spoel of zitting, frequente lekkages.
   1. Diagnostische stap: Visuele inspectie van de interne onderdelen van de klep tijdens routineonderhoud.
      • Als: Mechanische schade, erosie, cavitatiesporen worden gedetecteerd.
        1. Waarschijnlijke oorzaak: Chronische waterslag of trillingen resulterend in cyclische belastingen.
           1. Diagnostiek: Voer een volledige analyse van het systeem uit volgens punten 1 en 2 van deze sectie.
           2. Verwacht resultaat: bevestiging van een van de bovenstaande redenen.
           3. Hoofdoorzaak: al het bovenstaande dat niet tijdig is verholpen.

6. Matrix "Symptoom - Waarschijnlijke oorzaak"

Deze tabel helpt u de waargenomen symptomen snel in verband te brengen met de meest waarschijnlijke grondoorzaken en diagnostische maatregelen.

7. Analyse van de hoofdoorzaak voor elke storing

7.1. Snel (abrupt) sluiten van de terugslagklep

Uitleg: Dit type waterslag treedt op wanneer de spoel van de terugslagklep te snel sluit na een plotselinge stopzetting van de directe stroom (zoals een noodstop van een pomp). Vloeistof die door traagheid beweegt, creëert een tegengestelde stroom die abrupt stopt tegen de gesloten klepspoel. Hierdoor ontstaat een schokgolf onder hoge druk die zich door de pijpleiding voortplant.

Hoe bevestigen: Meet de sluittijd van de klep (moet voor de meeste toepassingen tussen 0,3 en 1,0 seconden liggen, afhankelijk van DN en PN) met behulp van een hogesnelheidsvideocamera die is gesynchroniseerd met drukregistratie. Een sterke drukstijging (pieken 2-5 keer hoger dan de werkdruk) onmiddellijk na het sluiten van de klep bevestigt dit scenario. Analyse van het oscillogram van de druksensor zal een kortetermijnpuls met hoge amplitude aantonen.

Schade:

• Vervorming en vernieling van pijpleidingen, flensverbindingen.
• Schade aan interne componenten van de klep (spoel, zitting, veer).
• Het losmaken van bevestigingsmiddelen en steunen van de pijpleiding.
• Uitsplitsing van meetapparatuur, pompen.
• Het ontstaan ​​van een gevaarlijke situatie voor het personeel door lekkage van vloeistof onder druk.

7.2. Langzaam sluiten van de terugslagklep

Uitleg: deze reden is het tegenovergestelde van de vorige. Als de terugslagklep te langzaam sluit, heeft een aanzienlijk volume vloeistof de tijd om in de omgekeerde richting te bewegen. Wanneer de klep uiteindelijk sluit, stopt ook deze terugstroming abrupt, waardoor een waterslag ontstaat. Ook kan de aanwezigheid van terugstroming cavitatie veroorzaken in het klep- en pompgebied, vooral bij lage drukken.

Hoe bevestigen: Meet de sluittijd van de klep (meer dan 1,5-2,0 seconden is een teken van langzame sluiting) en de terugstroomsnelheid. Een ultrasone flowmeter kan aanzienlijke terugstroming detecteren voordat de klep volledig gesloten is. Tegelijkertijd kunnen de drukpieken lager zijn dan bij plotselinge sluiting, maar kan de waterslag een langer en fluctuerend karakter hebben.

Schade:

• Erosie en cavitatie vernietiging van de klepzitting en spoel.
• Omgekeerde rotatie en schade aan de pompwaaier.
• Slijtage van afdichtingsoppervlakken, wat leidt tot voortdurende lekkages.
• Afnemende systeemefficiëntie als gevolg van constante terugstroming.

7.3. Onjuiste selectie van kleptype en maat (Flutter)

Uitleg: Een klep met een verkeerd formaat of type kan in een onstabiele modus werken die bekend staat als flutter. Dit gebeurt wanneer de klep niet volledig opengaat bij de nominale stroom, of wanneer de spoel onder de stroom oscilleert, waardoor er voortdurend microstoten tegen de zitting ontstaan. Bijvoorbeeld een roterende klep in een verticale pijpleiding waar de zwaartekracht de spoel niet snel kan laten draaien, of een klep die is geselecteerd met een buitensporige DN-marge die werkt bij lage stroomsnelheden.

Hoe bevestigen: Constante trillingen en geluid van de klep tijdens normale werking, geregistreerd door een trillingsanalysator (trillingsniveau overschrijdt 7,1 mm/s RMS, categorie "Onaanvaardbaar" volgens ISO 10816-3). Een drukval over de klep die groter is dan de berekende drukval kan duiden op een gedeeltelijke opening ervan. Een hogesnelheidscamera kan spoeloscillatie weergeven.

Schade:

• Versnelde slijtage van bewegende delen van de klep, zitting en afdichtingen.
• Metaalmoeheid van het kleplichaam en aangrenzende delen van de pijpleiding.
• Schade aan de stang, as of andere interne componenten.
• Daling van de doorvoer en stijging van het energieverbruik.

8. Stapsgewijze procedures voor probleemoplossing

8.1. Eliminatie van Hydroshock door Quick Close

1. Installatie/afstelling hydraulische demper:
   • Toepassing: Voor roterende terugslagkleppen. Installeer een hydraulische demper of pas de bestaande aan.
   • Actie: Verhoog de sluittijd van de klep tot 0,5-1,0 seconde door de snelheid van de vloeistofverplaatsing uit de demper aan te passen. Begin met de minimale snelheid en verhoog deze geleidelijk totdat u de optimale sluitingstijd zonder waterslag bereikt.
   • Controleren: Start en stop de pomp en controleer de druk en trillingen. De piekdrukwaarden na het sluiten van de klep mogen niet hoger zijn dan 1,2-1,5 van de werkdruk.
2. Gebruik van gecontroleerde afsluiters:
   • Toepassingen: voor systemen met frequente uitschakelingen en een hoog risico op waterslag.
   • Actie: Vervang de bestaande terugslagklep door een gespecialiseerd exemplaar, zoals een stille axiale terugslagklep met een dempingsveer of een zuigerklep met een hydraulische demper.
   • Controleren: voer een systeemtest uit. Volg de aanbevelingen van de fabrikant voor installatie en configuratie.
3. Veerkarakteristieken wijzigen (voor hefkleppen):
   • Toepassing: Als de veer te stijf is.
   • Actie: Installeer een veer met minder stijfheid om de sluittijd te verlengen. Volg de specificaties van de fabrikant.
   • Controleren: druk- en trillingsmonitoring.

8.2. Elimineert Hydroshock van Slow Close

1. Klepreiniging en onderhoud:
   • Toepassing: Wanneer vuil of mechanische obstakels worden gedetecteerd.
   • Actie: Demonteer de klep, reinig grondig alle interne oppervlakken, zitting en spoel. Controleer op corrosie of afzetting. Vervang versleten afdichtingen.
   • Controleren: Controleer na installatie op dichtheid en functionaliteit.
2. Vervanging van versleten onderdelen:
   • Toepassing: Bij het detecteren van slijtage van de spoel, zitting, stang of verzwakte veer.
   • Actie: Vervang beschadigde of versleten onderdelen door originele of gelijkwaardige onderdelen die voldoen aan de normen EN 12516-1, EN 13709.
   • Controleren: Controleer de sluitkracht en reactiesnelheid van de klep.
3. Het verhogen van de veerstijfheid (voor het heffen van kleppen):
   • Toepassing: Als de veer zwak of te zacht is.
   • Actie: Installeer een stijvere veer om het sluiten van de spoel te versnellen.
   • Check: Bewaking van sluitingstijd en afwezigheid van terugstroom.

8.3. Eliminatie van onjuiste klepselectie (flutter)

1. Klepgrootte controleren en corrigeren:
   • Toepassing: Als de klep te groot of te klein is voor de bedrijfsomstandigheden.
   • Actie: Voer een hydraulische berekening van het systeem uit. Selecteer een terugslagklep met een nominale diameter (DN) die minimale weerstand biedt bij maximale stroom en snel sluit bij omgekeerde stroom. Voor de meeste terugslagkleppen bedraagt ​​de aanbevolen minimale stroomsnelheid voor volledige opening 1,5-2,0 m/s.
   • Controleren: Meet na het vervangen van de klep de drukval over de klep en de trillingen tijdens bedrijf.
2. Wijziging van kleptype:
   • Toepassing: Als het kleptype niet aan de voorwaarden voldoet (bijvoorbeeld een roterende klep in een verticale pijpleiding).
   • Actie: Vervang de klep door een geschikter type, zoals een stille axiale of dubbele schijf roterende klep.
   • Verificatie: systeemtesten.

9. Preventieve maatregelen

Het voorkomen van waterslag is veel effectiever en economischer dan het elimineren van de gevolgen ervan.

10. Reserveonderdelen en componenten

Voor snelle en efficiënte reparaties is het belangrijk om de benodigde reserveonderdelen bij de hand te hebben. UNITEC-D GmbH biedt een breed scala aan componenten voor terugslagkleppen die voldoen aan de CE- en UkrSEPRO-normen.

Vind de onderdelen die u nodig heeft in onze e-catalogus: www.unitecd.com/e-catalog/

11. Koppelingen

• DSTU EN 10301:2006 (EN 10301:2001, IDT) "Pijpleidingen. Pomp- en compressorstations. Algemene veiligheidseisen".
• DSTU EN 166:2017 (EN 166:2001, IDT) "Individuele oogbescherming. Technische eisen".
• DSTU EN ISO 20345:2019 (EN ISO 20345:2011, IDT; ISO 20345:2011, IDT) "Persoonlijke beschermingsmiddelen. Schoenen zijn veilig."
• DSTU EN 352-1:2017 (EN 352-1:2002, IDT) "Individuele gehoorbeschermingsapparatuur. Algemene eisen. Deel 1. Anti-geluid hoofdtelefoons".
• ISO 10816-3:2009 "Mechanische trillingen - Evaluatie van machinetrillingen door metingen aan niet-roterende onderdelen - Deel 3: Industriële machines met een nominaal vermogen boven 15 kW en nominale snelheden tussen 120 tpm en 15.000 tpm indien ter plaatse gemeten."
• EN 12516-1:2014 "Industriële buisfittingen. Berekenings-, ontwerp- en testmethoden. Deel 1: Berekeningsmethode voor stalen wapeningskasten".
• EN 13709:2002 "Industriële buisfittingen. Stalen grendels".
• DIN EN ISO 10497:2010 "Beproeving van wapening. Test door externe brand".
• DIN EN 13917:2004 "Veren. Termen en definities".
• DIN EN 1983:2013 "Industriële buisfittingen. Stalen terugslagkleppen".
• Handleidingen van fabrikanten van terugslagkleppen (bijv. ARI-Armaturen, KSB, Kitz).