Voorkoming van waterslag in leidingen met behulp van verschillende ontluchterontwerpen.

Hallo en welkom bij Controlling Water, een plek waar we praten over watermeters en interessante inzichten in de waterindustrie. In elke aflevering gaan we in gesprek met professionals uit de sector die gespecialiseerd zijn in alles wat te maken heeft met afsluiters, meters en best practices in de waterindustrie. Vandaag zijn we hier met Colin Kirkland van Bermad Water Technologies, een van de ingenieurs bij BERMAD AU.

Hij heeft meer dan 30 jaar ervaring in de sector en werkt met pijpleidingen die gevoelig kunnen zijn voor waterslag. Colin, ik kijk er echt naar uit om vandaag met je te praten over waterslag. Het is een term die we vaak horen. Het is een veelvoorkomend probleem en kan aanzienlijke gevolgen hebben voor een pijpleiding in allerlei situaties, dus het is geweldig dat we er vandaag uitgebreid over kunnen praten.

Voordat we ingaan op een aantal scenario’s – en ik heb zelf ook nog een verhaal over waterslag om met je te delen – wat is waterslag nu eigenlijk? Hoe zou jij het omschrijven?

Wel, waterslag is een fenomeen dat optreedt in elke waterleiding waarin je een snelle toename van water ziet, veel groter dan normaal, meestal veroorzaakt door een snelle verandering in debiet. Dus als we een snelle verandering in debiet zien, bijvoorbeeld wanneer iemand een afsluiter heel snel sluit, zien we vaak een zeer scherpe stijging van de druk, die vervolgens terugkaatst in het systeem.

Deze waterslag kan zich met verbazingwekkende snelheden voortplanten. Als een leiding volledig met water is gevuld en we bijvoorbeeld door een stalen leiding gaan, kan de waterslag zich tot een kilometer per seconde, duizend meter per seconde, voortbewegen.

Wauw.

Maar als het een flexibelere leiding met een lagere druk was, zoals poly, kan de drukgolf zich met drie tot 400 meter per seconde voortplanten, maar dat is nog steeds een zeer snel bewegende drukgolf die door het netwerk reist, veroorzaakt doordat iemand een afsluiter sluit. Dus, wat is waterslag? Een snelle verandering of een snelle toename van de druk, buiten de normale bedrijfsomstandigheden, veroorzaakt door een snelle verandering in de stroming.

Zo interessant. Zo interessant. En het zorgt er ook voor dat, door die verandering in druk, er een ongelooflijk geluid ontstaat.

Dat kan, ja. Het is ook een beetje eng.

Ja, dat kan zeker, dat kan zeker! Ik herinner me dat ik vroeger in een appartementencomplex woonde en dat we daar last kregen van waterslag. Het was een heel oud gebouw, prachtig, maar ook met oude leidingen. En toen verscheen die waterslag en het was zo storend, het gebeurde op elk moment van de dag en nacht, totaal onvoorspelbaar, en je dacht dat alles rustig was en dan begon je het geklop te horen en dacht je: nee, niet weer.

Ja. Die situatie komt vaak voor. Ik kan me nog goed herinneren dat mijn zoon nachtdiensten werkte en ’s avonds thuiskwam om te douchen. Dan draaide hij de douche uit en hoorde je elke avond weer een harde knal, knal, knal, snap je? Dus ja, het gebeurt zowel in huishoudens als, zoals in jouw situatie, waarschijnlijk doordat iemand – misschien Sarah – heel snel kranen open en dicht draaide. Want als je erover nadenkt: vroeger hadden we geen hendelkranen. Als we naar de gootsteen gingen, hadden we een kraan die je langzaam moest dichtdraaien. Vroeger duurde het langer om een kraan dicht te doen. We hadden toen minder last van waterslag, maar tegenwoordig veroorzaken we veel situaties waarin de stroming snel verandert. Dat is precies wat het is. Dus in jouw geval kan het goed zijn dat iemand snel een paar kranen open en dicht heeft gezet. Het kan ook zijn dat er lucht in het warmwatersysteem zat die werd samengedrukt. Het kan van alles zijn, maar het is heel gewoon. Het komt overal voor. Het zal nooit helemaal verdwijnen, maar we kunnen er wel iets aan doen en het oplossen.

Dat is goed om te horen. Hoe vermindert een ontluchter in een leiding de effecten van waterslag?

Ja. Goede vraag. Zelfs als ik terugga naar de vraag die je had over je appartementencomplex: bijna elke hydraulisch ingenieur probeert altijd een systeem te hebben waarbij, als er watertoevoer is, er alleen water in zit. We willen geen lucht in het systeem, want als er lucht in een waterleiding zit, is die samendrukbaar. Dus als het samendrukbaar is en we openen een afsluiter en laten water stromen, en we sluiten die dan direct, kan dat een stuiterend effect veroorzaken waarbij de leidingen gaan schudden en van alles gebeurt.

Hetzelfde gebeurt in een heel groot commercieel gebouw, of in een mijn, of bij irrigatie; dat werkt precies hetzelfde. Hoe wordt een nieuwe ontluchter daar onderdeel van? Een ontluchter is ontworpen om automatisch alle aanwezige lucht uit de leiding te laten ontsnappen. Zo blijft er alleen water in de leiding, wat een groot verschil kan maken.

Dat is slechts één aspect. Een ander aspect is dat je ontluchters ook kunt gebruiken om waterslag te voorkomen. Bijvoorbeeld, als ik de leiding te snel zou vullen, kan ik waterslag veroorzaken. Als ik een anti-slam afsluiter plaats, kan ik de vulsnelheid regelen. Zo stroomt het water er gecontroleerd in en voorkom ik waterslag.

Dus, ontluchters kunnen in allerlei toepassingen binnen elk waternetwerk worden gebruikt om er zeker van te zijn dat we waterslag zoveel mogelijk beperken.

Ik ga je zo meteen iets vragen over anti-slam, maar voordat ik dat doe, noemde je dit soort vacuüm waarbij er lucht in een leiding zit. Zijn er problemen met het doorbreken van het vacuüm?

Ja. Dus idealiter, zoals ik eerder zei, willen we geen lucht in de leiding. Maar onder bepaalde omstandigheden, als ik je het meest eenvoudige voorbeeld geef: stel je voor dat we een pomp hebben op een laag punt die water over een heuvel omhoog pompt en aan de andere kant van de heuvel stroomt het water naar beneden in een tank. Als we de pomp uitzetten, stopt het water dat omhoog naar de top van de heuvel beweegt, maar het water op de top van de heuvel stroomt weg naar de tank. Op dat moment ontstaat er kolomscheiding. Dat is een fenomeen waarbij de druk in de leiding onder de atmosferische druk daalt en er lucht in de leiding wordt gezogen.

Wanneer die lucht wordt aangezogen en de kolom vervolgens weer samenkomt, kan er, als de lucht te snel wordt afgevoerd, waterslag ontstaan. Dat is het probleem van kolomscheiding. We kunnen dan een ontluchter plaatsen die de lucht heel snel kan binnenlaten, maar heel langzaam en gecontroleerd weer laat ontsnappen om waterslag te voorkomen. En dat is, zoals je eerder noemde, precies wat een anti-slam klep doet.

Hmm. Interessant. Zeer interessant. Dus het klinkt er eigenlijk op dat de ontluchters op bepaalde manieren daadwerkelijk waterslag kunnen veroorzaken.

Het doet me echt verdriet om te zeggen dat… dus ja, dat kunnen ze, ja.

Er is veel modelleersoftware beschikbaar die ingenieurs gebruiken om leidingen te ontwerpen en om naar aspecten van waterslag te kijken, en ze kunnen daadwerkelijk situaties modelleren waarin die kolomscheiding optreedt. En het hebben van een afsluiter die echt specifiek is ontworpen voor kolomscheiding, zoals een Fox RFP, wat wij de rapid filling prevention of de anti-slam type ontluchter noemen, zoals ik al zei, laat de lucht heel snel binnen, maar op een gecontroleerde manier weer ontsnappen. En we weten dat dat effectief is. En het is zo dat er tegenwoordig veel meer informatie is over hoe we deze kunnen benutten en als je de juiste criteria hebt, voer je die in de modelleersoftware in en kun je zien dat de resultaten heel, heel goed zijn.

Dus het is veilig en het is tegenwoordig bewezen. Vijftien tot twintig jaar geleden was het vrijwel onbekend. Maar vandaag de dag, nu alles en de technologie zich verder ontwikkelen, is het een hele goede manier om een product te gebruiken om waterslag te minimaliseren en een ontluchter is in het geheel genomen een heel klein onderdeel. Meestal een heel, heel klein percentage van de kosten van een heel netwerk, maar kan enorm effectief zijn. En sommige mensen denken dan, nou, het is niet duur genoeg, maar als je het in de software invoert en de resultaten ziet, is het bewezen.

Interessant. Interessant. En deze software klinkt echt alsof je een deel van het risico en een deel van de complicaties die kunnen optreden door waterslag kunt beperken, en echt kunt begrijpen hoe jouw situatie eruit zal zien door het gesimuleerd te zien.

Je ziet het in real time, Sarah.

Wat je nu ziet is het volgende: laten we de pomp over vijf seconden uitzetten, daarna over tien seconden, en vervolgens over twintig seconden, en kijken hoe de drukgolf zich daadwerkelijk gedraagt. Laten we zien hoe de componenten in die situatie werken. En ja, het neemt het risico weg of vermindert het, en dat is het belangrijkste, omdat het hopelijk simuleert wat er gaat gebeuren, zolang je de juiste informatie invoert. En dat is precies waar we bij Bermad veel ervaring mee hebben: gebruikers van deze producten ondersteunen om ervoor te zorgen dat ze correct worden gemodelleerd, zodat je de juiste resultaten krijgt.

Zo waardevol.

Ja.

Laten we een korte pauze nemen voordat we verder praten over het minimaliseren van waterslag in complexe installaties met wisselende topografieën.

Je luistert naar Controlling Water, de Bermad-podcast. Jouw primaire bron van inzicht over alles wat met watertechnologie, afsluiters en watermeters te maken heeft. Voor meer informatie over de producten of onderwerpen die in deze aflevering zijn besproken, en een breed scala aan bronnen en artikelen die jou als waterprofessional ondersteunen, ga naar https://www.bermad.com.au.

Nu terug naar de uitzending.

Ik ben me ervan bewust dat we in een andere aflevering over waterslag al over enkele modelleersoftware hebben gesproken. We voegen die details toe aan de show notes van deze aflevering, wat leuk is.

Geweldig!

Geweldig.

Dus, ik wil je een scenario voorleggen, Colin. Stel dat je leidingontwerp echt ingewikkeld was, of dat het zich in een steil terrein bevond. Welke mogelijke oplossingen kun je bedenken om waterslag in deze situatie te minimaliseren?

Precies. Er zijn dus mogelijk een groot aantal verschillende oplossingen, Sarah. In steil terrein heb je meestal te maken met hoge, wat wij noemen, statische drukken. Dus wanneer de pompen niet draaien, staat er nog steeds een zeer hoge druk op de leiding, maar zodra de pompen starten verhogen we die druk om het water te laten stromen. Sommige oplossingen, afhankelijk van de uitkomsten, kunnen bijvoorbeeld een drukstootvat of eenrichtings-drukstootreservoir zijn. Dit zijn zeer grote vaten van een specifieke grootte, met daarin een membraan of luchtdruk, die helpen om de terugkerende golf op te vangen en er ook voor zorgen dat er geen lucht in het netwerk komt. Ze vullen de ruimte op bij kolomscheiding; het is een zeer goede, bewezen technologie, maar duur en groot, en hoewel het uitstekende oplossingen zijn, is het in de praktijk soms niet haalbaar.

Stel bijvoorbeeld dat we in een grote stad zijn met een groot pompstation en we zouden twee tanks van 20.000 liter naast een weg moeten plaatsen. Dat is niet praktisch. Wat zijn dan andere oplossingen? Er kunnen bijvoorbeeld drukontlastkleppen worden toegepast, oftewel zeer snel reagerende ontlastkleppen die direct de drukstoot kunnen opvangen. Of we kunnen ontluchters gebruiken die lucht kunnen toelaten en de afvoer ervan kunnen regelen. Of we hebben misschien zelfs een product dat op een pomp wordt gemonteerd om te voorkomen dat de pomp te snel uitschakelt; dat heet pompbesturing. Daarbij laten we, zodra de pomp start, de afsluiter heel langzaam en geleidelijk openen zodat het water geleidelijk het netwerk instroomt. En wanneer de pomp uitgaat, sluiten we deze afsluiter juist weer langzaam en geleidelijk, en schakelen we de pomp pas uit als de stroming vrijwel nul is. Er zijn dus veel oplossingen voor verschillende toepassingen, voor verschillende waterkwaliteiten en marktsegmenten, die zorgen voor de juiste prijs, oplossing en praktische aanpak voor het probleem dat zich kan voordoen.

Fascinerend, en laten we het scenario eens omdraaien.

Zeker.

Stel dat je een vlakke topografie hebt. Welke oplossingen zouden geschikt zijn?

Ja. Er zijn dus twee heel verschillende situaties. Laten we een praktisch voorbeeld nemen van een boerderij in een heel vlak landelijk gebied, waar een heel lang netwerk van leidingen naar bijvoorbeeld sproeiers loopt. Wanneer je weinig statische druk hebt, of druk die aanwezig is wanneer de pompen uitgeschakeld zijn, is de kans op kolomscheiding erg groot. Dat betekent in feite dat de druk in de leiding onder nul zakt, waardoor er lucht wordt aangezogen, en dat in grote hoeveelheden. En natuurlijk, wanneer die lucht zich eenmaal in de leiding bevindt, is die samendrukbaar en kan dat waterslag veroorzaken. We hebben dus producten nodig die dat echt kunnen beperken en de lucht gecontroleerd kunnen afvoeren.

Hoewel dingen als surgevaten ideaal zouden zijn in die situatie, kunnen ze zo groot en duur zijn dat het voor een irrigatieteler niet praktisch is om ze aan te schaffen.

Rechts.

Maar als het een waterautoriteit was, kunnen ze besluiten: nee, we hebben het land, we hebben de ruimte. We kunnen besluiten om dat te doen. Het hangt dus af van wat praktisch is voor welke installatie. Het is niets tegen het een of het ander, het gaat erom wat het beste past bij het juiste werk.

Zeker. Zeker. En zijn er goedkope opties beschikbaar?

Ja.

Bestaat dat?

Absoluut. Ontluchters zijn daar een klassiek voorbeeld van, want een ontluchter in een leidingnet van vijf kilometer kan een investering van slechts $5.000 zijn binnen een infrastructuurproject van $10 miljoen. Maar de effectiviteit van dat product om daadwerkelijk te functioneren en luchtafvoer te regelen kan indrukwekkend zijn en is bewezen. Het kan worden gemodelleerd. Het is zichtbaar. En tegenwoordig is de technologie zo ver ontwikkeld dat het duidelijk aantoonbaar is dat deze producten goed en effectief werken. Dat is bewezen. We zijn dan ook erg trots om met dit soort producten geassocieerd te worden, maar het gaat niet alleen om het hebben van een product, maar ook om te weten dat je het op de juiste manier toepast, op de juiste locatie plaatst, en dat het correct gemodelleerd kan worden en functioneert zoals het bedoeld is.

Zeker. Het klinkt alsof het echt belangrijk is om alle betrokken factoren zorgvuldig af te wegen en te begrijpen om tot de juiste oplossing te komen. Daarom wil ik het graag hebben over anti-slam afsluiters.

Welke verschillende ontluchterontwerpen zijn er binnen anti-slam afsluiters die waterslag voorkomen?

Absoluut. In Australië, Sarah, is er een hele subsectie die beschrijft wat de verschillende functies zijn. Er zijn waarschijnlijk zo’n vier of vijf belangrijke verschillende ontwerpsoorten die veel fabrikanten toepassen, maar meestal komen ze neer op twee hoofdfuncties. Eén daarvan zegt in feite, en dat staat in de sector bekend als RFP, rapid filling prevention (snelle vulling voorkomen). Dat betekent in het algemeen: ik laat gecontroleerde hoeveelheden lucht op een veilig niveau ontsnappen, maar als het naar een ongecontroleerd niveau gaat—met andere woorden, als de snelheid waarmee de lucht de klep verlaat te hoog wordt en ik waterslag ga veroorzaken—dan ga ik je afremmen.

Rechts.

Dus het zegt geschikt voor het doel. Goed. Ik laat het ventiel vullen en dat werkt echt uitstekend. En het laat grote hoeveelheden lucht terug in de leiding, maar het is veilig. De andere situatie die we hebben, is wat we een anti-slam ontluchter noemen, die is ontworpen voor situaties met waterslag. Dit is wanneer we kolomscheiding hebben. Dit is wanneer er grote hoeveelheden lucht heel snel in de leiding komen om vacuüm te voorkomen. Vervolgens hebben we een heel kleine orifice die de lucht heel langzaam en gecontroleerd afvoert. Zo wordt de luchtbel in de leiding gebruikt om samen te persen en de twee waterkolommen heel voorzichtig weer bij elkaar te brengen.

Vandaar de term anti-slam.

Anti-slam! Precies, dat klopt, want hoe vervelend ik het ook vind, ontluchters kunnen waterslag veroorzaken. Maar anti-slam ontluchters zijn ontworpen om dat te voorkomen.

Fantastisch. Heel interessant. Dus als een vaste uitstroomopening, zoals anti-slam, het beste is, moeten we dit type ontluchter dan over de hele leiding gebruiken?

Kijk, het kan gedaan worden, Sarah, over het algemeen goed, maar het is niet praktisch omdat de meeste leidingen het grootste deel van hun levensduur volledig onder druk staan. Ze worden eigenlijk alleen geleegd tijdens onderhoud of wanneer er een groot incident plaatsvindt. Maar daarmee gezegd zijn er veel leidingen, bijvoorbeeld persleidingen voor rioolwater, die 300 keer per dag starten en stoppen en waarbij de leiding elke dag wordt gevuld en gedeeltelijk geleegd.

Dus als we anti-slam afsluiters op elke locatie plaatsen, omdat ze een beperkte kleine orifice hebben voor luchtafvoer, kan het te lang duren voordat die leiding gevuld is. Het is dus over het algemeen niet praktisch om ze bij alle installaties toe te passen, tenzij de leiding altijd volledig onder druk blijft. Daarom kijken we meestal naar de anti-slam met vaste orifice op strategische locaties waar het kritisch is. Bij een pompstation, op een punt waar je kolomscheiding hebt gemodelleerd, of misschien vóór een hoofdafsluiter, zodat wanneer men een zeer grote afsluiter fysiek sluit, we er zeker van willen zijn dat de kolomscheiding heel langzaam weer samenkomt. Het is dus echt meer een strategische afsluiter die ontworpen is voor een waterslagprobleem.

En het lijkt erop dat, als we teruggrijpen op de ervaring die Bermad heeft en de modelleringssoftware waar we het ook over hadden, het kunnen nemen van strategische beslissingen over waar dit specifieke type afsluiter geplaatst moet worden, cruciaal wordt.

En dat is precies wat een modelleringsprogramma wel nauwkeurig kan doen, terwijl ik dat niet kan. Ik heb wel een goed onderbuikgevoel waar dat zal gebeuren, maar het programma geeft het je precies op die locatie aan. Soms kijk je naar het rapport en denk je dat het niet klopt, maar dat is nu eenmaal de realiteit. Daarom komt het soms voor dat mensen bij de installatie vragen stellen en zeggen: ik snap niet waarom dat hier niet geplaatst is, maar goed, dit is wat we gaan doen. Maar de software wijst het echt aan.

Fantastisch, interessant. Colin, bedankt dat je er vandaag bij was. Het was een geweldig gesprek over waterslag. Ik heb veel geleerd.

Graag gedaan. Dank u.

Voor meer informatie over de waterindustrie, waaronder producten, tips, installaties, bediening en onderhoudstechnieken, ga vandaag nog naar Bermad.com. U kunt zich ook abonneren op onze branche-nieuwsbrief. U sluit zich dan aan bij meer dan 3000 professionals uit de sector en leert van het ervaren Bermad-team van vakspecialisten.

Bedankt voor het luisteren naar deze aflevering van Controlling Water. Voor meer afleveringen, bronnen en informatie gaat u vandaag nog naar https://www.bermad.com.au.