Voorkoming van waterslag in pompstations bij stroomuitval.

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

Met meer dan 30 jaar ervaring in de sector is Colin vandaag bij ons om te praten over het voorkomen van waterslag in pompstations bij stroomuitval. Eerder hebben we het gehad over methoden om waterslag te beheersen tijdens het normaal starten en stoppen van pompen, en over enkele van de efficiënte oplossingen die beschikbaar zijn.

In de aflevering van vandaag gaan we dieper in op wat er gebeurt bij een stroomuitval in een pompstation en wat de gevolgen daarvan zijn. Colin, jij bent een expert op dit gebied. Kun je uitleggen hoe een stroomuitval eruitziet en wat de mogelijke gevolgen zijn?

In eerdere afleveringen, Sarah, hebben we besproken hoe we waterslag bij de pompstations kunnen minimaliseren door gemotoriseerde afsluiters te gebruiken die langzaam openen en sluiten om dat te voorkomen.

Het grote probleem bij een stroomuitval op een pompstation is dat, als we kijken naar typische pompstations, deze worden gebruikt voor watervoorziening, irrigatie, mijnbouw en in gebouwen – ze spelen allemaal een cruciale rol. En de hele techniek achter het pompstation, de leiding en alles daaromheen, moet veilig zijn en geschikt voor het doel onder alle bedrijfsomstandigheden. Dat geldt bij normaal opstarten en afsluiten van de pomp, maar ook bij stroomuitval of een plotselinge stop. Het netto-effect is dat als er geen regeling is wanneer de pomp gewoon stopt, het water dat omhoog is gepompt naar de heuvel of het gebouw veel energie heeft. En als we plotseling stoppen, komt die energie razendsnel terug richting het pompstation en veroorzaakt veel waterslag.

Ik wil graag een waargebeurd verhaal delen van vele jaren geleden, toen ik werd opgeroepen naar een pompstation in New South Wales waar ze ernstige waterslagproblemen hadden. De operators namen me mee het pompstationgebouw in en legden uit waar het probleem zat. Ze vroegen me: “Colin, voordat we de waterslag demonstreren, kunnen we even opzij gaan?”

En ik zei: “Oké.” Ze zetten de pomp uit en er ontstond flinke waterslag. Het kwam naar beneden en maakte veel lawaai. Ik vroeg hen waarom ze me hadden gevraagd om opzij te gaan. Ze zeiden: “Nou, in het verleden was de waterslag zo hevig dat toen de terugslagklep sloot, een van de armen van de kleppen loskwam en door de achterkant van het gebouw ging, precies waar u stond.”

Dit was dus een echte situatie. Het gaat niet alleen om het beschermen van het materieel, het pompstation en alles daaromheen, maar dit was een zeldzame gebeurtenis die vreselijke gevolgen had kunnen hebben. Ik was heel blij dat hij me had gevraagd om aan de kant te gaan staan.

Ja, zeker.

Dus, even serieus, het kan behoorlijk beangstigend zijn als je in een heel groot pompstation bent en dit gebeurt, want er komt veel lawaai bij kijken. De leiding en de pompstations worden blootgesteld aan veel overmatige druk, waardoor pompen van hun fundering kunnen worden getild en de leiding en alle componenten onder spanning komen te staan. Dus, als je zoiets ontwerpt, moet je rekening houden met wat er gebeurt bij een stroomstoring.

Als dat betekent dat de druk gaat verdubbelen of verdrievoudigen, dan moet ik alle componenten en de leiding op een veel hogere veiligheidsklasse beoordelen. En dat is meestal niet erg praktisch. Dus wat veel ontwerpers en ingenieurs doen, is kijken naar de situatie bij stroomuitval en zich afvragen: oké, wat doen we als de stroom uitvalt? En wat moeten we doen om ervoor te zorgen dat het veilig blijft?

En wat zijn dan de netto-effecten als de stroom daadwerkelijk uitvalt? Ik neem aan dat dit een grote zorg is voor de meeste pompstations.

Ja, dat klopt. Het belangrijkste hier is dat we bij een plotselinge stroomuitval aanzienlijke drukstoten, waterslag en geluid zullen ervaren. Elke pomp heeft wat we noemen zijn eigen traagheid, wat betekent dat wanneer de pomp stopt door een stroomstoring, deze niet direct tot stilstand komt. Hij kan nog even blijven doordraaien, afhankelijk van het ontwerp van de pomp, waardoor we een geleidelijke afname krijgen.

Maar uiteindelijk zullen we hier te maken krijgen met waterslag en moeten we ervoor zorgen dat het ontwerp geschikt is voor het doel. Meestal is de belasting die dit veroorzaakt op alles op het hoogste niveau. Het technisch ontwerp moet dus echt goed en nauwkeurig gebeuren, zodat we goed kunnen plannen wat we vervolgens moeten doen.

Natuurlijk. Colin, wat zou jij zeggen dat een ontwerper in overweging moet nemen om de gevolgen van zo’n zeldzame gebeurtenis te helpen beperken?

Het is een hele goede vraag, Sarah, want het draait allemaal om planning. Bij Bermad hebben we specifieke software waarin we veel van de leidingontwerpkenmerken en de pompstations kunnen invoeren. We kunnen hier daadwerkelijk op anticiperen door te modelleren wat de effecten zullen zijn. Zo kunnen we zien: als we de pomp na vijf seconden stoppen, verwachten we dit resultaat. Als we hem na 4, 3, 2 seconden stoppen, zien we wat de resultaten zullen zijn.

Het beste advies dat ik iedereen kan geven, is om goede rapportages te laten maken en analyses uit te voeren van wat je weet dat er gaat gebeuren. De meeste software van vandaag de dag heeft echt vele jaren ervaring. We hebben beperkte software die ons een heel goed momentopname geeft. En ik wil benadrukken dat wat wij bij BERMAD AU bieden geen volledige drukstootanalyse is, maar wel een zeer goede en redelijk nauwkeurige momentopname van wat we denken te zullen zien. Dus het beste advies is om goede informatie te verzamelen voordat dit gebeurt, zodat we de juiste producten kunnen plannen.

Dus het klinkt alsof dit iets is dat Bermad aan potentiële gebruikers levert. Is het erg ingewikkeld?

Het is niet erg ingewikkeld. Er is in feite een reeks van ongeveer 8 tot 10 vragen die we stellen aan mensen die het willen gebruiken. Het gaat dan vooral om zaken als het toerental van de pomp, het toerental van de motor, het materiaal van de leiding, de lengte ervan en de drukklasse. Er zijn verschillende dingen die we zouden vragen, maar zodra we die informatie hebben verzameld, kunnen we zien hoe de mogelijke drukstoot eruit zal zien.

En er zijn echt talloze verschillende opties die we kunnen gebruiken om dat te proberen beperken. Het draait dus om het verkrijgen van de juiste informatie. Wij weten welke vragen we moeten stellen, en dat is het belangrijkste.

Laten we even een korte pauze nemen. Als u vragen heeft die u graag beantwoord wilt zien tijdens deze podcast, neem dan gerust contact met ons op via onze website https://www.bermad.com.au of stuur ons een e-mail op info.au@bermad.com en Colin zal ze zeker beantwoorden. Nu terug naar de uitzending.

Stel, u heeft dit drukstootrapport ontvangen. Welke oplossingen kunt u bieden om de effecten van waterslag te verminderen?

Wat we doen, is in de basis de resultaten analyseren om te beginnen. Er zijn oplossingen die variëren van zeer goedkoop tot extreem dure infrastructuur om hiermee om te gaan. We kunnen ongeveer drie tot vier belangrijke oplossingen aanbieden. De eerste is dat we, wanneer we naar dit drukstootrapport kijken, willen begrijpen hoe snel de terugkerende drukgolf terugkomt bij het pompstation en binnen welk tijdsbestek dat gebeurt.

We kijken ook heel duidelijk naar welke druk er bij het pompstation zal zijn. In veel gevallen, als we een pompstation hebben dat niet veel druk genereert en het zich in relatief vlak gebied bevindt, kunnen we kolomscheiding zien. Kolomscheiding treedt op wanneer de pomp stopt en we zien dat de druk in de leiding daalt tot atmosferische druk.

Als we daar op dat punt een ontluchter zouden hebben, is dat waar de ontluchter grote hoeveelheden lucht in de leiding zal toelaten. En wanneer de kolom weer terugkomt bij het pompstation, zal die lucht weer worden afgevoerd. Als we kolomscheiding hebben en we zien dat in het rapport, is de zeer eenvoudige, gemakkelijke en effectieve manier om dit op te lossen met wat we een anti-slam ontluchter noemen. We hebben het in eerdere afleveringen gehad over het gebruik van deze kleppen op de leiding, maar ze kunnen ook bij het pompstation worden gebruikt. Wat de anti-slam ontluchter heel eenvoudig en doeltreffend doet, zonder gebruik van energie of stroom, is dat wanneer de pomp stopt en de druk tot nul daalt, er grote hoeveelheden lucht in de leiding worden gezogen. We hebben nu dus een grote luchtbel in de leiding. En wanneer deze kolom weer richting het pompstation beweegt, wil die luchtbel nu heel snel ontsnappen.

Een anti-slam ontluchter laat de lucht er op een zeer langzaam en gecontroleerd tempo uit, zodat we de lucht die in de leiding is getrokken, heel langzaam weer uit de leiding laten ontsnappen. Ze laten de lucht dus in feite op een zeer langzaam en gecontroleerd tempo vrij. Het is enorm effectief en is in de loop der jaren in talloze toepassingen bewezen. Belangrijk is ook dat het gemodelleerd kan worden in software en alles wat erbij hoort, om te garanderen dat het geschikt is voor het doel en veilig is.

Anti-slam ontluchters zijn dus een zeer goede optie, maar alleen als er sprake is van kolomscheiding.

Goed, dus als er geen kolomscheiding is maar de druk positief blijft, is er dan een alternatieve oplossing?

Ja, dus anti-slam ontluchters op zo’n locatie zullen geen effect hebben. Wat we in die omstandigheden gaan ervaren, is dat wanneer de pomp stopt, precies zoals je zei, de druk zal dalen, maar nog steeds positief blijft. Wat we dan zien, is dat wanneer die waterkolom terugkomt richting het pompstation en al die energie wordt samengedrukt, we daar een snelle piek zullen zien.

Vanuit ons perspectief zijn er drie belangrijke oplossingen die we kunnen bieden. Eén daarvan is een snelwerkende drukontlastklep. Bijvoorbeeld, als we een leiding hadden die heel kort was, slechts 800 meter lang, en we zouden deze terugkerende golf binnen 0,8 seconde ervaren, dan hebben we zeer snelwerkende ontlastkleppen die die energie direct afvoeren zodra deze boven de normale situatie uitkomt.

Voor ons is dat de VRCA direct werkende ontlastklep, die eenvoudig, zeer effectief is en in dat soort situaties uitstekend werkt. Als het een langere leiding betreft en we ervaren bijvoorbeeld een terugkerende golf die na 3, 4 of 5 seconden terugkomt, dan kunnen we een klep gebruiken die een waterslag anticiperende afsluiter heet. Dit is een technologie die we bij Bermad al vele jaren hebben. Het is echt bewezen en zeer effectief, en wat het in feite doet, is anticiperen op deze terugkerende golf, als een waterslag anticiperende afsluiter. Dus hij opent daadwerkelijk wanneer we een lage drukgolf zien, en als de terugkerende golf terugkomt, wordt die energie via de ontlastklep afgevoerd en sluit de klep langzaam.

Het heet een waterslag anticiperende afsluiter, en er zijn veel manieren waarop we het kunnen configureren, maar het is zeer veilig. Het werkt eigenlijk als een hydraulische zekering in de leiding, die ervoor zorgt dat we die terugkerende golf opvangen, afvoeren en vervolgens heel gecontroleerd langzaam sluiten, zodat er geen secundaire golf ontstaat. Het is een zeer bewezen manier om dat probleem te overwinnen.

De derde manier kan zijn dat we slechts een lichte drukstijging ervaren, die heel langzaam terugkomt omdat de leiding bijvoorbeeld van PVC of poly is, waardoor de golf pas na 60-70 seconden terugkomt bij het pompstation. Dan hebben we de mogelijkheid om een standaard drukontlastklep te plaatsen, die bij ons precies zover opent als nodig is om die energie kwijt te raken en vervolgens heel langzaam en voorzichtig sluit om die drukstoot te dempen.

Dus voor ons zijn er 3-4 belangrijke oplossingen die redelijk betaalbaar zijn. We weten feitelijk dat ze werken, dat ze gemodelleerd kunnen worden en in software kunnen worden opgenomen om de effecten te voorspellen. En natuurlijk draait het allemaal om ervaring en weten hoe je ze moet ontwerpen en toepassen.

Dit zijn dus enkele zeer beproefde oplossingen voor waterslag die wij zeker hebben toegepast.

Zeker. Dus als ik het goed begrijp, is dit hydraulische ventiel waar u het over had niet aangesloten op elektriciteit en heeft het ook geen noodstroomvoorziening met een batterij. Klopt dat?

Absoluut. Een van de belangrijkste zaken hier, Sarah, is dat we ervan uitgaan dat er een blikseminslag is geweest, een stroomuitval en dat er geen stroom is. We willen een hydraulische oplossing die specifiek onder die omstandigheden werkt.

Nu komt het in sommige zeer complexe leidingen voor dat we daadwerkelijk een batterij-back-up plaatsen en ook een solenoid op de afsluiter installeren. Dit doen we als we weten dat we secundaire golven zullen zien die terugkomen, omdat in zeer complexe leidingen deze zoektocht niet eenvoudig op te lossen is en behoorlijk ingewikkeld kan zijn. Maar over het algemeen is er geen noodstroomvoorziening nodig. Dus vanuit ons perspectief is het doorgaans puur een hydraulische oplossing.

Fantastisch. Colin, het lijkt erop dat de waterslag anticiperende afsluiter een flexibel en efficiënt ontwerp is dat het effect van drukstoten bij elke pompstationconditie kan verminderen. Is deze technologie bewezen en betrouwbaar genoeg voor ingenieurs en ontwerpers om te overwegen?

Zeker, Sarah. Deze technologie bestaat al heel lang. Al vele, vele jaren werk ik met waterslag anticiperende afsluiters en drukontlastkleppen. En het belangrijkste hierbij is dat het niet simpelweg gaat om een catalogus openslaan en hier een product voorstellen. Het draait om het begrijpen van wat het waterslagrapport echt betekent. En als je echt begrijpt hoe groot de impact is en binnen welk tijdsbestek die drukgolven terugkomen richting het pompstation, en je hebt aan het begin de juiste vragen gesteld en je beschikt over alle benodigde tools, dan kun je echt bepalen hoe de afsluiter wordt geïnstalleerd en hoe het water wordt afgevoerd. Want in veel gevallen kunnen we dat water gewoon kwijt. Maar als we het niet snel genoeg afvoeren, reageert het systeem niet snel genoeg en krijgen we een drukpiek.

Ik kan me nog een situatie herinneren waarin we een waterslag anticiperende afsluiter hadden en het water via onze afsluiter door een grote afvoerleiding, zo’n 50 meter lager, in de rivier stroomde. Toen de afsluiter daadwerkelijk dichtging, nadat de drukgolf was verdwenen, ontstond er zoveel vacuüm in de leiding stroomafwaarts dat de leiding instortte. Dat kun je heel eenvoudig voorkomen door een vacuümbreker te plaatsen en verschillende ontwerpen toe te passen om te zorgen dat het veilig blijft. Waar het om gaat, is dat ervaring allesbepalend is.

We hebben enorm veel ervaring met dit werk en doen het goed. Het verschil met Bermad is dat we niet alleen het juiste product ontwerpen en maken dat geschikt is voor het doel, maar we helpen de ontwerper ook om ervoor te zorgen dat het correct wordt geïnstalleerd, met de juiste bijbehorende afsluiters, leidingwerk, stuwblokken en alles wat nodig is om te garanderen dat het systeem betrouwbaar werkt. Want als je het verkeerd doet, gaat er iets stuk.

We leren van onze fouten, en ik zeg niet dat we nooit fouten hebben gemaakt, maar we proberen ze zeker nooit een tweede keer te maken.

Goed nagedacht. Dat is goed nagedacht. Nou, het klinkt er zeker naar dat jij en het Bernard-team veel ervaring hebben met het beperken van waterslag in pompstations, Colin, vooral bij stroomuitval. Dit was enorm leerzaam. Heel erg bedankt voor het gesprek. Ik kijk uit naar de volgende keer.

Wil je meer leren over de watersector, inclusief producten, tips, installaties, bediening en onderhoudstechnieken? Ga dan naar https://www.bermad.com.au en abonneer je op onze nieuwsbrief voor de branche. Je sluit je 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 instructies, ga vandaag nog naar https://www.bermad.com.au.