Vätskeslag i slutna rörsystem: orsaker, följder och åtgärder

Vad är vätskeslag?

Vätskeslag är en plötslig tryckökning i en rörledning som uppkommer då strömningshastigheten ändras snabbt. Det här fenomenet uppkommer då en rörlig vätska tvingas stoppa eller ändra riktning i ett slutet system. Den här tryckstöten utbreds över hela systemet och mångdubblas först, vilket resulterar i en tryckökning i ett gränsintervall som inte längre är tillåtet för komponenterna. Dessutom mångdubblas flödeshastigheten och kan vid olyckliga omständigheter uppnå upp till 1200 m/s. 

Vätskeslag uppkommer inte bara för vatten, utan även andra inkompressibla vätskor (som inte ändrar densiteten under tryck avsevärt) och gaser. Tryckstöten förekommer ofta med vibrationer eller ett knackande ljud som upprepas innan trycket ger efter. Därför förekommer ibland även begreppet tryckslag.

Även om man kan höra tryckslagen tydligt är de svåra att mäta då tryckslaget byggs upp och försvinner igen inom en extremt kort tid på några få millisekunder. Elektroniska mätenheter är ofta inte lämpliga för sådana mätningar, eller så når tryckstöten över mätintervallsvärdet.

Orsaker till vätskeslag

Det finns flera orsaker till vätskeslag, t.ex. om ventiler öppnas och stängs snabbt, snabb uppstart och avstängning av pumpar, backventiler som stänger för snabbt och plötsliga strömavbrott. Även separeringen av vattenpelaren eller tryckbufferten främjar uppkomsten.

Men även konstruktionen påverkar förekomsten av vätskeslag. I system med stora höjdskillnader är risken särskilt hög, då det krävs högre tryck för att klara höjdskillnader.

Även systemkonstruktioner som förebygger ett jämnt flöde innebär en högre risk. Därför ska böjar och kraftiga trycksvängningar undvikas i möjligaste mån.

Direkta följder av vätskeslag

Vätskeslag kan resultera i allvarliga skador:

• Otäta komponenter.
• Deformerat eller förstört ventilsäte.
• Deformerade backventilskivor.
• Brutna och böjda pumpfästen.
• Förtida slitage på tätningar och O-ringar.
• Brutna löphjul.
• Otäta och brutna rörledningar.

Eventuella långtidsföljder för ledningssystem

Utöver skador på enskilda instrument och komponenter försämrar vätskeslag ofta hela systemets livslängd. Risken ökar ju kraftigare vätskeslagen blir. Ofta blir resultatet även läckage på rörledningarna, som resulterar i att systemet inte fungerar effektivt över längre tider och medium eller produkt förloras. 

Förebygga vätskeslag

Korrekt ventilval vid planeringen

Det bästa är om systemet redan planeras så att risken för vätskeslag minimeras från första början. Här spelar valet av lämpliga ventiler en avgörande roll. Vid planeringen ska användare ska se till att välja ventiler av hög kvalitet som resulterar i att funktionen upprätthålls, för att förebygga från början att vätskeslag uppstår. Pneumatiska eller elektriskt styrda ventiler finns att tillgå i lämpliga utföranden. Även manuellt manövrerade ventiler kan användas. Här ges en kort överblick vilka krav som ventilerna ska uppfylla.

Pneumatiskt manövrerade processventiler med justerbar öppnings- och stängningstid

För de pneumatiskt manövrerade processventilerna finns snedsätesventiler att tillgå (kallas även Y-ventil) och raka ventiler (kallas även genomgående ventil). Det är viktigt att ventilerna är konfigurerade så att de stänger mot vätskans flödesriktning. Det gör att stängningsfunktionen fungerar i samklang med mediets tröghet och vätskeslag förebyggs naturligt. Både ventiler med fjäderåterställning och dubbelverkande ventiler kan konfigureras på det här sättet.

Elektromotoriska ventiler

Även elektromotoriska ventiler tillhandahålls, samt pneumatiskt manövrerade processventiler med lämpliga husvarianter som sned- och raka sätesventiler. Bürkerts motorventiler utmärker sig med följande egenskaper som fungerar ihop med vätskeslagsproblematiken:

• Styv drivlina som fungerar oberoende av och inte är reaktiv med avseende på medietrycket. Därmed påverkar inte trycksvängningar eller -stötar i mediet ventilläget. Vi rekommenderar t.ex. kompaktventilerna (typ 3280 / 3281 / 3285). 
• Den specifika mekaniska ventilkonstruktionen fungerar utan fjäderlager, jämfört med pneumatiskt styrda processventiler, och ger en hög stöt- och vibrationsstabilitet.
• Bürkerts motorventiler har en inställningshastighet som kan justeras exakt med en programvarufunktion. Därmed kan ventilerna kontrollerat öppnas och stängas långsamt för att inte öka systemtrycket i onödan och minimera tillhörande följdverkningar.

Elektromotorisk 2/2-vägs membranventil (öppen/stängd)

Typ 3323

• Säkerhetsläge med energilagringsenhet
• Justerbar drivkraft
• Diagnos funktioner och fältbussanslutning
• Ytor som kommer i kontakt med produkten från Ra ≤ 0,38 µm…1,6 µm (kan väljas elektropolerade)
• Finns att tillgå i DN 06…DN 100

Membranventiler

Särskilt inom läkemedels- och biotech-produktionen går det även att använda pneumatiska och elektromotoriskt styrda membranventiler. Den här ventiltypen kan, till skillnad från sätesventiler, användas oberoende av flödesriktningen, men vid dimensioneringen gäller samma kriterier (kV-värde, maximalt tryck...) som sätesventilerna. För membranventiler ska du beakta att vätskeslag kan resultera i en kortvarig otäthet utåt (inte bara via bryggan), som till en början endast visas under det korta ögonblicket vid vätskeslaget. Om membranen inte skulle vara skadade kan ventilen i bästa fall fortsatt fungera som vanligt.  

2/2-vägs membranventil med pneumatisk drivning i rostfritt stål (typ ELEMENT) för decentral automatisering

Typ 2103

• Ventilhus och membran finns att få i olika material och varianter
• Produktkontaktytor på Ra ≤ 0.38 - 1.6 µm (som tillval elektropolerade)
• Finns i alla vanliga anslutningsstorlekar och -varianter

Optimeringsmöjligheter vid existerande system

Vid existerande system finns det olika ansatspunkter för att minimera risken för vätskeslag i efterhand. Den här typen av systemomfattande anpassning ska bara övervägas av en processingenjör som har en övergripande förståelse av hela processen. 

Möjliga åtgärder är:

• Byte av enskilda ventiler mot ventiler med justerbar öppnings- och stängningstid.
• Montering av strypventiler och rörsteg för att sänka vätskeflödet genom ventiler så att ventilerna stänger långsammare. 
• Sänkning av stängningshastigheten på pneumatiska processventiler genom att strypa den pneumatiska luftningen och avluftningen av pneumatikdrivningen. 
• Användning av elektromotoriska drivningar med en anordning för öppnings- och stängningstiden.
• Begränsning av hastighetsändringen i systemet.
• Användning av dubbelverkande drivningar inkl. motsvarande aktivering.

Summering

Vätskeslag är ett allvarligt problem i rörsystem. Det kan skada systeminstrument och rörledningar. Rätt val av ventiler, anpassad stängningshastighet, montering av strypventiler eller växelventiler och andra anpassningar på systemet, utfört av fackpersonal, kan oftast förebygga vätskeslag.

Har du problem med vätskeslag eller vill du förebygga det?

Bürkerts armaturexperter ger dig gärna råd under planeringsfasen och bistår gärna även då du väljer lämpliga komponenter.

Ta kontakt nu