Ursachen für Druckstöße

Bei jeder Änderung des stationären Betriebszustandes entstehen in durchflossenen Gerinnen oder Rohrleitungen Druckschwankungen. Während in einem offenen Gerinne bei plötzlicher Durchflussänderung ein Ausgleich der Bewegungsenergie durch ein Anheben bzw. Absenken des Wasserspiegels (Schwall- bzw. Sunkwelle) erfolgt, kann bei geschlossenen Druckrohrleitungen ein Ausgleich der Bewegungsenergie nur durch die Elastizität der Rohrwand und des Fluids erfolgen. Dies bedeutet bei einer Verzögerung der Fließgeschwindigkeit eine Umwandlung der kinetischen Energie in Druckenergie. Während ausreichend langsame Verzögerungen in der Regel vernachlässigbar sind, führen schnelle Änderungen auf Grund der Trägheit der Fluidmasse zu Druckstößen, die eine Gefährdung der Anlagensicherheit darstellen können. Druckstöße können nach VDI 3482 durch folgende Phänomene verursacht werden:

 

  • schnelle Schalthandlungen an Armaturen
  • Pumpen-/Gebläseausfall
  • Pumpenan- oder -abfahren
  • Phasenänderungen (Verdampfung und Kondensation)
  • Ansprechen von Druckentlastungseinrichtungen (Berstscheiben, Sicherheitsventile)
  • schnelle Regelungsvorgänge
  • Rohrbrüche

 

Neben diesen mechanischen Eingriffen in das Rohrleitungssystem können auch prozessbedingte Effekte wie schnelle chemische Reaktionen mit Volumenänderungen zu Druckstößen führen. Allen Ursachen ist gemeinsam, dass die Höhe des entstehenden Druckstoßes unabhängig vom Betriebsdruck ist. Niederdruckanlagen und Rohrleitungen mit großen Nennweiten sind daher meist anfälliger für Druckstoßschäden als Hochdrucksysteme. Beispielsweise wird ein 20 bar Druckstoß in einer für 3000 bar ausgelegten Common-Rail-Leitung in der Regel unkritisch sein, während der gleiche Druckstoß in einer PN 10/DN 500-Trinkwasserleitung höchstwahrscheinlich zum Bruch der Leitung führen wird. Insbesondere die aus dem Druckstoß resultierenden Kräfte auf die Rohrleitungshalterungen können bei großen Nennweiten die zulässigen Belastungen überschreiten.

 

Die Wirkung von Druckstößen ist jedoch nicht auf den örtlichen Bereich der Druckstoßquelle beschränkt, sondern breitet sich in der gesamten Anlage in Form von Druckwellen aus.