Ähnlich wie bei der Dampfleitung ist auch bei Dampfverbrauchern das hohe Niveau des rückgestauten Kondensats die Hauptursache für Wasserschläge. Hier tritt der Wasserschlag jedoch ebenso während des laufenden Betriebs auf.

Dies lässt sich am Beispiel von Rohrbündelwärmetauschern einfach erklären. Sinkt die benötigte Wärmeleistung, beispielsweise durch eine gestiegene Produkteintrittstemperatur oder eine verminderte Produktmenge, kann die Druckdifferenz zwischen Einlass und Austritt des Kondensatableiters so weit absinken, dass keine Kondensatableitung mehr stattfinden kann. Dadurch staut sich das Kondensat im Mantel des Wärmetauschers, ein Phänomen, das auch als „Absaufen” bekannt ist. Abhängig vom Gegendruck kann der Mantel auch im Stillstand mit Kondensat volllaufen.

Strömt nun wieder Dampf in die hoch mit Kondensat gefüllten Bereiche ein, kondensiert der Dampf und verursacht durch die schlagartige Volumenreduktion Wasserschläge, bei denen Wasser in den Hohlraum hineinströmt und zusammenprallt. In den meisten Fällen entstehen in Dampfanlagen über eine kurze Zeitspanne hinweg schwächere Schläge. In Dampfleitungen können hingegen auch sehr schwere Wasserschläge entstehen.

Doch auch der vermeintlich schwächere Wasserschlag kann, wenn er über einen längeren Zeitraum hinweg auftritt, zu starken Beschädigungen bis hin zum Reißen von Gehäusen oder Flanschen führen. Solche Ereignisse finden zumeist unter Volllast statt, wenn hohe Drücke vorliegen. Der Austritt großer Mengen heißen Dampfes und Kondensats kann zu schwerwiegenden Unfällen führen. Detaillierte Informationen zum Absaufen finden sich in unserem Tutorium Phänomen Absaufen.

Ein Kondensatrückstau in einer Dampfanlage kann viele Ursachen haben. Neben dem Absaufen aufgrund mangelnder Druckdifferenz am Kondensatableiter kann dies beispielsweise an einer fehlerhaften Konstruktion der Wärmetauscher oder einer fehlerhaften Installation der Druckpendelleitung liegen. Weitere Ursachen sind eine ungenügende Dimensionierung oder Installation von Kondensatableitern und Rohrleitungen, ein hoher Gegendruck in Kondensatleitungen und vieles mehr. Zur Behebung eines Kondensatstaus ist eine gründliche Untersuchung der möglichen Ursachen unabdingbar.

Wie bei Dampfleitungen ist auch die Geschwindigkeit des Kondensats zusammen mit einem unzureichenden Raum zur Trennung des 2-Phasen-Gemisches aus Dampf und Kondensat eine bedeutende Ursache von Wasserschlägen in Kondensatleitungen.

Auch wenn die Gegenmaßnahmen einfach klingen, sind sie nicht immer einfach umzusetzen.

Beispiel: Eine Heizschlange am Boden eines Öltanks mit 30 Mio. l kann eine Länge von 100 m übersteigen. Die Neigung zwischen Dampfeintritt und -austritt beträgt ca. 1:300 - 1:400, was weniger als der Hälfte der Neigung einer normalen Dampfleitung entspricht (1:100 - 1:100). Somit ist der Abfluss des Kondensats mittels Schwerkraft nicht immer möglich.

In solchen Fällen, in denen ein Kondensatfluss mittels Schwerkraft nicht stattfindet, kann eine vollständige Lösung des Problems Wasserschlag sehr schwierig sein.

Wie bereits erwähnt, ist das Absaufen bei üblichen Wärmetauschern eine wichtige Ursache für den Kondensatrückstau und somit für den Wasserschlag.

Wirksame Gegenmaßnahmen gegen das Absaufen sind die Verwendung von Kondensathebern und Vakuum-Kondensatpumpen.

Wasserschlag in Kondensatleitungen entsteht üblicherweise in Form von Kondensationsschlägen, die durch eine Implosion von Dampfanlagen ausgelöst werden. Zu beachten ist, dass sich in einer Kondensatleitung stets Entspannungsdampf und flüssiges Kondensat befinden, deren gegenseitige Beeinflussung bereits zu Wasserschlägen führen kann.

Dieser Mechanismus tritt häufig an Verbindungsstellen von Kondensatleitungen mit starkem Druckunterschied oder an Stellen, an denen Kondensatleitungen in Entpanner münden, auf. Dabei trifft heißer Entspannungsdampf auf kühles Kondensat, wobei die Fließrichtungen entgegengesetzt sind. Wasserschläge sind die Folge des Zusammenpralls von Wasser, das schlagartig in den durch die plötzliche Kondensation des Dampfes entstehenden Hohlraum strömt.

In einer Kondensatleitung können Gegenmaßnahmen gegen Wasserschläge nicht darauf basieren, das Kondensat zu entfernen, denn der Kondensattransport ist die Grundfunktion dieser Leitung. Direkt wirkende Gegenmaßnahmen, wie sie bei Dampfleitungen und -verbrauchern möglich sind, können hier allenfalls eine Abschwächung des Wasserschlages erreichen.

Die häufigste Ursache für Wasserschlag durch Rückfluss von Entspannungsdampf ist ein stoßweiser Fluss von kühlem Kondensat. Dies ist in vielen Produktionsbetrieben der Fall, besonders bei Chargenheizung.

Wasserschlag aufgrund des Rückflusses von Entspannungsdampf aus Kondensatleitungen

Wasserschlag aufgrund des Rückflusses von Entspannungsdampf aus Entspannern

Eine mögliche Gegenmaßnahme ist die Installation von Rückschlagventilen. Dabei müssen Auswahl und Installationsort jedoch sorgfältig bedacht werden.