Vlastnosti rozvodů tepla z předizolovaných trubek

Transkript

1 Vlastnosti rozvodů tepla z předizolovaných trubek 1 Termín a místo konání v Plzni, v Kolíně, ve Zlíně. Autor: Pavel Sláma

2 Aktuální stav v oboru předizolovaných potrubí Předizolovaná potrubí jsou na trhu již čtyřicet let, ale teprve v posledních dvaceti pěti letech došlo k jejich značnému rozšíření v teplárenských sítích střední a východní Evropy. Vzhledem ke snahám o další využití kombinované výroby elektřiny a tepla, je další použití předizolovaných potrubí pravděpodobnou cestou pro snižování tepelných ztrát při přenosu topné vody k místům spotřeby. Předizolovaná potrubí prošla technickým vývojem, který posouvá jejich použitelnost směrem k náročnějším stavebním podmínkám a vyšším (150 o C) či naopak podnulovým teplotám (-70 o C)přenášeného media. Zejména v oboru izolačních pěn došlo v několika evropských výzkumných, částečně soukromých, vývojových laboratořích, ke změnám, kdy při relativně nízkých nákladech na komponenty pěny je při přesně řízených procesech možno zhotovovat PUR pěnu o velmi dobrých mechanických vlastnostech. Na jednu stranu tento proces postupně vyřazuje z procesu menší výrobce, pro které je již nákup nových technologií příliš drahý, na straně druhé došlo již právě díky postupnému odchodu těchto menších výrobců ke standardizaci kvality potrubí téměř v celé EU, snad s výjimkou některých států na její východní hranici... 2

3 K čemu slouží předisolovaná potrubí? teplovod zásobování jednotlivých objektů 3

4 Zadání k určení vhodného předisolovaného potrubí: Médium: voda upravená pro teplárenské účely Provozní teploty: 90 o C přívodní a 70 o C vratná linie Provozní tlak: 1,2MPa (abs) PN16 4 Provozní rychlost média: 1,5m/s Proměnnost provozních parametrů v čase: ekvitermní regulace cca 100 plných cyklů za rok

5 Kovová medionosná potrubí Uhlíkové oceli Legované oceli Měď 5 K výrobě teplonosných ocelových trubek jsou doporučeny svařované trubky dle EN a EN nebo bezešvé trubky dle EN s tolerancemi průměru podle EN253

6 Standardní materiály medionosného potrubí Uhlíková ocel EN P235GH (DIN St37) pro teplovody a horkovody Certifikát: EN ISO /DIN 1626 (svařovaná) nebo ISO /DIN 1629 (bezešvá) Rozměry: ISO 4200/DIN 2458 nebo DIN 2448 Materiál: St 37.0 (P235GH, P235TR1) 6 Úkosy: DIN 2559/22 Zkoušky: nedestruktivní Koeficient svaru: 1 Modul pružnosti N/mm 2 Mez kluzu N/mm2 (při 20oC) Pevnost v tahu 350 N/mm 2

7 Standardní materiály medionosného potrubí Uhlíková ocel DIN St52 (EN S355/P355NH) pro horkovody Certifikát: EN B Technické podmínky dodání dle DIN 2391 (bezešvá) Rozměry: ISO 4200/DIN 2458 nebo DIN 2448 Materiál: St 52 Zkoušky: nedestruktivní Koeficient svaru: 1 Modul pružnosti N/mm 2 Mez kluzu 215 N/mm 2 Pevnost v tahu 290 N/mm 2 7 7

8 Standardní materiály medionosného potrubí Nerezová ocel třídy ČSN (EN P4301) pro zásobování teplou vodou, případně pro přepravu parního kondensátu a chemický průmysl Materiál: , Zkoušky: nedestruktivní Koeficient svaru: 1 Mez kluzu 186 N/mm 2 Pevnost v tahu 490 N/mm 2

9 Standardní materiály medionosného potrubí Měď H040 podle EN Materiál: H040 Hustota: kg/m 3 Zkoušky: nedestruktivní Tažnost: > 30% Pevnost v tahu: 210 N/mm2 Koeficient tepelné roztažnosti: 1, /K Koeficient tepelné vodivosti: 365 W/mK 9 9

10 Standardní materiály medionosného potrubí Polypropylén, PPR typ 3 pro zásobování teplou vodou, nízkoteplotní vytápění a chemický průmysl koeficient tepelné roztažnosti pro potrubí: WAVIN EKOPLASTIK STABI 0,05mm/mK WAVIN EKOPLASTIK PPR 0,12mm/mK tepelná vodivost 0,22 W/mK, požární klasifikace - třída C3 odolnost proti chemikáliím - potrubní systém z PPR je určen především pro dopravu vody (pitné studené, teplé užitkové, závlahové atd.) - je možné je použít i pro dopravu jiných medií, přičemž konkrétní použití se řídí normou DIN 8078 Bb

11 Standardní materiály medionosného potrubí Zesíťovaný polyetylén PEX pro zásobování teplou vodou, nízkoteplotní vytápění a chemický průmysl Mez pevnosti (20 C) N/mm 2 (100 C) 9-13 N/mm 2 11 Hustota 938 kg/m 3 Youngův modul (20 C) N/mm2(80 C) N/mm 2 Protažení (20 C) % (100 C) % 11

12 Standardní materiály medionosného potrubí Medionosná trubka GFK trubka z epoxydové pryskyřice ztužená křížově vinutým skelným vláknem průmysl 12 12

13 Standardní materiály krycího pláště potrubí Vysokohustotní polyetylén Materiál PE-HD (vysokohustotní polyetylén) Rozměry: EN 253 Materiál: PE-HD Hustota: (+20 C) ~ 960 kg/m 3 Tepelná vodivost: 0,43W/mK Koeficient tepelné roztažnosti: /K Rychlost toku taveniny (MFI 190/5): 0,4 až 0,9 Obsah černého uhlíku: 2,5 0,5 % ASTM D Protažení při přetržení: 350% ISO R-292 Rázová pevnost: 10 mj/mm2 ISO R-179 Pevnost v tahu: 17 MPa ISO DIS 572B 13 13

14 Standardní materiály krycího pláště potrubí Kovový plášť Trubky SPIRO Se vyrábí ze spirálově překládaného ocelového pozinkovaného plechu Materiál: Konstrukční hlubokotažná ocel 14

15 Proč zrovna předisol užití předisolovaných potrubí je jednou z možných alternativ směřujících k plnění koncepce trvale udržitelného rozvoje Minimalizace tepelných ztrát spojená s montážní jednoduchostí, danou prací s již hotovými stavebními prvky, a to celé kombinováno s extrémní provozní spolehlivostí, předurčují předisolované systémy pro isotermickou přepravu tekutin, tedy kapalin i plynů na velké vzdálenosti. 15

16 Tepelné ztráty? Koeficient tepelné vodivosti PUR pěny za použití cyklopentanové technologie λ(+50 o C) 0,026 W/mK. Tato hodnota umožňuje při správné montáži a provozování potrubní sítě redukovat tepelnou ztrátu při rozvodu tepla na samu hranici měřitelnosti. 16

17 Vyšší isolační stupeň? Předisolované potrubí je standardně od devadesátých let dodáváno v tloušťce isolace označované 1. Pouze výjimečně (např. při rekonstrukcích) se ještě můžete setkat s isolačním stupněm 0. V případě teplovodů a především horkovodů je namístě v souladu s např. vyhl. 193 / 2007 zvážit použití isolačního stupně 2. Zejména u horkovodů lze tuto kvalitu (tloušťku) isolace již doporučit jako základní standard minimálně pro přívodní potrubí. V případě, že výrobní cena tepla dosahuje hodnot přes 500Kč/GJ, je na místě zvážit i izolační třídu 3, případně u horkovodu 135oC/70oC kombinaci třetí a první izolační třídy (samozřejmě pokud se neakumuluje do horkovodní sítě). 17

18 Vyšší isolační stupeň? Předisolovaná trubka ve II. a III. isolačním stupni se skutečně liší od I. stupně pouze tloušťkou isolace. 18 Tady montážní firmu žádné další komplikace nečekají..

19 A jak snížit investiční náklady? Dobrým projektem Vzhledem ke skutečnosti, že předisolované potrubí je současnosti poměrně systematicky řešenou částí stavby, je možno i v široké projektantské veřejnosti najít projektanty, kteří jsou velmi dobře kvalifikováni pro projektování předisolovaných potrubí. Pokud tito projektanti dostanou technickou podporu výrobce nebo dodavatele ve formě podpůrných, především pevnostních a tepelně technických výpočtů, jsou jejich konečné výsledné projekty prvotřídní 19

20 Kladečský plán 20

21 Co všechno se dá výpočtem zjistit..? Především síly a od nich odvozená napětí. Na základě těchto napětí se dají navrhnout, tedy již přímo v průběhu práce optimalizovat. Počty kompenzátorů v trase je možno za pomoci pevnostních výpočtů určit tak, aby výsledná axiální napětí byla udržena v oblasti napětí dovolených, tedy pro ocel St37.0 (P235GH) v oblasti Mpa. 21

22 Axiální napětí > dovolené namáhání Co v případě, že axiální napětí, zjištěné v navrhované trase výpočtem, přesahuje napětí dovolené? Například umístit jednočinný kompenzátor. 22

23 Pokud není možno potrubí předehřát..? Stejně tak velikost vyložení U, Z a L kompenzátorů je možné určit tak, aby každá část materiálu byla plně využita a nezhotovoval se zbytečně ani metr kompenzace navíc 23

24 Jak ještě stavbu zlevnit? plastovými šachtami. Předpokládaná plná funkční životnost předisolovaného systému je 30let. Není nutné volit náročná řešení přesahující svou životností i životnost celé stavby. 24

25 Kvalitu předisolovaného potrubní trasy stejně určuje kvalita její montáže? 90% havárií na předisolovaných trasách není způsobeno ani kolapsem některého výrobku, ani nekvalitním projektem, ale špatnou kvalitou montáže. Co se proti tomu dá dělat? 25

26 Kvalitu předisolovaného potrubní trasy stejně určuje kvalita její montáže? školit, školit, školit 26

27 A když se chyba stane, jak ji najít? Detekční systém poruch - Monitorování netěsností metoda je založena na skutečnosti, že kapalné médium vykazuje elektrolytickou vodivost, která se při jeho úniku do mezivrstvy snímá detekčními vodiči. Takových vodičů může být - což se jeví mnohdy účelné - v jedné trubce umístěno více. Většinou se používají systémy s měděnými vodiči. Ty lze ještě rozdělit dle principu uzavírání měřicího obvodu. Jedná se buď o dvojici vodičů, tvořící samostatné vedení, nebo je využita ve funkci jednoho z vodičů ocelová teplonosná trubka. Naposledy jmenovaný systém bývá nazýván Nordic a v Evropě je nejrozšířenější. 27

28 Principy vyhodnocování netěsností Konduktometrie, tj. měření elektrolytické vodivosti kapalin je základem činnosti všech typů detektorů. Překročení přípustné hodnoty elektrického svodu mezi detekčním vodičem a trubkou (nebo mezi dvojicí vodičů) je kvalifikováno jako porucha a indikováno vhodným signálem. Pro základní trvalý dohled na systémem se používají jednoduché vodivostní detektory, které nejsou schopny zaměřit polohu poruchy. Přístroje tohoto typu mohou mít značnou citlivost a v kombinaci s přenosným reflektometrem, schopným eventuální poruchy lokalizovat, zajišťují komplexní dohled nad potrubním systémem. 28 Reflektometrie - Nejvyšší třídu v oboru detektorů netěsností tvoří přístroje, pracující na principu odrazu elektrického signálu na vedení. Tato metoda, nazývaná reflektometrie, je v elektrotechnice často využívána pro kontrolu celistvosti a jakosti kabelů a vedení rozmanitých druhů a představuje v podstatě vyhodnocení vysokofrekvenčních vlastností vedení. Při narušení elektrické homogenity vedení zkratem, svodem, přerušením nebo i změnami jiných elektrických i mechanických parametrů dojde v místě takové změny k částečnému až úplnému odrazu signálu, který byl do něj vyslán. Při známé rychlosti šíření signálu po daném druhu vedení lze z doby od jeho vyslání do návratu odražené složky určit polohu místa poruchy (odrazu) a z jeho amplitudy určit její velikost a povahu.

29 Principy vyhodnocování netěsností Propojení systému Projekt monitorovacího systému musí být navržen tak, aby umožnil co nejpřesnější zaměření poruchy. Není vhodné celý systém propojit a monitorovat najednou. Tento způsob je značně nepřehledný a neumožňuje ani hrubou lokalizaci určením sekce, vykazující poruchu. Zejména však značně ztěžuje výchozí zaměření i nezbytnou dodatečnou lokalizaci poruchy přenosným reflektometrem. Systém je třeba rozčlenit do jednotlivých sekcí tak, aby bylo umožněno zaměření na kratší vzdálenosti. Zároveň tak není omezeno libovolné rozšiřování systému o další sekce. 29

30 Principy vyhodnocování netěsností Z podobných důvodů není vhodné dříve používané zapojení detekčního vodiče do smyčky, která je pak využívána pro kontrolu jeho kontinuity. Navíc detektory, využívající tento princip nelze při případném přerušení jednoho z vodičů v trubce použít pro náhradní monitorování pomocí druhého neporušeného vodiče. Nezbytná je existence kvalitní dokumentace. Ta má obsahovat kromě jiného přesné schéma propojení vodičů, přesné geometrické zaměření a všechny délkové kóty jednotlivých úseků a jednotlivých trubek potrubí (kladečský výkres) dle reálného provedení stavby. 30

31 Principy vyhodnocování netěsností Schéma zapojení detekčního systému do kladečského plánu dle reálného provedení stavby: 31

32 Principy vyhodnocování netěsností Detektory lze rozdělit dle způsobu použití na stabilní a přenosné, podle schopnosti stanovit i vzdálenost eventuální poruchy na indikační a lokalizační. Stabilní detektory jsou pevně umístěny ve vhodném objektu a obvykle slouží k nepřetržitému monitorování určité trasy potrubí. Přenosné přístroje jsou určeny k operativnímu měření v libovolném místě přístupu k systému. Přitom indikační detektory pouze upozorní, že v kontrolovaném úseku nastala porucha, zatímco lokalizační detektory jsou schopny určit i polohu této poruchy. 32 Přenosný lokalizační přístroj Stacionární lokalizační přístroj

33 Příklady využití předisolovaných potrubí ve stavební, energetické a chemické praxi Cca 85% všeho vyrobeného předisolovaného potrubí je v ČR využíváno při výstavbě teplovodů a horkovodů. Cca 12% připadá na potrubí zásobující obytné, administrativní a průmyslové objekty teplou vodou (teplou užitkovou vodou). Zbylá cca 3% vyrobeného potrubí jsou aplikována pro přepravu jiných látek, převážně ve vodárenství, kanalizačních vedeních a v chemickém průmyslu. 33

34 Příklady využití předisolovaných potrubí -horkovody Klasické provedení horkovodu zde 2 x DN350/560 Napojení Neratovic na horkovod Mělník Praha. 34 Isolační třída II, medionosnou trubkou je ocel St37(dle DIN)

35 Příklady využití předisolovaných potrubí -horkovody Táhlé oblouky použité v kombinaci s odvzdušňovacími armaturami 2 DN200 ve 2. Isol. třídě. Ml.Boleslav. II, medionosná trubka ocel St37(dle DIN) 35

36 Příklady využití předisolovaných potrubí -horkovody Podchod pod řekou Ostravice Frýdek-Místek 2xDN300, přívod v I. a vratná ve II. isolační třídě. Medionosná trubka ocel St37(dle DIN) 36

37 Příklady využití předisolovaných potrubí - teplovody Klasické provedení teplovodu zde 2 x DN CZT Rybniště, Sev.Čechy 37 Isolační třída I medionosná trubka ocel St37

38 Příklady využití předisolovaných potrubí - teplovody Teplovod v historické zástavbě zde 2 x DN125 Městská kotelna v Srbobranu, Serbia. Isolační třída I ( St37.0 ) 38

39 Příklady využití předisolovaných potrubí - potrubí pro minerální vody a jiné agresivní* látky Potrubí pro dopravu minerálních vod Děčín, 2 x DN200/ Isolační třída I medionosná trubka ocel St37 *nutno vždy posoudit na základě chemického rozboru

40 Příklady využití předisolovaných potrubí nadzemní rozvody chlazení - potrubí s kovovým SPIRO pláštěm Rozvody vody Hypermarket TESCO Havířov, 2xDN100/200 SPIRO. Isolační třída I.,medionosná trubka ocel St37.0, krycí plášť spirálně vinutý a pozinkovaný. 40

41 Příklady využití předisolovaných potrubí zásobování teplou vodou - potrubí s nerezovou medionosnou trubkou Rozvody topné a teplé (dříve TUV) vody Praha 10 Vršovice ul.moskevská UT ocel St37 2x DN100/200 + TV nerezová ocel DN50/125+DN32/110 41

42 42 Děkuji za pozornost..