p ri = p pi + h i. ρ. g.10-3

Transkript

1 h ZABEZPEČOVACÍ ZAŘÍZENÍ PRO USTŘENÍ VYTÁPĚNÍ A OHŘEV TUV TERMÍNY A EFINICE 1.Manometrická rovina (MR) vodorovná rovina, ke které jsou vztaženy údaje o přetlacích v otopné soustavě. Volí se 1,5 m nad podlahou hlavního místa obsluhy. o manometrické roviny se umisťují všechny manometry. Je-li průtok v soustavě nulový, musí všechny manometry ukazovat stejnou hodnotu. Pro vodní soustavu jsou důležité tyto hodnoty tlaků: kpa p s p k p hdov = p ot p h p d p ddov 2. konstrukční přetlak p k (kpa) je dán minimálním konstrukčním přetlakem jednotlivých prvků soustavy, vztaženým k manometrické rovině p ri = p pi + h i. ρ. g.10-3 p pi (kpa) konstrukční přetlak prvku h i (m) převýšení prvku nad MR ρ (kg/m 3 ) hustota vody při počáteční teplotě (+10 o ) g = 9,81 (m/s) zemské zrychlení 0 3. nejvyšší dovolený přetlak soustavy P hdov (kpa) přetlak, na který je nastaveno pojistné zařízení. U pojistného ventilu se rovná otevíracímu přetlaku P ot. 4. nejvyšší provozní přetlak P h (kpa) nejvyšší hodnota provozního přetlaku 5. provozní přetlak P s (kpa) udržuje se při provozu soustavy (střední hodnota z tlaků P h a P d ) 6. nejnižší provozní přetlak P d (kpa) nejnižší hodnota provozního přetlaku 7. nejnižší dovolený provozní přetlak P ddov (kpa) přetlak, při kterém je soustava plně zavodněna a ve všech místech soustavy je kladný přetlak vody P ddov 1,1. (h. ρ. g Δp z ) h (m) převýšení nejvyššího bodu soustavy nad neutrálním bodem (NB) Δp z (kpa) tlaková ztráta části soustavy mezi neutrálním a nejvyšším bodem ve směru prodění K 1 2 NB HB NR Pokud není v této části soustavy umístěno oběhové čerpadlo, Δp z = 0 kpa. Je-li neutrální bod NB na straně sání oběhového čerpadla (bod 2), statický přetlak v jednotlivých bodech soustavy se zvyšuje o výtlačnou výšku čerpadla. Je li NB na straně výtlaku oběhového čerpadla (bod 1), statický přetlak se snižuje. Tlakový účinek čerpadla je rozdíl mezi tlakovým přínosem čerpadla a tlakovou ztrátou soustavy mezi

2 čerpadlem a daným bodem ve směru proudění. HB je nejvyšší bod soustavy. U výměníků typu A1 a A2 nemá docházet na teplonosné ploše k odparu ohřívané vody. Musí platit P ddov > p 2X. Hodnota p 2X je přetlak ohřívané vody na mezi odparu při teplotě t 2X. Teplota je dána vztahy t 2X 0,8 T 1 0,2 t 2 t 2X 0,5 (T 1 + t 2 ) T 1 ( o C) teplota přívodního média t 2 ( o C) výstupní teplota ohřívané vody Mezi přetlaky platí vztahy p k p hdov = p ot p h p d p ddov - je-li topným médiem pára - je-li topným médiem voda 8. nejvyšší konstrukční teplota t k ( o C) nejnižší teplota konstrukčních provků převzatá z hygienických předpisů 9. dovolená teplota t dov ( o C) nejnižší teplota teplovosné látky, na kterou je nastaveno zabezpečovací zařízení 10. nejvyšší dovolená teplota t h ( o C) maximální provozní teplota teplonosné látky 11. pojistný úsek (PÚ) část otopné soustavy ve kterém je zdroj tepla. Je ohraničen uzavíracími armaturami na vstupu a výstupu teplonosného média ze zdroje. PM1 ZT PM2 N C PÚ = AB B AB pojistný úsek, PM pojistné místo PM2 = 20. N C 12. pojistné místo (PM) je část úseku, ke kterému patří horní část zdroje tepla a výstupní potrubí od zdroje. Max. délka potrubí je 20-ti násobek světlosti potrubí od hrdla. A NB 13. pojistné potrubí (PP) je potrubí, které připojuje pojistné zařízení s pojistným místem. 14. expanzní bod (EB) místo, kde se na soustavu napojuje expanzní zařízení 15. expanzní potrubí (EP) - je potrubí, které připojuje expanzní zařízení s expanzním bodem 16. neutrální rovina (NR) je místo v otopné soustavě, ke kterému se vztahuje udržování přetlaku na požadovaných hodnotách za všech provozních stavů. Je dána výškou (m) od manometrické roviny (u domovních zdrojů) nebo nadmořskou výškou (u primárních soustav). 17. neutrální body (NB) jsou místa, ve kterých protíná zařízení soustavy neutrální rovinu. Neutrální bod v kotelně nebo výměníkové stanici se považuje za hlavní. Nejčastěji to bývá expanzní bod.

3 Všeobecné technické požadavky Výpočet zabezpečovacího zařízení je součástí projektové dokumentace, která zůstává uložena u projektanta a je předložena ke kontrole na požádání. Parametry otopné soustavy jsou dány prvkem s nejmenšími hodnotami s přihlédnutím k výšce umístění prvku v soustavě. Pokud je zdroj tepla umístěn v nejvyšší místě otopné soustavy, je nezbytné instalovat pojištění proti nedostatku vody. Toto platí i pro ostatní zdroje, které pracují bezobslužně. NÍZKOTLAKÉ PARNÍ OTOPNÉ SOUSTAVY O NEJVYŠŠÍHO PROVOZNÍHO PŘETLAKU 70 KPA Nejvyší pracovní přetlak těchto soustav nesmí překročit projektovanou hodnotu o více jak 10 kpa, nikdy však hodnotu 70 kpa. To zajistí správně navržené pojistné zažízení. Nízkotlaký parní kotel musí být vybaven pojistným zařízením, a dále: - přímým vodoznakem s vyznačenou nejnižší a nejvyšší hladinou vody v kotli - tlakoměrem s vyznačením nejvyššího provozního přetlaku s trojcestnou armaturou a kondenzační smyčkou - plnící a vypouštěcí armaturou - zařízením, které při poklesu vody pod nejnižší dovolenou mez nebo při překročení nejvyššího provozního tlaku uvede do provozu světelnou popř. akustickou signalizaci (pevná paliva) nebo uzavře přívod paliva do kotle (ostatní paliva). Toto zařízení se doporučuje kombinovat s automatickým doplňováním vody. - hrdlem pro připojení vyrovnávacího potrubí těsně pod úrovní nejnižší dovolené hladiny vody, s výjimkou kotlů vybavených samostatným regulátorem hladiny a napájených potrubím nebo čerpadlem. Pojistné potrubí se může skládat z jedné nebo dvou nádob. Velikost nádoby musí být větší než vodní obsah pojistné trubky. Požadovaný přetlak je jištěn vodním sloupcem v pojistné trubce, která je připojena k parnímu prostoru kotle bez uzavíracích armatur. Potřebnou výšku vodního sloupce určíme ze vztahu: p hdov (kpa) nejvyšší pracovní přetlak ρ (kg/m 3 ) měrná hmotnost vody při teplotě rovné teplotě syté páry při nejvyšším pracovním přetlaku

4 H/2 H H/2 20 mm Pojistné přetlakové zařízení musí být umístěno v kotelně a musí být přístupné pro obsluhu. Obsah horní nádrže musí být alespoň dvojnásobkem obsahu pojistné trubky. Nádoby mohou být hranaté nebo válcové. Výfuková trubka je v horní nádobě vyústěna tak, že její ukončení je nad nejvyšší hladinou vytlačené vody. ruhý konec výfukové trubky je sveden do výšky max. 100 mm nad podlahu kotelny. Pojistné přetlakové zařízení a jednou nádobou d Vratná trubka slouží k vracení vytlačené vody do dolní části pojistného potrubí nebo spodné nádoby. K vratnému potrubí je připojeno plnící potrubí s nálevkou a uzacírací armaturou ve výšce o 20 mm nižší než je spodní hrana pojistného potrubí v místě připojení na kotel. Spád pojistného potrubí je směrem ke kotli. Vnitřní průměr pojistného a výfukového potrubí je shodný a volí se podle výkonu kotle (viz. tab). Průměr vratného potrubí je menší. Na nejnižším místě pojistného přetlakového zařízení je instalována zaslepovací zátka pro vypouštění a čištění zařízení. Celková délka připojovacího potrubí mezi kotlem a přetlakovým zařízením nesmí být větší než 10 m. imenzování potrubí nízkotlakého parního pojistného přetlakového zařízení Jmenovitý tepelný výkon nízkotlakého parního kotle (kw) Jmenovité průměry d vratné a signální trubky (mm) Jmenovité průměry parního přetlakového, výfukového a připojovacího potrubí (mm)

5 oporučené tvary a velikosti nádob přetlakového parního zařízení s jednou nádobou TYP I TYP II TYP II e e e e 40 d e d d e 1/2 1/ /2 1/ /2 1/ /2 1/2 500 oporučené rozměry nádob přetlakového parního zařízení Nejmenší dov olen ý přet lak p hdov (kp a) Svislá délk a H (mm) Rozměr e v mm a typ nádoby pro jmenovitý výkon kotle v kw e typ e typ e typ e typ e typ e typ I 80 I 95 II 105 II 120 II 135 III 7, I 80 I 95 II 105 II 120 II 135 III I 80 I 95 II 105 II 120 II 135 III I 80 I 95 II 105 II 120 II 135 III I 80 I 95 II 105 II 120 II 135 III I 80 I 95 II 105 III 120 II 135 X I 80 II 95 II 105 III 120 II 135 X I 80 II 95 II 105 III 120 X 135 X I 80 II 95 III 105 III 120 X 135 X X atypické provedení nádrží

6 ZABEZPEČOVACÍ ZAŘÍZENÍ TEPLOVONÍCH OTOPNÝCH SOUSTAV Každá otopná soustava musí mít expanzní zařízení a každý zdroj tepla musí být opatřen neuzavíratelně připojeným pojistným zařízením. Expanzní a pojistné zařízení musí být chráněno proti zamrznutí. Expanzní a pojistné potrubí je vyspádováno tak, aby se samočinně odvzdušňovalo, nebo je osazen automatický odvzdušňovací ventil. Pojistná zařízení Pojistné zařízení musí být připojeno na zdroj v pojistném místě. Zde je osazen i teploměr a tlakoměr. V pojistném místě nesmí být uzavírací armatura ani zúžení potrubí. Na pojistném potrubí jednoho zdroje smí být jen arnatury jako zpětný ventil, zpětná klapka nebo střídací armatura stejné světlosti jako pojistné potrubí. Zpětní armatury se opatří obchozem se šoupátkem nebo kohoutem o menší světlosti. Jedno pojistné zažízení může sloužit pro několik zdrojů. Ochrana proti překročení nejvyššího dovoleného tlaku Ochrana může být provedena buď hydrostaticky (sloupec vody v pojistném potrubí u otevřené expanzní nádoby) nebo pojistným ventilem. Oba způsoby lze kombinovat (při nebezpečí zamrznutí otevřené expanzní nádoby). Zdroje se pro určení příslušného zařízení dělí do skupin podle typu látky, která by ze zdroje odcházela přes pojistné zařízení. Skupina A výměníky, ohřívače TUV, redukční a směšovací zařízení, Skupina B kotle. Zdroj tepla A Varianta Teplotní interval ( o C) Vstup do pojistného zařízení Výstup z pojistného zařízení 1 T 1 < 100 voda voda < T 1 < t 2X voda směs < t 2X < T 1 pára pára B pára pára T 1 vstupní teplota primárního média t 2X teplota sekundárního média na mezi odparu při nejvyšším dovoleném přetlaku p hdov. Pokud není pojistný ventil umístěn v úrovni manometrické roviny, musí být otevírací přetlak upraven o tlakový rozdíl daný rozdílem výšek mezi umístěním ventilu a rovinou. Výpočet pojistného zařízení Výpočet je založen na předpokladu, že pojistné zařízení spolehlivě odvede ze zdroje tepla pojistný výkon.

7 Pojistný výkon Q p (kw) pro výměníky tepla Pro ostatní zdroje Q n (kw) jmenovitý výkon zdroje tepla T 1 ( o C) - vstupní teplota primárního média T 2 ( o C) - výstupní teplota primárního média t 1 ( o C) - vstupní teplota sekundárního média t 2 ( o C) - výstupní teplota sekundárního média Pojistný průtok m p (kg/h) - pro vodu m p = Q p - pro páru r (Wh/kg) výparné teplo při nejvyšším dovoleném přetlaku pojistného ventilu Průřez sedla pojistného ventilu S p (mm 2 ) - pro vstupující vodu - pro vstupující páru α v (-) výtokový součinitel pojistného ventilu (podle výrobní dokumentace navrhovaného pojistného ventilu) K (kw/mm 2 ) konstanta závislá na stavu syté vodní páry při přetlaku p ot Parametry syté páry viz. tabulka dále. Ideální průměr sedla pojistného ventilu Průměr sedla skutečného pojistného ventilu d0 = a. di Výtokový součinitel α v 0,08 0,1 0,14 0,2 0,28 0,4 0,56 0,8 Součinitel zvětšení sedla a 3,54 3,16 2,67 2,24 1,89 1,58 1,34 1,12 Vnitřní průměr pojistných potrubí d v, d p (mm) - potrubí odvádí vodu dv = ,6. Qp 0,5 - potrubí odvádí páru nebo směs dp = ,4. Qp 0,5

8 Tlaková ztráta pojistného potrubí před pojistným ventilem nesmí být větší než 0,03 p ot a celková ztráta pojistného potrubí nesmí být větší než 0,10 p ot. Expanzní zařízení Podle zdroje přetlaku se dělí na: - otevřené expanzní nádoby (svislé potrubí s nádobou) - tlakové expanzní nádoby menbránové (přetlak plynového polštáře na vodní hladinu přes membránu) - tlakové expanzní nádoby (přetlak plynového nebo parního polštáře přímo na vodní hladinu nedoporučují se) Expanzní objem V e (m 3 ) V o (m 3 ) objem vody v otopné soustavě Δv (-) součinitel zvětšení objemu vody V e = 1,3. V o. Δv Δt (K) Δv 0,0141 0,0224 0,0355 0,0392 0,0431 0,0511 Předběžný objem expanzní uzavřené nádoby s membránou V cp (m 3 ) p hd (kpa) předběžný nejvyšší provozní přetlak soustavy p d (kpa) nejnižší provozní přetlak Skutečný objem expanzní nádoby V c se určí jako nejblíže vyšší vypočtené hodnotě a následně se vypočítá skutečný nejvyšší provozní přetlak p h (kpa) U tlakových expanzních nádob s membránou a s děrovaným opěrným dnem, kde je určen vodní objem V v, musí platit V c V v.

9 oporučené provedení otevřené expanzní nádoby MAX 0.1 v 0.6 v 0.15 v v Propojením pojistného potrubí s nádobou pod její minimální hladinou můžeme obsah nádoby chránit proti zamrznutí. Průtok se seřídí instalovanou armaturou. MIN Pro velikost se použije vztah V e 0.2 v PP EP 0.1 v Průměr expanzního potrubí d p (mm) d p = ,4. Q p 0,5 Přepadové potrubí z otevřené expanzní nádoby je svedeno do místa, kde může být kontrolováno (nejlépe do kotelny nebo strojovny ÚT). Průměr je roven průměru pojistného potrubí, pokud zařízení slouží i jako pojistné, nebo expanznímu potrubí, pokud je zařízení navrženo jen jako expanzní. Expanzní zařízení může být napojeno v každém místě otopné soustavy. Vodorovná vzdálenost mezi svislými osami otevřené expanzní nádoby a zdrojem tepla má být co nejkratší, vodorovná délka pojistného potrubí má být maximálně 10 x převýšení nad zdrojem. Ochrana proti nedostatku vody Vodní kotle o výkonu nad 50 kw a kotle, které jsou umístěny nad otopnou soustavou, musí být osazeny zařízením proti nedostatku vody. Automatické zařízení signalizuje pokles vodní hladiny do místa obsluhy a uzavírá přívod paliva do kotle. Obnovení provozu je možné pouze ručně. Parametry syté vodní páry p (kpa) t 2X ( o C) K (kw/mm 2 ) r (Wh/kg) ρ (kg/m 3 ) ,3 0, , ,2 0, , ,3 0, , ,1 0, , ,8 0, , ,4 0, , ,5 0, , ,9 1, ,91

10 ,6 1, , ,9 1, , ,8 1, , ,5 1, , ,8 1, , ,1 1, , ,5 2, , ,4 2, , ,4 2, , ,9 2, ,14 Příklad 1 Teplovodní otopná soustava 70/50 o C, objem vody 2,3 m 3, výška nad MR 24 m. Zdroj tepla je plynová kotelna o jmenovitém výkonu 2 x 200 kw. Mezi NB a HB je osazeno oběhové čerpadlo. MR je ve výšce 1,5 m nad podlahou kotelny. Předmětem návrhu je pojistné a expanzní zařízení. Prvek konstrukční přetlak výška k MR objehové čerpadlo 600 kpa 2,0 m kotel 400 kpa -1,5 m otopné tělesa 400 kpa -2,0 m Konstrukční přetlaky jednotlivých prvků: p ri = p pi + h i. ρ. g.10-3 p ri = , , = 620 kpa p ri = 400 1, , = 385 kpa p ri = 400-2, , = 380 kpa Minimální hodnota určí maximální dovolený přetlak P hdov = 380 kpa. Otevírací přetlak je dán maximálním dovoleným přetlakem tedy P ot = P hdov = 380 kpa. Vzhledem k tomu, že pojistné ventily pracují s přesností ± 10%, výrobci doporučují snížit vypočítaný otevírací přetlak o 10%. Z toho určíme otevírací přetlak jako P ot = ,9 = 342 kpa. Nejvyšší provozní přetlak zvolíme 300 kpa. Nejnižší dovolený přetlak P ddov 1,1. (h. ρ. g Δp z ) P ddov = 1,1. ( , ) = 259 kpa Nejnižší provozní přetlak Pojistný výkon kotle P d P ddov P d = 260 kpa Q p = Q n = 200 kw Konstanta páry při otevíracím přetlaku K = 1,26 (z tabulky) Průřez sedla pojistného ventilu s hodnotou α v = 0,4

11 Ploše odpovídá ideální průměr sedla Skutečný průměr sedla pojistného ventilu d o = a.d i = 1,58.22,48 = 35,52 mm Navrhne se pojistný ventil N 40 pro každý kotel. Vnitřní průměr pojistného potrubí d p = ,4. Q 0,5 p = , ,5 = 34,8 mm Je navrženo potrubí N 40 Expanzní objem V e = 1,3. V o. Δv = 1,3. 2,3. 0,0224 = 0,067 m 3 Předběžný objem expanzní nádoby Volíme nádobu o obsahu 750 l určíme skutečný nejvyšší provozní přetlak Příklad 2 Teplovodní otopná soustava 55/45 o C, objem vody 0,3 m 3, výška nad MR 6 m. Zdrojem tepla je plynový kotel o jmenovitém výkonu 25 kw. Jeho konstrukční přetlak je 180 kpa. Je to nejnižší hodnota a určuje i přetlak celé soustavy. Mezi NB a HB je osazeno oběhové čerpadlo. Předmětem návrhu je velikost expanzní nádoby membránové. Nejvyšší dovolený přetlak P hdov = 180 kpa. Otevírací přetlak je dán maximálním dovoleným přetlakem tedy P ot = P hdov = 180 kpa. Vzhledem k tomu, že pojistné ventily pracují s přesností ± 10%, výrobci doporučují snížit vypočítaný otevírací přetlak o 10%. Z toho určíme otevírací přetlak jako P ot = ,9 = 162 kpa. Nejvyšší provozní přetlak zvolíme 160 kpa. Nejnižší dovolený přetlak P ddov 1,1. (h. ρ. g Δp z ) P ddov = 1,1. ( , ) = 64,7 kpa Nejnižší provozní přetlak Pojistný výkon kotle P d P ddov P d = 65 kpa Q p = Q n = 25 kw Konstanta páry při otevíracím přetlaku K = 0,91 (z tabulky) Průřez sedla pojistného ventilu s hodnotou α v = 0,565 Ploše odpovídá průměr sedla Skutečný průměr sedla pojistného ventilu d o = a.d i = 1,34.7,9 = 10,58 mm Navrženo N 15.

12 Vnitřní průměr pojistného potrubí d p = ,4. Q 0,5 p = , ,5 = 22 mm Je navrženo potrubí N 25 Expanzní objem V e = 1,3. V o. Δv = 1,3. 0,3. 0,0141 = 0,0055 m 3 Předběžný objem expanzní nádoby Volíme nádobu o obsahu 18 litrů, určíme skutečný nejvyšší provozní přetlak < 160 kpa