David PAWLITKO 1 ZPRACOVÁNÍ A AKTUALIZACE SOUPISU TECHNOLOGIE A SCHÉMAT ZAPOJENÍ NA PŘEDÁVACÍCH STANICÍCH V LOKALITĚ KARVINÁ Abstrakt Tento článek se zabývá mojí prací na letní studentské stáži. Na začátku je představeno centrální zásobování teplem a jeho výhody. Dále jsou popsány různé druhy tepelných sítí. Článek také obsahuje základní informace o předávacích stanicích a tepelných výměnících. Popsán je také postup práce při vytváření a aktualizaci schémat a soupisu technologie předávacích stanic. V závěru je shrnutí přínosu letní stáže. Klíčová slova centrální zásobování teplem, předávací stanice, výměník tepla 1 ÚVOD V rámci projektu Partnerství v oblasti energetiky jsem měl možnost se zúčastnit letní studentské praxe ve firmě Dalkia Česká republika, a.s. Tato firma je tradičním výrobcem a dodavatelem tepla pro města, průmyslové podniky, zdravotnická a školská zařízení, veřejné instituce a obchodní a administrativní centra. Zároveň je největším nezávislým producentem elektrické energie vyrobené v kogeneraci v České republice a významným poskytovatelem energetických služeb. Dalkia Česká republika nově dodává také chlad prostřednictvím první sítě chladu v zemi. V úvodu příspěvku je rešeršně zpracované představení centrálního zásobování teplem alias teplárenství, což je jeden z oborů, ve kterém se pohybuje firma Dalkia. V ČR má teplárenství velkou tradici a do dneška patří k nejrozvinutějším v EU. Výměníková stanice je důležitým článkem v teplárenské soustavě a je součástí areálů továren a sídlišť. Náplní mé letní stáže u firmy Dalkia bylo zpracovat a aktualizovat soupis technologie a schémata zapojení na předávacích stanicích v lokalitě Karviná. Tento projekt byl zadán jednak z toho důvodu, aby se všechny schémata zapojení sjednotila pro lepší a rychlejší orientaci, a také proto, aby se zpracovaná a aktualizovaná schémata spolu se soupisem technologie vytiskly a umístily na zeď v každé předávací stanici. 1 Bc. David Pawlitko, Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, Energetický ústav, Odbor energetického inženýrství, Technická 2896/2, 616 00 Brno, tel.: (+420) 541 141 111, e-mail: 133755@stud.fme.vutbr.cz 1
2 CENTRÁLNÍ ZÁSOBOVÁNÍ TEPLEM Centrální zásobování teplem (CZT) je systém dodávek tepla pro vytápění a ohřev teplé vody, kdy je teplo vyráběno centrálně v jednom nebo více zdrojích tepla a následně teplárenskými sítěmi rozváděno odběratelům do větších územních celků městských čtvrtí, sídlišť, obchodních nebo průmyslových zón. [1] 2. 1. Decentralizované zásobování teplem Kromě CZT existuje i decentralizovaná výroba tepla (DZT). Jedná se o výrobu tepla přímo v místě spotřeby. Může se jednat o vytápění jedné bytové jednotky nebo celého domu či jiného objektu. Například byt vybavený plynovým kotlem pro vytápění i ohřev TUV je typickým příkladem DZT. Stejně tak objekt, který má vlastní kotelnu či jiný zdroj tepla a TUV. [2] 2. 2. Výhody CZT oproti DZT tepelné zdroje mají větší jednotkový výkon, v tepelných zdrojích mohou být vždy uplatněna kogenerační zařízení, tepelné zdroje mohou být vybaveny účinným zařízením na zmenšování škodlivých emisí, tepelné zdroje mohou být situovány dále od husté obytné zástavby a navíc mohou být vybaveny vysokým komínem rozptylujícím emise do širšího okolí, je možné dosažení tepelně technických a ekologických ukazatelů i při použití uhlí jako paliva oproti malým lokálním zdrojům. [3] 2. 3. Nevýhody CZT oproti DZT nutnost výstavby nákladné tepelné sítě, vznik tepelných ztrát v primární a často i v sekundární rozvodné síti, potřeba čerpací práce pro transport pracovní látky, potřeba údržby rozsáhlé tepelné sítě. [3] 2. 4. Tepelné sítě Zařízení, která slouží k dopravě tepla od zdroje k odběrateli. Patří mezi ně také předávací stanice (PS), kde se dopravní médium tepelné energie upravují na hodnoty, které jsou požadovány spotřebitelskými zařízeními (snížení teploty, tlaku apod.). Voda je výhodnějším dopravním médiem než pára. Všeobecně platí, že tam, kde slouží dálkové zásobování teplem výlučně pro vytápění a ohřev užitkové vody, bude jako teplonosná látka výhodnější voda než pára. Rozdělení tepelných sítí: primární rozvodná tepelná síť část tepelné sítě mezi výrobnou tepla a předávací stanicí, sekundární rozvodná tepelná síť část tepelné sítě mezi předávací stanicí a odběrateli. [2] 2
K dopravě tepla k odběrateli slouží technologické zařízení nazvané podle média, které se přenáší. Mohou to být buď teplovody, horkovody nebo parovody. Teplovody: Voda v teplovodech dosahuje max. 110 C a tlaku 1,6 MPa. V některých případech je teplota snížena na 95 C a tlak na 0,6 MPa. To umožňuje přímé napojení spotřebitelských zařízení bez nutnosti využívat předávací stanice. Horkovody: K přepravě horké vody jsou zapotřebí oběhová čerpadla, která jsou zpravidla umístěna v teplárně. Tlak vody dosahuje až 2,5 MPa. Voda je ohřívána maximálně na 180 C a distribuována tepelně izolovanými horkovody přímo k odběratelům, nebo do předávacích stanic. Voda, která již předala své teplo, se vrací zpět do teplárny, kde se opět ohřeje a celý cyklus se opakuje. Parovody: Výhodou páry je její tlaková energie, která zajišťuje její proudění v potrubí. Teplota páry v parovodech je maximálně 240 C a tlak dosahuje až 1,8 MPa. Z parovodů se čerpá buď přímo pára pro technologické účely, nebo se v předávacích stanicích upraví její parametry a slouží k vytápění či jako TUV (po ochlazení). [2] 3 PŘEDÁVACÍ (VÝMĚNÍKOVÉ) STANICE Protože není možné pouštět do vodovodů a topení v domech páru či vodu teplejší než 95 C, je třeba teplotu upravit. Pokud by totiž teplotu 95 C a méně mělo teplonosné médium již na výstupu z teplárny, tak by teplota klesla na příliš nízkou hodnotu. K tomuto účelu slouží PS. V PS je voda ohřívána v samostatném okruhu a koluje mezi předávací stanicí a spotřebitelem (viz obr. 1). K ohřevu vody ve výměnících se používá teplonosné médium proudící z teplárny. [2] Obr.1: Soustava CZT [4] (1 výměníková stanice, 2 zdroj tepla, 3 primární okruh, 4 sekundární okruh, 5 domovní (bytová) výměníková stanice, 6 rozvod teplé užitkové vody) 3. 1. Rozdělení předávacích stanic PS můžeme dělit podle vstupního média na horkovodní a parní. Dále se dělí na PS určené pro centrální ohřev topné vody pro ústřední topení (ÚT) a ohřev teplé vody (TV) rozváděné dále přímo do objektů čtyřtrubním rozvodem a také PS s ohřevem topné vody dále rozváděné dvoutrubním rozvodem k objektovým PS. [5] 3
Podle tlakové závislosti se PS dělí na tlakově nezávislé (s teplosměnnou plochou) a tlakově závislé (bez teplosměnné plochy). Dělení podle tlakové závislosti platí pouze pro přípravu topné vody v PS. Příprava teplé vody je vždy tlakově nezávislá. 3. 2. Technologie předávacích stanic PS slouží jako zdroj tepelné energie pro sekundární rozvody systémů CZT. PS jsou zejména určeny pro systémy dálkového vytápění jako prvek tlakového oddělení primární sítě CZT a předregulace topné vody pro objektové PS. Volitelně se v PS řeší ekvitermní regulace ÚT a centrální ohřev TV. V rámci PS je řešena mimo jiné cirkulace topné vody soustavou pomocí oběhových čerpadel s řízením diferenčního tlaku a také doplňování upravené vody a udržování statického tlaku v sekundárních rozvodech. Pro měření spotřeby tepla jsou osazeny měřiče na vstupu PS, případně okruhu přípravy TV. U parních výměníkových stanic je navíc součástí i kondenzátní hospodářství, zahrnující odvaděče kondenzátu, sběrnou nádrž kondenzátu s hlídáním hladiny a přečerpáváním kondenzátu zpět ke zdroji. [5] 3. 3. Tepelný výměník Výměníky tepla se využívají pro předávání tepla všude tam, kde není možné předávat teplo přímo ze zdroje do spotřebiče. Typickými příklady jsou odlišné teplonosné látky (nemrznoucí kapalina - voda, otopná voda - teplá voda, centrální zásobování teplem - topná voda v objektu, apod.) nebo odlišné tlakové poměry v jednotlivých okruzích (centrální zásobování teplem až 20 bar - otopná soustava max. 3 bary). Tepelné výměníky se rozdělují na dva základní druhy a to trubkové a deskové tepelné výměníky (existují i další druhy, ale tyto dva jsou nejpoužívanější na PS v Karviné). [6] Trubkové výměníky (viz obr. 2) - skládají se z jedné nebo více stočených trubek, kde přestupní plochu tvoří vnější plášť této trubky. Jsou jednoduché, mají malou tlakovou ztrátu a jsou levné. Naproti tomu mají nízký přestupní koeficient, což znamená, že pro předání i relativně malého výkonu potřebují velkou přestupní plochu. Proto se tyto výměníky používají v systémech, které pracují maximálně v řádech několika desítek kilowat a zároveň není požadavek na malý teplotní rozdíl mezi topnou a ohřívanou kapalinou. [6] Deskové výměníky (viz obr. 3) skládají se ze sady desek, seřazených za sebou. Přestupní koeficient mají až 10x vyšší než trubkové výměníky a předávací výkon těchto výměníků může být až v řádech stovek kilowatů. Obrovskou výhodou těchto výměníků je velká variabilnost ve velikostech a typech provedení, možnost navrhnout výměník i na extrémně malý teplotní spád a předání velkého topného výkonu. Nevýhodou jsou vyšší pořizovací náklady a složitější konstrukce (a případné problémy s usazeninami). [6] 4
Obr.2: Trubkový výměník [7] Obr.3: Deskový výměník [7] 4 ZPRACOVÁNÍ PROJEKTU LETNÍ STÁŽE Svou praxi jsem vykonával v Regionu Východní Morava (dříve divize Karviná), konkrétně ve městě Karviná odkud pocházím. Pracoval jsem především samostatně doma, ale docházel jsem i na konzultace s garantem projektu. Firma Dalkia investovala v poslední době nemalé peníze mimo jiné do rekonstrukce a modernizace PS v Karviné. Na modernizaci a rekonstrukci se podílely např. firmy Avos Vyškov a Systherm, ale i další. Každá firma při tvorbě dokumentace použila trochu odlišné symboly pro značení armatury a také jinak zpracovala soupis technologie. Mým cílem tedy bylo sjednotit značení armatur na jednotlivých výkresech schémat zapojení PS a vytvoření jednotné soupisky technologie. Kromě toho jsem na výkresech zavedl rozlišení jednotlivých typů potrubí podle barvy a typu čáry. Nejvíce jsem vycházel z výkresu a soupisek technologie od firmy Systherm, která prováděla jednu z posledních modernizací. Pro tento projekt jsem využíval dva softwary a to software pro konstruování a projektování AutoCAD od firmy Autodesk a tabulkový procesor Excel od firmy Microsoft. Snažil jsem se na všech výkresech zachovávat stejné rozmístění technologických procesů a některých komponent a to konkrétně: výměníků tepla, přívodu a vratu primáru, rozdělovačů s výstupem ústředního topení nebo topné vody, sběračů s vratem ústředního topení nebo topné vody, a expanzní systém s doplňováním (viz obr. 4). 5
Obr.4: Schéma zapojení PS 604 (1 deskové výměníky, 2 rozdělovač ústředního topení, 3 sběrač ústředního topení, 4 doplňovací zařízení, 5 trubkové výměníky, 6 legenda potrubí, 7 cirkulace, 8 přívod studené vody, 9 výstup teplé užitkové vody, 10 vrat primáru, 11 přívod primáru) Garant projektu mi pravidelně zasílal staré výkresy schémat zapojení k aktualizaci. Většinu symbolů armatury jsem převzal z výkresu od firmy Systherm, ovšem některé symboly jsem si vytvořil sám podle norem. Na začátku a konci každého potrubí jsem umístil šipku, která ukazuje směr proudění vody. Potrubí jsem rozlišil následovně: primár přívod červená plná čára, primár vrat červená čárkovaná čára, ústřední topení výstup oranžová plná čára, ústřední topení vrat oranžová čárkovaná čára, teplá užitková voda modrá plná čára, cirkulace teplé vody modrá čárkovaná čára, studená pitná voda zelená plná čára. Podle potrubí jsem si vytvořil hladiny, abych si zjednodušil práci. Pro srovnání jsem uvedl snímky původní (viz obr. 5) a modifikované (viz obr. 6) stanice. Konkrétně se jedná o horkovodní PS, tedy není zde ohřev teplé užitkové vody. Na PS v Karviné se nejčastěji používá trubkový výměník pro ohřev teplé užitkové vody a deskový výměník pro ohřev ústředního topení (topné vody). 6
Obr.5: Původní výkres schématu zapojení horkovodní PS Obr.6: Modifikovaný výkres schématu zapojení horkovodní PS Nad jednotlivé symboly armatur a zařízení jsem umístil čísla, které jsou pak sepsány v soupisu technologie (viz obr. 7). Zde je skoro u každé armatury či zařízení uveden popis, specifikace, počet kusů, jmenovitá světlost DN, jmenovitý tlak PN a způsob připojení. Bohužel ne všechny informace jsou k dispozici, takže jsem je nemohl doplnit. Soupis technologie také obsahuje hlavičku, ve které jsou technické parametry PS. 7
Obr.7: Ukázka soupisu technologie 5 ZÁVĚR Díky letní stáži jsem se dozvěděl spoustu informací o fungování PS a měl jsem možnost vidět vybavení a technologie použité v PS. Dále jsem poznal spoustu druhů armatur, které jsem do té doby neznal. Dozvěděl jsem se také, k čemu jednotlivá armatura slouží a jakou má schematickou značku. V neposlední řádě jsem se zdokonalil v práci v programu AutoCAD, a to především v práci s bloky a jejich editací a v práci s hladinami. Na stáži jsem také využil své znalosti z předmětu Hydromechanika, který jsem absolvoval v letním semestru 3. ročníku. Mohl jsem si tedy ověřit teoretické znalosti v praxi. Z těchto a ještě dalších důvodů byla tato stáž pro mě jednoznačným přínosem a jsem rád, že jsem měl možnost jí absolvovat. Poděkování Příspěvek byl realizován za finančního přispění Evropské unie v rámci projektu Partnerství v oblasti energetiky, č. projektu: CZ.1.07/2.4.00/31.0080. Literatura [1] Zásobování teplem s.r.o: Výroba a distribuce tepla. [online]. 9.7.2010 [cit. 2013-08- 26]. Dostupné z: http://www.zt-blansko.cz/index.php/hlavni-cinnosti/vyroba-adistribucetepla?effba9f78a8304d655e08d4a8c2fd33c=3539562c6e4dfbf9178e59bf563a5958 [2] Teplárenství - Dodávka energie. Moje energie [online]. [cit. 2013-08-26]. Dostupné z: http://www.mojeenergie.cz/cz/teplarenstvi-dodavka-energie [3] KRBEK, Jaroslav, Ladislav OCHRANA a Bohumil POLESNÝ. Zásobování teplem a kogenerace. 1 vyd. Brno: PC-DIR Real, 1999, 143 s. ISBN 80-214-1347-6. [4] Soustava zásobování teplem. Teplárenské sdružení ČR: Kombinovaná výroba elektřiny a tepla [online]. [cit. 2013-08-26]. Dostupné z: http://www.tscr.cz/schema/?ids=10&h=550&x=611236 [5] Avos Vyškov: Výměníkové stanice. [online]. [cit. 2013-08-26]. Dostupné z: http://www.avos.cz/vymenikove-stanice/ 8
[6] Avos Regulus: Výměníky tepla. [online]. [cit. 2013-08-27]. Dostupné z: http://www.regulus.cz/cz/vymeniky-tepla [7] Secespol. [online]. [cit. 2013-08-27]. Dostupné z: http://www.secespol.cz/ PROCESSING AND UPDATING OF LIST OF TECHNOLOGY AND WIRING DIAGRAMS OF HEAT TRANSFER STATION IN LOCALITY KARVINÁ Keywords district heating, heat transfer station, heat exchanger Summary This article deals with my work at summer internship. At the beginning, district heating with its advantages is presented. Further, different types of heating network are described. Article also contains basic information about heat transfer station and heat exchanger. Working procedure of processing and updating of list of technology and wiring diagrams of heat transfer station are described too. At the end, contribution of summer internship is summarized. 9