Mat. 16 - Zabezpieczenie NW zamknietym

Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
A
powierzchnia przekroju poprzecznego jednej rurki
wężownicy, m2 (dla wymienników płytowych A = 1⋅10-4
m2, dla wymienników JAD A = 3.65⋅10-5 m2).
Usytuowanie zaworu
Zawory bezpieczeństwa należy umieszczać bezpośrednio na kotłach
lub wymiennikach ciepła w górnej części ich przestrzeni wodnych lub na
rurach odprowadzających wodę instalacyjną przed zaworami
odcinającymi , zgodnie z przepisami UDT.
Na odcinkach rur łączących przestrzeń wodną kotła lub wymiennika
ciepła z króćcem dopływowym zaworu bezpieczeństwa nie dopuszczalne
jest montowanie żadnej armatury odcinającej lub zmniejszającej pole
przekroju wewnętrznego rury.
1. Zabezpieczenia instalacji
ogrzewań wodnych systemu
zamkniętego
Zabezpieczenia te wykonuje się zgodnie z PN - B - 02414
“Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z
naczyniami wzbiorczymi przeponowymi”.
Zadaniem zabezpieczenia jest przejmowanie zmian objętości czynnika
grzejnego oraz niedopuszczenie do nadmiernego wzrostu ciśnienia w
instalacji ogrzewczej.
Nastawianie zaworu
Zawór należy tak nastawić aby ciśnienie początku otwarcia (po) było
równe dopuszczalnemu ciśnieniu roboczemu (prob) wody w instalacji
ogrzewczej, a ciśnienie zamknięcia nie było mniejsze niż 0.8⋅po. Po
nastawieniu zawór należy zaplombować.
Wymagania:
• ogrzewania wodne grawitacyjne lub pompowe;
• temperatura wody w instalacji nie większa niż 100 °C;
• Maksymalne ciśnienie w miejscu podłączenia naczynia wzbiorczego
nie większe niż 0.6 MPa;
• źródłem ciepła jest wymiennikowy węzeł cieplny, kotłownia z kotłami
gazowymi, olejowymi lub elektrycznymi (nie mogą być kotły opalane
paliwem stałym);
1. 2. Przeponowe naczynie wzbiorcze
Dobór
•
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego
W skład urządzeń zabezpieczających instalację ogrzewczą systemu
zamkniętego wchodzą:
•
zawór bezpieczeństwa wraz z przynależnymi do niego rurami;
•
przeponowe naczynie wzbiorcze;
•
rura wzbiorcza;
•
osprzęt;
•
układ automatycznej regulacji przy źródle ciepła.
Vu = V ⋅ ρ1 ⋅ ∆ν dm 3
1. 1. Zawory bezpieczeństwa
Źródła ciepła (kotły gazowe, kotły olejowe, kotły elektryczne,
wymienniki ciepła) należy wyposażyć w zawór bezpieczeństwa (każdy
kocioł musi mieć własny zawór bezpieczeństwa). Rodzaje zaworów
bezpieczeństwa:
•
ciężarkowy;
•
sprężynowy (preferowany typ);
•
membranowy.
•
•
M
[ mm] oraz d o ≥ 15 mm [1.1]
d o = 54
α c p1 ⋅ ρ
p max + 1
dm 3
p max − p
[1.6]
gdzie:
Vu
pojemność użytkowa naczynia, dm3
pmax maksymalne obliczeniowe ciśnienie w wzbiorczym, bar,
wyznaczone wg tabeli 1.1;
p
ciśnienie wstępne w przestrzeni gazowej naczynia
wzbiorczego przeponowego przy temperaturze wody t1
wyznaczone wg tabeli 1.1.
Tab. 1.1 Wartości ciśnienia wstępnego, maksymalnego oraz ciśnienia
początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa.
Przepustowość zaworu bezpieczeństwa M, kg/s określa się ze wzorów:
• jeżeli ciśnienie wody sieciowej jest równe lub mniejsze od ciśnienia
dopuszczalnego instalacji ogrzewania wodnego:
M = 0.44 ⋅ V [ kg / s] [1.2]
w którym:
V pojemność instalacji ogrzewania wodnego, m3.
jeżeli ciśnienie wody sieciowej jest większe od ciśnienia
dopuszczalnego instalacji ogrzewania wodnego:
2
między
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego
Vn = Vu ⋅
w którym:
M masowa przepustowość zaworu bezpieczeństwa, kg/s;
αc dopuszczony współczynnik przepływu zaworu dla cieczy,
αc = 0.9⋅αcrz
αcrz rzeczywisty współczynnik wypływu zaworu wg PN-82/M-74101;
p1 ciśnienie dopuszczalne w instalacji ogrzewania wodnego, bar;
ρ gęstość wody sieciowej przy jej obliczeniowej temperaturze,
kg/m3.
(p
[1.5]
gdzie:
Vu, V jak we wzorze 1.4, m3
E
ubytki
eksploatacyjne wody instalacyjnej
uzupełnieniami, %; przyjmuje się 1.0 %
b) gdy źródłem ciepła są wymienniki - wg wzoru:
M = 447.3 ⋅ b ⋅ A
pojemność instalacji centralnego ogrzewania, m3
gęstość wody instalacyjnej w temperaturze początkowej t1,
kg/m3; temperaturę początkową należy przyjmować t1 = 10oC
∆ν
przyrost objętości właściwej wody instalacyjnej przy jej
ogrzaniu od temperatury początkowej t1 do obliczeniowej
temperatury wody instalacyjnej na zasileniu tz , dm3/kg ;
wartości liczbowe podano w tablicy 1
tz
obliczeniowa temperatura wody instalacyjnej na zasileniu, oC
obliczeniowa temperatura wody instalacyjnej na powrocie,
tp
o
C
Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego powiększona o
rezerwę na ubytki eksploatacyjne wody
VuR = Vu + V ⋅ E ⋅10 dm 3
Dobór zaworu
Minimalną wewnętrzną średnicę króćca dopływowego zaworu
bezpieczeństwa (do) ustala się w następujący sposób:
a) gdy źródłem ciepła są kotły - wg PN-81/M-35360 i przepisów Urzędu
Dozoru Technicznego.
•
[1.4]
gdzie:
V
ρ1
− p 1 ) ⋅ ρ [ kg / s] [1.3]
Wariant podł.
p
pmax
po
1 rys 1.3
p ≥ pst + 0.2
pmax ≤ po
po ≤ prob
2 rys 1.4
p ≥ pst + Hpo
pmax ≤ po
po ≤ prob
3 rys 1.5
p ≥ pst + 0.2
pmax ≤ po
po ≤ prob - Hpo
p st =
w którym:
ciśnienie nominalne wody sieciowej, MPa;
p2
p1, ρ jak we wzorze 1.1;
b
współczynnik zależny od różnicy p2 - p1:
gdy p2 - p1 ≤ 5 bar to b = 1;
gdy p2 - p1 > 5 bar to b = 2;
ρ1 ⋅ g ⋅ h n
[ bar ]
1 ⋅ 105
[1.7]
gdzie:
po ciśnienie początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa;
prob maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze w instalacji
ogrzewczej;
Strona 1
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Hpo maksymalna wysokość podnoszenia pompy obiegowej (przy
braku przepływu czynnika);
hn różnica wysokości między najwyższym punktem instalacji a
punktem podłączenia naczynia wzbiorczego, m
ρ1 gęstość wody instalacyjnej w temperaturze początkowej t1,
kg/m3; temperaturę początkową należy przyjmować t1 = 10oC
g przyspieszenie ziemskie;
•
Schematy podłączenia przeponowego naczynia wzbiorczego
Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego z uwzględnieniem
rezerwy na nieszczelności
VnR = VuR ⋅
p max + 1
p max − p R
dm 3
[1.8]
gdzie:
VuR, pmax; jak we wzorze 1.6
pR
ciśnienie wstępne w przestrzeni gazowej naczynia
wzbiorczego przeponowego uwzględnieniu rezerwy na
nieszczelności,bar, wyznaczone wg wzoru 1.9.








p max + 1
pR = 
 −1
Vu
1 +

 p max + 1


 VuR ⋅  p − p − 1 
max
o


bar [1.9]
Rys. 1.1. Schemat zabezpieczenia instalacji ogrzewania wodnego
systemu zamkniętego naczyniem wzbiorczym przeponowym z górną
przestrzenią gazową
gdzie:
oznaczenia jak we wzorach wcześniejszych
•
Obliczenie średnicy rury wzbiorczej
Wewnętrzna średnica rury wzbiorczej powinna wynosić co najmniej:
d = 0.7 ⋅ Vu mm [1.10]
lub
d = 0.7 ⋅ VuR mm
[1.11]
lecz nie mniej niż 20 mm
Usytuowanie i podłączenie naczynia i rury wzbiorczej
• W pomieszczeniu źródła ciepła lub w pomieszczeniu przylegającym
(w innych miejscach tylko w uzasadnionych przypadkach);
• podłączenie przy pomocy rury wzbiorczej do przewodu zasilającego
lub powrotnego instalacji ogrzewczej za zaworami odcinającymi
poszczególne kotły lub wymienniki (np. wg rys. 1.2);
• temperatura otoczenia nie mniejsza niż +5°C;
• rura wzbiorcza prowadzona ze spadkiem (min 5 o/oo) w kierunku
naczynia lub źródła ciepła;
Rys. 1.2. Schemat zabezpieczenia instalacji ogrzewania wodnego
systemu zamkniętego naczyniem wzbiorczym przeponowym z dolną
przestrzenią gazową
Osprzęt
• manometr na rurze wzbiorczej;
• zawór odpowietrzający przestrzeń wodną naczynia i rurę wzbiorczą;
• zawór spustowy umożliwiający całkowite opróżnienie rury wzbiorczej
i przestrzeni wodnej naczynia.
Układy automatycznej regulacji źródła ciepła
• zabezpieczenie przed przekroczeniem obliczeniowej temperatury
zasilającej;
• dla kotłów o łącznej mocy przekraczającej 100 kW automatyczne
wyłączanie kotłów przy braku wody na poziomie wyjścia z kotła.
Strona 2
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Warianty podłączenia przeponowego naczynia wzbiorczego
1. 3. Przykład doboru naczynia
wzbiorczego i rury wzbiorczej
Dane wyjściowe:
pojemność zładu ok.: ............................................................... V = 3.8 m3;
różnica wysokości
między najwyższym punktem
instalacji a punktem podłączenia naczynia wzbiorczego: ........ hn = 9 m;
maksymalna wysokość podnoszenia pompy ........................... Hpo = 0.25 bar;
maksymalne ciśnienie robocze w instalacji ............................ prob = 5 bar;
maksymalna moc cieplna instalacji c.o.................................... Q = 228 kW;
parametry pracy instalacji tz/tp ................................................ 90/70 °C;
podłączenie naczynia ............................................................... wg wariantu nr 1.
Ciśnienie statyczne (wstępne) panujące w punkcie podłączenia naczynia
wzbiorczego:
p = p st + 0.2 =
999.7 ⋅ 9.81 ⋅ 9
. bar
+ 0.2 = 11
1⋅ 105
ρ1 = 999.7 kg/m3 dla t1 = +10 °C;
Jednostkowy przyrost objętości właściwej czynnika grzejnego dla tzti=80K:
∆ν = 0.0356 dm3/kg
Rys. 1.3. Wariant 1 podłączenie przed pompą na powrocie.
Wymagana pojemność użytkowa naczynia:
Vu = V ⋅ ρ ⋅ ∆V = 38
. ⋅ 999.7 ⋅ 0.0356 = 135.2 dm 3
Pojemność użytkowa naczynia z rezerwą na nieszczelności
VuR = 135.2 + 1% ⋅ 3800 = 173.2 dm 3
Ciśnienie wstępne pracy instalacji






5+1
 − 1 = 1.45 bar

pr =


135.2
1 +
5+1  
 173.2 ⋅ 
− 1 
 5 − 11
 
.

Pojemność całkowita naczynia z rezerwą na nieszczelności
Vu = VuR ⋅
Rys. 1.4. Wariant 2 podłączenie za pompą na powrocie.
p max + 1
5+1
= 173.2 ⋅
= 292.7 dm 3
p max − p r
5 − 1.45
Dobrano naczynie wzbiorcze firmy REFLEX typ 300 N o następujących
parametrach:
•
pojemność całkowita: ................................................. Vn = 300 dm3;
•
pojemność użytkowa przy p. = 5 bar i Hst = 9 m: ....... Vu = 196 dm3;
•
ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa ................. 5 bar,
•
ciśnienie zamknięcia zaworu bezpieczeństwa ............. 4 bar,
Sprawdzenie ciśnienia wstępnego w naczyniu wzbiorczym:
p s = p max −
= 5−
VuR
⋅ ( p max + 1) =
Vn
173.2
⋅ ( 5 + 1) = 15
. bar ≥ 0.9 bar
300
Ponieważ skorygowana wartość ciśnienia statycznego jest większa od
ciśnienia statycznego panującego w punkcie podłączenia (ps = 1.5 MPa),
naczynie wzbiorcze zostało dobrane prawidłowo (spełniony warunek
ps ≥ p)
Rys. 1.5. Wariant 3 podłączenie na powrocie pompa na zasileniu.
Średnica rury wzbiorczej:
d = 0.7 ⋅ VuR = 0.7 ⋅ 173.2 = 9.2 mm
Przyjęto rurę wzbiorczą Dn 25. Jest to średnica króćca wylotowego
naczynia przeponowego.
Strona 3
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
1. 4. Przykład doboru zaworu
bezpieczeństwa
Wewnętrzna średnica króćca dopływowego zaworu bezpieczeństwa
d o = 54 ⋅
M
Wewnętrzna średnica króćca dopływowego d o = 54 ⋅
α c p iR
Rzeczywisty współczynnik wypływu
Dopuszczalny współczynnik przepływu
Maksymalne ciśnienie w sieci
Maksymalne ciśnienie w instalacji
Powierzchnia przekroju 1 rurki wężownicy
3.28
= 23.7 mm
0.25 ⋅ 5 ⋅ 930.5
Przyjęto zawór bezpieczeństwa sprężynowy, pełnoskokowy 32×50 mm
typu Si 6301, nastawa 5 bar, ciśnienie otwarcia 5 bar, ciśnienie
αrz = 0.28
αc = 0.25
zamknięcia 4 bar, sprężyna 0.48 ÷ 0.63 MPa.
p2 = 16.0 bar
p1 = 5.0 bar
A = 3.62 10-5 m2
Przepustowość zaworu bezpieczeństwa
M = 447.3 ⋅ 2 ⋅ 3.62 ⋅ 10−5 ⋅ (16 − 5) ⋅ 930.5 = 3.28 kg / s
Rys. 1.6. Nomogram do określania orientacyjnej pojemności instalacji
Strona 4
Materiały do ćwiczeń z ogrzewnictwa
Rys. 1.7. Fazy pracy naczynia wzbiorczego
1) Ustawienie ciśnienia wstępnego w części gazowej; 2) Napełnienie instalacji wodą; 3) Podgrzanie wody instalacyjnej
Rys. 1.8. Schemat ogrzewania pompowego z rozdziałem dolnym i wykres rozkładu ciśnienia.
Strona 5