EN 13136: dimenzování pojistných ventilů a odfukového potrubí v chladicích zařízeních
Jak dimenzovat pojistné ventily a odfukové potrubí podle EN 13136: požár, kompresor, zdroj tepla, Kdr a Kb, ztráta 3 % na vstupu, protitlak, CO2 a suchý led a nástupce EN ISO 24664.
Hlavní body
- EN 13136:2013+A1:2018 popisuje, jak vypočítat potřebnou odfukovanou kapacitu, kapacitu pojistného ventilu a tlakovou ztrátu ve vstupním a odfukovém potrubí chladicích zařízení a tepelných čerpadel [1].
- Normu nahradila EN ISO 24664:2024, která je od 2. října 2026 harmonizována podle směrnice o tlakových zařízeních. EN 13136 zakládá předpoklad shody jen do 2. dubna 2028 [1][2].
- Potřebná kapacita se počítá pro vnější požár, kompresor proti zavřenému ventilu, vnitřní zdroje tepla a roztažnost kapaliny v uzavřeném úseku potrubí [1].
- Kapacita ventilu se počítá podle Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0), kde Kdr = 0,9 · Kd je certifikovaný snížený výtokový součinitel [5].
- Tlaková ztráta ve vstupním potrubí smí být nejvýše 3 % otevíracího tlaku. U běžných pojistných ventilů smí být protitlak nejvýše 10 % [4][6].
- CO2 má vysoké tlaky, při poklesu tlaku pod trojný bod (5,2 bar) vzniká suchý led a kapalina nebo hustý plyn způsobují ve ventilu dvoufázové proudění [1][7].
Na co se norma vztahuje
EN 13136, Chladicí zařízení a tepelná čerpadla – Pojistná zařízení a s nimi spojené potrubí – Výpočtové metody, řeší tři věci: hmotnostní průtok, který musí pojistný ventil nebo průtržná membrána odvést, odfukovanou kapacitu zařízení při odfuku do atmosféry nebo do části systému s nižším tlakem a tlakovou ztrátu v potrubí před zařízením a za ním [1]. Nejnovějším vydáním je EN 13136:2013 se změnou A1 z roku 2018 [1][2].
Vazba na EN 378-2, PED a ISO 4126
- EN 378-2 řeší celé zařízení: návrh, PS, pojištění proti přetlaku a zkoušky. EN 13136 (nyní EN ISO 24664) slouží k výpočtu pojistných ventilů a jejich potrubí [1][4].
- PED 2014/68/EU: pojistné ventily jsou bezpečnostní výstroj a zpravidla se zařazují do kategorie IV [3][5]. Harmonizovaná norma zakládá předpoklad shody se základními požadavky směrnice [2].
- ISO 4126: část 1 se týká pojistných ventilů a část 2 průtržných membrán. Vzorec pro kapacitu a certifikovaný výtokový součinitel vycházejí z ISO 4126-1 [1][5].
Kdy je pojištění proti přetlaku potřeba?
Norma se zabývá čtyřmi příčinami přetlaku: vnějším teplem (požárem), vnitřními zdroji tepla, kompresory a tepelnou roztažností uzavřené kapaliny [1]. Každý úsek, který lze oddělit od stávajícího pojistného zařízení, například uzavíracím ventilem, by měl mít vlastní pojistný ventil nebo průtržnou membránu [7]. Typický pojistný ventil se začíná otevírat při otevíracím tlaku a je zcela otevřen dříve, než tlak stoupne o 10 % nad tuto hodnotu [5].
Potřebná odfukovaná kapacita Qmd
| Příčina | Jak se Qmd počítá | Na co dát pozor |
|---|---|---|
| Vnější požár | Tepelný tok (10 kW/m² v EN 13136) krát vnější povrch nádoby, děleno výparným teplem při odfukovém tlaku [1] | Povrch v m², ne objem. |
| Kompresor proti zavřenému ventilu | Zdvihový objem krát hustota nasávaných par krát dopravní účinnost [1] | Použijte nejvyšší možnou sací teplotu. |
| Vnitřní zdroj tepla | Tepelný příkon dělený výparným teplem [1] | Např. elektrické topné těleso. |
| Uzavřená kapalina | Tepelná roztažnost kapaliny v potrubí nebo nádobě, kterou lze uzavřít [1] | Malý průtok, velmi rychlý nárůst tlaku. |
Průtočný průřez a kapacita ventilu
Pro plyn a páru dává vzorec kapacitu ventilu Qm v kg/h: Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0). A je průtočný průřez v mm², p0 odfukový tlak v barech absolutně (otevírací tlak plus 10 % přetlaku) a v0 měrný objem při p0 v m³/kg [5]. Vyjádřením A ze vzorce pro Qm = Qmd získáte nejmenší potřebný průtočný průřez.
- C závisí na izoentropickém exponentu κ chladiva a platí pro kritické (zahlcené) proudění [5].
- Kdr je certifikovaný snížený výtokový součinitel: Kdr = Kd · 0,9. Hodnotu najdete v katalogovém listu výrobce ventilu [5].
- Kb zohledňuje podkritické proudění. Kb = 1, dokud je protitlak nižší než zhruba polovina odfukového tlaku; při vyšším protitlaku kapacita klesá [5].
- Odfukové potrubí se dimenzuje na to, co ventil skutečně dokáže odvést, ne jen na Qmd.
Limity pro vstupní a odfukové potrubí
- Vstup: tlaková ztráta od nádoby k ventilu smí být při plném průtoku nejvýše 3 % otevíracího tlaku [4][6].
- Protitlak: u běžných (konvenčních) pojistných ventilů nejvýše 10 % otevíracího tlaku [4]. Protitlak také zvyšuje otevírací tlak konvenčního ventilu [5]. Vyvážené ventily snesou více, podle údajů výrobce.
- Odfukové potrubí: počítá se se stlačitelným prouděním. Ověřte, že rychlost plynu zůstává pod rychlostí zvuku, nebo že je zahlcené proudění na výstupu zahrnuto do výpočtu [1][4]. Potrubí nesmí být nikdy menší než výstup ventilu.
- Společné potrubí: u více ventilů se protitlak každého ventilu počítá se všemi ventily, které mohou odfukovat současně, například při požáru [1].
Zvláštní případ CO2 (R744)
- Vysoké tlaky: kritický bod je při 31,0 °C a 73,8 bar. V transkritických systémech je tlak na vysokotlaké straně často 80 až 120 bar a klidový tlak na nízkotlaké straně může být mnohem vyšší než provozní tlak [7]. Pojistné ventily, přepínací ventily a potrubí musí být na tento tlak dimenzovány.
- Trojný bod: pod −56,6 °C a 5,2 bar nemůže CO2 existovat jako kapalina [7]. Když tlak při odfuku klesne na atmosférický, vzniká suchý led, který může krátkodobě ucpat zúžená místa a zvýšit protitlak.
- Odpařování a dvoufázové proudění: dostane-li se k ventilu kapalina nebo hustý nadkritický plyn, odpaří se ve ventilu a vzorec pro plyn neplatí. EN ISO 24664 má pro odpařující se kapaliny vlastní přílohu [1]; použijte dvoufázovou metodu výrobce ventilu.
- Nad kritickým tlakem neexistuje výparné teplo, takže případy požáru a zdroje tepla nelze počítat obvyklým způsobem. Počítejte místo toho s plynem při dané teplotě a uveďte hmotnostní průtok.
Přepínací ventil pro dva pojistné ventily
Přepínací (třícestný) ventil připojuje nádobu vždy k jednomu ze dvou pojistných ventilů, takže druhý lze zkontrolovat nebo vyměnit, zatímco nádoba zůstává chráněna [6]. Každý pojistný ventil proto musí sám zvládnout celé Qmd. Tlaková ztráta přepínacího ventilu se započítává do limitu 3 % na vstupu; výrobci uvádějí, které kombinace limit splňují [6]. Zkontrolujte nejvyšší tlak přepínacího ventilu: běžný model pro průmyslové chlazení je dimenzován na 65 bar, což na vysokotlaké straně systému s CO2 nestačí [6].
Praktický kontrolní seznam
- Sepište části, které lze oddělit, a jejich příčiny přetlaku.
- Vypočítejte Qmd pro každou příčinu a dimenzujte na největší.
- Zvolte ventil podle katalogového listu (Kdr, průřez) s Qm ≥ Qmd.
- Zkontrolujte tlakovou ztrátu na vstupu (nejvýše 3 %), včetně přepínacího ventilu.
- Zkontrolujte protitlak se všemi ventily, které mohou odfukovat současně.
- CO2: zkontrolujte tlaky, suchý led, dvoufázové proudění a teplotu materiálu.
- Výpočet zdokumentujte pro posouzení podle PED.
Spočítejte si to sami
Pojmy v tomto článku
Zdroje
- CEN (iTeh Standards catalogue) – EN ISO 24664:2024 Refrigerating systems and heat pumps – Pressure relief devices and their associated piping – Methods for calculation (replaces EN 13136:2013+A1:2018)
- Commission Implementing Decision (EU) 2026/2211 of 1 October 2026 on harmonised standards for refrigerating systems and heat pumps (and others) under Directive 2014/68/EU – EUR-Lex
- Pressure Equipment Directive 2014/68/EU – EUR-Lex
- Danfoss – How to select the best safety valve for your system (EN 378 / EN 13136, inlet and outlet pressure drop)
- Danfoss – Safety relief valve SFA, data sheet (discharge capacity to ISO 4126-1 / EN 13136, Kdr, Kb, PED category)
- Danfoss – Change-over valve DSV 10, DSV 1 and DSV 2, data sheet
- Danfoss – A guide to designing transcritical refrigeration systems with carbon dioxide (CO2)