EN 13136: dimensionering af sikkerhedsventiler og afblæsningsledninger i køleanlæg

Hvad standarden omfatter

EN 13136, Køleanlæg og varmepumper – Trykaflastningsanordninger og tilhørende rørsystemer – Beregningsmetoder, omfatter tre ting: den massestrøm, en sikkerhedsventil eller sprængplade skal kunne klare, anordningens afblæsningskapacitet ved afblæsning til atmosfæren eller til en del af anlægget med lavere tryk, og tryktabet i ledningerne før og efter anordningen ^[1]. Den seneste udgave er EN 13136:2013 med tillæg A1 fra 2018 ^[1][2].

Sammenhængen med EN 378-2, PED og ISO 4126

• EN 378-2 omfatter hele anlægget: konstruktion, PS, trykaflastning og prøvning. EN 13136 (nu EN ISO 24664) bruges til at beregne sikkerhedsventilerne og deres ledninger ^[1][4].
• PED 2014/68/EU: sikkerhedsventiler er sikkerhedsudstyr og klassificeres som hovedregel i kategori IV ^[3][5]. En harmoniseret standard giver formodning om overensstemmelse med direktivets væsentlige krav ^[2].
• ISO 4126: del 1 omfatter sikkerhedsventiler og del 2 sprængplader. Kapacitetsformlen og den certificerede afblæsningskoefficient følger ISO 4126-1 ^[1][5].

Hvornår er der behov for trykaflastning?

Standarden behandler fire årsager til overtryk: udvendig varme (brand), indvendige varmekilder, kompressorer og termisk udvidelse af indespærret væske ^[1]. Hver sektion, der kan afspærres fra den eksisterende sikkerhedsanordning, f.eks. med en afspærringsventil, bør have sin egen sikkerhedsventil eller sprængplade ^[7]. En typisk sikkerhedsventil begynder at åbne ved indstillingstrykket og er helt åben, før trykket er steget 10 % over det ^[5].

Nødvendig afblæsningskapacitet Qmd

Ventilens strømningsareal og kapacitet

For gas og damp giver formlen ventilens kapacitet Qm i kg/h: Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0). A er strømningsarealet i mm², p0 afblæsningstrykket i bar absolut (indstillingstryk plus 10 % overtryk) og v0 det specifikke volumen ved p0 i m³/kg ^[5]. Løses formlen for A med Qm = Qmd, fås det mindste nødvendige strømningsareal.

• C afhænger af kølemidlets isentropeksponent κ og gælder for kritisk (kvalt) strømning ^[5].
• Kdr er den certificerede, reducerede afblæsningskoefficient: Kdr = Kd · 0,9. Værdien står i ventilfabrikantens datablad ^[5].
• Kb tager højde for underkritisk strømning. Kb = 1, så længe modtrykket er under ca. halvdelen af afblæsningstrykket; ved højere modtryk falder kapaciteten ^[5].
• Afblæsningsledningen dimensioneres efter det, ventilen faktisk kan afblæse, ikke kun efter Qmd.

Grænser for tilgangs- og afblæsningsledninger

• Tilgang: trykfaldet fra beholderen til ventilen må højst være 3 % af indstillingstrykket ved fuld strøm ^[4][6].
• Modtryk: for almindelige (konventionelle) sikkerhedsventiler højst 10 % af indstillingstrykket ^[4]. Modtryk hæver også åbningstrykket for en konventionel ventil ^[5]. Balancerede ventiler tåler mere, efter fabrikantens angivelser.
• Afblæsningsledning: beregnes med kompressibel strømning. Kontrollér, at gashastigheden holder sig under lydens hastighed, eller at kvalt strømning ved udløbet er med i beregningen ^[1][4]. Ledningen må aldrig være mindre end ventilens udløb.
• Fælles ledning: med flere ventiler beregnes hver ventils modtryk med alle de ventiler, der kan blæse af samtidig, f.eks. ved brand ^[1].

Specialtilfældet CO2 (R744)

• Høje tryk: det kritiske punkt ligger ved 31,0 °C og 73,8 bar. I transkritiske anlæg er trykket på højtrykssiden ofte mellem 80 og 120 bar, og stilstandstrykket på lavtrykssiden kan være meget højere end driftstrykket ^[7]. Sikkerhedsventiler, omskifterventiler og rør skal være dimensioneret til det tryk.
• Tripelpunkt: under −56,6 °C og 5,2 bar kan CO2 ikke findes som væske ^[7]. Når trykket falder til atmosfærisk i afblæsningen, dannes tøris, som kortvarigt kan blokere snævre passager og hæve modtrykket.
• Flashing og tofasestrømning: hvis væske eller tæt superkritisk gas når ventilen, flasher den i ventilen, og gasformlen gælder ikke. EN ISO 24664 har et eget bilag for flashende væsker ^[1]; brug ventilfabrikantens tofasemetode.
• Over det kritiske tryk findes der ingen fordampningsvarme, så brand- og varmetilfældene kan ikke beregnes på den sædvanlige måde. Beregn i stedet med gas ved en given temperatur, og angiv massestrømmen.

Omskifterventil til to sikkerhedsventiler

En omskifterventil (trevejsventil) forbinder beholderen med én af to sikkerhedsventiler ad gangen, så den anden kan efterses eller udskiftes, mens beholderen stadig er sikret ^[6]. Hver sikkerhedsventil skal derfor kunne klare hele Qmd alene. Omskifterventilens trykfald tæller med i grænsen på 3 % for tilgangen; fabrikanterne angiver, hvilke kombinationer der overholder grænsen ^[6]. Kontrollér omskifterventilens maksimale tryk: en almindelig model til industriel køling er godkendt til 65 bar, hvilket ikke er nok på højtrykssiden af et CO2-anlæg ^[6].

Praktisk tjekliste

1. Opstil de dele, der kan afspærres, og deres årsager til overtryk.
2. Beregn Qmd for hver årsag, og dimensionér efter den største.
3. Vælg en ventil ud fra databladet (Kdr, areal) med Qm ≥ Qmd.
4. Kontrollér trykfaldet på tilgangen (højst 3 %), også gennem omskifterventilen.
5. Kontrollér modtrykket med alle ventiler, der kan blæse af samtidig.
6. CO2: kontrollér tryk, tøris, tofasestrømning og materialetemperatur.
7. Dokumentér beregningen til PED-vurderingen.