EN 13136: biztonsági szelepek és lefúvató vezetékek méretezése hűtőrendszerekben

Mire terjed ki a szabvány

Az EN 13136 (Hűtőrendszerek és hőszivattyúk – Nyomáshatároló eszközök és a hozzájuk tartozó csővezetékek – Számítási módszerek) három dologgal foglalkozik: azzal a tömegárammal, amelyet egy biztonsági szelepnek vagy hasadótárcsának kezelnie kell; az eszköz lefúvatási kapacitásával, amikor a szabadba vagy a rendszer kisebb nyomású részébe fúvat le; valamint az eszköz előtti és utáni vezetékek nyomásveszteségével ^[1]. A legutóbbi kiadás az EN 13136:2013, a 2018-as A1 módosítással ^[1][2].

Kapcsolat az EN 378-2-vel, a PED-del és az ISO 4126-tal

• EN 378-2 az egész rendszerre vonatkozik: tervezés, PS, nyomáshatárolás és vizsgálat. A biztonsági szelepeket és vezetékeiket az EN 13136 (ma EN ISO 24664) szerint számítják ^[1][4].
• PED 2014/68/EU: a biztonsági szelepek biztonsági tartozékok, és főszabályként IV. kategóriába sorolják őket ^[3][5]. A harmonizált szabvány vélelmezi az irányelv alapvető követelményeinek való megfelelést ^[2].
• ISO 4126: az 1. rész a biztonsági szelepekre, a 2. rész a hasadótárcsákra vonatkozik. A kapacitásképlet és a tanúsított kiömlési tényező az ISO 4126-1-et követi ^[1][5].

Mikor kell nyomáshatárolás?

A szabvány a túlnyomás négy okával foglalkozik: külső hő (tűz), belső hőforrások, kompresszorok és az elzárt folyadék hőtágulása ^[1]. Minden olyan szakasznak, amely a meglévő biztonsági eszköztől – például elzárószeleppel – leválasztható, saját biztonsági szeleppel vagy hasadótárcsával kell rendelkeznie ^[7]. Egy tipikus biztonsági szelep a beállítási nyomáson kezd nyitni, és teljesen kinyit, mielőtt a nyomás 10%-kal meghaladná azt ^[5].

Szükséges lefúvatási kapacitás, Qmd

A szelep áramlási keresztmetszete és kapacitása

Gázra és gőzre a képlet a Qm szelepkapacitást adja kg/h-ban: Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0). A az áramlási keresztmetszet mm²-ben, p0 a lefúvatási nyomás abszolút bar-ban (beállítási nyomás plusz 10% túlnyomás), v0 pedig a p0 nyomáshoz tartozó fajtérfogat m³/kg-ban ^[5]. A képletet Qm = Qmd mellett A-ra rendezve megkapjuk a legkisebb szükséges keresztmetszetet.

• C a hűtőközeg κ izentropikus kitevőjétől függ, és kritikus (fojtott) áramlásra érvényes ^[5].
• Kdr a tanúsított, csökkentett kiömlési tényező: Kdr = Kd · 0,9. Az érték a szelepgyártó adatlapján található ^[5].
• Kb a szubkritikus áramlást veszi figyelembe. Kb = 1, amíg az ellennyomás a lefúvatási nyomás kb. felénél kisebb; nagyobb ellennyomásnál a kapacitás csökken ^[5].
• A lefúvató vezetéket arra méretezik, amit a szelep ténylegesen le tud fúvatni, nem csak a Qmd-re.

A belépő és a lefúvató vezeték határértékei

• Belépő oldal: a tartálytól a szelepig a nyomásesés teljes áramlásnál legfeljebb a beállítási nyomás 3%-a lehet ^[4][6].
• Ellennyomás: hagyományos biztonsági szelepeknél legfeljebb a beállítási nyomás 10%-a ^[4]. Az ellennyomás a hagyományos szelep nyitási nyomását is növeli ^[5]. A kiegyenlített szelepek többet is elviselnek, a gyártó adatai szerint.
• Lefúvató vezeték: összenyomható áramlással számítják. Ellenőrizze, hogy a gázsebesség a hangsebesség alatt marad-e, vagy hogy a kilépésnél fellépő fojtott áramlás szerepel-e a számításban ^[1][4]. A vezeték soha nem lehet kisebb a szelep kilépő csonkjánál.
• Közös vezeték: több szelepnél minden szelep ellennyomását az összes, egyidejűleg – például tűz esetén – lefúvató szeleppel együtt számítják ^[1].

A CO2 (R744) különleges esete

• Nagy nyomások: a kritikus pont 31,0 °C és 73,8 bar. Transzkritikus rendszerekben a nagynyomású oldal nyomása gyakran 80 és 120 bar között van, a kisnyomású oldal állásnyomása pedig jóval nagyobb lehet az üzemi nyomásnál ^[7]. A biztonsági szelepeket, váltószelepeket és csöveket erre a nyomásra kell méretezni.
• Hármaspont: −56,6 °C és 5,2 bar alatt a CO2 nem lehet folyékony ^[7]. Amikor a lefúvatásban a nyomás légköri nyomásra esik, szárazjég képződik, amely rövid időre elzárhatja a szűk keresztmetszeteket és növelheti az ellennyomást.
• Kigőzölgés és kétfázisú áramlás: ha folyadék vagy sűrű szuperkritikus gáz jut a szelephez, az a szelepben kigőzölög, és a gázképlet nem érvényes. Az EN ISO 24664 külön mellékletet tartalmaz a kigőzölgő folyadékokra ^[1]; használja a szelepgyártó kétfázisú módszerét.
• A kritikus nyomás felett nincs párolgáshő, így a tűz- és hőterhelési esetek nem számíthatók a szokásos módon. Ehelyett adott hőmérsékletű gázzal számoljon, és a tömegáramot adja meg.

Váltószelep két biztonsági szelephez

A váltószelep (háromjáratú szelep) egyszerre a két biztonsági szelep egyikét köti a tartályhoz, így a másik ellenőrizhető vagy cserélhető, miközben a tartály védett marad ^[6]. Ezért mindegyik biztonsági szelepnek egymagában kell kezelnie a teljes Qmd-t. A váltószelep nyomásesése beleszámít a 3%-os belépő oldali határba; a gyártók megadják, mely kombinációk teljesítik a határt ^[6]. Ellenőrizze a váltószelep legnagyobb nyomását: egy elterjedt ipari hűtéstechnikai típus 65 bar-ra méretezett, ami nem elég egy CO2-rendszer nagynyomású oldalán ^[6].

Gyakorlati ellenőrzőlista

1. Sorolja fel a leválasztható részeket és túlnyomásuk okait.
2. Számítsa ki a Qmd-t minden okra, és a legnagyobbra méretezzen.
3. Válasszon szelepet az adatlap alapján (Kdr, keresztmetszet), amelyre Qm ≥ Qmd.
4. Ellenőrizze a belépő oldali nyomásesést (legfeljebb 3%), a váltószelepen át is.
5. Ellenőrizze az ellennyomást az összes, együtt lefúvatni képes szeleppel.
6. CO2: ellenőrizze a nyomásokat, a szárazjeget, a kétfázisú áramlást és az anyaghőmérsékletet.
7. Dokumentálja a számítást a PED szerinti értékeléshez.