EN 13136: dobór zaworów bezpieczeństwa i przewodów wydmuchowych w instalacjach chłodniczych
Jak dobrać zawory bezpieczeństwa i przewody wydmuchowe wg EN 13136: pożar, sprężarka, źródło ciepła, Kdr i Kb, 3% strat na dopływie, przeciwciśnienie, CO2, suchy lód i EN ISO 24664.
Najważniejsze
- EN 13136:2013+A1:2018 opisuje, jak obliczyć wymaganą przepustowość, przepustowość zaworu bezpieczeństwa oraz spadek ciśnienia w przewodach dopływowych i wydmuchowych instalacji chłodniczych i pomp ciepła [1].
- Normę zastąpiła EN ISO 24664:2024, zharmonizowana z dyrektywą ciśnieniową od 2 października 2026 r. EN 13136 daje domniemanie zgodności tylko do 2 kwietnia 2028 r. [1][2].
- Wymaganą przepustowość oblicza się dla pożaru zewnętrznego, sprężarki pracującej na zamknięty zawór, wewnętrznych źródeł ciepła i rozszerzalności cieczy w odciętym przewodzie [1].
- Przepustowość zaworu oblicza się ze wzoru Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0), gdzie Kdr = 0,9 · Kd to certyfikowany, zredukowany współczynnik wypływu [5].
- Spadek ciśnienia w przewodzie dopływowym może wynosić najwyżej 3% ciśnienia nastawy. Dla standardowych zaworów bezpieczeństwa przeciwciśnienie może wynosić najwyżej 10% [4][6].
- CO2 ma wysokie ciśnienia, poniżej punktu potrójnego (5,2 bar) tworzy się suchy lód, a ciecz lub gęsty gaz daje w zaworze przepływ dwufazowy [1][7].
Co obejmuje norma
EN 13136, Instalacje chłodnicze i pompy ciepła – Urządzenia zabezpieczające przed nadmiernym wzrostem ciśnienia i związane z nimi przewody rurowe – Metody obliczeń, obejmuje trzy zagadnienia: strumień masy, który musi odprowadzić zawór bezpieczeństwa lub płytka bezpieczeństwa, przepustowość urządzenia przy wydmuchu do atmosfery lub do części instalacji o niższym ciśnieniu oraz spadek ciśnienia w przewodach przed urządzeniem i za nim [1]. Najnowsze wydanie to EN 13136:2013 ze zmianą A1 z 2018 r. [1][2].
Związek z EN 378-2, PED i ISO 4126
- EN 378-2 obejmuje całą instalację: projekt, PS, zabezpieczenie przed nadciśnieniem i próby. EN 13136 (obecnie EN ISO 24664) służy do obliczania zaworów bezpieczeństwa i ich przewodów [1][4].
- PED 2014/68/UE: zawory bezpieczeństwa są osprzętem zabezpieczającym i z reguły mają kategorię IV [3][5]. Norma zharmonizowana daje domniemanie zgodności z zasadniczymi wymaganiami dyrektywy [2].
- ISO 4126: część 1 dotyczy zaworów bezpieczeństwa, a część 2 płytek bezpieczeństwa. Wzór na przepustowość i certyfikowany współczynnik wypływu pochodzą z ISO 4126-1 [1][5].
Kiedy potrzebne jest zabezpieczenie przed nadciśnieniem?
Norma omawia cztery przyczyny nadciśnienia: ciepło zewnętrzne (pożar), wewnętrzne źródła ciepła, sprężarki i rozszerzalność cieplną uwięzionej cieczy [1]. Każdy odcinek, który można odciąć od istniejącego zabezpieczenia, np. zaworem odcinającym, powinien mieć własny zawór bezpieczeństwa lub płytkę bezpieczeństwa [7]. Typowy zawór bezpieczeństwa zaczyna się otwierać przy ciśnieniu nastawy i jest w pełni otwarty, zanim ciśnienie wzrośnie o 10% ponad nie [5].
Wymagana przepustowość Qmd
| Przyczyna | Jak oblicza się Qmd | Na co zwrócić uwagę |
|---|---|---|
| Pożar zewnętrzny | Gęstość strumienia ciepła (10 kW/m² w EN 13136) razy zewnętrzna powierzchnia zbiornika, podzielona przez ciepło parowania przy ciśnieniu wydmuchu [1] | Powierzchnia w m², nie objętość. |
| Sprężarka na zamknięty zawór | Objętość skokowa razy gęstość gazu ssanego razy sprawność objętościowa [1] | Przyjmij najwyższą możliwą temperaturę ssania. |
| Wewnętrzne źródło ciepła | Doprowadzone ciepło podzielone przez ciepło parowania [1] | Np. grzałka elektryczna. |
| Uwięziona ciecz | Rozszerzalność cieplna cieczy w przewodzie lub zbiorniku, który można odciąć [1] | Mały przepływ, bardzo szybki wzrost ciśnienia. |
Przekrój przepływu i przepustowość zaworu
Dla gazu i pary wzór daje przepustowość zaworu Qm w kg/h: Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0). A to przekrój przepływu w mm², p0 ciśnienie wydmuchu w barach absolutnych (ciśnienie nastawy plus 10% nadciśnienia), a v0 objętość właściwa przy p0 w m³/kg [5]. Rozwiązanie wzoru względem A przy Qm = Qmd daje najmniejszy potrzebny przekrój przepływu.
- C zależy od wykładnika izentropy κ czynnika i dotyczy przepływu krytycznego (dławionego) [5].
- Kdr to certyfikowany, zredukowany współczynnik wypływu: Kdr = Kd · 0,9. Wartość podaje karta katalogowa producenta zaworu [5].
- Kb uwzględnia przepływ podkrytyczny. Kb = 1, dopóki przeciwciśnienie jest niższe od ok. połowy ciśnienia wydmuchu; przy wyższym przeciwciśnieniu przepustowość spada [5].
- Przewód wydmuchowy dobiera się na to, co zawór rzeczywiście może odprowadzić, a nie tylko na Qmd.
Ograniczenia dla przewodów dopływowego i wydmuchowego
- Dopływ: spadek ciśnienia od zbiornika do zaworu przy pełnym przepływie może wynosić najwyżej 3% ciśnienia nastawy [4][6].
- Przeciwciśnienie: dla standardowych (konwencjonalnych) zaworów bezpieczeństwa najwyżej 10% ciśnienia nastawy [4]. Przeciwciśnienie podnosi także ciśnienie otwarcia zaworu konwencjonalnego [5]. Zawory odciążone (z mieszkiem) tolerują więcej, zgodnie z danymi producenta.
- Przewód wydmuchowy: obliczany dla przepływu ściśliwego. Sprawdź, czy prędkość gazu pozostaje poniżej prędkości dźwięku, albo czy przepływ dławiony na wylocie uwzględniono w obliczeniach [1][4]. Przewód nigdy nie może być mniejszy niż wylot zaworu.
- Wspólny przewód: przy kilku zaworach przeciwciśnienie każdego zaworu oblicza się dla wszystkich zaworów, które mogą wydmuchiwać jednocześnie, np. podczas pożaru [1].
Przypadek szczególny: CO2 (R744)
- Wysokie ciśnienia: punkt krytyczny leży przy 31,0 °C i 73,8 bar. W instalacjach transkrytycznych ciśnienie po stronie wysokiej wynosi często od 80 do 120 bar, a ciśnienie postojowe po stronie niskiej może być znacznie wyższe od roboczego [7]. Zawory bezpieczeństwa, zawory przełączające i rury muszą być przystosowane do tego ciśnienia.
- Punkt potrójny: poniżej −56,6 °C i 5,2 bar CO2 nie może istnieć jako ciecz [7]. Gdy w przewodzie wydmuchowym ciśnienie spada do atmosferycznego, tworzy się suchy lód, który może chwilowo zablokować wąskie przekroje i podnieść przeciwciśnienie.
- Odparowanie rozprężne i przepływ dwufazowy: jeśli do zaworu dociera ciecz lub gęsty gaz nadkrytyczny, odparowuje on w zaworze i wzór dla gazu nie ma zastosowania. EN ISO 24664 ma osobny załącznik dla cieczy odparowujących rozprężnie [1]; stosuj metodę dwufazową producenta zaworu.
- Powyżej ciśnienia krytycznego nie ma ciepła parowania, więc przypadków pożaru i źródła ciepła nie da się obliczyć w zwykły sposób. Zamiast tego oblicz dla gazu w określonej temperaturze i podaj strumień masy.
Zawór przełączający dla dwóch zaworów bezpieczeństwa
Zawór przełączający (trójdrogowy) łączy zbiornik naraz tylko z jednym z dwóch zaworów bezpieczeństwa, tak aby drugi można było sprawdzić lub wymienić, a zbiornik pozostawał zabezpieczony [6]. Każdy zawór bezpieczeństwa musi więc samodzielnie odprowadzić pełne Qmd. Spadek ciśnienia na zaworze przełączającym wlicza się do 3% limitu dopływu; producenci podają, które zestawienia spełniają limit [6]. Sprawdź maksymalne ciśnienie zaworu przełączającego: popularny model do chłodnictwa przemysłowego ma 65 bar, co nie wystarcza po stronie wysokiego ciśnienia instalacji CO2 [6].
Praktyczna lista kontrolna
- Wypisz części, które można odciąć, i przyczyny nadciśnienia dla każdej z nich.
- Oblicz Qmd dla każdej przyczyny i dobieraj na największą.
- Wybierz zawór z karty katalogowej (Kdr, przekrój) o Qm ≥ Qmd.
- Sprawdź spadek ciśnienia na dopływie (najwyżej 3%), także przez zawór przełączający.
- Sprawdź przeciwciśnienie ze wszystkimi zaworami, które mogą wydmuchiwać jednocześnie.
- CO2: sprawdź ciśnienia, suchy lód, przepływ dwufazowy i temperaturę materiału.
- Udokumentuj obliczenia na potrzeby oceny zgodności z PED.
Policz sam
Pojęcia w artykule
Źródła
- 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)