EN 13136: dimensionarea supapelor de siguranță și a conductelor de evacuare în frigotehnie

Ce acoperă standardul

EN 13136, Sisteme frigorifice și pompe de căldură – Dispozitive de limitare a presiunii și conductele aferente – Metode de calcul, acoperă trei aspecte: debitul masic pe care trebuie să-l evacueze o supapă de siguranță sau un disc de rupere, capacitatea de descărcare a dispozitivului când evacuează în atmosferă sau într-o parte a sistemului cu presiune mai mică, și pierderea de presiune în conductele dinainte și de după dispozitiv ^[1]. Ultima ediție este EN 13136:2013 cu amendamentul A1 din 2018 ^[1][2].

Legătura cu EN 378-2, PED și ISO 4126

• EN 378-2 acoperă întregul sistem: proiectare, PS, descărcarea presiunii și încercări. EN 13136 (acum EN ISO 24664) se folosește pentru calculul supapelor de siguranță și al conductelor lor ^[1][4].
• PED 2014/68/UE: supapele de siguranță sunt accesorii de siguranță și, ca regulă, sunt încadrate în categoria IV ^[3][5]. Un standard armonizat conferă prezumția de conformitate cu cerințele esențiale ale directivei ^[2].
• ISO 4126: partea 1 acoperă supapele de siguranță, iar partea 2 discurile de rupere. Formula de capacitate și coeficientul de debit certificat urmează ISO 4126-1 ^[1][5].

Când este necesară descărcarea presiunii?

Standardul tratează patru cauze ale suprapresiunii: căldură exterioară (incendiu), surse interne de căldură, compresoare și dilatarea termică a lichidului închis ^[1]. Fiecare secțiune care poate fi izolată de dispozitivul de siguranță existent, de exemplu printr-un robinet de închidere, ar trebui să aibă propria supapă de siguranță sau propriul disc de rupere ^[7]. O supapă de siguranță tipică începe să deschidă la presiunea de reglare și este complet deschisă înainte ca presiunea să crească cu 10 % peste aceasta ^[5].

Capacitatea de descărcare necesară Qmd

Secțiunea de curgere și capacitatea supapei

Pentru gaz și vapori, formula dă capacitatea supapei Qm în kg/h: Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0). A este secțiunea de curgere în mm², p0 presiunea de descărcare în bar absolut (presiunea de reglare plus 10 % suprapresiune), iar v0 volumul specific la p0 în m³/kg ^[5]. Rezolvând formula în raport cu A pentru Qm = Qmd se obține cea mai mică secțiune de curgere necesară.

• C depinde de exponentul izentropic κ al agentului frigorific și se aplică la curgerea critică (blocată) ^[5].
• Kdr este coeficientul de debit certificat și redus: Kdr = Kd · 0,9. Valoarea se găsește în fișa tehnică a producătorului supapei ^[5].
• Kb ține seama de curgerea subcritică. Kb = 1 cât timp contrapresiunea este sub aproximativ jumătate din presiunea de descărcare; la o contrapresiune mai mare capacitatea scade ^[5].
• Conducta de evacuare se dimensionează pentru ceea ce poate evacua efectiv supapa, nu doar pentru Qmd.

Limite pentru conductele de intrare și de evacuare

• Intrare: căderea de presiune de la recipient la supapă poate fi cel mult 3 % din presiunea de reglare la debit maxim ^[4][6].
• Contrapresiune: la supapele de siguranță standard (convenționale), cel mult 10 % din presiunea de reglare ^[4]. Contrapresiunea mărește și presiunea de deschidere a unei supape convenționale ^[5]. Supapele echilibrate acceptă mai mult, conform indicațiilor producătorului.
• Conductă de evacuare: se calculează cu curgere compresibilă. Verificați ca viteza gazului să rămână sub viteza sunetului sau ca la ieșire curgerea blocată să fie inclusă în calcul ^[1][4]. Conducta nu trebuie să fie niciodată mai mică decât ieșirea supapei.
• Conductă comună: cu mai multe supape, contrapresiunea fiecărei supape se calculează cu toate supapele care pot descărca simultan, de exemplu în caz de incendiu ^[1].

Cazul special al CO2 (R744)

• Presiuni mari: punctul critic este la 31,0 °C și 73,8 bar. În sistemele transcritice, presiunea pe partea de înaltă presiune este adesea între 80 și 120 bar, iar presiunea în repaus pe partea de joasă presiune poate fi mult mai mare decât presiunea de funcționare ^[7]. Supapele de siguranță, robinetele de comutare și conductele trebuie dimensionate pentru această presiune.
• Punctul triplu: sub −56,6 °C și 5,2 bar, CO2 nu poate exista în stare lichidă ^[7]. Când presiunea scade la cea atmosferică în evacuare, se formează gheață carbonică, care poate bloca temporar secțiunile înguste și poate crește contrapresiunea.
• Vaporizare bruscă și curgere bifazică: dacă lichid sau gaz supercritic dens ajunge la supapă, acesta se vaporizează în supapă, iar formula pentru gaz nu se aplică. EN ISO 24664 are o anexă proprie pentru lichide care se vaporizează ^[1]; folosiți metoda bifazică a producătorului supapei.
• Peste presiunea critică nu există căldură latentă, așa că situațiile de incendiu și de sursă de căldură nu pot fi calculate în mod obișnuit. Calculați în schimb cu gaz la o anumită temperatură și indicați debitul masic.

Robinet de comutare pentru două supape de siguranță

Un robinet de comutare (cu trei căi) leagă recipientul la una dintre două supape de siguranță pe rând, astfel încât cealaltă să poată fi verificată sau înlocuită în timp ce recipientul rămâne protejat ^[6]. De aceea, fiecare supapă de siguranță trebuie să poată evacua singură întregul Qmd. Căderea de presiune a robinetului de comutare intră în limita de 3 % la intrare; producătorii indică ce combinații respectă limita ^[6]. Verificați presiunea maximă a robinetului de comutare: un model obișnuit pentru frigul industrial este dimensionat pentru 65 bar, ceea ce nu ajunge pe partea de înaltă presiune a unui sistem cu CO2 ^[6].

Listă de verificare practică

1. Enumerați părțile care pot fi izolate și cauzele lor de suprapresiune.
2. Calculați Qmd pentru fiecare cauză și dimensionați pentru cea mai mare.
3. Alegeți o supapă din fișa tehnică (Kdr, secțiune) cu Qm ≥ Qmd.
4. Verificați căderea de presiune la intrare (cel mult 3 %), inclusiv prin robinetul de comutare.
5. Verificați contrapresiunea cu toate supapele care pot descărca simultan.
6. CO2: verificați presiunile, gheața carbonică, curgerea bifazică și temperatura materialului.
7. Documentați calculul pentru evaluarea conform PED.