EN 13136: soğutma sistemlerinde emniyet ventillerinin ve tahliye hatlarının boyutlandırılması

Standart neyi kapsar

EN 13136, Soğutma sistemleri ve ısı pompaları – Basınç tahliye cihazları ve bunlarla ilgili borular – Hesaplama yöntemleri, üç konuyu kapsar: bir emniyet ventilinin veya patlama diskinin karşılaması gereken kütle debisi, cihazın atmosfere veya sistemin daha düşük basınçlı bir bölümüne tahliye ederken boşaltma kapasitesi ve cihazdan önceki ve sonraki hatlardaki basınç kaybı ^[1]. En son baskı, 2018 tarihli A1 tadiliyle EN 13136:2013'tür ^[1][2].

EN 378-2, PED ve ISO 4126 ile ilişkisi

• EN 378-2 tüm sistemi kapsar: tasarım, PS, basınç tahliyesi ve test. Emniyet ventilleri ve hatları EN 13136'ya (artık EN ISO 24664) göre hesaplanır ^[1][4].
• PED 2014/68/AB: emniyet ventilleri emniyet aksesuarıdır ve kural olarak IV. kategoride sınıflandırılır ^[3][5]. Uyumlaştırılmış bir standart, direktifin temel gerekliliklerine uygunluk karinesi sağlar ^[2].
• ISO 4126: 1. bölüm emniyet ventillerini, 2. bölüm patlama disklerini kapsar. Kapasite formülü ve sertifikalı boşaltma katsayısı ISO 4126-1'e dayanır ^[1][5].

Basınç tahliyesi ne zaman gerekir?

Standart dört aşırı basınç nedenini ele alır: dış ısı (yangın), iç ısı kaynakları, kompresörler ve hapsolmuş sıvının ısıl genleşmesi ^[1]. Mevcut emniyet cihazından, örneğin bir kapama vanasıyla ayrılabilen her bölümün kendi emniyet ventili veya patlama diski olmalıdır ^[7]. Tipik bir emniyet ventili ayar basıncında açılmaya başlar ve basınç bunun %10 üzerine çıkmadan tamamen açılır ^[5].

Gerekli tahliye kapasitesi Qmd

Ventil akış alanı ve kapasitesi

Gaz ve buhar için formül, ventil kapasitesi Qm'yi kg/h cinsinden verir: Qm = 0,2883 · C · Kb · A · Kdr · √(p0/v0). A mm² cinsinden akış alanı, p0 mutlak bar cinsinden tahliye basıncı (ayar basıncı artı %10 aşırı basınç) ve v0, p0'daki m³/kg cinsinden özgül hacimdir ^[5]. Formül Qm = Qmd alınarak A için çözüldüğünde gereken en küçük akış alanı elde edilir.

• C, soğutucu akışkanın izentropik üssü κ'ya bağlıdır ve kritik (kısılmış) akış için geçerlidir ^[5].
• Kdr sertifikalı, düşürülmüş boşaltma katsayısıdır: Kdr = Kd · 0,9. Değer, ventil üreticisinin veri sayfasında bulunur ^[5].
• Kb kritik altı akışı hesaba katar. Karşı basınç tahliye basıncının yaklaşık yarısının altında kaldığı sürece Kb = 1'dir; daha yüksek karşı basınçta kapasite düşer ^[5].
• Tahliye hattı yalnızca Qmd'ye göre değil, ventilin fiilen tahliye edebileceği miktara göre boyutlandırılır.

Giriş ve tahliye hatları için sınırlar

• Giriş: tam debide kaptan ventile kadar basınç düşümü ayar basıncının en fazla %3'ü olabilir ^[4][6].
• Karşı basınç: standart (konvansiyonel) emniyet ventillerinde ayar basıncının en fazla %10'u ^[4]. Karşı basınç, konvansiyonel bir ventilin açma basıncını da yükseltir ^[5]. Dengelenmiş ventiller üreticinin belirttiği şekilde daha fazlasını kabul eder.
• Tahliye hattı: sıkıştırılabilir akışla hesaplanır. Gaz hızının ses hızının altında kaldığını ya da çıkıştaki kısılmış akışın hesaba dahil edildiğini kontrol edin ^[1][4]. Hat hiçbir zaman ventil çıkışından küçük olmamalıdır.
• Ortak hat: birden fazla ventilde her ventilin karşı basıncı, örneğin bir yangında aynı anda tahliye edebilecek tüm ventillerle birlikte hesaplanır ^[1].

CO2'nin (R744) özel durumu

• Yüksek basınçlar: kritik nokta 31,0 °C ve 73,8 bar'dadır. Transkritik sistemlerde yüksek basınç tarafı genellikle 80 ile 120 bar arasındadır ve alçak basınç tarafındaki duruş basıncı işletme basıncından çok daha yüksek olabilir ^[7]. Emniyet ventilleri, değiştirme vanaları ve borular bu basınca göre seçilmelidir.
• Üçlü nokta: −56,6 °C ve 5,2 bar'ın altında CO2 sıvı halde bulunamaz ^[7]. Tahliyede basınç atmosfer basıncına düştüğünde kuru buz oluşur; bu, dar kesitleri kısa süreliğine tıkayabilir ve karşı basıncı yükseltebilir.
• Ani buharlaşma ve iki fazlı akış: ventile sıvı veya yoğun süperkritik gaz ulaşırsa ventilin içinde ani buharlaşır ve gaz formülü geçerli olmaz. EN ISO 24664'te ani buharlaşan sıvılar için ayrı bir ek vardır ^[1]; ventil üreticisinin iki fazlı yöntemini kullanın.
• Kritik basıncın üzerinde gizli ısı yoktur, bu yüzden yangın ve ısı durumları olağan şekilde hesaplanamaz. Bunun yerine belirli bir sıcaklıktaki gazla hesaplayın ve kütle debisini verin.

İki emniyet ventili için değiştirme vanası

Değiştirme (üç yollu) vanası kabı aynı anda iki emniyet ventilinden birine bağlar; böylece kap korunmaya devam ederken diğeri kontrol edilebilir veya değiştirilebilir ^[6]. Bu nedenle her emniyet ventili tam Qmd'yi tek başına karşılamalıdır. Değiştirme vanasının basınç düşümü %3 giriş sınırına dahildir; üreticiler hangi kombinasyonların sınırı karşıladığını belirtir ^[6]. Değiştirme vanasının azami basıncını kontrol edin: endüstriyel soğutmada yaygın bir model 65 bar için tasarlanmıştır ve bu, bir CO2 sisteminin yüksek basınç tarafı için yeterli değildir ^[6].

Pratik kontrol listesi

1. Ayrılabilen bölümleri ve aşırı basınç nedenlerini listeleyin.
2. Her neden için Qmd'yi hesaplayın ve en büyüğüne göre boyutlandırın.
3. Veri sayfasından (Kdr, alan) Qm ≥ Qmd olan bir ventil seçin.
4. Değiştirme vanası dahil giriş basınç düşümünü kontrol edin (en fazla %3).
5. Birlikte tahliye edebilecek tüm ventillerle karşı basıncı kontrol edin.
6. CO2: basınçları, kuru buzu, iki fazlı akışı ve malzeme sıcaklığını kontrol edin.
7. Hesabı PED değerlendirmesi için belgeleyin.