Přetlak a absolutní tlak
V technice parních kotlů je běžné všechny údaje o tlaku uvádět jako relativní přetlak vůči atmosférickému tlaku ve výši 1 bar.
Na těchto místech se používá jednotka [bar] resp. [barg].
Přepočet přetlaku k absolutnímu tlaku tedy odpovídá:
Přepočet přetlaku k absolutnímu tlaku
pabsolut = p + 1,01325 bar
Normovaný stav a standardní stav
Normovaný stav (dle DIN 1343): pn = 101 325 Pa = 1,01325 bar = 1 atm Tn = 273,15 K = 0 °C
Standardní stav (STP, IUPAC): p° = 100 000 Pa = 1,0 bar T° = 273,15 K = 0 °C
Standardní prostorový stav (SATP, IUPAC): p° = 100 000 Pa = 1,0 bar T° = 298,15 K = 25 °C
Provozní přetlak kotlového zařízení není konstantní hodnota, nýbrž tato hodnota kolísá okolo středního provozního přetlaku pm. To vyplývá ze skutečnosti, že provozní přetlak v parním kotli je používán jako vstupní veličina pro regulaci výkonu zařízení parních kotlů a tak vždy podléhá rozsahu výkyvů zhruba ±10 % středního provozního přetlaku nastaveného jako plánovaná hodnota.
Znázornění časového průběhu tlaku (řízení kotle BCO)
Ke zjištění potřebného středního provozního přetlaku pm musí být zohledněny následující aspekty:
Tlak a teplota - více informací
Maximální potřebný tlak a teplota na spotřebiči
pmax,V = ps (Tmax,V)
pmax,V
maximální potřebný tlak na spotřebiči
ps(Tmax,V)
tlak při varu při maximální potřebné teplotě
Tmax,V
maximální potřebná teplota na spotřebiči
Přídavně musí být zohledněny tlakové ztráty v parním potrubí mezi parním kotlem a spotřebiči, tlakové ztráty armatur v parním potrubí a tlakové ztráty eventuální redukční tlakové stanice.
Tlaková ztráta - více informací
Pokud je rozdíl tlakové úrovně jednotlivých spotřebičů velký (> 3 bar ) nebo spotřebič vyžaduje konstantní tlak páry s malým rozptylem kolísání, než jakého je možno regulací výkonu na parním kotli dosáhnout, měl by být tlak páry na spotřebičích nastaven přes redukční tlakovou stanici mezi parním kotlem a spotřebiči. Vestavbou redukční tlakové stanice je také realizováno oddělení regulačních okruhů pro regulaci výkonu na parním kotli a tlakové regulace na spotřebiči.
Střední provozní přetlak pm parního kotle se zjišťuje při zohlednění maximální regulační odchylky následovně:
Vzorec ke zjišťování středního provozního přetlaku
Příklad výpočtu ke zjištění středního provozního přetlaku
pm
střední provozní přetlak [bar]
pmax, V
maximální potřebný tlak na spotřebiči [bar]
ΔpL
tlakové ztráty v potrubí [bar]
ΔpA
tlakové ztráty armatur a redukčních stanic [bar]
75 %
spodní regulační úroveň pro regulaci výkonu ve vztahu k maximálnímu přípustnému tlaku kotle
83 %
střední regulační úroveň pro regulaci výkonu ve vztahu k maximálnímu přípustnému tlaku kotle
Nastavení a změna středního provozního přetlaku
Střední provozní přetlak pm parního kotlového zařízení může být při uvádění zařízení do provozu a během provozu zařízení nastaven na panelu rozvaděče kotle nebo nebo zadán z nadřazené regulace.
Rezervy při dimenzování
Při dimenzování zařízení se doporučuje pracovat bez rezerv, aby zařízení odpovídalo skutečným provozním podmínkám.
Zadání příliš vysokých provozních přetlaků páry může z důvodu vyšší hustoty nasycené páry vést kromě jiného k tomu, že parní potrubí a parní armatury budou poddimenzovány.
Pokud mají být pro dimenzování u tlaku zohledněny rezervy, pak tak může být učiněno u stanovení maximálního přípustného provozního přetlaku.
Snížený provozní přetlak
Z důvodů energetické efektivity by neměl být nastavován vyšší provozní přetlak, než je nutné Typický případ aplikace sníženého provozního přetlaku je víkendový provoz ke snížení ztrát sáláním kotle.
Provozní přetlak však není možno redukovat libovolně. Pokud se provozní přetlak zredukuje příliš, může to vést k následujícícm negativním vlivům:
Vysoké rychlosti páry, které vznikají sníženou hustotou, mohou taktéž vést k negativním vlivům:
V továrním nastavení od výrobce je proto minimální přípustný provozní přetlak omezen na polovinu projektovaného provozního přetlaku.
Minimální střední provozní přetlak středotlakého parního kotlového zařízení by neměl podkročit 5 barů, protože větší specifický objem páry při nižším tlaku znamená velké dimenze parního potrubí a armatur.
Maximální přípustný provozní přetlak kotle je přetlak podmíněný konstrukcí a pevností použitých materiálů kotle.
Tento údaj se nachází na štítku výrobce kotle, v dokumentaci dodávané společně se zařízením a v podkladech z přejímky zařízení. Přetlak musí být omezen pojistným ventilem na parním kotli. Pojistný ventil se otevře při dosažení maximálního přípustného tlaku, aby zabránil dalšímu nárůstu tlaku v tělese kotle. Poté, co se pojistný ventil aktivoval, při redukci tlaku v kotli se opět zavře.
Aby byla dána spolehlivá funkce pojistného ventilu, že se ventil během provozu neaktivuje nebo nebude netěsný, jsou tlaky v parním kotli odstupňovány následovně.
Odstupňování provozních přetlaků (procentuálně z maximálního přípustného provozního přetlaku)
Druh tlaku
Vzorec
Hodnota
Jedn.
Maximální přípustný provozní přetlak (tlak/tlak aktivace pojistného ventilu)
pmax,zul = pSIV ≙ 100 %
≥ 24,1
[bar]
Omezovač tlaku
pDB ≙ pmax.zul ∙ 95 %
= 22,9
Bod vypnutí hořáku
pF,aus ≙ pmax.zul ∙ 91 %
= 21,9
Střední provozní přetlak
pm ≙ pmax.zul ∙ 83 %
Bod zapnutí hořáku
pF,ein ≙ pmax.zul ∙ 75 %
= 18,1
Standardní hodnota pro udržování teploty přestopného hada = střední provozní přetlak / 2
pWarmh ≙ pm ∙ ~ 50 % ≅ 42 %
= 10,1
Z toho vyplývá:
Vzorec pro zjišťování nejmenšího potřebného maximálního přípustného provozního přetlaku
Příklad výpočtu ke zjišťování nejmenšího potřebného maximálního přípustného provozního přetlaku
Vzorec pro zjišťování nejvyššího středního provozního přetlaku
pm,max ≤ pmax,zul ∙ 83 % = pSIV ∙ 83 %
Příklad výpočtu ke zjišťování nejvyššího středního provozního přetlaku
Schéma průběhu tlaku se spínacími body u parních kotlů se středním provozním přetlakem 13,3 barů
V řízení kotle mohou být v určitých limitech pro střední provozní přetlak zvolena i jiná odstupňování.
Zbylé části zařízení
Vedle samotného tělesa kotle musí být zohledněn i maximální přípustný provozní přetlak a maximální přípustná teplota všech dílů a konstrukčních celků připojených ke kotli (např. armatur, čidel, potrubí, těsnění, aparátů).
Když jsou v parním systému připojeny spotřebiče, které mají nižší přípustný provozní přetlak než parní kotel, musí být vybaveny vlastními pojistnými ventily nebo mezi ně musí být zařazeny redukční tlakové stanice s pojistnými ventily.
Rozdíl mezi zjištěným pmax,zul a maximálním přípustným přetlakem nejbližšího vyššího tlakového stupně kotle může být již posuzován jako rezerva při dimenzování zařízení. Pokud by byla pro rozsah tlaku ještě navíc třeba přídavná rezerva při dimenzování, může být dosažena zvolením odpovídajícího vyššího tlakového stupně kotle.