U instalací potrubních systémů se používají pojmy jmenovitá světlost (DN) a jmenovitý tlak (PN) potrubí jako charakteristické znaky pro to, aby k sobě byly definovány pasující díly jako například přírubové spoje. Jmenovitá světlost a jmenovitý tlak jsou vždy normované.
Dimenzování potrubí, tedy stanovení jmenovité světlosti a jmenovitého tlaku pro potrubí a armatury je přitom vždy otázkou zvážení technicky nezbytných požadavků, jako např. udržování co nejnižších tlakových nebo tepelných ztrát vůči nezbytným investičním a provozním nákladům. Přitom vznikne pro každé potrubí a každé zařízení různé optimum celkových nákladů s ohledem na investiční a provozní náklady. Díky většinou plochému průběhu křivek v oblasti minima celkových nákladů jsou často v optimálním úseku dvě jmenovité světlosti.
Vzorový schematický průběh nákladů u dimenzování potrubních vedení
Celkové náklady
Provozní náklady
Investiční náklady
Pro dimenzování potrubí musí být dodrženy následující kroky:
Protože je však třeba k detailnímu posouzení zvážit mnoho jednotlivých specifických parametrů zařízení, technických a obchodních parametrů, jsou potrubní vedení většinou ze zkušeností dimenzována dle ekonomicky smysluplných a technicky nezbytných hodnot pro přípustnou rychlost proudění. V závislosti na médiu a použití se orientační hodnoty v mnoha zařízeních osvědčily jako konformní s praxí.
Médium
Oblast aplikace
Orientační rychlost
Pára
0 ... 1 bar
20 ... 25 m/s
1 ... 40 bar
30 ... 40 m/s
Voda
sací potrubí
0,4 (0,25 ... 0,6) m/s
tlakové potrubí
2 (1,5 ... 3) m/s
Kondenzát
podíl páry
15 m/s
podíl vody
2 m/s
Spaliny
16,5 m/s
Olej
lehký olej strana sání
0,5 m/s
lehký olej tlaková strana
1 m/s
těžký olej strana sání
0,3 m/s
těžký olej tlaková strana
Zemní plyn
Žádné stanovené standardy (dimenzování přes ztrátu tlaku)
Obvyklé rychlosti (orientační rychlosti) k účelům dimenzování potrubí
Stanovení jmenovité světlosti DN
Jmenovité světlosti následující tabulky nemají žádnou jednotku. Odpovídají pouze přibližně vnitřnímu průměru potrubí v mm. Je to podmíněno výrobou, neboť nástroje na výrobu potrubí jsou stanovovány přes vnější průměr a proto světlý průměr dle tloušťky stěny kolísá. Pro hrubý návrh většinou stačí použít jako veličinu vnitřního průměru pro výpočet jmenovitý průměr.
Jmenovitá světlost DN
Vnější průměr d1 [mm]
6
10,2
80
88,9
500
508,0
8
13,5
100
114,3
600
610,0
10
17,2
125
139,7
700
711,0
15
21,3
150
168,3
800
813,0
20
26,9
200
219,1
900
914,0
25
33,7
250
273,0
1 000
1 016,0
32
42,4
300
323,9
1 200
1 219,0
40
48,3
350
355,6
1 400
1 422,0
50
60,3
400
406,4
1 600
1 626,0
65
76,1
450
457,0
Průměr potrubí (EN 10255:2004+A1:2007, EN 1092-1:2013-04, tabulka A.1)
Potřebná jmenovitá světlost může být vypočtena následovně:
Přizpůsobení výpočtu potřebné jmenovité světlosti
Příklad výpočtu ke zjišťování potřebné jmenovité světlosti
DN
jmenovitá šíře potrubí [mm]
V̇
objemový proud [m³/s]
ṁ
hmotnostní proud [kg/h]
ρ
hustota [kg/m³]
u
orientační rychlost dle tabulky [m/s]
Pro optimalizaci jmenovitých světlostí dimenzovaných pouze dle přípustné orientační rychlosti může být v jednotlivých případech smysluplné např. u obzvláště dlouhých potrubí provést za pomoci speciálních programů následný výpočet a optimalizaci jmenovité světlosti potrubí.
Stanovení jmenovitého tlaku PN
Jmenovitý tlak je normovaný tlakový stupeň pro potrubí a armatury. Představuje veličinu pro mechanické a rozměrové vlastnosti daného dílu/ prvku. Konstrukční prvky stejné jmenovité světlosti a se stejným jmenovitým tlakem se k sobě vzájemně hodí. Jmenovitý tlak odpovídá maximálnímu přípustnému přetlaku [bar] při referenční teplotě 20 °C.
Maximální přípustný přetlak konstrukčního prvku však vedle materiálu závisí především také na teplotě. Při vyšších teplotách klesá maximální přípustný přetlak pod jmenovitý tlak. Potrubní vedení nebo armatury pak nesmí být provozovány na jmenovitém tlaku.
Přiřazení tlaku a teploty u přírub probíhá dle skupin materiálů. V oblasti parních kotlů jsou běžné následující materiály a skupiny:
Skupina materálu
Druh materiálu
Mat. číslo
Materiál
3E0
Nelegované oceli s garantovanými pevnostními vlastnostmi při zvýšených teplotách
1.0352
P245GH
3E1
Nelegované oceli se stanovenými vlastnostmi ≤ 400 °C, horní mez průtažnosti > 265 N/mm²;
1.0460
P250GH
4E0
Nízkolegované oceli s 0,3 % molybdenu
1.0426
P280GH
12E0
Standardní obsah uhlíku, stabilizované Ti resp. Nb
1.4541 1.4550 1.4941
X6CrNiTi18-10 X6CrNiNb18-10 X6CrNiTiB18-10
15E0
Standardní obsah uhlíku, legované molybdenem, stabilizované Ti resp. Nb
1.4571 1.4580
X6CrNiMoTi17-12-2 X6CrNiMoNb17-12-2
Skupiny materiálů dle EN 1092-1:2013-04 tabulky 9, G.2.2, G.3.2, tabulky D.1
Následující diagram zobrazuje průběhy tlaku a teploty pro různé jmenovité tlakové stupně. Prosíme, respektujte zde pokyn z kapitoly Tools – Přiřazení tlaku – teploty, v němž se nachází tabulky k diagramu.
Přiřazení tlaku - teploty - více informací
Přiřazení tlaku – teploty pro příruby dle EN 1092-1
Stanovení materiálu
Následující tabulka uvádí pouze minimální požadavky na výběr materiálu. Při mimořádných podmínkách instalace, zákaznických požadavcích nebo národních či místních předpisech mohou být použity i odlišné materiály.
U všech přívodních a odtokových potrubí parního kotle v oblasti kondenzátu a přídavné vody je třeba se vyhnout materiálům potrubí s obsahem mědi.
Oblast použití
Materiál potrubí
Parní potrubí
ocel nebo nerezová ocel s přejímacím atestem
Potrubí napájecí vody
ocel
Odfuk pojistného ventilu
Odvzdušňovací a odvodňovací potrubí
Odvodnění sedla ventilu (bezpečnostní ventily)
měď nebo nerezová ocel
Změkčená voda
plast (studený) nebo nerez (po zahřátí)
Voda z osmózy
nerezová ocel
Minimální požadavky na volbu materiálu
Stanovení vzdálenosti podpěrných prvků
Dostatečným počtem a správným provedením držáků a závěsů musí být zajištěno, aby se potrubí tíhou (vlastní hmotnosti, obsahu, armatur a izolace) a jinými působeními sil (např. na ohybech) nepřípustně nedeformovala.
Požadavky na potrubní držáky jsou vysvětleny v EN 13480- 3.
Potrubí a příruby pro vodu a páru
ØA
PN 40 S
Max. opěr. vzdál L11)
2,0
–
2,3
2,6
2,9
3,2
3,5
3,9
4,7
5,4
3,6
6,2
4,0
6,9
4,5
7,5
6,3
8,6
273
7,1
9,7
8,0
10,6
8,8
11,1
11,0
11,8
508
14,2
12,5
610
16,0
13,2
Tepelná roztažnost
Při ohřívání pevných látek se tyto látky roztahují a při zchlazení opět stahují.
Tento efekt musí být na mnoha místech parního kotlového zařízení zohledněn, zejména na místech, na nichž se mohou v provozu vyskytnout vysoké teploty.
Například zde musí být pro plánování a instalaci uvedené následující body:
Místo
Nasazení čeho ... k absorbování roztažnosti
Potrubí
Odluh/ odkal
...
kompenzátory potrubí
kompenzační rameno (L-rameno)
kompenzační kolena
tvarovky U (u dlouhých, rovných vedení)
kluzná ložiska
Kotel a zásobník
kluzná ložiska na patkách a základním rámu
kompenzátory a kompenzační rameno u přívodních a odtokových potrubí
K výpočtu lineární tepelné roztažnosti může být použita následující rovnice:
Rovnice pro výpočet lineární tepelné roztažnosti
Δl
Lineární tepelná roztažnost [mm]
l
Délka [mm]
α
Koeficient roztažnosti [mm/m]
ΔT
Teplotní rozdíl [K]
Koeficient roztažnosti různých ocelí
Nízkolegovaná ocel (feritická): α ≈ 1 ... 1,3 [mm/m ∙ 100K] = 10 ... 13 ∙ 10-6 [1/K]
Nerezové oceli (austenitické): α ≈ 1 ... 1,8 [mm/m ∙ 100K] = 10 ... 18 ∙ 10-6 [1/K]
Potřebné délky kompenzačních ramen k absorbci tepelné roztažnosti musí být zjištěny dle všeobecně uznávaných pravidel techniky.
Minimální rozestup od staveb a sousedních potrubí
Pro montáž potrubních vedení a izolací, jakož i k účelům údržby by měl být dodržen meziprostor minimálně 50 ... 100 mm. Často používaná technická norma pro izolační práce DIN 4140 doporučuje minimální rozestup 100 mm.
K minimalizaci rozestupů by měly být přírubové spoje na potrubních mostech namontovány přesazeně.
