Jdi na obsah Jdi na menu
 


Horkovody

5. 9. 2013

 

1. Všeobecně

Horká voda je jedním z nejrozšířenějších nosičů tepla a energie v průmyslu. Tato kapitola se týká způsobu rozvodu horké vody od místa její výroby, tj. teplárny nebo výrobny (tj. centrální zdroj) k místu její spotřeby.

Rozvod vody. Systém rozvodu horké vody tvoří důležitý spojovací článek mezi zdrojem horké vody a jejím parním spotřebičem. Horká voda je v širokém měřítku používána pro topné účely. Při návrhu systému rozvodu páry je nutné vzít v úvahu následující faktory:

- Výpočet vhodného vnitřního průměru se provádí podle  kapitoly "Výpočet vnitřního průměru potrubí".

- Volba vhodného tlaku - tlak musí překonávat tlakovou ztrátu potrubí, která se vypočítává podle kapitoly "Výpočet tlakových ztrát"

- Spádování a odvodnění

- Izolace potrubí a výpočet tepelných ztrát se provádějí podle kapitoly "Výpočet izolace a tepelných ztrát"

 Horkovod se skládá z páteřního potrubí a odboček. I horkovody jsou jedna z vyjímek, které můžeme zařadit mezi dálkovody a v tomto případě pro ně neplatí PED (Pressure Equipment Directive).

​Systémy pro rozvod vody horkovodem:

​- dvoutrubkový systém se skládá s dvojice souběžných vedení, kdy jedno potrubí je přívodní a druhé vratné. Spolu tvoří okruh pro oběh nositele tepla mezi zdrojem a místem spotřeby. Obě potrubí mají stejný průměr a jsou izolována.

​- trojtrubkový systém umožňuje dvojí zapojení, a to pro období s velkou spotřebou tepla (zima) a s malou spotřebou tepla (léto). Potrubí mají různou DN a umožňují např. to, že zapojení v zimních měsících využívá velké potrubí jako přívod a obou menších jako potrubí vratná. V letních měsících se používají pouze menší potrubí, kdy jedno je používáno jako přívod a druhé jako vratné.

​Kromě uvedených systémů je nutno uvést ještě v současné době nevyužívaný jednotrubkový systém. Tento však je velmi ztrátový, protože se nevrací voda a tím ani teplo v ní obsažené, které bylo na místě spotřeby nevyužito.

 

2. Materiál potrubí

Horkovody mohou být z různých druhů uhlíkatých ocelí, avšak nejefektivnější potrubí pro vodovody jsou laminát nebo plasty (nejčastěji polyetylen - s vodou do cca 80°C) - bližší informace viz  příslušná kapitola  na těchto našich stránkách. U jmenovaných ocelí musí být do tloušťky stěny trubky započítána korozní přirážka – nejčastěji 1mm na 20 let.

           Horkovody bývají vyrobené z uhlíkatých ocelí určené pro zvýšené teploty, např.: ČSN EN 10216-2      Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení-Technické dodací podmínky- Část 2: Trubky z nelegovaných a legovaných ocelí se zaručenými vlastnostmi při zvýšených teplotách, i zde musí být do tloušťky stěny trubky započítána korozní přirážka – nejčastěji 1mm na 20 let.

​           V případě sdružených potrubních konstrukcí může být použita venkovní plášťová trubka z plastu nejčastěji polyetylénu PE-HD. Izolace mezi venkovní plastovou a vnitřní ocelovou trubkou může být i kombinovaná z minerální vlny a polyuretanu. Izolace minerální vlnou je vnitřní.

 

3.   Možnosti uložení potrubí 

3.1. Uložení horkovodu na povrchu terénu

           Na povrchu je potrubí ukládáno pomocí podpěr, podle stejných zásad jako jsou popsány v kapitole "Podpěry pro ocelová potrubí" na těchto našich stránkách.

 

3.2. Uložení horkovodu kanálem v zemi

         Protože horkovody  musí mít možnost tepelně dilatovat, není možné ho ukládat přímo v zásypu tam, kde jsou velké posuvy způsobené dilatací. Z těchto důvodů bývají tato potrubí vedena v kolektoru, speciálním kanálu anebo štole, kde je umožněna kompenzace tepelné dilatace potrubí. V blízkosti pevného bodu, tj. tam kde jsou pouze malé dilatace, mohou být potrubí zasypána. Uložení v nezasypaných místech je provedeno podpěrami stejným systémem jako na povrchu.

 

3.3. Uložení horkovodu v zemi bezkanálově

           V tomto případě je potrubí  zatěžováno tepelnou roztažností, tj. je daleko teplejší než okolní zemina.  Zemina brání tepelné dilataci potrubí dvěma způsoby:

-    V případě dilatace rovné trubky je zde tření mezi zeminou a povrchem trubky.

-   V případě ohybu či oblouku (ať přirozenému anebo jako součást U-kompenzátoru, je zemina   stlačována, což vytváří velký odpor, který můžeme zmenšit tzv. dilatačním polštářem).

 

 

horkovod1.jpg

          Toto řeší systém sdružené konstrukce potrubí, který byl již popsán v kapitole o materiálu. Teplonosná a plášťová trubka jsou navzájem silově spojeny pomocí polyuretanové pěny. Při tepelném zatížení dochází u všech třech složek ke stejným změnám délky v axiálním směru, vzniká tak celá řada napětí, které sdružená konstrukce musí zachytit. Z těchto důvodů je stanovena maximální teplota média, která většinou vyhovuje horké vodě, je však nutné uvedené zkontrolovat. Zásyp je pak proveden v kontaktu s vnější trubkou pískem, čímž se snižuje třecí síla na hodnotu, která umožňuje tepelnou dilataci rovné trubky. Uvedené však musí být doplněno vhodnou kompenzací a ukládáním, kterým se zabývá další text.

 

20161001_103649.jpg    20161001_103726.jpg

            Další řešení může být také systém "trubka v trubce" avšak je použita  „ocel v oceli“. Tento systém umožňuje volnou dilataci, vnitřní trubka je v mezikruží izolována a jestliže je mezikruží vakuováno, zlepší se výrazně tepelně-izolační vlastnosti celého sytému. Tyto vakuované předizolované parovody a vedení kondenzátu je svou konstrukcí a použitými materiály schopno přenášet všechna média s teplotou od – 30 st.C do + 400 st.C.
         Vakuované potrubí je vhodné zejména pro použití v „páteřních“ parovodech nebo teplovodech a ve složitých případech, které většinou bývají v zamokřených oblastech, územích s vysokou hladinou spodní vody, pod vodními toky, při podchodech komunikací nebo jiných zastavěných ploch. 

          Vakuovaný systém je možné navrhnout, vyrobit  a namontovat buď jako otevřený nebo uzavřený systém. V otevřeném systému je potrubí vyrobeno a namontováno bez koncových uzávěrů. To znamená, že do prostoru mezi médiovou a plášťovou trubku má přístup okolní vzduch a tím i vzdušná vlhkost. Uzavřený systém má na koncích trasy namontovány koncové uzávěry, které uzavírají prostor mezi médiovou a plášťovou trubkou a které jsou vybaveny zátkami, sloužícími k vakuaci a vypouštění vody. Při vakuování se koncovým uzávěrem vysaje vzduch mezi médiovou a plášťovou trubkou včetně obsažené vzdušné vlhkosti. Tím prakticky zmizí přenos tepla konvekcí mezi izolací a vnější plášťovou trubkou. Zároveň dojde k výraznému zlepšení tepelných vlastností izolace, protože je také zbavena vzdušné vlhkosti.
          Jednotlivé komponenty systému (rovné trubky, ohyby, odbočky, pevné body, axiální kompenzátory, koncové uzávěry atd.) jsou dodávány na stavbu v kompletních montážních dílech.

          Potrubí uložené v zemi je zatěžováno tlakem zeminy, který ji nutí, aby se deformovala podélně a přenášela ohybová napětí ve stěně potrubí (tlak zeminy ho nutí vytvořit na průřezu z kružnice elipsu), čímž se ve skořepině porušuje membránový stav napětí. Minimálně v místech kompenzace nenutno pro kompenzování tepelné dilatace zanechat pro ni chráněné místo tak, aby bylo bez zásypu. 

​         Výpočtu předizolovaného bezkanálového potrubí výpočetním programem Caesar II se věnuje speciální část na těchto našich stránkách tj. kapitola 5. Pevnostní výpočty potrubí, 14. Výpočet s počítačem, článek Caesar II a předizolované bezkanálové potrubí.

 

3.3. Průchod protlakem (podvrtem)

           Protlak (podvrt) potrubí se provádí pod komunikacemi anebo jinými překážkani. Provádí se takto: Na obou stranách komunikace se vyhloubí jámy - startovací a cílová. Pomocí speciálního zařízení se protlačí speciální tyč, místo které se provlékne trubka, nazývaná chránička. Teprve do této cháničky se instaluje vedení vlastního horkovodu. Vlasní horkovod se instaluje na speciální vozíky, které pojíždějí uvnitř cháničky. Vozíky mají za úkol pomoci potrubí parovodu instalovat a po instalaci umožňují pohyby od tepelné dilatace. Potrubí horkovodu je tak osově posuvné, ale stranově vedené.

 

4. Kompenzace tepelných dilatací 

 

4.1. Kompenzace tepelných dilatací v případě uložení horkovodu na povrchu terénu a v kanálu v zemi  

Ke kompenzaci se používají U-kompenzátory a lyrové kompenzátory, a dále v menším rozsahu ucpávkové kompenzátory a vlnovcové kompenzátory. Kompenzace se řídí zásadami uveřejněnými v  kapitole " Určení a korekce trasy z hlediska tepelné roztažnosti" na těchto stránkách.

V případě, že je parovod a vedení kondenzátu umístěno na povrchu, není s funkcí kompenzátoru jakéhokoli typu žádný problém, mají totiž dostatečný prostor pro kompenzaci.  Jedná se například o dálkový rozvod tepla z elektráren, tepláren a výměníků.

V případě, že je horkovod umístěn pod povrchem v kanálu, musí být v místě kompenzátorů vytvořen prostor pod zemí nejen pro tyto kompenzátory, ale i pro pohyb, který je způsobován tepelnou dilatací. V kolektoru, zakrytém kanálu anebo štole, kde je parovod veden, musí tak být vytvořen dostatečný prostor.

 

4.2. Kompenzace tepelných dilatací v případě uložení horkovodu v zemi systémem "trubka v trubce "

Jak již bylo v předchozí kapitole napsáno, řešení zjednoduší systém trubka v trubce pro systém "ocel v oceli". V tomto systému může být použit pro médiovou trubku použit axiální vlnovcový kompenzátor anebo médiová i plášťová trubka může tvořit U-kompenzátor. V takovémto případě, musí být dostatečně velký prostor v mezikruží, aby umožňoval laterální pohyb médiové trubky.

 

4.3. Kompenzace tepelných dilatací v případě uložení horkovodu v zemi sdruženým potrubím

 

4.3.1. Kompenzace při ukládání za studena

         Výhodou při ukládání za studena je ten, že se může výkop ihned  po montáži a provedení těsnostní a tlakové zkoušky a bez zahřátí zasypat. Jsou zde však omezení: buď bude teplota média tak nízká, že tepelná dilatace bude zanedbatelná anebo se provede  kompenzace délkové roztažnosti konvenčními prostředky. Pro dimenzování dilatačních ramen u kompenzátorů U, Z a L a pro určení dilatačních polštářů musí být známa velikost očekávané celkové dilatace. Tato dilatace je závislá na délce trasy na teplotě média a na výšce nadloží proto musí být proveden přesný výpočet.

         Třetí možnost je provozní samopředpětí. Axiální napětí však zde sahají za mez kluzu ocele, což je u sekundárního napětí možné, ale je zde nebezpečí vybočení potrubí a dodatečně navrtávané odbočky nejsou z tohoto důvodu možné bez dodatečné kontroly pevnostním výpočtem potrubí.

 

 

4.3.2. Kompenzace při ukládání za tepla

        Při ukládání potrubí za tepla je nutno potrubí zahřát ještě před  jeho zasypáním. Zahřátí se může provést teplou vodou, parou či elektřinou. Po vychladnutí vzniká tímto v potrubí předpětí. Tohoto předpětí využíváme, jestliže není možné z důvodu nedostatku místa použít přirozená dilatační ramena.

 

5. Hydrodynamický ráz

              Hydrodynamický ráz nastává v případě, že se jedná o dlouhé potrubí, že médium je kapalina a že dojde k rychlému uzavření ventilu anebo rychlému rozeběhu čerpadla. Údaje o hydrodynamickém rázu je na příslušné kapitole  na těchto našich stránkách. 

 

6. Literatura a odkazy pro další a podrobnější informace

​Cikhart J.: Soustavy centralizovaného zásobování teplem. SNTL Praha, 1989

​Isoplus: Konstrukce, projektování,  www.isoplus-eop.cz, bez dalšího datování 

ČSN EN 253 Vedení vodních tepelných sítí - Bezkanálové sdružené konstrukce předizolovaných potrubí - Sdružená konstrukce sestavená z ocelové teplonosné trubky, polyurethanové tepelné izolace a vnějšího pláště z polyetylenu

ČSN EN 448 Vedení vodních tepelných sítí - Předizolované sdružené potrubní systémy pro bezkanálové vedení vodních tepelných sítí - Tvarovky pro ocelové teplonosné trubky s polyurethanovou tepelnou izolací a vnějším opláštěním z polyetylenu

ČSN EN 489 Vedení vodních tepelných sítí - Předizolované sdružené potrubní systémy pro bezkanálové vedení vodních tepelných sítí - Spojky pro ocelové teplonosné trubky s polyurethanovou tepelnou izolací a vnějším opláštěním z polyetylenu

ČSN EN 15698-1 Vedení vodních tepelných sítí - Bezkanálové sdružené konstrukce dvojitých předizolovaných potrubí - Část 1: Sdružená dvojitá konstrukce sestavená z ocelových teplonosných trubek, polyurethanové tepelné izolace a vnějšího pláště z polyetylenu

ČSN EN 15698-2 Vedení vodních tepelných sítí - Bezkanálové sdružené konstrukce dvojitých předizolovaných potrubí - Část 2: Tvarovky a uzavírací ventily ocelových teplonosných trubek s polyurethanovou tepelnou izolací a vnějším pláštěm z polyethylenu

ČSN 13 0100 Bezpečnostní technika. Potrubí pro páru a horkou vodu. Klasifikace - Kategorie

ČSN 13 0101 Bezpečnostní technika. Potrubí pro páru a horkou vodu. Všeobecné požadavky na projektování

ČSN 13 0104 Bezpečnostní technika. Potrubí pro páru a horkou vodu. Dokumentace

ČSN 73 0039 "Navrhování objektů na poddolovaném území"

ČSN 73 1001  "Základová půda pod plošnými základy"      -  již neplatná

TNV 75 0211 "Navrhování vodovodního a kanalizačního potrubí uloženého v zemi