Vysoká škola báňská – Technická univerzita Ostrava Fakulta strojní
POTRUBNÍ SYSTÉMY A ARMATURY Studijní opora část 1
Bohuslav Pavlok
Ostrava 2011 Tyto studijní materiály vznikly za finanční podpory Evropského sociálního fondu (ESF) a rozpočtu České republiky v rámci řešení projektu OP VK CZ.1.07/2.2.00/07.0234 „Vzdělávání Inovace vzdělávání strojních inženýrů pro JE “.
Obsah 1.
Potrubí ............................................................................................................................................ 3 1.1 Druhy potrubí.......................................................................................................................... 3 1.2 Části potrubí ........................................................................................................................... 4 1.3 Základní parametry potrubí .................................................................................................... 4 1.4 Normy a probíhající změny v oblasti normalizace ................................................................. 7 1.5 Návrh světlosti potrubí ........................................................................................................... 7 1.6 Materiály potrubí .................................................................................................................. 10 2. Součásti potrubních rozvodů ........................................................................................................ 34 2.1 Trubky .................................................................................................................................. 34 2.2 Části potrubí k přivařování (ohyby, kolena, redukce, tvarovky, záslepky) ........................... 42 2.3 Potrubní spoje rozebíratelné ................................................................................................ 43 2.4 Kompenzátory ...................................................................................................................... 47 2.5 Armatury............................................................................................................................... 50 3. Potrubní systémy v jaderných a tepelných elektrárnách .............................................................. 68 3.1 Potrubní systémy v jaderné elektrárně ................................................................................ 68 3.2 Potrubní systémy v tepelné elektrárně................................................................................. 75
2
1. Potrubí Potrubí je zvláštní dopravní prostředek k dopravě tekutin, tj. kapalin a plynů, případně směsí tekutin s pevnými částicemi nebo i většími předměty (potrubní pošta aj.), který je složen z těsně spojených trub [Wikipedia]. Potrubí slouží i pro přenos tepelné energie, vázané na přepravované médium (parovodní potrubí, horkovody apod.), nebo pro přenos tlakové energie, vázané rovněž na přenášené médium (vysokotlaká hydraulika a pneumatika). S tím souvisí problematika tepelných izolací potrubí, problematika stanovování tlakových ztrát v potrubí a pevnostních výpočtů potrubí. Potrubí musí být dokonale těsné, úniky média představují nejen ztráty hmotnostní, energetické, ekonomické, ale často i ekologické. Problematika těsnosti patří k nejsledovanější a neustále se vyvíjí. Nejde jen o těsnicí materiály, ale o vlastní konstrukci spoje (přírubový spoj, svařovaný spoj, strojírenské šroubení). Potrubí je vybaveno prostředky umožňujícími řízení směru toku média, průtoku média, tlaku či teploty, tedy nejrůznějšími armaturami a měřicími čidly. I této problematice bude dále věnována značná pozornost. Potrubí se uchycuje k podpěrám, konstrukcím, je vedeno v zemi či jiném prostředí. V této souvislosti bude dále diskutována problematika teplotních dilatací potrubí a jejich kompenzace. Na problematiku ochrany potrubí před vlivy koroze, uchycování potrubí aj. v těchto skriptech již nezbývá místo.
1.1
Druhy potrubí Potrubí se rozlišují (rozdělují) nejčastěji podle: -
druhu dopravované tekutiny: vodní (vodovody, vodovodní sítě), parní (dálkové parovody, přívody páry k turbíně), produktovody (ropovody, plynovody), potrubí v chemických provozech, v potravinářství - mléko, pivo a jiné nápoje, v zemědělství, doprava oleje ve vysokotlaké hydraulice a mazací technice, stlačeného vzduchu v pneumatických systémech, technických plynů (kyslík, acetylén, dusík), suspenze popílku s vodou (v elektrárnách, dolech) aj.
-
podle účelu potrubí: sací, výtlačné, zpětné, odpadní, vypouštěcí, odvzdušňovací, mazací, chladicí aj.
-
podle tlaku: podtlakové, nízkotlaké, vysokotlaké,
-
podle materiálu: ocelové, litinové, měděné, hliníkové, mosazné, skleněné, plastové, čedičové aj.
-
podle druhu spoje: svařované, šroubované, pájené, přírubové, lisované, hrdlové aj.
-
podle umístění: vnitřní, venkovní, nad zemí, pod zemí, stěnové, tranzitní aj.
Je možné i další dělení.
3
1.2
Části potrubí Části potrubí lze rozdělit do několika skupin:
1.3
-
trubky
-
tvarovky (kolena, ohyby, oblouky, tvarovky T, Y)
-
potrubní spoje: nerozebíratelné (svařované, (přírubové, strojírenská šroubení, hrdlové)
-
kompenzátory
-
upevňovací prvky, podpěry, závěsy, vedení, kotvení, izolace aj.
-
armatury: uzavírací (ventily, šoupátka, kohouty), zpětné, regulační, pojistné, speciální.
pájené,
lisované),
rozebíratelné
Základní parametry potrubí Základními parametry potrubí jsou: -
jmenovitá světlost DN
-
jmenovitý tlak PN.
Jmenovitá světlost DN byla dána normou ČSN 13 0015 (tabulka 1.1), v roce 1996 byla sladěna s normami EU a ISO a vydána jako ČSN EN ISO 6708 s účinností od 1. 12. 1996. Přetiskování platných norem není dovoleno, normu je nutno si opatřit nejlépe v originále, překlady někdy nebývají zcela přesné. Jmenovité tlaky PN a pracovní přetlaky definuje norma ČSN 13 0010 vydaná 1. 5. 1990 s účinností od 1. 7. 1990. Výběr z normy ČSN 13 0010 uvádí tabulka 1.2. Pro příruby a přírubové spoje a potrubní součásti platí pro volbu pracovního tlaku PN norma ČSN EN 1333, vydaná 1. 10. 2006, která nahradila normu ČSN 13 0009. Označování potrubí podle provozní tekutiny se u nás řídí normou ČSN 13 0072, vydanou 1. 6. 1991.
4
tabulka 1.1 Jmenovité světlosti DN podle ČSN 13 0015 Jmenovitá světlost DN (mm)
DN (Inch)
1
DN
DN
(mm)
(Inch)
(mm)
(Inch)
(mm)
10
3/8“
100
4“
1000
125
5“
1200
(13) 1400 1,5
15
1/2“
150
6“ 1600
(175) 1800 2
20
3/4“
200
2000 2200
(225) 2400 2,5
25
1“
250 2600 2800
3
32
1 ¼“
3000 3200 3400 350 3600 3800
4
40
1 ½“
400 (450)
5 6
8
1/8“
1/4“
50
2“
500
(60)
2 ¼“
600
70
2 ½“
700
80
3“
800
(90)
3 ½“
(900)
5
4000
Uvedená norma se zásadně neliší od platné ČSN EN ISO 6708. tabulka 1.2 Jmenovité tlaky PN podle ČSN 13 0010 Společný Jmenovitý tlak
A
B
C
I
II
Nejnižší prac. teplota (°C)
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
X
XI
zkušební přetlak
Nejvyšší pracovní teplota tmax (°C)
pps
PN -25 -50 -200
200
300
400
425
450
475
500
525
550
575
600 (MPa)
Nejvyšší pracovní přetlak pp,max (MPa) 0,4
0,04
0,04
0,1
1
0,1
0,1
0,08
0,2
2,5
0,25
0,25
0,2
0,4
(4)
0,4
0,4
0,32
0,63
6
0,63
0,63
0,5
10
1
1
0,8
0,63
16
1,6
1,6
1,3
1
0,8
2,4
(20)
2
2
1,6
1,3
1
3
25
2,5
2,5
2
1,6
1,3
3,8
(32)
3,2
3,2
2,5
2
1,6
4,8
40
4
4
3,2
2,5
2
6
(50)
5
5
4
3,2
2,5
7,5
63
6,3
6,3
5
4
3,2
9,5
(80)
8
8
6,3
5
4
12
100
10
10
8
6,3
5
15
(125)
12,5
12,5
10
8
6,3
19
160
16
16
12,5
10
8
24
(200)
20
20
16
12,5
10
30
250
25
25
20
16
12,5
35
320
32
32
25
20
16
45
400
40
40
32
25
20
55
500
50
40
32
25
63
630
63
50
40
32
80
800
80
63
50
40
100
1000
100
80
63
50
125
0,4
0,9
6
1,5
Další normy týkající se potrubí: Kovová průmyslová potrubí, část 1 – Všeobecné, jsou obsahem normy ČSN EN 13480-1. Kovová průmyslová potrubí, část 2 – Materiály, jsou obsahem normy ČSN EN 13480-2. Kovová průmyslová potrubí, část 3 - Konstrukce a výpočet, jsou obsahem normy ČSN EN 13480-3. Kovová průmyslová potrubí, část 4 - Výroba a montáž, jsou obsahem normy 13480-4. Kovová průmyslová potrubí, část 5 - Kontrola a zkoušení, jsou obsahem normy 13480-5. Kovová průmyslová potrubí, část 6 - Doplňkové požadavky na potrubí uložené v zemi, jsou obsahem normy 13480-6. Provoz a údržba potrubí, technické předpisy, jsou obsahem normy ČSN 13 0108.
1.4
Normy a probíhající změny v oblasti normalizace
Po roce 1989 byly československé normy prohlášeny za nezávazné, avšak ne za neplatné. Současně započal proces přebírání evropských norem, které pod označením ČSN EN xxxx nahrazují původní ČSN normy. Číslo normy (xxxx) je převzato z evropské normy. Současně existují mezinárodní ISO normy, a jejich české verze ČSN ISO. Stejná je situace v dalších evropských státech, jejichž národní normy (německé DIN, francouzské NF atd.) se postupně sjednocují s evropskými. Jak se tedy zachovat v této nepřehledné situaci? I dnes můžeme použít nenormalizované řešení, pokud jsme přesvědčeni, že je srovnatelné nebo lepší než řešení normalizované. Riskujeme však, že na trhu nebudeme věrohodní, a tím konkurenceschopní. Pokud dodáváme zařízení v rámci České republiky, můžeme používat původní ČSN normy. Jsou nejsnadněji dostupné, nevyžadují znalost cizího jazyka a jsou většinou velmi logicky tříděné. Týká se to zejména materiálových norem podle ČSN 42 0002 (blíže viz kapitolu 3.6 Materiály potrubí), nebo norem ČSN 13 xxxx pro oblast potrubí a armatur. Pro dodávky do zahraničí se řídíme nejlépe jejich národními normami, nebo evropskými normami. V dnešní době nabývá v obchodních vztazích stále většího významu tzv. Prohlášení o shodě, které potvrzuje, že výrobek odpovídá stanoveným technickým podmínkám. Prohlášení o shodě vydává autorizovaná zkušebna, ať už u nás pověřená státní zkušebna pro určité výrobky, nebo zahraniční autorizovaná zkušebna. Povinná certifikace se provádí například u armatur. Dozor nad tím, že bylo vydáno prohlášení o shodě, vykonává Česká obchodní inspekce. Stát tak přesunul značnou část odpovědnosti za splnění technických požadavků na výrobce nebo dovozce, a ponechal si jen kontrolní činnost.
1.5
Návrh světlosti potrubí
Při návrhu světlosti (tj. vnitřního průměru d) potrubí vycházíme ze vztahu pro průtok tekutiny potrubím, rov. ( 1.1) Q = S.v =
π .d 2 4
⋅v
( 1.1) 3
-1
2
-1
kde Q je průtok kapaliny (m .s ), S průtočný průřez potrubí (m ), v rychlost proudění (m.s ), d světlost (vnitřní průměr) potrubí (m).
7
Průtok je obvykle zadán, z rovnice vyjádříme světlost d
d=
4Q π .v
( 1.2)
V rovnici rychlost v volíme takovou, aby vypočtená světlost potrubí byla optimální z hlediska minimální tlakové ztráty v potrubí, z hlediska minimalizace nákladů na montáž, provoz a údržbu potrubí, z hlediska ceny, spotřeby materiálu, rozměrů a hmotnosti potrubí aj. Obvyklé doporučené hodnoty rychlosti proudění uvádějí tabulky ( 1.1) a ( 1.2). Z rovnice ( 1.3) vidíme, že tlakové ztráty třením v potrubí ∆pz,t rostou se zvyšující se hodnotou rychlosti proudění kapaliny a při turbulentním režimu proudění kvadraticky
∆p z,t = λ ⋅
L ρ 2 ⋅ ⋅v d 2
( 1.3) -3
kde λ je součinitel tření v potrubí, L délka potrubí (m), ρ měrná hmotnost kapaliny ve vedení (kg.m ). To vede k úvaze snížit rychlost proudění volbou větší světlosti. S větší světlostí se však zvyšují náklady na materiál potrubí, na montáž potrubí, na armatury v potrubí (jejich světlost se obvykle shoduje se světlostí potrubí), na prostor apod. Existují matematické metody pro výpočet hospodárné světlosti potrubí. Vypočítávají se průměrné roční náklady, a to jako součet nákladů na spotřebovanou energii související s překonáváním tlakových ztrát v potrubí (křivka 1, obr. 1.1), a nákladů na materiál, montáž, provoz apod. (křivka 2). Výsledná křivka 3 vykazuje minimum na hodnotě hospodárné světlosti potrubí. V praxi rychlost v v rovnici ( 1.2) volíme na základě zkušeností tabulka 1.3 a tabulka 1.4 uvádějí doporučené hospodárné hodnoty rychlosti pro vybrané případy.
obr. 1.1 Výpočet hospodárné světlosti potrubí podle [11] 1 – náklady související s překonáváním tlakových ztrát v potrubí, 2 – náklady na materiál, montáž a provoz, 3 – celkové náklady
8
tabulka 1.3 Hodnoty doporučených rychlostí v potrubí pro tekutinové mechanismy Kapalina
Tlak (MPa)
Olej
Umístění potrubí sací větev
5 10 20 32 20
Voda
zpětná větev tlaková větev
tlaková větev plnící větev zpětná větev
Stlačený vzduch
Rychlost proudění -1 (m.s ) 0,5 …1 1 …1 ,5 2…4 3,5 … 4 4,5 … 5 5,5 … 6,5 7…8 8 …10 3…4 3…4
Poznámka
hydrogenerátor do 0,5 m nad nádrží hydrogenerátor ponořený v nádrži, hydrogenerátor pod nádrží
zdroj tlaku akumulátor zdroj tlaku hydrogenerátor
Délka vedení (m) -1 Rychlost proudění (m.s ) do 1 m -1 20 … 25 m.s
1…5 m -1 15 … 20 m.s
do 20 m -1 10 … 15 m.s
do 100 m -1 5 … 10 m.s
tabulka 1.4 Hodnoty hospodárných rychlostí v potrubí pro dopravu tekutin (výběr z [11]) Tekutina Voda
Chemické výrobky a suroviny
Vodní pára
Potrubí Vodovody pro pitnou a užitkovou vodu dálkový přiváděč hlavní napáječe rozvodná síť Potrubí na tlakovou vodu délka < 100 . DN délka > 100 . DN Dálkové teplovody napáječe rozvodná síť Čerpadla odstředivá sací potrubí výtlačné potrubí Benzín, benzol, nafta apod. sací potrubí výtlačné potrubí Dálkové ropovody Výtlačné potrubí na mazací olej Chemické produkty obecně Parovody pro topnou páru nízkotlaké Parovody pro sytou páru o tlaku do 1 MPa Parovody pro přehřátou páru o tlaku 1 až 4 MPa Vysokotlaké parovody o tlaku 4 … 12,5 MPa
9
-1
Rychlost (m.s ) 1,5 … 3 1…2 0,5 … 0,8 20 … 30 až 15 … 20 1 … 1,5 0,7 … 1,5 až 2 0,5 … 1 až 2 1 … 2,5 0,5 … 0,8 1 … 1,3 1…2 1,5 … 2 až 3 … 5 10 … 15 15 … 20 20 … 45 30 … 60
Vzduch
1.6
Potrubí pro rozvod stlačeného vzduchu Ventilátory potrubí sací potrubí výtlačné Kompresory odstředivé potrubí sací výtlačné Kompresory pístové střední potrubí sací výtlačné Potrubí pro dopravu sypkých hmot
2 … 15 8 … 20 15 … 30 18 … 23 25 … 30 ~16 ~25 >15 … 20
Materiály potrubí
Zásady volby vhodných materiálů potrubí Materiál potrubí je odvislý od požadavků na ně kladených: potrubí musí odolávat vnitřnímu přetlaku, nízké nebo vysoké teplotě, odolávat korozi, opotřebení, odolávat únavovým lomům apod. Ohýbané potrubí, trubky vyrobené tažením za tepla nebo za studena musí být z materiálu dobře tvářitelného, na svařované potrubí a součásti volíme materiál s dobrou svařitelností apod. Často se požadavky slučují: kotlové trubky musí odolávat vysokému vnitřnímu přetlaku, současně snášet vysoké teploty, odolávat přitom korozi nebo agresivním médiím aj. V neposlední řadě odvisí volba materiálu od jeho ceny. Požadavky na materiál potrubí můžeme rozdělit na: -
požadavky na fyzikální a mechanické vlastnosti materiálu potrubí,
-
požadavky na technologické vlastnosti materiálu potrubí,
-
požadavky na chemické vlastnosti materiálu potrubí.
Fyzikální a mechanické vlastnosti Patří zde veškeré vlastnosti, které ovlivňují pevnostní výpočet potrubí a jeho částí, teplotní dilatace potrubí, tepelné ztráty potrubí aj. Patří zde především: -
mez pevnosti materiálu v tahu Rm , případně dřívější značení σPt (Pa),
-
mez kluzu v tahu Re, dříve σKt (Pa),
-
smluvní mez kluzu v tahu Rp 0,2, případně dřívější označení σ0,2 (Pa),
-
smluvní mez kluzu v tahu za teploty: RpT 0,2/T, tj. napětí, způsobující za konstantní teploty T trvalé poměrné prodloužení 0,2%,
-
mez tečení v tahu (creep) za teploty: RT/10 /1/T, tj. napětí, způsobující po době 5 působení 10 hodin za konstantní teploty T trvalé poměrné prodloužení 1%,
-
mez pevnosti při tečení v tahu (creep) za teploty: RmT/10 /T, tj. napětí, při kterém po 5 době působení 10 hodin za konstantní teploty T dojde k lomu,
-
poměrné prodloužení ε (%), příp. tažnost A (%),
-
vrubová houževnatost (J.cm ),
5
5
-2
10
-
tvrdost (HB, HRB, HRC, HV),
-
modul pružnosti materiálu v tahu E (Pa),
-
modul pružnosti materiálu ve smyku G (Pa),
-
hustota (měrná hmotnost) materiálu ρ,
-
tepelná roztažnost αT (K ), příp. (°C ),
-
tepelná vodivost λ (W.m .K ) a případně další.
-1
-1
-1
-1
Většina těchto vlastností je uvedena v materiálových listech. Některé z těchto vlastností jsou uvedeny v tabulkách v následující kapitole pro vybrané materiály. Konstruktéři většinou uvedené vlastnosti dobře znají, včetně jejich zjišťování zkouškami, některé však vyžadují stručné vysvětlení. Zkoušky tvrdosti využívají vtiskovou metodu zkoušení: tvrdost dle Brinella se značí HB a provádí se vtiskem kuličky průměru 10 mm silou 3000 kp, tj. 29430 N. Tvrdost podle Vickerse se značí HV a vtiskuje se diamantový čtyřboký jehlan silou 30 kp, tj. 294 N. V případě jiného zatížení se údaj v kp uvádí za značkou, např. HV10. Tvrdost podle Rockwella se značí HRB nebo HRC; v prvém případě se vtiskuje ocelová cementovaná a kalená kulička průměru 1/16“ silou 980 N, ve druhém případě diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120° silou 147 0 N. Zkouška pevnosti v tahu za vyšších teplot se uskutečňuje na trhacím stroji se zkušební tyčí ohřívanou na konstantní teplotu v elektrické pícce. Stanovuje se tak: -
mez pevnosti v tahu za teploty T: RmT (Pa),
-
smluvní mez kluzu v tahu za teploty T: RpT (Pa).
Zkoušky tečení za zvýšených teplot: při zkoušce se zkušební tyč zahřátá na konstantní teplotu T zatíží tahem a sleduje se nárůst trvalé deformace s časem. Stanovuje se tak: 5
-
mez pevnosti při tečení v tahu RmT/10 /T, což je napětí (Pa), způsobující po době 5 působení 10 hodin při pracovní teplotě T°C p řetržení zkušební tyče. Toho se využívá pro stanovení životnosti zatížené součásti při dané teplotě T, 5
-
mez tečení v tahu RT 0,2/10 /T, což je smluvní tahové napětí (MPa), které vyvolá 5 trvalé poměrné prodloužení 0,2% za dobu 10 hodin při teplotě T°C,
-
mez tečení v tahu RpT 1/10 /T, což je smluvní tahové napětí (MPa), které vyvolá trvalé 5 poměrné prodloužení 1% za dobu 10 hodin při teplotě T°C.
5
Více informací získáme z grafického záznamu tahové zkoušky nebo zkoušky tečení. Zkouška vrubové houževnatosti, též zkouška rázem v ohybu: Běžně se používá Charpyho metoda. Charpyho kladivem se přerážejí tyče různého profilu, nejčastěji -2 čtvercového profilu 10x10 mm, s vrubem tvaru U nebo V. Měří se spotřebovaná práce v J.cm . U tyče s vrubem U hlubokým 2 mm se vrubová houževnatost značí KCU2, s vrubem V pak KCV. Zkoušky únavy: Únava materiálu je charakterizována tím, že součást namáhaná opakovaně se porušuje lomem i tehdy, když hodnota působícího napětí je nižší, než je statická mez kluzu. Při opakovaném (cyklickém) namáhání se napětí mění mezi dvěma hodnotami: horní σh a dolní σn. Lze tak určit střední hodnotu napětí σm.
11
σm =
σh + σ n 2
( 1.4)
a amplitudu kmitu σa
σa =
σh − σn 2
( 1.5)
Cyklické namáhání může mít charakter pulzující, míjivý nebo střídavý. Cílem zkoušky je zjistit mez únavy σc, což je největší opakované napětí, které součást vydrží 7 6 po stanovený počet cyklů, který bývá u železných slitin 10 , u neželezných 10 nebo méně. Průběh zkoušky a stanovení meze únavy je složitější, je dán příslušnými normami. Zkouší se obvykle ohybem za rotace pro různé hodnoty ohybového napětí σo a zjišťuje se počet cyklů N do lomu. Výsledkem je diagram σo – N, tzv. Wöhlerova křivka, ze které se pak stanovuje mez únavy. Nejlepší mechanické vlastnosti ze všech vhodných materiálů vykazují oceli. Proto je jim věnována největší pozornost. Najdeme zde oceli, které vykazují velmi dobré mechanické parametry i při vysokých teplotách, cca do 650°C, nazývají se žár opevné, jiné sice odolávají vysokým teplotám (i nad 650°C) avšak p ři nižších mechanických parametrech, ty se nazývají žáruvzdorné, další odolávají korozi vodní, atmosférické, některé i v prostředí silných kyselin nebo horkých spalin s obsahem SO2, ty se označují se jako korozivzdorné. Dobré mechanické vlastnosti mají též oceli na odlitky, některé odolávají korozi v určitých prostředích, jiné jsou žáruvzdorné. Litiny jsou většinou poměrně křehké a nedají se proto tvářet. Velmi dobrou tvárností se naopak vyznačují některé neželezné kovy, hlavně měď a hliník. Navíc dobře odolávají korozi v určitých prostředích. Jejich mechanické vlastnosti však nedosahují obdobných vlastností jako u ocelí, zejména v oblasti vyšších teplot.
Technologické vlastnosti Patří zde vlastnosti ovlivňující technologický postup výroby a montáže potrubí: tváření za tepla i za studena (protlačování, lisování, kování, tažení, ohýbání, rovnání), svařování, obrábění aj. Mezi hlavní technologické vlastnosti patří: -
svařitelnost,
-
tvárnost,
-
obrobitelnost,
-
odolnost proti opotřebení,
-
schopnost tepelného zpracování (kalení, popouštění, žíhání aj.).
Technologické vlastnosti jsou rovněž uvedeny v materiálových listech.
Chemické vlastnosti Požadavky na chemické vlastnosti, zejména na chemickou odolnost materiálu potrubí, se odvozují od dopravovaného média (voda, ropné produkty, pára, chemické agresivní látky), od vlivu okolního prostředí (vzdušná vlhkost, pára, horké spaliny s obsahem SO2), případně i od vlivu tepelného zpracování (tváření za tepla, svařování).
12
Informativní údaje najdeme v materiálových listech, přesnější údaje v odborné literatuře, obtížnější případy volby materiálu musí řešit technolog specialista. Ve zvláštních případech se naopak vyžaduje, aby materiál potrubí chemicky neovlivňoval dopravovanou látku. Jsou to zejména případy přepravy látek v potravinářském a farmaceutickém průmyslu, kde nesmí dojít ke kontaminaci potravin nebo léků materiálem potrubí. Velmi dobré antikorozní vlastnosti mají antikorozní oceli. Ne všechny se však hodí k použití v potravinářství, farmaceutickém průmyslu apod. Tady mohou být dobrou alternativou plasty. Jsou dobře tvárné, dají se většinou dobře spojovat svařováním nebo lepením, jsou poměrně levné. Limitující jsou většinou jejich mechanické vlastnosti nebo i teplotní odolnost. Budoucnost mají nejen nově vyvíjené plasty, ale zejména kompozitní materiály.
Výběr vhodných materiálů potrubí a jejich vlastnosti Pro podrobnější seznámení se s nejčastějšími materiály potrubí a s jejich základními vlastnostmi jsou v této kapitole uvedeny vybrané materiály a jejich hlavní vlastnosti. Výběr je informativní, lze ho využít v konstrukčních a výpočtových cvičeních, avšak pro zodpovědný návrh potrubního systému je nutno používat originální normy, originální technické listy materiálů, platné technické listy výrobců trubek, armatur a součástí potrubí, případně speciální literaturu (monografie, výzkumné zprávy apod.).
Oceli Podle chemického složení jsou obvyklými materiály potrubí především oceli, což jsou chemicky slitiny železa s uhlíkem do 2,06 hm. % uhlíku, a s dalšími prvky, z nichž některé jsou nežádoucí (P, S, H aj.), některé žádoucí, tzv. legující prvky (Mn, Si, Cr, Mo, V, W, Ti aj.). Chemicky čisté železo krystalizuje v soustavě krychlové, avšak ve více modifikacích – v závislosti na teplotě, označovaných jako fáze α, β, γ a δ. Fáze α se vyskytuje od absolutní nuly do 760°C, fáze β od 760°C do 910°C, fáze γ od 910°C do 1390°C a fáze δ nad 1390°C. P ři teplotě 1538°C železo taje. Modifikace Fe( α), Fe(β) a Fe(δ) mají mřížku krychlovou, prostorově středěnou, a liší se jen magnetickými vlastnostmi: železo Fe(α) je feromagnetické, ostatní dvě jsou paramagnetická. Proto se často spojují pod jedno označení Fe(α). Modifikace Fe(γ) má mřížku krychlovou, plošně středěnou, a je paramagnetická. Čisté železo se v technické praxi nepoužívá. Nejdůležitější přísadou je uhlík. Uhlík se v železe vyskytuje ve formě grafitu C, nebo ve formě karbidu železa Fe3C. Grafit je měkký a jeho pevnost je nepatrná, karbid železa je tvrdý, křehký a netvárný. Metalograficky se karbid železa označuje jako cementit. Pokud je obsah uhlíku v tavenině do 2,06 hm. %, pak železo krystalizuje v metastabilní soustavě Fe-Fe3C, pokud je obsah uhlíku v tavenině větší než 2,06 hm. %, může krystalizovat v obou soustavách, tj. jak Fe-C, tak Fe-Fe3C. Pak tuhý roztok uhlíku (obvykle ve formě Fe3C) v železe α se metalograficky označuje jako ferit, a tuhý roztok uhlíku (ve formě Fe3C) v železe γ jako austenit. Ferit je měkký, málo pevný, tvárný za tepla i za studena. Austenit je houževnatý, velmi dobře tvárný, lépe než ferit. Při teplotě pod 723°C se však m ění na ferit. Některé legující prvky (nazývají se austenitotvorné) snižují teplotu přeměny austenitu na ferit nejen na hodnoty kolem nuly, ale dokonce hluboko pod 0°C. P říkladem je nikl.
13
Též chemická odolnost ocelí závisí do jisté míry na obsahu uhlíku a jeho tepelném zpracování, zejména však na obsahu legujících prvků. Čím vyšší je obsah legujících prvků, tím bývá větší i odolnost oceli proti korozi na vzduchu nebo ve vodě, a u skupiny vysoce legovaných ocelí, označovaných jako antikorozní oceli, se jedná o odolnost proti působení organických i anorganických kyselin, a to často i za tepla a při vysokých koncentracích. Jiné oceli, označované jako žáruvzdorné nebo žáropevné, se vyznačují odolností proti působení vysokých teplot, často za působení horké (přehřáté) páry, horkých spalin s obsahem SO2 atd. Podle chemického složení jsou oceli v českých materiálových normách označovány ČSN 4xxxxx, kde pětimístné číslo xxxxx je značkou materiálu podle ČSN 42 0002. Používání označování podle ČSN 42 0002 je omezeno na tuzemské podniky. V mezinárodním styku je nutno používat značení podle evropských norem EN. Problematika normalizace je uvedena v samostatné kapitole. Konstrukční oceli se podle normy ČSN 42 0002 rozdělují do 8 tříd, viz tabulka 1.5. Podle harmonizované normy ČSN EN 10027-2 číselné označení oceli má tvar: 1.xxyy, kde: 1 – značí ocel, xx – číslo skupiny ocelí, yy – pořadové číslo. Např.: 1.4017 apod. Podle zkráceného značení podle ČSN EN 10027-1 má označení tvar: Lxxx, kde: L – je písmeno značící použití oceli (L – potrubí, P – tlakové nádoby atd.), xxx – další charakteristika, nebo podle chemického složení: Cxxx, kde C – značí nelegované oceli, X – legované oceli apod.
tabulka 1.5 Značení a rozdělení ocelí podle ČSN 42 0002 Třída oceli
Stupeň legování
mechanické vlastnosti nepředepsáno
10 11
Charakteristika oceli, legovací prvky
nelegované
předepsány,
chemické
složení
mechanické vlastnosti předepsány, chemické složení předepsáno
12
zaručený obsah C, Mn, Si, P, S, příp. P+S
13
Mn, Si, Mn-Si, Mn-V
14
Cr, Cr-Al, Cr-Mn, Cr-Si, Cr-Mn-Si nízkolegované Mo, Mn-Mo, Cr-Mo, Cr-V, Cr-W, Mn-Cr-V, Cr-Mo-V, Cr-Si-Mo-V,
15 Cr-Mo-V-W 16
nízko a legované
středně
17
středně a vysoko legované
Ni, Cr-Ni, Ni-V, Cr-Ni-Mn, Cr-Ni-V, Cr-Ni-W, Cr-Ni-Mo, Cr-V-W, CrNi-V-W Cr, Ni, Cr-Ni, Cr-Mo, Cr-V, Cr-Al a další kombinace Cr, Ni, Mn, Mo, V, W, Ti, Al
Každá číslice ve značce má svůj význam, kromě toho se za značku doplňují další číslice. Například: 11353.1 je ocel třídy 11 (chemické složení viz tabulka 1.5), s pevností v tahu přibližně 350 MPa (třetí a čtvrtá číslice x 10), zaručeně svařitelná (pátá číslice 3). První doplňková číslice značí stav materiálu podle tepelného zpracování (.0 tepelně nezpracovaný, .1 normalizačně žíhaný, .2 žíhaný, .3 žíhaný na měkko, .4 kalený nebo kalený a
14
popouštěný, .5 normalizačně žíhaný a popouštěný, .6 zušlechtěný na dolní mez pevnosti, .7 zušlechtěný na střední mez pevnosti, .8 zušlechtěný na horní mez pevnosti obvyklou u příslušné oceli, .9 zpracování které neodpovídá číslicím 0 až 8). Druhá doplňková číslice (pokud je použita) značí stupeň přetváření. Výběr často používaných materiálů, reprezentujících jednotlivé třídy ocelí, a jejich vybrané fyzikální, mechanické a chemické vlastnosti jsou uvedeny v tabulkách tabulka 1.6, tabulka 1.7 a tabulka 1.8.
tabulka 1.6 Fyzikální vlastnosti vybraných ocelí na trubky ρ kg.m
αT
cp -3
-1
-1
λ
-1
J.kg .K
K
-1
-1
W.m .K -6
52
-6
47
-6
49
-6
38,5
-6
39
-6
20
-6
21,4
-6
15,1
-6
19,7
11353
7850
458
11,7.10
12022
7850
-
11,1.10
15020
-
-
12,5.10
15313
7840
628
13,1.10
15323
7850
-
12,7.10
17102
7840
-
11,8.10
17134
7800
469
10,5.10
17341
8000
502
16,0.10
17483
7800
460
21,2.10
tabulka 1.7 Mechanické vlastnosti, chemické složení a použití vybraných ocelí značka
tl.stěny
min.mez kluzu
min.Rm
výrobek oceli 11353
podle DIN: St35
mm bezešvé trubky tvářené za tepla .1
USt37
přesné bezešvé trubky tvářené za studena .1
podle ASTM:
všechny bezešvé trubky .1
°C
MPa
MPa
svařitelnost
do 12
20
235
343
Z
12-25
20
226
343
Z
25-36
20
216
343
ZP
do 25
20
225
390
Z
nad 25
20
225
390
ZP
100
186
200
167
300
137
1020
chemické složení max. 0,18 C, limitovaný obsah P, S, max. 0,090 P+S
15
použití Staticky namáhané trubkové konstrukce, potrubí do 4 MPa a 200°C, nebo 3,2 MPa a 300°C.
značka
tl.stěny
min.mez kluzu
min.Rm
výrobek oceli 11368
mm
MPa
MPa
do 25
20
245
350
Z
nad 25
20
235
350
Z
100
196
ASt35
200
177
RSt35
250
167
podle ISO:
300
137
P5
350
118
TS6
400
98
450
78
20
185
350
ZP
podle DIN:
.1 bezešvé trubky tvářené
°C
svařitelnost
za tepla nebo za studena
.9 výkovky na tlakové nádoby
<60
do 150
použití Jemnozrnná ocel na součásti kotlů a tlakových nádob se zvýšenou odolností proti stárnutí, potrubí do 40 MPa a 450°C.
chemické složení max. 0,15 C, min. 0,4 Mn, max. 0,35 Si, limitovaný obsah Cr, Ni, Cu, P,S
značka
tl.stěny
min.mez kluzu
min.Rm
výrobek oceli 11523 podle DIN: St52-3 podle EN:
mm bezešvé trubky tvářené
°C
MPa
MPa
do 12
20
353
510
Z
12-36
20
333
510
Z
do 10
20
353
510
Z
20
353
490
za tepla .1 přesné bezešvé trubky tvářené za studena .1
S355J2G3 Fe510
svařitelnost
přesné svařované trubky
použití Součásti tepelně energet. zařízení a tlakových nádob vyrobených z tyčí.
tažené za studena .1 chemické složení max. 0,2 C, max. 1,6 Mn, max. 0,55 Si, limitovaný obsah P, S, N
16
značka
tl.stěny
min.mez kluzu
min.Rm
výrobek oceli podle ČSN
mm
MPa
MPa
do 12
20
235
340
Z
12-25
20
225
340
Z
hutní zn.:
25-36
20
215
340
ZP
W8T
do 36
100
205
podle DIN:
200
186
St35-8
300
137
450
88
12021
trubky bezešvé a bezešvé přesné .1
°C
svařitelnost
ZP
použití Potrubí a součásti energetických a chemických zařízení.
chemické složení 0,07-0,15 C, 0,35-0,60 Mn, 0,17-0,35 Si, limit. obsah Cr, Ni, Cu, P, S
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN 12022
trubky bezešvé a bezešvé přesné .1
hutní značení:
do 12
12 - 25
podle ČSN VARC podle DIN St45-8
20
255
200
225
300
127
450
117
20
255
200
211
300
166
450
107
440
Z
Žáropevná ocel se zaručenou mezí kluzu za vyšších teplot,
440
Z
na potrubí a součásti energ. a chemických zařízení.
chemické složení VARC
0,18 C, 0,65 Mn, 0,17-0,37 Si, limit. obsah Cr, Ni, Cu, P, S
St45-8
0,16 C, 0,55 Mn
17
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min. Rm
min.mez kluzu °C
MPa
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
tlusté plechy .1, .5
6 - 20
20
13030
285
460
min. RT 1%
hutní značení:
hod.
Z
T
MPa
°C
5
116
380
5
88
400
5
76
410
5
66
430
5
44
450
10
podle ČSN
10
13030
10 10 10
Ocel pro vyšší teploty a tlaky. Pro svařované součásti kotlů a tlakových nádob, pro svařované trouby ropovodů.
chemické složení 0,17 C, 1,20 Mn, 0,27 Si, 5
5
RT 1/10 /T - mez tečení v tahu, tj. napětí způsobující po době působení 10 hodin při pracovní teplotě T trvalé poměrné prodloužení 1%
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN 13320 hutní značení
bezešvé trubky .2
20
360
540
ZP
přesné bezešvé trubky tvářené za studena .5
20
390
590
ZP
Zvýšená odolnost proti opotřebení, potrubí prašných a kalových hmot.
podle ČSN
chemické složení
2520
0,12-0,20 C, 2,0-2,4 Mn, 0,3-0,6 Si, limitovaný obsah Cr, P, S
18
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN 14331
bezešvé trubky tvářené za tepla .7 přesné bezešvé trubky tvářené za studena .7
do 10
hutní značení
20
880
1080
ZP
20
880
1080
ZP
K zušlechťování, zvýšená odolnost proti únavě.
chemické složení 0,28-0,35 C, 0,8-1,1 Mn, 0,9-1,2 Si, 0,8-1,1 Cr
podle ČSN
Mez únavy (MPa)
ROL
při střídavém namáhání
při míjivém namáhání
v ohybu
v tahu
v krutu
v ohybu
v tahu
v krutu
490
400
300
760
665
455
Nejnižší doporučená teplota: při statickém namáhání -50°C, p ři dynamickém namáhání -30°C
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
bezešvé trubky tvářené za tepla .1
do 36
15020
hutní značení: podle ČSN
přesné bezešvé trubky .1
do 12,5
20
270
200
255
300
206
400
170
500
147
20
285
450
V(1)
450
(1) pro trubky 25 mm předehřev na 200°C
2M Podle DIN 15Mo3 16Mo3
Žáropevná ocel dobře tvárná za tepla i za stud., odolná proti korozi ve vodní páře do 530°C, energet. a chem. zařízení.
chemické složení 0,12-0,20 C, 0,50-0,80 Mn, 0,15-0,37 Si, 0,25-0,35 Mo
19
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
bezešvé trubky .5
do 36
20
265
všechny
do 60
200
245
300
226
400
206
500
186
15313
hutní označení:
480
ZP
podle ČSN N6
Při tlaku 8,8 MPa odolává vodíku do teploty 500°C. Odolná proti korozi v páře do teploty 590°C. Pro chem. a energet. zařízení.
podle DIN
chemické složení
10CrMo910
0,08-0,15 C, 0,40-0,80 Mn, 0,15-0,40 Si, 2,00-2,50 Cr, 0,90-1.10 Mo
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN 15323
Podle DIN:
bezešvé trubky tvářené za tepla .9
do 36
20
440
640
přesné bezešvé trubky tvářené za studena .9
do 10
20
440
640
200
422
300
392
400
333
450
294
všechny
17CrMoV10
ZP
Žárupevná ocel pro součásti tlakových zařízení v chem. průmyslu.
chemické složení 0,15-0,20 C, 0,30-0,50 Mn, 2,7-3,2 Cr, 0,2-0,3 Mo, 0,1-0,2 V
20
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min. Rm
min.mez kluzu °C
MPa
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN 16222
bezešvé trubky .1, .5
do 15
20
335
510
Z
přesné bezešvé trubky .1, .5
14 - 30
20
335
510
Z
do 30
-70
382
490
Z
-20
343
20
335
100
315
150
275
tlusté plechy .1, .5
Jemnozrná ocel pro tlakové nádoby se zaručenou vrubovou houževnatostí do -70°C.
chemické složení max. 0,18 C, 1,00-1,50 Mn, max. 0,35 Si, 0,70-1,10 Ni, max. 0,30 Cr, max. 0,30 Cu, min. 0,01 Al
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min. Rm
min.mez kluzu °C
MPa
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN 17102
bezešvé trubky válcované za tepla .2 nebo tažené .5
do 24
20
390
300
275
400
215
450
186
Podle DIN 12CrMo19 -5
590
RmT hod.
Z
T MPa
°C
5
102
500
5
51
550
5
38
570
4
41
610
10 10 10 10
Dobře kalitelná žárupevná ocel, odolná proti žáru v oxidačním prostředí do 600°C a stla č. vodíku do 600°C. Pro zařízení na zpracování ropy.
chemické složení max. 0,15 C, max. 0,60 Mn, max. 0,50 Si, 4,00-6,00 Cr, 0,45-0,65 Mo
21
značka oceli
tl.stěny výrobek
min. Rm
min.mez kluzu
mm
°C
MPa
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
20
490
686
200
447
hutní značení:
300
426
až 834
AK2MV
400
393
500
341
Podle DIN
600
276
X20CrMoV121
650
236
17134
bezešvé trubky válcované nebo tažené .5
do 45
RmT hod.
ZP
T MPa
°C
5
248
500
5
159
540
5
121
560
5
88
280
5
63
600
5
43
620
10
10 10 10 10 10
Žárupevná ocel na tlustostěnné parovodní trubky, příp. i na předehřívané trubky. Na další kované součásti do 625°C. Odolnost proti korozi ve vzduchu, vodní páře a spalinách do 625°C.
chemické složení 0,17-0,23 C, 0,50-1,00 Mn, 0,25-0,60 Si, 10,0-12,5 Cr, 0,3-0,8 Ni, 0,8-1,2 Mo, 0,20,35 V
22
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min.mez kluzu °C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
bezešvé trubky .4
20
205
100
176
200
155
300
136
400
125
500
119
550
118
17247 všechny výrobky
hutní značení AKVS9
podle DIN: X6CrNiSi20 -12
500 až 750
Z
Odolnost proti oxidaci za zvýšených teplot: na vzduchu do 850°C v páře do 750°C v sirném prostředí SO2 do 750°C. Energetická a chemická zařízení do 800°C, v četně tlakových nádob. 5
RmT/10 při 600°C 92 MPa při 670°C 36 MPa
Pro oxidační prostředí, silné anorg. kyseliny. Pro slabé org. kyseliny pro stř. koncentrace a do stř. teplot při současném provzdušnění. H2SO4 odolává jen ve velmi nízkých koncent. a za normálních teplot. Použití ve farmac. a potrav. průmyslu.
při 700°C 23 MPa. chemické složení max. 0,08 C C, max. 2,00 Mn, max. 1,00 Si, 17,0-19,0 Cr, 9,5-12,0 Ni, min. 5x%C Ti
23
značka oceli
tl.stěny výrobek
mm
min. Rm
min.mez kluzu °C
MPa
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
bezešvé přesné trubky tvářené za studena .4
32 - 54
17341 hutní značení: podle ČSN
20
205
300
128
400
118
600
108
650
93
500
min. RmT hod.
Z
T
MPa
°C
5
160
570
5
118
600
5
69
650
5
37
700
10 10 10 10
Austenitická žárupevná ocel pro součásti tepelných energetických zařízení do teploty 650°C. Pokud rozhod. faktorem není pevnost za vysokých teplot, může být použita do teplot 800°C.
chemické složení 0,04-0,10 C, max. 2,0 Mn, max. 0,8 Si, 14,0-16,0 Cr, 11,5-14,0 Ni, 2,0-2,8 Mo
24
značka
tl.stěny výrobek
oceli
mm
min. Rm
min.mez kluzu °C
MPa
svařitelnost
použití
MPa podle ČSN
bezešvé trubky válcované nebo tažené .4
17482
do 22
hutní značení: podle ČSN
20
200
300
95
400
80
600
60
700
55
750
50
Použití – pokračování:
min. RmT hod.
Pro tepelné a katalytické krakování, konverzi vodního plynu, pro izomerické dehydrogenační reaktory, na výrobu kyseliny sírové apod.
600
ZP
T
MPa
°C
5
191
550
5
108
600
5
62
650
5
34
700
5
26
725
5
20
750
10 10 10 10 10 10
Austenit. ocel se zvýš. odolností proti oxidaci, vodíku, korozi v horkých plynných prostředích v chemickém průmyslu. Na tlakové nádoby pro hydrogenační rafinaci paliv a reformování benzínu.
chemické složení
Vysvětlivky svařitelnost: Z – zaručená, ZP – podmíněně zaručená, V(1) – vhodná s podmínkou, OB – obtížná, N – nedoporučená Re – mez kluzu v tahu ReT – mez kluzu v tahu za teploty T Rm – mez pevnosti v tahu RmT – mez pevnosti v tahu za teploty T 5
5
RT 0,2 /10 /T - mez tečení v tahu za teploty, tj. napětí způsobující po určité době působení (zde 10 hodin) při teplotě T trvalé poměrné prodloužení 0,2% 5
5
RT 1/10 /T - mez tečení v tahu za teploty, tj. napětí způsobující po určité době působení (zde 10 hodin) při pracovní teplotě T trvalé poměrné prodloužení 1% 5
RmT /10 /T – mez pevnosti při tečení v tahu za teploty, tj. napětí způsobující po určité době působení 5 (zde 10 hodin) při pracovní teplotě T přetržení zkušební tyče.
25
tabulka 1.8 Další mechanické vlastnosti vybraných ocelí, polotovar: trubky E
A5
tvrdost
GPa
%
HB
vrubová houževnatost J.cm
-2
HRC 11353.1
206
25
135
-
12022.1
206
21
175
59
13320.2
-
18
152-230
40
16
160-250
18
220
13320.5 14109.3
210
-
54 15020.1
211
22
120-170
59
15313.5
213
20
-
54
15323.9
214
17
-
50
16222.1
-
23
17102.2
-
22
-
80 (+20°C), 90 (0°C), 70 (-40°C), 50 (- 70°C) 69
17102.5
17
17134.5
206
16
205-245
59
17341.4
199
35
-
-
17483.4
196
25
170-255
147
Litiny Pokud je obsah uhlíku větší než 2,06 hm. %, hovoříme o litinách. Litiny obsahují grafit ve formě kuliček (tzv. kuličkový neboli lobulární grafit), pak se nazývají tvárné litiny, nebo ve formě lupínků (lupínkový grafit), pak se nazývají šedé litiny. U bílé litiny je všechen grafit přeměněn na cementit Fe3C. Litiny se vyznačují velmi dobrou slévatelností, proto se používají na odlitky, často i značně členité. Vykazují zvýšenou odolnost proti vodní korozi i slabým kyselinám a zásadám, proto se používají na značně mechanicky zatížená odpadní potrubí, zejména však na tělesa a součásti armatur. Litiny s kuličkovým grafitem (podle ČSN 42 2303 až 42 2340) jsou houževnaté a tvárné, litiny s lupínkovým grafitem (podle ČSN 42 2410 až 42 2491) jsou málo houževnaté a málo tvárné, obtížně obrobitelné, zato velmi dobře slévatelné, bílé litiny (podle ČSN 42 2532 až 42 2555) jsou tvrdé a křehké, avšak tzv. temperované bílé litiny (ČSN 42 2540 až 42 2555) jsou méně tvrdé, méně křehké a mají dobrou pevnost v tahu i houževnatost. U litin není chemické složení předepsáno, omezen je pouze obsah S a P. Použití vybraných druhů litin a některé mechanické vlastnosti jsou uvedeny v tabulka 1.9.
26
Konstrukční oceli na odlitky Na rozdíl od litin obsahují oceli na odlitky jen nízký obsah uhlíku. Dělí se na uhlíkové (ČSN 42 26xx), nízko a středně legované odlévané do pískových forem (ČSN 42 27xx), nízko a středně legované odlévané jinak (ČSN 42 28xx) a vysokolegované (ČSN 42 29xx). Uhlíkové jsou základním typem, nízko a středně legované jsou oceli k zušlechťování, vysokolegované jsou oceli žáruvzdorné, žáropevné a korozivzdorné. Chemické složení, použití vybraných druhů ocelí na odlitky a mechanické vlastnosti jsou uvedeny v tabulkách - tabulka 1.10, tabulka 1.11.
tabulka 1.9 Chemické složení, použití a mechanické vlastnosti vybraných druhů litiny Označení podle původní ČSN
Chemické složení
422303
422410
Použití
Tvárná feritická litina s vysokou houževnatostí a mezí únavy. Tělesa armatur apod. Nepředepisuje se.
Litina s lupínkovým grafitem. Litinové odpadní trouby a tvarovky.
422415
Litina s lupínkovým grafitem, odolná proti únavě, Odlitky – vodovodní trubky s tloušťkou stěny 5-30 mm, tlakové roury, tvarovky.
422420
Litina s lupínkovým grafitem. Ucpávkové kompenzátory, montážní vložky, závitové a oválné příruby, přírubová hrdla.
422425 422430
Litina s lupínkovým grafitem. Součásti armatur, speciální odlitky.
422435
Šedá litina, obtížně obrobitelná. Tělesa čerpadel.
422540
Temperovaná perlitická litina s bílým lomem. Tvarovky, odlitky s tl. stěny 3 – 30 mm.
422550 Označení podle původní ČSN
min. Rp 0,2
min. Rm
A5
tvrdost
MPa
MPa
%
HB
422303
230
370
17
140-180
422415
Rp 0,1 98-165
150
max. 200
422430
Rp 0,1 195260
300
max. 260
422435
560
350
max. 270
422540
200-230
360-420
4-8
max. 220
Další mechanické aj. vlastnosti
Rmo až 490 MPa.
Více o kovových materiálech nalezneme v [14], [15], [16], [20] a v materiálových listech.
27
tabulka 1.10 Chemické složení a použití vybraných druhů ocelí na odlitky Označení podle původní ČSN
Chemické složení
Použití
422633.1
0,10-0,18 C, 0,5-0,9 Mn, 0,2-0,5 Si, max. 0,3 Cr, max. 0,4 Ni, max. 0,3 Cu, omezený obsah P, S, P+S
Odlitky parních a vodních potrubí pro vyšší tlaky a teploty do 400°C, armatury, sou části parních kotlů, tlakových nádob aj.
422712.5
0,17-0,25 C, 0,9-1,4 Mn, 0,2-0,5 Si, max. 0,9 Cr+Ni+Cu, omez. obsah P,S
Odlitky součástí parních kotlů, tlakových nádob, parních a vodních potrubí, armatur.
422905.9
max. 0,15 C, max. 0,7 Mn, max. 0,7 Si, 12,0-14,0 Cr, max. 1,0 Ni, omez. P, S
Korozivzdorná ocel, odolává kavitaci. Součásti vodních čerpadel, parních kotlů, tlakových nádob, parních a vodních potrubí, armatury aj. do teploty 425°C.
422917.7
0,10-0,18 C, 0,6-1,0 Mn, 0,2-0,6 Si, 11,5-13,2 Cr, 0,7-1,1 Ni, 0,5-0,8 W, 0,1-0,2 V, omez. P, S
Žáropevná do 600°C, žáruvzdorná do 700°C, zvýš. odolnost proti korozi, kavitaci a abrazi. Součásti turbín, armatury.
422931.4
max. 0,15 C, max. 1,5 Mn, max. 1,5 Si, 18,0-21,0 Cr, 8,0-11,0 Ni, omez. P, S
Korozivzdorná, ale ne žáruvzdorná ocel na odlitky pro chem., potravinářský průmysl. Odolná slabým organ. a anorganickým kyselinám, kys. dusičné.
tabulka 1.11 Mechanické vlastnosti vybraných druhů ocelí na odlitky Označení podle původní ČSN
min. Rp 0,2
min. Rm
A5
tvrdost
MPa
MPa
%
HB
422633.1
200
400-550
25
115-160
Zaručená svařitelnost.
422712.5
280
500-650
20
140-183
Zaručená svařitelnost.
422905.9
350
539-735
20
160-220
Podm. zaručená svařitelnost.
422917.7
min. 460
640-835
12
190-255
Podm. zaručená svařitelnost.
422931.4
196
min. 441
30
140-190
Podm. zaručená svařitelnost.
28
Další mechanické aj. vlastnosti
Neželezné kovy Z neželezných kovů se v potrubní technice používá nejčastěji měď, hliník a slitiny těchto kovů s dalšími kovy, zejména: CuZn, CuZnPb (mosazi), AlCuMg, AlSiMgMn a jiné. Na trubky tažené za studena se používá nejčastěji měď technicky čistá kvality Cu 99,85, Cu 99,75 a Cu 99,5, kde číslo značí procento mědi ve slitině, a hliník kvality Al 99,85, Al 99,7 a Al 99,5. Vzhledem k převažujícímu významu těchto dvou kovů jsou uvedeny v tabulka 1.12 a tabulka 1.13 některé vybrané vlastnosti těchto dvou kovů. Podrobněji viz ČSN 42 3005 pro měď, ČSN 42 4002 pro hliník. tabulka 1.12 Vybrané vlastnosti mědi, polotovar trubky tažené za studena, stav měkký ρ
Teplota tavení
kg.m Měď Cu
99,5%
-3
8890
-1
°C
αT
cp -1
J.kg .K
1083
λ
-1
-1
K
-6
390
-1
W.m .K
17,5.10
180
min. 99,5 Cu, max. 0,15 Sn, max. 0,1 As, max. 0,1 Pb, max. 0,08 Sb, max. 0,05 Al, Fe, S Rp 0,2
Rm
A10
tvrdost
E
MPa
MPa
%
HB
GPa
max.108
205-249
min.40
40-65
108
Velmi dobré plastické vlastnosti, houževnatá, hůř se obrábí. Spojování pájením i svařováním. Odolává běžným atmosférám, užitkové vodě, v mořské vodě úbytek 50 µm/rok, vodní páře do 500°C aj., neodolává chloru, amoniaku, sirným sloučeninám. Polotovary: trubky kruhové lisované za tepla, tažené za studena, tyče, plechy aj. Výrobky: trubky, ohyby, příruby, šrouby, matice, šroubení, těsnění aj.
tabulka 1.13 Vybrané vlastnosti hliníku, polotovar trubky tažené za studena ρ kg.m Hliník Al
99,7%
Teplota tavení -3
2700
-1
°C
αT
cp -1
J.kg .K
657
900
λ
-1
-1
K
-1
W.m .K -6
24.10
240
min. 99,7 Al, max. 0,2 Si, max. 0,25 Fe, omez. Cu, Mn, Mg, Zn, Ti Rp 0,2
Rm
A10
tvrdost
E
MPa
MPa
%
HV
GPa
20-50
min. 55
min. 27
min. 11
71
Odolává proti korozi v běžných atmosférách, průmyslových atmosférách, čisté tlakové vodě a páře do 180°C, neodolává hydroxid ům NaOH, KOH, hyselinám HCl, HF. Svařitelnost velmi dobrá plamenem, odporově, technologií MIG s použitím tavidla. Polotovary: trubky lisované za tepla, tažené za studena ve stavu tvrdém nebo měkkém, tyče, plechy. Použití: potrubí, šrouby, matice, těsnění, v potravinářském a chemickém průmyslu.
29
Plasty Z nekovových materiálů se stále častěji používají plasty. Podle ČSN 64 2001 se označují značkou ČSN 64 xxxx.xxx . Trubky, hadice nebo součásti armatur se nejčastěji vyrábějí z polyetylenu (PE), ČSN EN ISO 1872-2, který se vyrábí v provedení r PE (r – rozvětvený) nebo l PE (l – lineární), z polypropylenu (PP), ČSN EN ISO 1873-2, polvinylchloridu (PVC), ČSN 64 3200, polytetrafluoretylenu (teflonu, PTFE), ČSN EN ISO 13000, polymethylmetakrylátu (plexiskla, PMMA), ČSN EN ISO 7823-1, polyamidů (PA), ČSN EN ISO 1874-2, fenolformaldehydové pryskyřice (PF) a skelných laminátů (nenasycené polyestery, UP), ČSN EN ISO 3672. Rozdělují se na reaktoplasty, ty jsou teplem tvrditelné (např. PF, UP), a termoplasty, ty jsou za tepla tvárné (např. PA, PE, PP, PVC, PTFE, PMMA). Charakteristika a použití jednotlivých plastů: -
r PE polyetylen je měkký, houževnatý, odolný kyselinám,zásadám, olejům, rozpouštědlům. Vyrábějí se z něj méně namáhané hadice a vodovodní trubky.
-
l PE je tužší, pevnější, méně houževnatý. Chemická odolnost jako l PE. Vyrábějí se z něj velké nádoby, vodovodní trubky, potrubní spojky, tvarovky a armatury.
-
PP (polypropylen) je dosti pevný, tuhý, houževnatý, křehne pod -10°C. Životnost PP trubek silně závisí na teplotě provozní kapaliny (viz dále). Vysoká chemická odolnost. Odolává neoxidačním kyselinám, alkáliím, solným roztokům, rozpouštědlům, alkoholům, tukům, olejům. Odolný UV záření. Neodolává aromatickým a chlorovaným uhlovodíkům. Propustnost pro vodu a vzduch zanedbatelná. Svařování jako u termoplastů, lepení snadné. Vyrábějí se z něj potrubí pro horkou vodu, v potravinářství a chemickém průmyslu, vlnovce, nádoby akumulátorů.
-
PVC je tvrdý, pevný, dosti křehký, dobře se svařuje a lepí. Odolný proti kyselinám a zásadám. Vyrábí se z něj vodovodní a odpadní potrubí, trubky pro chemický průmysl, tvarovky, armatury, kyselinovzdorná obložení nádrží, měkčený PVC se používá též na hadice, těsnění.
-
PTFE (teflon) je méně pevný, velmi houževnatý, snáší teploty od cca -160°C do +250°C, odolný všem chemikáliím. Vhodný na hadice, těsnění, membrány, armatury (ventily, kohouty), vlnovce pro agresivní prostředí a široký rozsah teplot. Teflonová trubka nebo hadice s opletem z nerezavějícího drátu odolává tlaku až 70 MPa.
-
PMMA (plexisklo) je pevné, velmi tuhé, rozměrově stabilní, křehne při -50°C, odolné proti opotřebení a otěru. Odolává většině organických rozpouštědel, neodolává oxidačním činidlům a silnějším kyselinám. Vhodné na ventily, kohouty, oběžná kola čerpadel.
-
PA (polyamidy) jsou pevné, tuhé, houževnaté, odolné proti opotřebení, dobře tlumí rázy a chvění. Odolné vodě (nasákavost žádná), alifatickým a aromatickým uhlovodíkům, pohonným hmotám, mazivům, hydraulickým kapalinám, esterům, ketonům, olejům a rozpouštědlům, slabým zásadám, neodolávají kyselinám, silným zásadám, oxidačním látkám, chlorovaným uhlovodíkům, horké vodě a páře. Některé typy na vzduchu navlhají. Středně odolné proti povětrnostnímu stárnutí, málo odolné proti UV záření. Vhodné na hadice, kluzná ložiska, trubky, tvarovky, těsnění, tělesa armatur.
30
-
PF (fenolformaldehydové pryskyřice) je plněna dřevitou moučkou (bakelit), vrstveným papírem (umakart) nebo skelnými vlákny. Bakelit je pevný, tvrdý, křehký, odolný benzinu, některým rozpouštědlům, oleji, neodolává silným kyselinám, zásadám, horké vodě. Vhodný na trubky. Umakart je velmi pevný, houževnatý. PF plněná skelnými vlákny má vysokou pevnost, je vhodná na potrubí pro chemický průmysl, lopatky ventilátorů aj.
-
UP (skelné lamináty) jsou plněny skelnými vlákny nebo rohožemi. Velmi pevné, tvrdé, rázuvzdorné, odolné proti stárnutí. Odolávají benzinu, alkoholům, slabým kyselinám, neodolávají silným kyselinám, zásadám, organickým rozpouštědlům, horké vodě. Vhodné na velké nádrže, cisterny, trubky, kanalizační potrubí.
Nejdůležitější fyzikální vlastnosti vybraných plastů udává tabulka 1.14.
tabulka 1.14 Fyzikální vlastnosti vybraných plastů Označ.
tp,min, tp,max °C
ρ
cp -1
-1
kJ.kg .K
kg.m
αT -3
-5
λ -1
-1
-1
.10 K
W.m .K
r PE
-60…+105
2,3…2,5
920…940
22
0,35
l PE
…+95
2,0…2,3
940…960
22
0,35
PP
…+130 až 165
1,4…1,7
910
11…20
0,17…0,22
PVC
-5…+60
0,83…0,92
1400
8
0,17
PTFE
-160…+250
1,0
2140…2200
8
0,23
PMMA
…+90
1,46
1180
8
0,2
PA66
…+260
1,5…1,7
1120…1150
7…10
0,27…0,33
PA6
…+223
1,6…2,1
1130…1140
7…10
0,25…0,33
PF
min. +110
1,4…1,6
1250…2000
2,2
UP
…+90 až +140
1,2…1,4
1600…2200
2
Mechanické vlastnosti vybraných plastů uvádí tabulka 1.15.
31
tabulka 1.15 Mechanické vlastnosti vybraných plastů Označ.
Rm
Re
E
A při přetržení
MPa
MPa
MPa
%
r PE
8…10
150…500
300…1100
l PE
15…25
600…1400
100…1000
3500…4000
min. 50
PP
26…38
8…11 na mezi kluzu PVC
45…65
2900…3400
20…50
PTFE
10…30
430…750
250…500
PMMA
80
3300
5…6
PA66
50
1700…3700
30…220
50…95
18…25 na mezi kluzu PA6
>50
30…90
2900…3500
9…50 3,5…5 na mezi kluzu
PF
30…40
3500…4200
2
UP
60…100
5000…25000
2
Pevnost plastů silně závisí na teplotě, jak je vidět z tabulka 1.16. K teplotně nejodolnějším plastům patří PTFE a polyamid PA6. Při teplotě 140°C vykazuje PA6 mez pevnosti v tahu R mT = 16 MPa, PTFE má RmT = 8 MPa, PP má RmT = 4 MPa. Pevnost v tahu u plastů s časem klesá. Proto plasty zatížené trvale vnitřním přetlakem musíme dimenzovat na tuto sníženou hodnotu napětí v tahu. Také životnost plastů závisí na teplotě. Například PP trubka při teplotě média 20°C a nap ětí σt = 5 MPa má životnost 50 let, při teplotě 60°C a σt = 2,5 MPa má životnost 10 let a při teplotě 80°C a σt = 1 MPa má životnost 5 let. Více o plastech nalezneme např. v lit. [3].
32
tabulka 1.16 Závislost pevnosti vybraných plastů na teplotě RmT (MPa) T = 20°C
60°C
120°C
PVC tvrdý
75
32
-
l PE
30
15
-
r PE
12
5
-
PMMA
69
30
-
PA6
78
30
16
PP
38
20
4
PTFE
20
13
8
Kompozity Kompozity jsou moderní materiály, s nimiž však v potrubní technice není dosud dostatek zkušeností. Bližší údaje nalezneme v odborné literatuře nebo tabulkách, např. [14], [15]. Hlavní druhy kompozit: polyesterová, polypropylenová, orthoftalová, fenolická, polyuretanová nebo epoxidová pryskyřice plněná tkaninou nebo rohožemi ze skelných, kevlarových, aramidových nebo uhlíkových vláken.
33
2.
Součásti potrubních rozvodů
2.1
Trubky
Rozměry trubek Rozměr trubky se na výkrese, v kusovníku a ve výrobě označuje způsobem: kde
TR D2 x s – L
TR je označení polotovaru – trubky, D2 – vnější průměr trubky (mm nebo anglický palec “), s – tloušťka stěny trubky (mm), L – délka trubky (mm).
Příklad: TR 25x2 -1500, TR 1“x2 -1500. Výrobci trubek nabízejí většinou mnohem širší sortiment trubek, co se týká jmenovité světlosti. Například světový výrobce trubek BUHLMANN nabízí přes 800 rozměrů jen kotlových trubek. Začínají na rozměru ø10,2x1,8 mm a končí na ø870x36 mm. Například trubka vnějšího průměru D2 = 25 mm má následující tloušťky stěny s a vnitřní průměr (světlost) D1:
tabulka 2.1 Příklad sortimentu kotlových trubek (BUHLMANN) pro D2 = 25 mm D2 (mm)
25
s (mm)
D1 (mm)
DN (mm)
2,0
21,0
2,3
20,4
2,6
19,8
2,9
19,2
3,2
18,6
3,6
17,8
4,0
17,0
4,5
16,0
16
5,0
15,0
15
5,6
13,8
14
6,3
12,4
20
18
V tabulce DN je jmenovitá světlost podle ČSN 42 6710. Z příkladu je vidět, že světlost trubky je hodnota, která má u trubek pouze informativní význam, protože skutečná světlost D1 se může od jmenovité světlosti DN značně lišit. Trubky v energetice se vyrábějí jako bezešvé nebo svařované buď podélným svarem, nebo šroubovicovým svarem. Bezešvé trubky se vyrábějí jako válcované nebo tažené za tepla nebo za studena.
34
Výchozím polotovarem pro potrubní rozvody vysokotlaké hydrauliky a pneumatiky, ale i pro řadu dalších aplikací (pro vstřikovací čerpadla aj.) jsou nejčastěji trubky ocelové bezešvé přesné, které se vyrábějí ve třech stupních rozměrové přesnosti: s běžnými mezními úchylkami dle ČSN 42 6710, s malými mezními úchylkami dle ČSN 42 6711 a s velmi malými mezními úchylkami dle ČSN 42 6712. Požadavky na rozměrovou přesnost se týkají zejména vnějšího průměru trubky a tloušťky stěny trubky. U těchto trubek je normalizovaný i vnější průměr trubky a výrobní tloušťka stěny. Příklad řady jmenovitých světlostí podle ČSN 42 6710: DN 4 – 5 – 6 - (7) – 8 – (9) – 10 – (11) – 12 – (13) – 14 – 15 – 16 – 18 – 20 – 22 – (24) – 25 – (26) – 28 – 30 – 32 – (34) – 35 – (36) – 38 – 40 – 42 – 45 – 48 – 50 - … Mezní úchylky vnějšího průměru – příklady: DN 4 až DN 30: ČSN 42 6710:
±0,4 mm
ČSN 42 6711:
±0,2 mm
ČSN 42 6712:
±0,1 mm.
Přesný vnější průměr trubky je důležitý při použití některých typů potrubních spojů, například strojírenského šroubení ERMETO. U tohoto spoje se na vnější průměr trubky nasouvá zářezný kroužek (prstenec), který musí přesně lícovat s vnějším průměrem trubky. Při použití navařovaných spojení (například přírub) vystačíme s běžnými mezními úchylkami. Příklad jmenovitých tlouštěk stěny s podle ČSN 42 6710: s (mm): 0,5 – (0,8) – 1,0 – (1,2) – 1,5 – 2,0 – 2,5 – 3 – (3,5) – 4,0 – (4,5) – 5 – (5,5) – 6 - … Povrch trubek podle ČSN 42 6710 (v závorce doplňková číslice): okujený (.0), mořený (.1), bez okují (.2), lesklý (.3). Výrobní délky bývají 2 až 8 m.
Výpočet tloušťky stěny trubky Tloušťka stěny trubky se vypočítává s ohledem na rozsah pracovního tlaku v systému a způsob mechanického namáhání, a zvyšuje se o přídavky na opotřebení a korozi. Namáhání vnitřním přetlakem Vnitřní přetlak p způsobí trojosou napjatost, při níž vznikají tato tři napětí: tečné, osové a radiální. Tečné (tangenciální) napětí σt ve vláknech na vnějším povrchu
σt =
p.d 2 2s (d + s )
( 2.1)
kde s je tloušťka stěny trubky (m), d vnitřní průměr trubky (m), p nejvyšší pracovní přetlak (Pa) a osové (axiální) napětí σa se určí
σa =
σ p.d 2 = t 4s (d + s ) 2
( 2.2)
35
radiální napětí ve vláknech na vnějším povrchu σr = 0. O pevnosti rozhoduje hodnota tečného napětí ve vláknech na vnějším povrchu. Pro tenkostěnnou trubku, tj. trubku, pro kterou platí: D / d ≤ 1,18 , se výraz ( 2.1) dá zjednodušit
σt =
p.d 2 p.d ≅ ≤ σ dov ,t 2s (d + s ) 2s
( 2.3)
odtud tloušťka stěny s s≥
d .∆p 2.σ dov ,t
( 2.4)
kde σdov,t - dovolené napětí materiálu trubky v tahu (Pa). Pro tlustostěnnou trubku se tloušťka stěny stanovuje ze vztahu
s=
d 2
κ − 1 ⋅ 1 − κ + 1
( 2.5)
kde κ je poměr dovoleného namáhání σdov,t k vnitřnímu přetlaku p
κ =
σ dov ,t
( 2.6)
p
Dovolené napětí materiálu trubky v tahu se pro tažné materiály a pro teplotu trubky do 400°C vypočítává z meze kluzu podle vztahu
σ dov ,t =
Re k B1
( 2.7)
kde Re je mez kluzu materiálu trubky (Pa), kB1 součinitel bezpečnosti proti mezi kluzu, jehož základní hodnota se volí obvykle kB1 = 1,5 až 1,8. S ohledem na charakter namáhání (statický tlak, cyklické změny tlaku, dynamické změny tlaku), s ohledem na spolehlivost materiálových charakteristik, na rizika spojená se vznikem poruchy aj. se jeho hodnota zvyšuje až na kB1 = 2 až 4. Pro většinu známých materiálů lze hodnoty dovolených napětí nalézt ve strojnických tabulkách pro charakter namáhání statický, míjivý a střídavý. Zkušební tlak bývá 1,5 násobek dovoleného statického tlaku. 4
5
Pokud mez kluzu není zcela zřetelná, dosazuje se za ni hodnota Rp/0,2/10 , resp. Rp/0,2/10 , 4 což je smluvní mez kluzu, též mez tečení, tj. napětí způsobující po určité době působení (zde 10 5 nebo 10 hodin) trvalé poměrné prodloužení 0,2%. U litiny nebo u neželezných kovů se vychází z meze pevnosti materiálu
σ dov ,t =
Rm km
( 2.8)
kde Rm je mez pevnosti materiálu trubky (Pa), km součinitel bezpečnosti vzhledem k mezi pevnosti. Stanovit tuto hodnotu není pro litiny snadné, doporučujeme poradit se s materiálovým odborníkem. Bývá v rozsahu km = 5 až 7. Dovolené napětí materiálu trubky v tahu se pro teplotu trubky nad 400°C vypočítává z meze kluzu podle vztahu
36
σ dov ,t =
R pT 0,2 / 10 5 / T
( 2.9)
k B2 5
kde RpT 0,2/10 /T je smluvní mez kluzu, tj. napětí způsobující po určité době působení (zde 5 10 hodin) při pracovní teplotě T trvalé poměrné prodloužení 0,2%, kB2 součinitel bezpečnosti proti mezi tečení, který se volí obdobně jako součinitel kB1 v rozsahu 1,4 až 4. Takto vypočtená tloušťka st se zvýší o výrobní tolerance tloušťky a přídavky na opotřebení a korozi podle vztahu
s = s t + c1 + c 2
( 2.10)
kde přídavek na korozi a erozi (opotřebení) c1 se volí dle tabulky 3.2, přídavek na nepřesnost výroby c2 se volí rovný záporné odchylce tloušťky stěny.
tabulka 2.2 Obvyklé hodnoty přídavku c1 na korozi a erozi pro ocelové trubky podle ČSN 13 1010 Obvyklý přídavek c1 (mm) Dopravovaná tekutina do 2 mm
2 až 20 mm
nad 20 mm
málo agresivní
1
0,5
-
středně agresivní
2
1
0,5
velmi agresivní
3
2
1
1
0,5
-
Přehřátá pára
0,5
-
-
Vlhký vzduch
2
1
0,5
Voda
Sytá pára
5
Životnost trubky pak stanovíme z meze pevnosti při tečení v tahu RmT/10 /T, což je napětí 5 (Pa), způsobující po době působení 10 hodin při pracovní teplotě T°C p řetržení zkušební tyče. 5 Naopak pro zadanou životnost a teplotu T stanovíme dovolenou hodnotu RmT/10 /T. Více k uvedené problematice též v lit. [2], [5], [6], [11].
Sortiment trubek pro použití v různých oblastech Přestože tato učební opora (skriptum) je zaměřena především na potrubní systémy v jaderné energetice, lze ji využít i v oblastech příbuzných: v oblasti projektování potrubních rozvodů v tepelných (zejména uhelných) elektrárnách, ve vysokotlaké hydraulice, projektování produktovodů (ropovodů, plynovodů, teplovodů), případně i potrubních systémů v chemických, potravinářských a dalších provozech. Naopak není zaměřena na projektování inženýrských sítí: na rozvody pitné vody, užitkové vody, svodové vody, kanalizaci, rozvody plynu apod. Pro projektování uvedených potrubních systémů je k dispozici poměrně rozsáhlá speciální literatura, a taktéž podrobné technické normy, ať již starší ČSN, případně harmonizované ČSN EN, nebo i zahraniční. Blíže o této problematice v lit. [5], [6], [11], [12] aj.
37
Kotlové trubky v energetice Trubky pro použití v energetice, u nichž významnou roli hraje teplota media nebo okolí, se obecně označují jako kotlové trubky, třebaže se používají nejen u kotlů, ale i parogenerátorů v jaderných elektrárnách, přehříváků páry, chladičů, chemických reaktorů apod. Přehled některých používaných materiálů pro kotlové trubky, oblouky, ohyby, redukce, odbočky, záslepky apod. je uveden v tabulka 2.3, přehled obvyklých materiálů kotlových trubek podle ČSN a jejich teplotně-pevnostní charakteristiky jsou uvedeny v tabulka 2.4. Další údaje o potrubních rozvodech v tepelných a jaderných elektrárnách jsou uvedeny v kapitolách 3.1 a 3.2.
tabulka 2.3 Přehled některých materiálů kotlových trubek a částí potrubí (ohybů, oblouků, redukcí, tvarovek apod.) podle zahraničních norem Nejvyšší dopor. prac. teplota (°C)
Číslo oceli podle EN
Označení oceli podle ČSN
Označení oceli podle EN
Označení oceli podle DIN
do 400°C
11353.1
St35, USt38
450°C
11368.1
ASt35, RSt35
475°C
Označení oceli podle ASTM
1.0305
12021.1
P235GH
St35.8
A106 Gr.A
1.0405
12022.1
P265GH
St45.8
A106 Gr.B
17Mo4
A106 Gr.C
16Mo5
A209T1
525°C
1.5423
15020.1
530°C
1.5415
15020.1
550°C
1.4301
17240.4
1.7386
16Mo3
15Mo3 X5CrNi18-10 X11CrMo9-1
15323.5
X11CrMo9.1 17CrMoV10
560°C
1.7335
15121.5
13CrMo4-5
13CrMo44
A213T12
580°C
1.7362
17102.5
X11CrMo5
12CrMo195
A213T5
590°C
1.7380
15313.5
10CrMo9-10
10CrMo910
A213T22
600°C 625°C
14MoV63 1.4922 1.4923
X20CrMoV12-1 17134.5
1.4935
650°C
1.4878
X22CrMoV12-1 X20CrMoWV12-1
X20CrMoWV12-1
X11CrMo9-10
X12CrMo91
17246.4
A213T9
X12CrTi18-9 X10CrWMoVNb 9-2
1.4903
X10CrMoVNb9-1
38
X10CrMoVNb9-1
A213T91
tabulka 2.4 Přehled obvyklých materiálů kotlových trubek podle ČSN a jejich teplotně-pevnostní charakteristiky Nejvyšší doporučená pracovní teplota
Označení oceli podle ČSN 42 0002
min. Re
ReT/T°C
(MPa)
(MPa)
min. 5 RT/T/1%/10
5
min. RmT/T/10 (MPa)
(MPa)
(°C) 300
11353.1
235
186/200°C 137/300°C
450
11418.1
255
162/300°C 118/400°C
11453.1
255
186/200°C 157/300°C
475
12021.1
12022.1
13030.5
525
15020.1
15110.5
560
15112.5
15121.5
580
15128.5
15313.5
17102.5
186
255
285
270
137/300°C
95/400°C
132/400°C
88/450°C
57/440°C
79/400°C
30/480°C
42/480°C
166/300°C
95/400°C
132/400°C
107/450°C
57/440°C
79/400°C
30/480°C
42/480°C
216/300°C
116/380°C
153/400°C/2.10
5
127/450°C
44/450°C
42/470°C/2.10
5
206/300°C
147/450°C
238/450°C
147/500°C
36/530°C
55/530°C
120/470°C
113/470°C
41/560°C
32/560°C
74/520°C
85/520°C
38/560°C
49/560°C
177/500°C
113/500°C
147/500°C
151/550°C
29/560°C
43/560°C
108/525°C
131/520°C
39/580°C
60/580°C
206/400°C
194/480°C
170/480°C
186/500°C
74/560°C
44/580°C
235
290
160/500°C
295
365
265
390
275/300°C
102/500°C
186/450°C
51/550°C 38/570°C
39
600
625
650
17117.5
390
17134.5
490
17248.4
205
17341.4
205
17482.4
200
290/500°C
106/550°C
235/550°C
47/600°C
276/600°C
121/560°C
236/650°C
43/620°C
125/400°C
92/600°C
118/550°C
47/650°C
108/600°C
118/600°C
93/650°C
69/650°C
60/600°C
108/600°C
50/750°C
34/700°C
Exponované kotlové trubky se kontrolují pevnostním výpočtem podle norem. Základním předpisem pro tlaková zařízení v zemích Evropské unie je směrnice 97/23/ES Evropského parlamentu a Rady z 29. 5. 1997 o sbližování právních předpisů členských států EU, týkajících se tlakových zařízení. Tato směrnice klasifikuje obecné zásady pro projektování, konstruování, výrobu a uvádění do provozu tlakových zařízení. Pro parní kotle je řídicí normou EN 12952. Část 2 této normy stanovuje zásady pro volbu materiálů, část 3 stanovuje zásady pro dimenzování a pevnostní výpočty. Související normy: EN 10216-2 Bezešvé ocelové trubky pro tlakové nádoby a zařízení, EN 10028-2, EN 10222-2 aj.
tabulka 2.5 Přehled vybraných materiálů pro použití v chemickém a potravinářském průmyslu Číslo oceli podle EN
Označení oceli podle EN
Použití
1.4002
X6CrAl13
Ropný průmysl, krakovací zařízení.
1.4057
X17CrNi16-2
Potravinářský průmysl, výroba mýdla a kyseliny octové.
1.4305
X8CrNiS18-9
Potravin. a mlék. průmysl, výroba barev, olejů, mýdel, papíru, textilu.
1.4306
X2CrNi19-9
Součásti odoláv. organ. a ovocným kyselinám, výroba mýdel, olejů.
1.4311
X2CrNiN18-10
Tlakové nádoby v mlékárenském průmyslu.
1.4335
X1CrN25-21
Chemický průmysl, odolává kyselinám obsahujícím chlor.
1.4361
X1CrNiSi18-15-4
Chemický průmysl, odolává horké kyselině dusičné a sírové.
1.4362
Cr23Ni4N
Trubkové reaktory v petrochemii, potrubí na naftu, papír. průmysl.
1.4410
SAF2507
Odolává chloridům, mořské vodě. Rafinerie, chemické provozy.
1.4462
Cr22Ni5Mo3
Odol. chloridům, sirovodíku, zřed. kys. sírové, organ. kysel.; rafinerie.
1.4509
X2CrTiNb18
Mlékárenský a potravinářský průmysl.
1.4539
904L
Potrubí, reaktory na výr. kyselin, čpavku, butanolu, superfosfátu aj.
40
Kotlové trubky v chemickém průmyslu Sortiment kotlových trubek velkých světových výrobců pokrývá do značné míry i požadavky chemického průmyslu, zejména petrochemického průmyslu, výroby málo agresivních kapalin apod. Velmi náročné případy však vyžadují speciální materiály. Podrobný sortiment speciálních ocelí a speciálních slitin s příklady jejich použití nalezneme v materiálových listech. Některé vybrané případy použití vhodných materiálů uvádíme níže. Rozsáhlý přehled též v [20].
tabulka 2.6 Přehled vybraných materiálů pro použití v chem. a potrav. průmyslu - pokračování Číslo oceli
Označení oceli podle EN
Použití
1.4580
X6CrNiMoNb17-12-2
Chemický a textilní průmysl, výroba filmů, barev, gumy.
1.4591
X1CrNiMoCuN33-32-1 (Nicrofer 3033)
Potrubí a tepelné výměníky pro kys. sírovou, export kys. dusičné a fluorovodíkové, odol. mořské vodě, výroba NaOH a KOH do 70% a teploty 170°C, výroba papíru a celulóz y.
podle EN
Sortiment trubek pro produktovody Potrubí dálkových produktovodů (plynovodů, ropovodů apod.) je vesměs svařované ze zkružovaného plechu, a to buď podélným nebo šroubovicovým svarem. Je to levnější než trubky bezešvé, i když bezešvé rozšiřované trubky se vyrábějí do průměru cca 700 mm. Materiály svařovaných trubek: 11343.0, 11369.1 (Re 215 MPa, pro teploty do -40°C), 11373.0, .1 (Re 220 MPa), 11379.0, .1 (Re 226 MPa, zvýšená odolnost proti atmosférické korozi pod ochranným nátěrem), 11419.1 (Re 255 MPa, se zaručenou vrubovou houževnatostí pro teploty do -40°C), 11423.0, 11449.1 (Re 295 MPa, do -50°C, dynamicky namáhané), 11484.1 (R e 365 MPa, do -50°C, tlakové nádoby), 11523.0. Potrubí odolná opotřebení: 13030.0, 13320.1, .2, .5 (svařitelná potrubí prašných a kalových hmot).
Sortiment trubek pro vysokotlakou olejovou hydrauliku Tyto trubky nejsou namáhány zvýšenou teplotou ani korozními účinky kapaliny, avšak mohou být namáhány dynamickými změnami tlaku. Pro tlaky do 100 MPa se dává přednost levnějším uhlíkovým ocelím s dobrou tvařitelností (ohýbání potrubí), houževnatostí a zaručenou svařitelností, kde nižší pevnostní vlastnosti se kompenzují větší tloušťkou stěny trubky. Výrobci vysokotlakých trubek pro olejovou hydrauliku většinou uvádějí pro daný průměr trubky, danou tloušťku stěny a daný materiál trubky i nejvyšší dovolený pracovní tlak, takže není nutné provádět výpočet. Dnes výrobci dodávají trubky s nejrůznější povrchovou úpravou, včetně leštěného povrchu, eloxování apod. Výchozím polotovarem pro potrubní rozvody jsou nejčastěji trubky ocelové bezešvé přesné dle ČSN 426711.11, které se vyrábějí ve třech stupních rozměrové přesnosti: s běžnými mezními úchylkami, s malými mezními úchylkami a s velmi malými mezními úchylkami. Materiály potrubí: oceli 11353.1 (Re 216 MPa), 11368.1, 11369.1 (Re min. 226 MPa, pro teploty do -40°C), 11419.1 (R e 255 MPa, pro teploty do -40°C), 11453.1 (R e min. 255 MPa), 11523.1
41
(Re min. 333 MPa), 11550.1 (Re min. 294 MPa, obtížně svařitelné), 12011.1 (Re min. 185 MPa, zvýšená odolnost proti stárnutí), vše svařitelné, normalizačně žíhané, bez okují; dále měď, hliník (pro tlaky do 20 MPa a světlost do 20 mm). Některé z těchto materiálů viz tabulka 1.7.
2.2
Části potrubí k přivařování (ohyby, kolena, redukce, tvarovky, záslepky)
Tak jako na trhu existuje bohatý sortiment trubek, podobně nalezneme dostatečně bohatý sortiment částí potrubí k přivařování do potrubí: ohyby, kolena, redukce, tvarovky, záslepky apod.
Ohyby a kolena Ohyby a kolena lze buď objednat jako hotové výlisky (obr. 2.1), nebo je lze vytvořit ohýbáním rovné trubky za tepla nebo za studena na ohýbačkách. Dnes existují již velmi sofistikované stroje, které dovedou podle programu vytvořit i velmi složité prostorové ohyby. Rozdíl mezi ohybem, obloukem a kolenem není nijak definován. Ohyb je jakýkoli oblouk vyrobený ohýbáním. Za koleno se považuje obvykle ohyb s poměrem R/d ≤ 3 až 4 (obr. 2.1b). Koleno může být vyrobeno i jinak než ohýbáním, například odléváním. Ohýbání za tepla je spojeno s problémy: tloušťka stěny na vnějším poloměru je zeslabena, naopak na vnitřním poloměru může dojít ke zvrásnění aj.
a
b
c
obr. 2.1 Ohyby potrubí, kolena
Tvarovky, redukce, záslepky
obr. 2.2 Tvarovka
obr. 2.3 Redukce
42
obr. 2.4 Záslepka
Příklady tvarovek, redukcí a záslepek jsou uvedeny na obr. 2.2, obr. 2.3 a obr. 2.4. V lit. [8], kap. 2, je uveden příklad výpočtu ohnuté trubky zatížené vnitřním přetlakem 23 MPa, s teplotou stěny 350°C, podle EN 12952-3, dále p říklad výpočtu závěsné trubky zatížené osovou silou, při teplotě stěny 535°C, výpo čet plochého dna zatíženého vnitřním přetlakem 21,3 MPa při teplotě stěny 530°C, výpo čet klenutého dna s válcovým okrajem zatíženého vnitřním přetlakem 15 MPa při teplotě stěny 348°C, výpo čet nátrubku zatíženého vnitřním přetlakem 25,6 MPa při teplotě 370°C aj.
2.3
Potrubní spoje rozebíratelné
Přírubové spoje V energetice jsou přírubové spoje nejpoužívanější pro svoji jednoduchost, spolehlivost, přiměřenou cenu, téměř neomezený rozsah průměrů spojovaného potrubí při splnění vysokých nároků na provozní tlak a teplotu dopravovaného media. Jako u každého potrubního spoje hlavním požadavkem těsnost spoje. Tyto požadavky splňují nejlépe přivařovaní příruby. Vyrábějí se zejména v provedení ploché přivařovací příruby a krkové přivařovací příruby. Ploché přivařovací příruby, obr. 2.5 a, se po nasazení na trubku přivařují dvěma koutovými svary, krkové příruby obr. 2.5 b, se přivařují k čelu trubky V – svarem nebo X – svarem.
a
b obr. 2.5 Příruby a – plochá, b – krková
Sériově se běžně vyrábějí příruby do tlaku 10 MPa, světlosti DN 1000 (mm), teploty do 650°C. Výběr materiálů: 11375.1, 11416.1, 15128, 17248.4, 17348.4 podle ČSN, RSt37.2, C22.8, X6CrNiTi810, X6CrNiMoTi17122 podle DIN, A105 / C21, A350 Grade LF2, A182 Grade F5 / F11 podle ASTM aj. Rozměry podle ČSN 13 1160, 13 1222, 13 1223, 13 1224, 13 1229 … 13 1237, DIN 2627 … 2638, B16.5, B.S. 3293, B16-47 podle ASME, 1092-1 podle EN, 12815-80, 12821-80 podle GOST aj. Normované jsou i materiály šroubů a matic. Těsnění přírubového spoje Pokud se těsní tlaky do cca 16 MPa a teploty 130 až 180°C, vkl ádá se mezi těsnicí plochy (průměr d4 na obr. 2.5) plochý těsnicí kroužek lisovaný a vyztužený skelnými, aramidovými nebo uhlíkovými vlákny. Dříve používaná asbestová těsnění snesla teploty do 300°C a t ěsnila tlaky do 20 MPa. Pro vyšší tlaky, vyšší teploty a vyšší nároky na spolehlivost spoje jsou těsnicí plochy opatřeny
43
tzv. zámkem, který příruby vystředí, zachytí radiální síly a vymezí prostor, tzv. komoru, pro těsnicí kroužek. Normy DIN uvádějí tři způsoby uložení těsnění mezi příruby, obr. 2.6.
a
b
c
obr. 2.6 Možnosti uložení plochých těsnění mezi příruby podle DIN a – příruba s hladkými plochami, b – příruba s jednoduchým zámkem, c – příruba s komorou Pro přírubové spoje se používají těsnicí kroužky (lišty) různých tvarů a provedení, obr. 2.7. Kroužky ad a) jsou lisované z různých materiálů, nezesílené, použití pro těsnění pitné vody (NR pryže), v chemickém a potravinářském průmyslu (EPDM pryže, PTFE, PTFE plněný skelnými vlákny), v petrochemii (NBR pryže). Kroužky ad b) jsou lepené ze dvou materiálů. Kroužky ad c) jsou opatřeny oboustranně folií, např. hliníkovou. Kroužky ad d) jsou z lisovaného čistého grafitu, vyztuženy nerezovými drátky či sponami. Kroužky ad e) jsou rovněž z lisovaného grafitu, vyztuženy kovovými vlákny z nerez materiálu. Kroužky ad g), h) nebo i) jsou vhodné jako komorové těsnění vysokých tlaků nebo těsnění vzduchu. Kroužky ad k) jsou opatřeny obalem z PTFE a jsou vhodné pro těsnění nižších tlaků v chemickém průmyslu, rozvodů pitné vody apod. obr. 2.7 Tvary přírubových těsnění podle [17]
Podrobně o těsnění a materiálech pojednává např. lit. [17].
těsnících
Pro použití v energetice jsou zvláště vhodné kroužky ad d) a e), kde základním materiálem je lisovaný grafit, vyztužený kovovými vlákny nebo tenkým vlnitým plechem z nerezové oceli. Kroužky z lisovaného grafitu se při montáži stlačují až o 15%, z toho elastické zpětné pružení -2 -2 činí 10%. Při stlačení snesou měrný tlak 150 … 300 N.mm při 200°C, resp. 130 … 250 N.mm při 300°C. T ěsní tak tlaky 16 … 40 MPa. Maximální pracovní teplota grafitových těsnicích kroužků se udává hodnotou 550°C pro oxida ční atmosféru, jinak až 2000°C. Grafitové těsnění vyrobené v průmyslové kvalitě obsahuje 98% grafitu, pro použití v jaderných elektrárnách obsahuje 99,8% grafitu.
44
obr. 2.8 Těsnění přírubového spoje primárního okruhu JE Temelín podle [4].
Těsnění přírubového spoje potrubí primárního okruhu Jaderné elektrárny Temelín je provedeno ocelovým vrtaným kroužkem 2 rozpínaným tlakovou vodou, přiváděnou přívodem 3. Tento tlak je o něco vyšší než tlak uvnitř potrubí. Dojde-li k netěsnosti spoje, projeví se to poklesem tlaku v přívodu 3, nedojde však k úniku kontaminované vody z okruhu. Přírubové spoje pro těsnění neagresivních kapalin při teplotách do 120°C a tlak ů do 45 MPa se těsní pryžovými O – kroužky různé tvrdosti a z různých materiálů. Příklad přírubového spoje těsněného O – kroužkem je uveden na obr. 2.9.
obr. 2.9 Přírubová spojka s montovaným nátrubkem
45
Strojírenská šroubení Z množství potrubních spojů patřících do skupiny strojírenských šroubení uvádíme dva následující typy. Šroubení se zářezným kroužkem (tzv. ERMETO šroubení) je uvedeno na obr. 2.10. Šroubení o sestává z hrdla s vnitřním kuželem 24 (dle ISO 8434-1), zářezného prstenu a převlečné matice. ERMETO šroubení se používá pro potrubí do světlosti až 40 mm a tlaky do 40 MPa.
3 6
1
a
4 2
5
b
obr. 2.10 Šroubení se zářezným kroužkem (ERMETO) a – před dotažením matice 3, b – po dotažení matice 1 − hrdlo, 2 – kuželový otvor, 3 – převlečná matice, 4 – zářezný kroužek, 5 – místo s největší těsnící schopností, 6 – trubka seříznutá kolmo k ose, zasunutá na doraz
Potrubní spoj v provedení vnější kužel proti vnitřní kuželové ploše hrdla, obr. 2.11
46
obr. 2.11 Šroubení v provedení kužel proti kuželi, přivařovaný nátrubek 1 – hrdlo, 2 – převlečná matice, 3 – nátrubek, 4 – těsnicí O-kroužek, 5 – těsnicí O-kroužek pod hrdlem
Podrobněji k problematice potrubních spojů ve vysokotlaké hydraulice viz např. v [19]. Používané materiály O – kroužků a jejich charakteristika NBR - akrylnitrilbutadienová pryž - je nejčastěji užívaným materiálem. Odolává minerálním o o olejům v rozsahu teplot -40 až 100 C, vodě do 60 C, kapalinám HFA (nízkoprocentní emulze vody s olejem), HFB (vysokoprocentní emulze vody s olejem), i HFC (vodní roztoky polyglykolů). FPM - fluorpolymery, fluorovaná pryž - je elastomer odolný vodě, olejům, ropným produktům, o syntetickým olejům a dalším organickým kapalinám. Teplotní rozsah -20 až 200 C. AU - polyesteruretan, EU - polyeteruretan, obecně polyuretan, je elastomer odolný prakticky všem pracovním kapalinám hydraulických obvodů mimo HFD (bezvodé syntetické kapaliny). Velice o odolný proti opotřebení, snáší teploty od -30 do 100 C. Nesnáší horkou vodu a páru, proto i o přítomnost malého množství vody v oleji je nežádoucí pro teploty nad 50 C. CR – chloroprenová pryž odolává vodě, neodolává olejům a podobným produktům. Snáší teploty od -40°C do 100°C. VMQ – vinyl-metyl-silikonová pryž odolává vodě od -60°C do 200°C.
2.4
Kompenzátory
Kompenzátory slouží ke kompenzaci teplotních dilatací potrubí. Teplotní dilatace ∆L potrubí délky L vlivem rozdílu teplot ∆t
∆L = L.α T .∆t
(m),
( 2.11) -1
kde αT je součinitel délkové roztažnosti s teplotou (K ), ∆t – rozdíl nejvyšší a nejnižší pracovní teploty (°C). Součinitel αT pro materiály potrubí nalezneme v materiálových listech, pro vybrané materiály v tabulkách (tabulka 1.6, tabulka 1.12, tabulka 1.13, tabulka 1.14).
47
Příklad: -6
-1
L = 10 m, ∆t = 500°C, αT = 13,1.10 K (materiál potrubí ocel 15313 podle ČSN).
∆L = L.α T .∆t = 10.13,1.10 −6 .500 = 0,0655 m = 65,5 mm .
Typy kompenzátorů V energetice se pro potrubní systémy vysokých tlaků a vysokých teplot užívá kompenzátorů tvořených přirozenými ohyby potrubí, nebo ohyby záměrně vytvořenými na potrubí ohýbáním nebo přivařováním. Běžně používané tvary takovýchto kompenzátorů jsou uvedeny na obr. 2.12.
b
a
d
c
obr. 2.12 Tvary přivařovaných kompenzátorů a – kompenzátor tvaru S, b – tvar U, c – tvar Z, d – tvar P
Pro návrh a výpočet uvedených kompenzátorů byly odvozeny matematické vztahy a postupy, které byly později převedeny do podoby počítačových programů.
Výrobci nabízejí řadu dalších konstrukčních typů. Jednoduchý vlnovcový kompenzátor je uveden obr. 2.13 .
48
obr. 2.13 Jednoduchý pružný kompenzátor vlnovcového typu
a
c
b
d
obr. 2.14 Možnosti vlnovcového kompenzátoru a – základní poloha kompenzátoru, b – eliminace nesouososti potrubí, c – eliminace úhlové odchylky, d – eliminace nesouososti i úhlové odchylky
Možnosti kompenzace nesouososti a úhlové odchylky spojovaného potrubí kompenzátorem vlnovcového typu jsou představeny na obr. 2.14. Výrobci nabízejí vlnovcové kompenzátory dle obr. 2.15 do světlosti DN 12000, tlaku PN 200 a teploty do 550°C. Ze speciálních materiál ů (slitiny Incoloy 800, Inconel 625, Inconel 600H, Incoloy 800H) pak do teploty 600°C … 900°C.
49
obr. 2.15 Kompenzátor Kompaflex pro nejvyšší parametry
Příklady připojení axiálního kompenzátoru Kompaflex jsou uvedeny na obr. 2.16 a obr. 2.17.
obr. 2.16 Správné uchycení dvou axiálních kompenzátorů s přírubami
2.5
obr. 2.17 Způsob připojení kompenzátoru bez přírub přivařením k potrubí
Armatury
V následujícím přehledu jsou popsány základní armatury a jejich parametry spíše z pohledu projektanta potrubního systému, nikoli konstruktéra nebo výrobce samotné armatury.
Rozdělení armatur Armatury lze rozdělit například takto: -
armatury k hrazení toku tekutiny (kapaliny, plynu, páry): uzavírací ventily, šoupátka, kohouty, klapky, zpětné ventily,
-
armatury k řízení průtoku tekutiny: regulační armatury (ventily, šoupátka, klapky),
-
armatury k řízení tlaku tekutiny: pojistné ventily, redukční ventily,
-
ostatní příslušenství: odváděče kondenzátu, filtry aj.
50
Armatury uzavírací Uzavírací armatury mají pouze dvě funkční polohy: otevřeno a zavřeno. Hlavním požadavkem na uzavírací armaturu je těsnost v uzavřené poloze. Absolutní těsnost není prakticky dosažitelná, přípustná netěsnost je dána normami. Norma ČSN 13 3060 předepisuje požadavky pro zkoušky průmyslových armatur. Pokud však naši výrobci exportují armatury do zahraničí, musí se řídit zahraničními normami. Podle nejpřísnějších norem se požaduje netěsnost (průsak) žádná kapka za minutu pro světlost DN 40, případně 1 kapka za minutu pro světlost DN 1000 … DN 1200 a jmenovitý tlak. Důležitým požadavkem na armaturu je „jistota“ uzavření. To znamená, že někdy musíme mít z bezpečnostních důvodů naprostou jistotu, že armatura je dokonale uzavřena. To se zajišťuje nejčastěji armaturou s ručním ovládáním a fyzickou aktivitou pověřeného pracovníka. Pokud použijeme pohonu s dálkovým ovládáním, vyžadujeme zpětnou informaci o uzavření, například signálem od koncového spínače, snímače polohy, v závažných případech se vyžaduje vizuální kontrola pověřeným pracovníkem. Důležitým parametrem armatury, který se zjišťuje měřením podle norem, je průtoková (ztrátová) charakteristika, tj. závislost tlakové ztráty na průtoku: ∆p = ∆p(Q), případně ztrátový součinitel ξ, definovaný vztahem
ζ =
∆p v2 2 -1
kde ∆p je tlaková ztráta na armatuře (Pa), v rychlost proudění na vstupu do ventilu (m.s ). V případě uzavíracích armatur se tyto parametry měří v plně otevřeném stavu. Materiál armatur a jejich součástí se volí s ohledem na dopravovanou látku, na její chemické působení nejen na kovové součásti, ale zejména na těsnění, s ohledem na tlak, teplotu a další parametry. Každá armatura se zkouší podle norem, takže uživatel se může spolehnout na údaje v technických podkladech výrobce a technických podmínkách pro použití armatury.
Uzavírací ventily se konstruují pro široký rozsah světlostí a pro nízké i nejvyšší tlaky. Obvykle však platí, že nejvyšší tlaky platí jen pro omezené světlosti. Existuje množství konstrukcí uzavíracích ventilů (obr. 2.18), ale téměř všechny se vyznačují nezanedbatelnou tlakovou ztrátou při proudění tekutiny, a to i v plně otevřeném stavu. Důvodem je členitá konstrukce s řadou místních odporů (změna směru průtoku, rozšíření nebo zúžení průřezu). Naopak z hlediska těsnosti patří tyto ventily k nejlepším. Následující přehled ventilů si neklade ambice na úplnost, spíše ukazuje obvyklé konstrukce a jejich hlavní parametry.
51
a
b
obr. 2.18 Vysokotlaké uzavírací ventily (výrobce LDM)
Ventily na obr. 2.18 se vyrábějí do světlosti DN 400 (mm) a tlaku PN 40 (4 MPa). Jsou ovládány ručním kolem. Ventily podle a) jsou vybaveny vlnovcovou ucpávkou zajišťující hermetickou těsnost vůči okolnímu prostředí a bezpečnostní ucpávkou z expandovaného grafitu. Jsou určené pro použití v horkovodních a parovodních potrubích v elektrárnách, teplárnách, parovodech apod., pro rozsah teplot od -20°C do 400°C. Kuželka je talí řová, tlakově odlehčena. Ventil obr. 2.19 je vlnovcový uzavírací ventil pro hrubou regulaci s lineární charakteristikou, určený pro radioaktivní vodu, vodní páru, plyny a jiné tekutiny zejména primárních, sekundárních a pomocných okruhů jaderných elektráren, chemických provozů apod. Parametry: DN 10 až 150, PN 4 až 20 MPa, pro teploty 300 až 350°C, v řeteno utěsněno vlnovcem, s havarijní ucpávkou. Ovládání ručním kolem a elektrickým servomotorem s převodem.
52
obr. 2.19 Ventil vlnovcový (MOSTRO)
obr. 2.20 Ventil vysokotlaký (Interfluid)
obr. 2.21 Ventil uzavírací regulační (MPower)
obr. 2.22 Ventil uzavírací (POLNA)
Ventil na obr. 2.20 je vysokotlaký uzavírací ventil do tlaku PN 500 (bar), DN 10 až 50 (mm) a teplotu 400°C, p řípadně pro teplotu 500°C a tlak 42,6 MPa, nebo teplotu 57 0°C a tlak 16 MPa. Ventil je určen pro vodu, vodní páru, plyny, oleje a jiná neagresivní media v průmyslu, energetice aj. Kuželka
53
je standardně uzavírací (levá část řezu), na přání regulační (pravá polovina řezu). Základní materiál: uhlíková ocel do 400°C, legovaná ocel 10CrMo910 do 570°C. Ventil na obr. 2.21 je uzavírací ventil pro polohy otevřeno - uzavřeno nebo regulační ventil s lineární charakteristikou pro hrubou regulaci průtoku vody, vodní páry, plynů a jiných provozních kapalin v energetice, chemických a jaderných zařízeních. Jmenovitý tlak PN 63 až PN 400, pracovní teplota 450°C až 600°C, DN 10 až 65. Provedení s ru čním kolem a elektrickým servomotorem. Základní materiál: uhlíková ocel až legovaná ocel 11CrMo9-10, X10CrMoVNb9-1, 15128, X6CrNiTi1810 aj., těsnění vřetena: expandovaný grafit. Ventil na obr. 2.22 je uzavírací regulační ventil pro tlaky PN 10 až PN 50, světlosti DN 15 až DN 250, určený k ovládání kapalin a plynů v potrubních systémech v energetice, chemii, petrochemii, hutnictví i potravinářství. Používá se v automatických systémech dálkového ovládání průtoku kapalin a plynů. K dispozici je několik druhů kuželek neodlehčených (obr. 2.23) i odlehčených.
A
B obr. 2.23 Tvary neodlehčených kuželek A – tvrdé sedlo, B – měkké sedlo z PTFE
Pracovní teplota je dána materiálem ucpávky a typem ucpávky. Standardní provedení: -46°C až 300°C, vlnovcové provedení a ucpávka z PTFE, PTF E+grafit -100°C až +200°C, expandovaný grafit +200°C až +400°C.
Šoupátka se konstruují pro nejvyšší světlosti a pro tyto světlosti mají nižší tlakové ztráty než uzavírací ventily. Rozlišujeme šoupátka s nestoupajícím vřetenem, které má uvnitř klínu uloženou neotáčivou matici, a šoupátka se stoupajícím vřetenem, které má matici uloženou ve třmenu. Šoupátka s pevným klínem jsou jednodušší, nedosahují však takové těsnosti jako šoupátka s pružným klínem.
54
obr. 2.24 Šoupátko třmenové (Interfluid)
obr. 2.25 Šoupátko deskové (Interfluid)
obr. 2.26 Šoupátko (MOSTRO) pro jadernou energetiku
obr. 2.27 Šoupátko (MOSTRO)
55
Šoupátko na obr. 2.24 je třmenové šoupátko se zahlcenou ucpávkou a pevným klínem. Uvedené šoupátko (výrobce INTERFLUID) se vyrábí pro tlak PN 16 (bar) a světlosti DN 40 až 250 (mm), teplota omezena druhem a koncentrací protékající látky. Použití: chemicky agresivní těkavé látky, kyseliny a louhy. Šoupátko na obr. 2.25 je deskové vysokotlaké šoupátko pro tlak až PN 210 (bar), světlost 2 1/16“ a 3 1/8“, teplotu -49°C až +100°C. Ur čeno pro ropu, ropné produkty, zemní plyn a podobné kapaliny. Základní materiál: legovaná ocel. Šoupátko má tvar kruhové desky, těsnění pryžovými manžetami odolnými ropě, olejům apod. Šoupátko na obr. 2.26 s pružným klínem se vyrábí pro světlosti DN 65 až DN 350, tlaky Pp 4 až 20 MPa. Těsnicí kroužky a ucpávky z expandovaného grafitu. Šoupátko je určeno především pro radioaktivní vodu, vodní páru, plyny a další tekutiny primárních, sekundárních a pomocných okruhů jaderných elektráren a chemických provozů. Ovládání ručním kolem a elektrickým servomotorem s převodem, obr. 2.27. Pracovní teplota 250°C až 300°C (materiál 11416), nebo 250°C až 350°C (materiál 08Cr18Ni10Ti). Další typy šoupátek mají světlost do 500 mm a tlak 12 MPa, nebo 800 mm a tlak 11 MPa. Šoupátka největší světlosti dosahují hodnot až DN 1200 (mm). Šoupátka se vyrábějí i v provedení jako tzv. rychločinná – pro rychlé uzavření. Kohouty jsou jednou z nejstarších armatur. Zajišťovaly nejrychlejší uzavření – otočením vřetena o 90°. D říve se vyráběly vesměs s komolým kuželem coby uzavíracím prvkem (s otvorem pro průtok), dnes převažuje konstrukce s koulí vrtanou průtočným otvorem, tzv. kulový kohout, obr. 2.28. Ten se vyznačuje minimální tlakovou ztrátou, proto je vhodný zejména pro sací vedení. Díky moderním těsněním se používají i pro nejvyšší tlaky. Kohouty s kuželem nebo koulí se vyrábějí též jako třícestné (obr. 2.29) nebo čtyřcestné.
obr. 2.29 Kulový kohout třícestný (FLUTEC)
obr. 2.28 Kulový kohout (FLUTEC) A – těleso, B – hrdlo, C – ovládací vřeteno se čtyřhranem, D – koule, E – doraz, F – podložka omezující úhel otočení vřetena, G – pojistný kroužek
Kulový kohout na obr. 2.28 se vyrábí pro světlosti DN 1/8“ až DN 2“ (DN 6 až DN 42), tlak PN 315 bar až PN 500 bar (jen do světlosti DN ½“) a teplotu -10°C až +80°C. T ěsnění z materiálů: Perbunan (NBR pryž), Viton (FKM pryž), Polyacetal (POM) aj.
56
Třícestný kohout na obr. 2.29 má parametry: světlost do DN 40, tlak do PN 40, teplota -20°C až +150°C pro t ěsnění koule z PTFE. Parametry vybraných těsnění a oblast použití: POM (Polyacetal)
-20 … +100°C
500 bar
oleje
NBR (Perbunan)
-5 … +70°C
100 bar
oleje
PTFE (teflon)
-196 … +250°C
100 bar
agresivní ka paliny
Victrex-Peek
-150 … +200°C
500 bar
vybrané chemi kálie
FKM (Viton)
-10 … +200°C
500 bar
agresivní kapal iny
Uzavírací klapky se vyznačují malými zástavnými rozměry (klapka se nevysunuje jako šoupátko, nýbrž otáčí se okolo čepů, jejichž osa prochází středem talíře klapky) a malými hydraulickými odpory. V provedení pro vodu, páru a vzduch se vyrábějí do světlosti cca DN 1500 (mm), tlaku p = 16 MPa a teploty cca 130°C.
obr. 2.30 Mezipřírubová klapka (POLNA)
obr. 2.31 Zpětná klapka K05 (MPower)
Mezipřírubová uzavírací klapka na obr. 2.30 se vyrábí pro světlosti DN 40 až DN 1000 (mm), tlaky do PN 16 (bar), pracovní teplotu -35°C až +15 0°C pro vodu, vodní páru, mo řskou vodu, zásady a zředěné kyseliny (s těsněním EFDM-HT), nebo pro teplotu -19°C až +90°C pro u hlovodíky, oleje, tuky, zemní plyn, vzduch (s těsněním NBR pryž), nebo pro teplotu -35°C až +150°C pro potraviny (se silikonovým těsněním VMQ) a další možnosti. Ovládání ruční pákou, ručním kolem s převodem,
57
elektricky nebo pneumaticky. Lze použít jako uzavírací armaturu s vysokou těsností, nebo regulační klapku v rozsahu úhlu 25° až 75°. Zpětná klapka na obr. 2.31 se vyrábí pro světlost DN 65 až 400 (mm), tlak PN 63 až 400 (bar), teplotu +400°C (materiál 13CrMo4-5), nebo do tlaku 400 bar a teplotu +450°C (materiál 15NiCuMoNb5-6-4), nebo do tlaku 79 bar pro teplotu 600°C (materiál 10CrMo9-10) a řadu dalších možností.
obr. 2.32 Klapka regulační (MOSTRO)
Klapka regulační na obr. 2.32 se vyrábí do světlosti DN 800 (mm), tlaku Pp 11 MPa a teploty 300°C, a je ur čena pro regulaci průtoku vody v energoblocích jaderných elektráren s reaktory typu RBMK. Ovládání dálkové elektrické, se signalizací polohy uzavření. Těsnění víka je z expandovaného grafitu.
58
obr. 2.33 Klapka regulační (Turbíny Blansko)
Klapkové uzávěry na obr. 2.33 se vyrábějí pro světlosti DN 4000 až DN 2000 (mm) a PN 2,5 až PN 6 (bar) pro vodárenství, tepelné a jaderné elektrárny, a pro světlosti DN 1500 až DN 5000 a tlaky PN 2,5 až PN 30 pro vodní energetiku. Ovládání klapky bývá nejčastěji hydraulické. Další klapkové uzávěry jsou uvedeny na obr. 2.34. Vyrábějí se do světlosti DN 6300 mm pro potrubí přívodu vody k turbíně.
obr. 2.34 Klapkové uzávěry s hydraulickým ovládáním
Kulové uzávěry na obr. 2.35 se vyrábějí pro světlosti DN 300 až DN 3000 (mm), tlaky PN 16 až PN 100 (bar) pro použití ve vodní energetice i elektrárnách. Ovládání hydraulické.
59
obr. 2.35 Kulový uzávěr ovládaný hydraulicky (Turbíny Blansko)
Zpětné ventily umožňují volný průtok v jednom směru, ve druhém směru průtok přehrazují, a to automaticky. Mají stejnou funkci jako zpětné klapky, ty však je většinou možné zvnějška alespoň do jisté míry ovládat.
b
a
obr. 2.36 Zpětné ventily (Interfluid) a – konstrukce bez pružiny, b – konstrukce s pružinou
Ventil zpětný na obr. 2.36 a se vyrábí do světlosti DN 40 (mm), pro tlaky PN 63 až PN 250 (bar), teplotu do 200°C až 575°C. Pro teplotu vyšší než 200°C se snižuje tlak z 25 MPa až na 12,5 MPa při 575°C. Základní materiál: 11416, 15128. Použití p ro vodu, vodní páru, neagresivní kapaliny. Ventil zpětný s pružinou na obr. 2.36b se vyrábí do světlosti DN 200, tlaku PN 40, teploty 200°C, nebo do 550°C, ale tlaku jen PN 13,7 bar. Po užití: rozvody vody, páry, vzduchu, plynu, v nerezovém provedení též v potravinářství a ve vybraných odvětvích chemického průmyslu. Ventily zpětné MPower se vyrábějí pro DN 50, PN 400 bar a teplotu 400°C, nebo PN 7 ,9 bar a 600°C.
Armatury k řízení průtoku – regulační armatury Regulační armatury slouží k řízení průtoku tekutiny. Některé již byly představeny mezi uzavíracími armaturami, pokud funkce regulační je u nich jen vedlejší funkcí k funkci uzavírací.
60
Jsou to například uzavírací ventily na obr. uzavírací a regulační klapky obr. 2.30, obr. 2.32.
2.19, obr.
2.20, obr.
2.21, obr.
2.23 nebo
obr. 2.37 Regulační ventil s elektrickým pohonem a ručním kolem (LDM)
Na obr. 4.5.20 je znázorněn regulační ventil s elektrickým pohonem a ručním kolem, s lineární i nelineární charakteristikou, určený pro regulaci vody nebo vodní páry, světlosti DN 25 až DN 50, tlaku PN 160 až PN 400, teploty -20°C až +550°C. Pohon el ektrický s ručním kolem nebo pneumatický. Řízení průtoku nebo tlaku se děje škrcením tekutiny na otvorech děrované kuželky, obr. 2.44.
obr. 2.38 Regulační děrovaná kuželka
obr. 2.39 Regulační ventil RV 501 (LDM)
61
Regulační ventil na obr. 2.39je určen pro regulaci průtoku a tlaku čistých kapalin, nejčastěji vody v elektrárnách, včetně jaderných, teplárnách, průmyslových provozech apod. Parametry: DN 15 až DN 150, PN 16 až PN 160, teplota kapaliny -20°C až +550°C, charakteristika lineární nebo rovnoprocentní, tlakově odlehčená kuželka s otvory podle obr. 2.38, ucpávka grafitová. Pohony elektrické nebo pneumatické. Pro jaderné elektrárny je určen typ RV 501 NA1, DN 50, PN 86 bar, pracovní teplota do 300°C. Pohon: otá čkový elektrický servopohon s nízkým momentem setrvačnosti a vysokým krouticím momentem. Pohon je vybaven také ručním kolem pro nouzové manuální přestavení.
obr. 2.40 Regulační ventil Z3 (POLNA) Regulační ventil na obr. 2.40 se vyrábí pro světlosti DN 15 až DN 150, tlaky PN 10 až PN 40, teplota do 450°C, kuželka pístová s bo čními zářezy, s lineární charakteristikou, regulační rozsah 50:1. Těsnění: expandovaný grafit, PTFE + grafit aj. Pohon: pneumatický servopohon.
Armatury pro řízení tlaku Pojistné ventily chrání potrubní systém proti nebezpečnému nebo nepřípustnému zvýšení tlaku. Obvykle jde o poslední ochranu, kdy všechny předchozí (signalizace apod.) selhaly. Proto pojistné ventily podléhají nejpřísnějším předpisům, co se týká konstrukce, vlastností (rychlost reakce apod.), výroby a zkoušek. Přímo řízené ventily jsou jednoduché konstrukce (závažové nebo pružinové), vyrábějí se však jen do určité světlosti, omezené velikostí pružiny nebo závaží. Nepřímo řízené ventily, tzv. impulzní ventily, sestávají z přímo řízeného ventilu malé světlosti a z druhého stupně větší světlosti. Druhý stupeň je ovládaný tlakem tekutiny (kapaliny, plynu, páry) z prvního stupně.
62
a
obr. 2.41 Pojistný ventil přímo řízený, pružinový (Interfluid) a – detail kuželky a sedla
Ventil na obr. 2.41je pojistný ventil nízkozdvižný pro agresivní plyny, páry a agresivní kapaliny 2 -1 do viskozity 100 mm .s , určený pro použití v petrochemickém průmyslu, v některých odvětvích chemického průmyslu a pro další průmyslové aplikace. Vyrábí se pro světlosti DN 25 až DN 100 (mm), tlaky PN 40 (bar), rozsah teplot v závislosti na použitém materiálu a těsnění od -10°C do +300°C, nebo od -196°C do +300°C.
63
obr. 2.42 Pojistný ventil plnozdvižný s přídavným zařízením (LDM)
Ventil na obr. 2.42je plnozdvižný pojistný ventil s přídavným zařízením, určený k jištění tlakových zařízení proti nedovolenému zvýšení tlaku. Jsou určeny pro vodní páru, vzduch, neagresivní plyny a páry. Z toho důvodu je světlost výstupního hrdla větší než vstupního hrdla. Vyrábí se pro světlosti DN 25x40 až DN 350x600 (mm), otevírací přetlak PN 32 až 400 (bar) pro nejmenší světlost, po PN 3 až 10 (mm) pro největší světlost. Nejvyšší pracovní teplota je 600°C. P řídavnou zátěž zajišťuje pneumatický válec s diferenciálním pístem.
Redukční ventily jsou v podstatě regulátory výstupního tlaku. Používají se v provedení pro plyny i kapaliny. Kuželka otvírá nebo přivírá průtočný průřez v závislosti na výstupním tlaku, který ovládá pohyb kuželky prostřednictvím například membránového pneumatického regulátoru. Regulátor výstupního tlaku na obr. 2.43 je určen pro potrubí teplé i studené vody, vodní páry, vzduchu i nehořlavých plynů například v teplárenství nebo jiných průmyslových procesech. Používá se pro světlosti do DN 100, vstupního tlaku PN 40, výstupního tlaku p2 = 1120 kPa, teploty vodní páry 200°C, vody 150°C, plynu 80°C. T ěsnění: EPDM, membrána EPDM + polyesterová tkanina.
64
a
obr. 2.43 Regulátor výstupního tlaku (POLNA) a – příklad zapojení regulátoru do přívodního vedení
Ostatní armatury Mezi nejčastější příslušenství patří filtry a odváděče kondenzátu,
obr. 2.44 Filtr přírubový (LDM)
obr. 2.45 Odváděč kondenzátu (POLNA)
Filtr přírubový na obr. 2.44 se vyrábí ve světlosti DN 14 až DN 400, pro tlaky do PN 40, teploty media -20°C až +400°C, pro vodu, vodní páru , vzduch. Použití v horkovodech, parovodech aj. Odváděč kondenzátu na obr. 2.45 je plovákové konstrukce. Zaplní-li se nádoba 2 kondenzátem přitékajícím ze vstupu 1, zvedne se dutá koule 3 a otevře odvod kapaliny vývodem 4.
Ovládání armatur Přímé ovládání ručním kolem je znázorněno např. na obr. 2.18, obr. 2.24, obr. 2.25, obr. 2.46V aj. Pokud by manipulace s ručním kolem byla fyzicky obtížná, je doplněno převodovkou, obr. 2.46R. U kulových ventilů je obvyklé ovládání ruční pákou vyvozující moment na páce, obr. 2.29. Jiný
65
způsob ovládání ruční pákou je znázorněn na obr. 2.46P. Ručním kolem lze armaturu ovládat i dálkově prostřednictvím řetězu a řetězového kola, obr. 2.46C.
obr. 2.46 Způsoby ovládání armatur V – ovládání ručním kolem, R – ovládání ručním kolem s převodovkou, P – ovládání ruční pákou, N – ovládání pneumatické (stlačeným plynem), M – ovládání elektromotorem a ručním kolem, C – dálkové ovládání řetězovým kolem
Modernějším způsobem dálkového ovládání je ovládání elektrické (elektromotorem), pneumatické nebo hydraulické. Ovládání elektromotorem je použito například u armatur na obr. 2.27 nebo obr. 2.37. Je doplněno ručním kolem, které je zde využíváno zejména jako nouzové ovládání při výpadku elektrického proudu. Elektromotory bývají vysokootáčkové, proto jsou doplněny převodovkou, většinou vícestupňovou s vysokým převodovým poměrem. Na obr. 2.47 je znázorněn elektrický servopohon, vybavený řídicí elektronikou a snímačem polohy, a doplněný ručním kolem, které slouží jako nouzové ovládání. Na obr. 2.43 je uveden pneumatický pohon regulátoru tlaku, realizovaný membránovým pneumatickým motorem. Pro větší ovládací síly se používá pneumatický válec, obr. 2.48. Pro vyvození nejvyšších ovládacích sil nebo momentů se používají hydromotory, nejčastěji hydraulické válce, viz obr. 2.34, obr. 2.35, obr. 2.36. Elektrohydraulický servopohon na obr. obr. 2.49 se používá k přesnému a rychlému ovládání armatur. Přesnost je dána přesností snímače polohy.
66
obr. 2.47 Elektrický servopohon (POLNA)
obr. 2.48 Pneumatický pohon
4 3 5
2
6
1
obr. 2.49 Elektrohydraulický servopohon (POLNA) 1 – hydraulický válec, 2 – píst opatřený teflonovým těsněním a teflonovým vedením, 3 – rychlý elektricky ovládaný elektrohydraulický ventil, 4 – řídicí elektronika ventilu, 5 – převod přímočarého pohybu motoru na rotační pohyb výstupního členu, 6 – příruba k montáži servopohonu na armaturu K problematice armatur viz též lit. [9], [11], [12], [13] aj.
67
3.
Potrubní systémy v jaderných a tepelných elektrárnách
3.1
Potrubní systémy v jaderné elektrárně
Celková délka potrubí v jaderné elektrárně může podle [4] dosahovat až několik tisíc kilometrů. Podle [4] je v JE Brokdorf (Něm) s reaktorem o výkonu 1300 MW celková délka potrubí (včetně trubek ve výměnících tepla) 2700 km. Základní popis funkce, rozdělení a uvedení tlakově-teplotních parametrů hlavních potrubních systémů v jaderné elektrárně bude proveden na příkladu jaderné elektrárny VVER 1000 s tlakovodním reaktorem, jakou je například JE Temelín. Zjednodušené schéma potrubních rozvodů v JE Temelín včetně jejích tlakově-teplotních parametrů je uvedeno na obr. 3.1.
Popis schématu na obr. 3.1 Primární okruh je tvořen jaderným reaktorem JR, parogenerátorem PG, hlavním cirkulačním potrubím 1, hlavními uzavíracími armaturami (šoupátky) HUA, kompenzátorem objemu KO a příslušenstvím, jako jsou pojistné ventily VP, barbotážní nádrž BN aj. Jaderný reaktor je lehkovodního typu, palivem je uran U238 (přesněji oxid uranu UO2) obohacený 5% izotopu U235. Štěpná reakce, která je zdrojem tepelné energie, probíhá výhradně v U235. Tepelný výkon jednoho bloku činí 3000 MW. Chladivem reaktoru, moderátorem štěpné reakce a zároveň teplosměnnou kapalinou je upravená a demineralizovaná tlaková voda. Teplota vody na vstupu do reaktoru je 300°C, na výstupu z reaktoru 330°C. V celém objemu primárního okruhu v četně reaktoru je voda v tekutém stavu, protože je pod tlakem (p=15,7 MPa). Pouze v kompenzátoru objemu je nad hladinou vody směs páry a kapiček vody. Pojistné ventily PV jsou dva, jeden je nastaven na tlak 16,7 MPa, druhý na 18,5 MPa. Pára z výfuků pojistných ventilů je vedena do barbotážní nádrže, kde kondenzuje. Cirkulaci vody v primárním okruhu zajišťuje hlavní cirkulační čerpadlo C1. Sekundární okruh je tvořen parogenerátorem PG, v němž se vytváří pára o teplotě 278°C a tlaku 6,3 MPa, odtud se potrubím 2 pára vede k vysokotlaké parní turbíně VT a po přihřátí v nízkotlakém přihříváku NP ke třem nízkotlakým turbínám NT1 až NT3 (na společné hřídeli s turbogenerátorem TG). Elektrický výkon dodávaný do sítě činí 921 MW. Po výstupu z turbín zkondenzuje mokrá pára v kondenzátorech K na vodu, která je cirkulačním čerpadlem C4 vedena přes nízkotlaký přihřívák NP do termického odlučováku páry TO a napájecí nádrže NN. Plnicím čerpadlem C3 je voda dopravována k vysokotlakému čerpadlu C2, stlačena na tlak 6,3 MPa, poté přihřívána na teplotu 220°C ve vysokotlakém p řihřívači VP a dopravována do parogenerátoru PG. Regulační ventily RV regulují množství páry přiváděné k turbínám, UA je uzavírací armatura (šoupátko). Terciální okruh tvoří cirkulační čerpadlo C5, které chladicí vodu dopravuje ke kondenzátorům K a dále potrubím 6 k chladicím věžím CHV.
68
obr. 3.1 Zjednodušené schéma potrubních rozvodů v JE Temelín
69
Nádoba reaktoru Namáhání nádoby reaktoru i celého primárního okruhu je dynamické, mění se tlak i teplota, mění se rychlost těchto změn. Případné poškození je zpravidla únavového typu, je tedy závislé na počtu změn. Lze říci, že změny jsou malocyklické, počet těchto změn za celou dobu provozu není 4 zpravidla větší než 10 . Dnešní požadavky na životnost jaderných elektráren se však stále zvyšují, a tomu je třeba přizpůsobit dovolené namáhání všech součástí primárního okruhu, nejen nádoby reaktoru. Je možné jít cestou zvyšování mechanických vlastností základního materiálu. Oceli s nízkou mezí kluzu, tj. pod 500 MPa (jakou je např. ocel podle ČSN 13030), jsou nahrazovány ocelemi s mezí kluzu nad 500 MPa, nebo až nad 1000 MPa. Materiálem tlakové nádoby první naší jaderné elektrárny A1 Jaslovské Bohunice byla ocel ČSN 13030 AlTi s mezí kluzu Re = 285 MPa (vlastnosti uvedené oceli viz tabulka 1.7 Mechanické vlastnosti, chemické složení a použití vybraných ocelí). Podrobněji v [1]. Chladivem tlakovodních reaktorů je demineralizovaná voda. Proto je vnitřní povrch nádoby reaktoru i hlavního cirkulačního potrubí navařován vrstvou austenitické nerezavějící oceli 18Cr8Ni, případně slitinami typu INCONEL, které jsou odolné otěru i působení napětí.
Hlavní cirkulační potrubí Hlavní cirkulační potrubí je u VVER 1000 vyrobeno kováním z uhlíkové oceli plátované nerezovým návarem o tloušťce 5 až 7 mm. Vnější průměr potrubí je 990 mm a vnitřní světlost je 850 3 -1 mm, tloušťka stěny 70 mm. Průtok páry činí 21200 m .hod . U VVER 440 je potrubí vyrobeno kováním z austenitické nerezové oceli 08Ch18N12T (max. 0,08% C, 18% Cr, 12% Ni, 0,6-0,8% Ti), vnější průměr potrubí je 560 mm, tloušťka stěny 34 mm. Austenitická nerezavějící ocel se volí z důvodu korozivzdornosti i na další potrubí primárního okruhu, menší světlosti. I tato potrubí se svařují z bezešvých austenitických nerezavějících trubek, třebaže tento materiál je 10x až 15x dražší než uhlíková ocel. Potrubí je vesměs svařované obloukem v ochranné atmosféře argonu, výjimečně je použitý přírubový spoj. Těsnění přírubového spoje se provádí těsnicím kroužkem z nerezové oceli nebo z niklu, speciální konstrukce. Teplotní dilatace potrubí se vyrovnávají kompenzátory, tvořenými nejčastěji přirozenými ohyby potrubí.
Potrubí sekundárního okruhu Ze sekundárního okruhu jsou nejnáročnější požadavky kladeny na parní potrubí mezi parogenerátorem a turbínou. Ve srovnání s elektrárnami na uhlí, kde pára má parametry T = 530 až 580°C, p = 25 MPa, jsou zde požadavky nižší: T = 28 0°C, p = 6,3 MPa, ale pro stejné množství páry se vyžadují větší průměry potrubí. U elektrárny VVER 1000 jsou mezi parogenerátorem a rychlouzavírací armaturou čtyři potrubí světlosti DN 630 s tloušťkou stěny 28 mm, vyrobené z uhlíkové oceli 12021, a dále k vysokotlaké turbíně čtyři potrubí světlosti DN 720 s tloušťkou stěny 21 mm, vyrobené z materiálu WB 3651 Mannesmann. Rychlost syté páry v potrubí před turbínou bývá v = 30 až 40 m/s. Z vysokotlaké turbíny vystupuje potrubí světlosti DN 2200 a tloušťce stěny 12 mm z oceli 12021, s výstelkou z nerezové oceli, do dvou přihříváků. Z každého pak vycházejí tři potrubí průměru
70
1400 mm k nízkotlakým stupňům turbíny. Tato potrubí se z důvodu dilatací musí při náběhu a odstávce ohřívat velmi pomalu, rychlostí cca 2 až 8 °C/min. Pro náročnější přihříváky jaderných elektráren se ve světě volí též feriticko-austenitická korozivzdorná ocel X2CrNiN24-4, nebo speciální slitiny niklu. Parametry těchto ocelí jsou uvedeny v tabulka 3.1.
tabulka 3.1 Parametry ocelí X2CrNiN24-4 a X1NiCrMoCu31-27-4 Sanicro 28 značka oceli
min. Rp 1% výrobek
T°C
MPa
min. Rp 0,2% T°C
MPa
svařitelnost
min. Rm
použití
MPa Čís. oceli
trubky
20
410
20
400
600
Z
Přihříváky v jaderné energetice, ohříváky vody v energetice, výborná odolnost proti korozi a koroz. praskání pod napětím.
1.4362 min. RpT 0,2% podle ISO:
T°C
X2CrNiN244
100
330
150
300
200
280
250
265
MPa
chemické složení max. 0,03 C, max. 2,00 Mn, max. 1,00 Si, 22,0-24,0 Cr, 3,5-5,5 Ni, 0,1-0,6 Mo, 0,1-0,6 Cu, 0,05-0,20 N, max. P, S
značka oceli
min. Rp 1% výrobek
T°C
MPa
min. Rp 0,2% T°C
MPa
min. Rm
svařitelnost
použití
MPa Čís. oceli
trubky
20
min.245
20
min.215
500
Z
1.4563 A
min. RpT 1,0%
podle ISO:
%
T°C
MPa
X1NiCrMo Cu31-27-4
40
300
180
300
150
300
400
350
175
350
145
350
395
450
155
450
125
550
145
550
115
Sanicro 28
min. RpT 0,2% T°C
MPa
RmT T°C
MPa
Tepelné výměníky v jaderné energetice, výborná odolnost proti mezikrystal. korozi. Odolnost mořské vodě, kys. sírové aj.
chemické složení max. 0,02 C, max. 2,00 Mn, max. 0,70 Si, 26,0-28,0 Cr, 30,0-32,0 Ni, 3,0-4,0 Mo, 0,7-1,5 Cu, max. 0,11 N, max. P, S
71
Kondenzátory za turbínami jsou zatrubkovány titanovými trubkami. Teplosměnnou plochu 2 jednoho kondenzátoru (23 200 m ) tvoří 31 900 titanových trubek dlouhých 12 m s vnitřním průměrem 20 mm.
Regulační ventily parních turbín Armaturám se věnuje poměrně podrobně kap. 2.5, včetně regulačních ventilů. Na regulační ventily parních turbín jsou však kladeny mnohem vyšší požadavky než na ostatní regulační ventily. Vyžaduje se zejména: -
velmi přesné řízení na požadovanou hodnotu regulované veličiny (otáčky turbíny, teplota média),
-
velký regulační rozsah,
-
velmi rychlé řízení,
-
vysoká spolehlivost celého systému aj.
Například 8 MW parní turbína vyžaduje přívodní potrubí světlosti 160 mm, jmenovitý tlak parního ventilu je 2,5 MPa, síla potřebná pro ovládání kuželky nebo talíře regulačního parního ventilu činí při otvírání až 140 kN, doba uzavření armatury je 5 s, doba rychlouzavření 0,5 s. Rychlouzavření je požadováno v případě, že vypadne elektrická síť. Turbína se začne nekontrolovaně roztáčet a v případě neuzavření ventilu může dojít k utržení rotoru turbíny z ložisek a jeho dopad mimo budovu elektrárny. V některých případech se doby rychlouzavření parních ventilů pohybují v hodnotách 150 – 200 ms. Turbína jaderné elektrárny Temelín má výkon cca 1000 MW, a parametry regulačních ventilů jsou nesrovnatelně vyšší než u 8 MW turbíny. Regulačních ventilů bývá několik, jsou zapojeny paralelně, průtok páry k turbíně reguluje jeden, ostatní jsou otevřeny na hodnotu odpovídající střednímu průtoku a do regulace se zapojují až v případě, že jeden ventil už regulaci nezvládá. V případě rychlouzavírací funkce se zavírají všechny ventily najednou nejvyšší rychlostí. Často se řeší regulační a rychlouzavírací funkce samostatně, každá samostatným ventilem. Konstrukce obou ventilů – regulačního a rychlouzavíracího – se potom liší. Rychlouzavírací ventil nemá mezipolohy a není ani vybaven snímačem polohy kuželky. Konstrukčně nejnáročnější částí regulačního parního ventilu je kuželka. Základní tvary kuželek regulačních parních ventilů vysokých výkonů jsou uvedeny na obr. 3.2.
obr. 3.2 Vlevo profilovaná kuželka, vpravo odlehčená kuželka s rovným dnem
72
Tvary kuželek se navrhují s využitím počítačových simulací, s pomocí metod numerického modelování proudění páry v prostoru mezi kuželkou a sedlem a následně v prostoru za kuželkou. Ovládání zdvihu kuželky zajišťuje hydraulický servopohon, obr. 3.3.
7 3 ±Q2
4
±Q1 ±Q2 5
±Q1
6 2 1
obr. 3.3 Schéma ovládání zdvihu kuželky hydraulickým servopohonem 1 – kuželka, 2 – vřeteno, 3 – těleso hydraulického válce (hydromotoru), 4 – píst hydromotoru, 5, 6 – tlumení dojezdu pístu do spodní polohy, 7 – snímač polohy (zdvihu) pístu, vřetena a kuželky
Průtok Q1 zajišťuje rychlé a přesné ovládání polohy pístu 4 hydromotoru 3, vřetena 2 a kuželky 1. Průtok Q1 se ovládá rychlými a přesnými elektrohydraulickými ventily, tzv. servoventily, nebo levnějšími proporcionálními regulačními ventily. Pracovní kapalinou bývá kvalitní hydraulický olej. Průtok Q2 zajišťuje rychlé uzavření ventilu v případě nutnosti. Tento průtok bývá řádově desetinásobně vyšší než průtok Q1, proto i přívodní kanály průtoku Q2 mají příslušně větší světlost než přívodní kanály průtoku Q1. Průtok Q2 se nastavuje na clonce vD. Aby při rychlém uzavření ventilu nedošlo k prudkému nárazu kuželky na sedlo, je dosednutí kuželky do sedla zatlumeno tím, že kroužek 5 při dojezdu do spodní polohy zajíždí do zúženého průměru 6, uzavře v něm kapalinu a ta odtéká přes clonku vM, čímž tlumí dosednutí kuželky 1 do sedla. Elektrohydraulické proporcionální regulační ventily jsou přesné a rychlé ventily, které se 3 -1 vyrábějí pro průtoky do 180 dm .min (při tlakovém spádu ∆p = 5 MPa a světlosti do 10 mm) v provedení jednostupňovém (též přímo řízené ventily), pro větší průtoky v provedení dvoustupňovém. Příkladem jednostupňového provedení je ventil 4WREE 6 (Bosch Rexroth) na obr. 3.4. Tyto ventily se vyznačují vysokou dynamikou, vlastní frekvence ventilu světlosti 10 mm činí f0 = 30 Hz pro 25% řídicí signál. Snímač polohy 7 řídicího šoupátka 2 zajišťuje dosažení žádané polohy s chybou max. ±1,5%. Výhodou těchto ventilů je relativně nízká cena, běžné nároky na čistotu pracovní kapaliny a vysoká spolehlivost.
73
obr. 3.4 Proporcionální přímo řízený regulační ventil 4WREE 6 (Bosch Rexroth)
Dvoustupňové (též nepřímo řízené) proporcionální regulační ventily dosahují průtoků několika -1 set dm .min při srovnatelných dynamických vlastnostech s přímo řízenými ventily, avšak větších nárocích na čistotu kapaliny a podstatně vyšší ceně. 3
Nejpřesnějšími a nejrychlejšími regulačními ventily jsou elektrohydraulické servoventily, obr. 3.5. Jsou však zároveň nejdražší, vyžadují mimořádnou čistotu pracovní kapaliny (filtraci kapaliny na maximální velikost nečistot 3 až 5 µm) a při jejím nedodržení jsou náchylné k poruchám.
obr. 3.5 Elektrohydraulický servoventil 4WS2EM 10 (Bosch Rexroth)
3
-1
Servoventil na obr. 3.5 má světlost 10 mm, maximální průtok oleje Q = 90 dm .s , maximální tlak p = 31,5 MPa. Pro tento tlakový stupeň činí doba přestavení šoupátka ventilu t = 7 ms.
74
Příklad hydraulického schématu řídicího bloku s parním regulačním ventilem (Bosch Rexroth) je uvedeno na obr. 3.6.
4 3
1 2 5
obr. 3.6 Hydraulický řídicí blok s parním regulačním ventilem (Bosch Rexroth) 1 – hydraulický servoválec, 2 – kuželka ventilu, 3 – snímač polohy pístu servoválce, 4 – spouštěcí ventil, 5 – elektrohydraulický servoventil
Regulace zdvihu kuželek se provádí elektrohydraulickým lineárním servopohonem (polohovým servomechanismem). Primární regulovanou veličinou jsou otáčky parní turbíny. Snímají se pulzně a vyhodnocují se v elektronickém regulátoru. Regulační odchylka se vede na PI regulátor a poté na elektrohydraulický servoventil 5, který řídí průtok oleje do hydraulického válce (servoválce) 1, a ten ovládá pohyb vřetena sedlového parního ventilu. Poloha vřetena (tj. zdvih kuželky) se snímá snímačem 3 a vede se jako záporná polohová zpětná vazba na elektroniku regulačního ventilu. Spouštěcí ventil 4 zajišťuje rychlouzavírací funkci pro případ, že je třeba parní ventil rychle uzavřít. Doba uzavření se pohybuje okolo 150 až 200 ms. Je ovládán dvěma nezávislými elektromagnety. Pružiny zajišťují uzavření ventilu v případě výpadku elektrického proudu. Zdrojem tlakového oleje je hydraulický agregát v redundantním provedení: jsou zde dva nezávislé tlakové zdroje (čerpadla s elektromotory a dalšími prvky), jeden zdroj je v činnosti, druhý je záložní (jako v letadlech). Pneumohydraulický akumulátor slouží jako záložní zdroj tlakové kapaliny pro případ výpadku proudu a tím výpadku čerpadla po dobu 20 minut.
3.2
Potrubní systémy v tepelné elektrárně
Tepelné elektrárny využívají dnes zejména fosilní paliva: černé uhlí, zemní plyn, hnědé uhlí a lignit. V České republice se předpokládá, že těžba hnědého uhlí a lignitu se stabilizuje až do roku 2040 na hodnotě 45 mil. tun ročně. Současné elektrárny však bude nutné nahradit postupně
75
moderními elektrárenskými provozy s využitím čistých uhelných technologií. Současně se zvýší účinnost elektráren ze současných cca 35 až 38% na 46 až 47%, jak uvádí obr. 3.7.
obr. 3.7 Možnosti zvyšování účinnosti tepelných elektráren [10]
Hlavní podíl na tomto zvýšení účinnosti má mít teplota páry, která by se měla zvýšit ze současných 510 … 560°C na cca 700°C. To p ředpokládá vývoj nových materiálů potrubí.
obr. 3.8 Potenciál pro zvýšení účinnosti parní elektrárny [10] Tato cesta je však podmíněna vývojem nových materiálů, které musí odolávat vysokým teplotám pod napětím, kromě toho je na ně kladena řada dalších požadavků. V současné době jsou standardem podkritické až nadkritické bloky uhelných elektráren s parametry páry p = 12 … 25 MPa, T = 510 až 560°C. Stávající špičkové bloky mají parametry p = 30 MPa, T = 600°C. Nazývají se superkritické, nebo též „Generace 600“. Dosahovaná účinnost až η = 0,47. Rozhodující jsou zde parametry koncových dílů spalinových přehříváků a přihříváků páry.
76
Podle obr. 3.8 se na potrubí do tlaku 25 MPa a teploty páry do 540 - 560°C používají oceli skupiny X20, například X20CrMoV12-1 (DIN), X20CrMoWV12-1 (DIN EN), X22CrMoV12-1 – vše do 580°C, a řada dalších ocelí: 13CrMoV9-10 (DIN), 10CrMo9-10 (DIN), 15313 (ČSN), A213T2 (ASTM), A235P12 (ASTM), X11CrMo9-1 (EN), X12CrTi18-9, 13CrMo4-5 (EN) – vše do 550 – 560°C, 15Mo3 (DIN), 16Mo5 (DIN), 16Mo3 (EN), 15020 (ČSN), A204, A209T1, A335P1 (vše ASTM), 10CrMo5-5 (DIN), X12CrMo5 (DIN), X11CrMo5 (EN)17102 (ČSN), 15NiCuMoNb5 – vše do 500°C. Pro superkritické bloky (p = 27 MPa, 600°C) jsou ov ěřené oceli A213 T91 (ASTM), X10CrMoVNb9-1, X10CrWMoVNb9-2, X11CrMoWVNb9-1-1 nebo A335 P91 (ASTM). tabulka 3.2 Teplotně-pevnostní charakteristiky vybraných ocelí Číslo oceli
Označení oceli
min. Re
Rp0,2/T°C
podle EN
podle DIN
(MPa)
ReT/T°C (MPa)
1.4903
X10CrMoVNb9-1
min. 450
215/600°C
A335 P91
1.4905
1.4910
1.4918
X11CrMoWVNb91-1
min. 450
X3CrNiNbBN1713-3
min. 260
X6CrNiMo17-13-2
min. 205
231/600°C
min. 5 RT/T/1%/10
5
min. RmT/T/10 (MPa)
(MPa) 97/580°C
115/580°C
77/600°C
90/600°C
61/620°C
68/620°C
90/600°C
108/600°C
167/650°C
53/650°C
121/600°C
141/600°C 75/660°C
103/550°C
175/550° C 120/600°C 88/630°C
1.4922
1.4935
1.4988
X20CrMoV11-1
X20CrMoWV12-1
X8CrNiMoVNb1613
min. 490
250/550°C
min. 500
190/500°C
235/500°C
114/540°C
147/540°C
60/580°C
82/580°C
169/510°C
211/510°C
98/550°C
128/550°C
72/570°C
81/570°C
152/550°C
152/580°C
209/580°C
147/600°C
137/600°C
172/600°C
117/620°C
139/620°C
95/640°C
111/640°C
83/650°C
98/650°C
250/550°C
min. 255
Pracuje se na materiálech pro superkritické bloky s parametry páry p = 30 MPa, T = 640°C (oceli legované wolframem – NF12). Pro ultra-superkritické parametry (p = 33 MPa, T = 700°C) se bude muset přejít na superslitiny na bázi niklu.
77
Aktuálně se pracuje na projektech elektráren s tzv. ultra-superkritickými bloky, nebo též „Generace 700“, očekávaná realizace rok 2014, s tlakem do 35,0 - 37,5 MPa, maximálními teplotami páry 700 – 720°C a čistou účinností až η = 0,54. Blíže viz lit. [10]. Na obr. 3.9 je zjednodušené tepelné schéma uhelné elektrárny s nadkritickými až superkritickými parametry páry, s jedním přihříváním.
Popis schématu na obr. 3.9 V parním kotli PK se voda přehřátá na T = 315°C p ři tlaku p = 31 MPa mění v páru, která se ve vysokotlakém přihřívači VP ohřeje na teplotu 582°C a potrubím 1 je p řiváděna na vysokotlaký stupeň turbíny VT. Množství páry k turbíně se reguluje regulačními ventily RV. Na výstupu z turbíny má pára teplotu 400°C p ři tlaku p = 6,4 MPa. Pára se potrubím 2 vede k středotlakému přihřívači SP, kde se ohřeje na T = 600°C, a dále je vedena k st ředotlakému stupni turbíny ST. Po průchodu středotlakou turbínou se sníží teplota páry na 516°C a tlak se sníží na p = 1,15 MPa. V nízkotlakém stupni turbíny NT vydá pára zbývající energii, a jako mokrá pára o teplotě 42°C prochází kondenzátorem K, kde se sráží na kondenzační vodu. Oběhovým čerpadlem C3 se zkondenzovaná voda dopravuje přes nízkotlaký přihřívač NP do termického odlučováku páry TO a napájecí nádrže NN. Současně dojde k mírnému ohřátí vody na T = 215°C, a tato voda se plnicím čerpadlem C1 přivádí k vysokotlakému čerpadlu C2, které zvýší tlak vody na p = 34,4 MPa. Ve vysokotlakém přihřívači VP se zvýší teplota vody na 315°C a tato voda vst upuje do kotle PK. Okruh chladicí vody sestává z oběhového čerpadla C4, kondenzátoru K, potrubí 7 a chladicí věže CHV.
78
obr. 3.9 Zjednodušené potrubní schéma uhelné elektrárny s nadkritickými až superkritickými parametry páry, s jedním přihříváním
79
Literatura [1] Bečvář, J. a kol. Jaderné elektrárny. Praha: SNTL, 1978. 636 s. [2] Bolek, A. – Kochman, J. Části strojů. Sv.2. Praha : SNTL, 1990. 712 s. ISBN 80-0300426-8. [3] Gřunděl, F. a kol. Potrubí z plastických hmot. Praha: SNTL, 1968. 308 s. [4] Hejzlar, R. Stroje a zařízení jaderných elektráren. Praha: ČVUT, 1989. 166 s. ISBN 80-01-03190-X. [5] Hradil, F. Potrubní sítě. Ostrava : VŠB Ostrava, 1993. 148 s. ISBN 80-7078-206-4. [6] Hradil, F. Potrubní systémy. Ostrava : VŠB-TU Ostrava, 1994. 167 s. ISBN 80-7078253-6. [7] Josiek, J.; Valošek, D.; Byrtus, M.; Milčák, P. Metodika konstruování v oboru. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2007. 84 s. Dostupné na: http://www.fs.vsb.cz/euprojekty/414/?ucebni-opory . [8] Josiek, J. Pevnostní výpočty tlakových částí kotle. In Metodika konstruování v oboru. Kapitola 2. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2007, str. 1-22. Učební opora. Dostupné na: http://www.fs.vsb.cz/euprojekty/414/?ucebni-opory . [9] Kolář, V. a Vinopal, S. Hydraulika průmyslových armatur. Praha : SNTL, 1963. 652 s. [10] Kolat, P.; Roubíček, V.; Kozaczka, J. Pokročilé energetické technologie. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2008. 76 s. [11] Mikula, J. a kol. Potrubí a armatury. Praha : SNTL, 1974. 588 s. [12] Neckářová, J.; Doskočil, L. Potrubí a armatury. Praha: ČVUT, 1978. 172 s. [13] Roček, J. Průmyslové armatury. Praha: Informatorium, 2002. 253 s. ISBN 80-7333000-8. [14] Řasa, J.; Švercl, J. Strojnické tabulky 1. Praha: Scientia, 2004. 753 s. ISBN 807183-312-6. [15] Řasa, J.; Švercl, J. Strojnické tabulky 2. Praha: Scientia, 2007. 586 s. ISBN 978-8086960-20-3. [16] Hrubý, V.; Jonšta, P., Silbernagel, A. Navrhování kovových materiálů pro různé výrobky. Ostrava: Kovosil, 2008. 168 s. ISBN 978-80-903694-2-9. [17] Tietze, W. Handbuch Dichtungspraxis. Essen: Vulkan-Verlag, 2003. 689 s. ISBN 38027-3301-0. [18] Pavlok, B. Hydraulické prvky a systémy. Díl 1. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 1999. 158 s. ISBN 80-7078-620-5. [19] Pavlok, B. Hydraulické prvky a systémy. Díl 2. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, 2008. 150 s. ISBN 978-80-248-1827-6. [20] Drastík, F. a kol. Strojnická příručka. Praha. Verlag Dashöfer, 2002-2009.
80
Firemní literatura nebo internetové stránky firem: ARaPO s.r.o., Bosch Rexroth A.G., Buhlmann Rohr GmbH, ČEZ a.s., Danfoss Group, Danfoss s.r.o., FLUTEC, Hydronic Systems Prague s.r.o., INTERFLUID, Jihomoravská armaturka a.s., LDM s.r.o., Kompaflex A.G., Modřanská potrubní a.s. (MOSTRO), Moravia Systems a.s., MPower Engineering a.s., MUT Tubes s.r.o., POLNA corp. s.r.o., POLYNET s.r.o., Praher Armatury s.r.o., Severočeská armaturka a.s., STASTO Automation s.r.o., ŠKODA Power a.s., Turbíny Blansko s.r.o.
Další internetové zdroje: http://cez.cz http://cs.wikipedia.org/wiki/Potrubí http://normy.cz/
81
