Projektování, realizace, provozování a údržba parních soustav

I když by se mohlo zdát, že v průběhu posledních dvou dekád zaznamenala pára v topenářské praxi radikální ústup ze škály využívaných teplonosných látek, pro mnohé provozy jako jsou například nemocnice, prádelny a velkokuchyně je to stále nenahraditelné médium.
Pro bezproblémový provoz parní soustavy je, kromě kvalitně proškoleného personálu údržby, stěžejní především regulace páry, dostatečné chlazení a pravidelné měření kondenzátu. Chlazením kondenzátu zvyšujeme ekonomiku celého provozu – úspora pak dosahuje více než 5 % celkového příkonu tepla. Čím chladnější kondenzát, tím vyšší výparné teplo.
Parní soustava rovněž vyžaduje zvýšenou kontrolu těsnosti, aby nedocházelo k úniku páry (tepla) jako v níže popisovaném případě výrobny sterilní páry v nemocničním objektu. Pokud je parní systém těsný, je také provozu schopný. Pravidelná měření množství kondenzátu a teploty v reálném čase nám přiblíží efektivnost provozu celého zařízení a také včas upozorní na případné havarijní stavy.

Úvod

Inspirací pro sepsání tohoto člán­ku mi byla poslední zkušenost z rozsáhlého areálu jedné fakultní nemocnice (FN) s výrobou sterilní páry. Téma bylo zároveň prezento­váno na loňském tradičním Školení topenářů v Plzni, kde mi několik ko­legů potvrdilo, že se také oni setka­li se stejnou situací v rámci dalších nemocničních provozů.

I. Případ z praxe

Pracovníci útvaru energetiky FN mě oslovili v souvislosti s dlouho­dobým únikem páry, kterou chtěli využít pro nějakou formu rekupe­race – podle jejich představ nejlé­pe k předehřevu teplé vody (TV).

Tento záměr se ukázal jako energe­ticky a technicky nerealizovatelný, jelikož se jednalo o poruchu insta­lovaného zařízení v důsledku na­prosté absence odborného provo­zu a údržby tohoto zařízení včetně armatur!

Při jednání jsem byl zároveň upo­zorněn na fakt, že jsem již pátým osloveným odborníkem, kterého ne­mocnice k problému povolala. Čtyři předchozí energetičtí specialisté si s problémem, který trval více než rok, nedokázali poradit. Intenzita unikající páry je vidět na fotogra­fiích na obr. 1, 2 a 3.

1) Šetření na místě

Jak už to tak v praxi projektanta bývá – čím složitější problém, o to méně vstupních informací k dispo­zici, tedy žádné podklady, natož pak projektová dokumentace. Zde je třeba upozornit, že se z pohledu stavebního zákona jedná o závažný přestupek!

V případě zmíněné FN je sterilní pára vyráběna v samostatné pře­dávací stanici (PS) o tlaku 300 kPa, z demineralizované vody a s důsled­nou kontrolou kvality vody i páry. Celá PS je v nerezovém provedení, zdrojem primární teplonosné látky pro výrobu sterilní páry je vlastní ply­nová parní kotelna o tlaku 600 kPa. Sterilní páru využívá celá nemoc­nice pro sterilizaci veškerých nástrojů, děje se tak v deseti sterilních boxech ve dvou patrech nad sebou.
Rozvody páry pro sterilizační boxy jsou dlouhé cca 400 m a na potrubní trase páry je osazeno 35 ks nerezových odvaděčů kondenzátu (OK), viz obr. 4.

Modré potrubí DN 20 (viz obr. 4) má odvádět kondenzát vzniklý při odfuku páry z pojistného ventilu (PV) na studeném potrubí. Na tomto potrubí je však osazen nízkotlaký odvaděč kondenzátu, k němu připojená bílá hadice je z umělé hmoty.Toto neodborné řešení napovídá, že PV nebyl a není těsný – takzvaně podchází. Pára o tlaku 300 kPa tak více než rok bez dalšího využití zbytečně uniká do potrubí odfuku PV – z pohledu promarněné energie jde o značně vysokou finanční ztrátu.

Údržba tento stav vyřešila sice jednoduchým, ale zato tím nejhorším, z pohledu odborníka na TZB až primitivním způsobem.

2) Zjištěná pochybení

a) Na středotlaké páře o tlaku 300 kPa nelze použít závitové nízkotlaké armatury (nízkotlaký OK).
b) Bílá hadice je v plastovém provedení – v případě odfuku směsi páry a kondenzátu z OK se zdeformuje a zbortí, instalovaný OK tak nemůže plnit svou funkci.
c) Kondenzát je odváděn přímo do vpusti, aniž by se někdo zabýval možnými následky při deformaci bílé plastové hadice.
d) Zaústění plastové hadice hluboko do vpusti znemožňuje pracovníkům údržby/obsluze předávací stanice vizuální kontrolu odtoku kondenzátu a odvodu kondenzátu z odfuku PV!!
e) Provedení celého zapojení, včetně plastové hadice a závitového odvaděče kondenzátu je hrubě neodborným řešením, které uka-zuje na katastrofální absenci elementárních zkušeností s provozováním páry ze strany údržby a servisu.

Povrchová teplota (123 °C) na OK indikuje, že toto zařízení není funkční , viz obr. 5. Pára protéká do kondenzačního potrubí a dále do sběrné nádrže kondenzátu.
Výstupní teplota sterilní páry na teploměru v předávací stanici a odvětracím potrubím vedoucím na střechu objektu (obr. 1, 2) dosahuje 130 °C.

3) Sběrná nádrž kondenzátu

Každá sběrná nádrž kondenzátu musí mít přístupný revizní a kontrolní poklop, ze kterého se odebírají kontrolní vzorky (např. pro zjištění vodivosti kondenzátu atd.), a odvětrávací potrubí (vyvedené nejlépe na střechu objektu), které odvádí tzv. brýdové páry.

V našem případě byla sběrná nádrž kondenzátu dobře zaizolovaná a nepřístupná pro jakoukoliv kontrolu. Protože kondenzát netěsnících OK již dlouhodobě unikal kontrolním poklopem do prostoru předávací stanice, bylo pro údržbu FN nejjednodušším řešením tento poklop těsně uzavřít – tedy zavařit!!

Odvětrání bylo navíc napojeno, patrně již z původního projektu PS, do odfuku pojistného ventilu, který však nyní netěsnil.

Osobně se domnívám, že si tehdy tímto postupem realizaci firma značně usnadnila práci a ušetřila cca 40 m potrubí DN 65 mm.

II. Jak je to dnes s párou obecně?

1) Projektování

V sedmdesátých letech, kdy začínala projektovat dnešní generace sedmdesátníků, bylo centrální zásobování teplem (CZT) postaveno především na páře. Plyn byl ještě v plenkách a blokové plynové kotelny se rodily ve velkých porodních bolestech.

Na trhu práce dnes chybí projektanti se zkušenostmi s touto teplonosnou látkou a má osobní zkušenost je taková, že vše, co souvisí s párou končí, neskromně řečeno, u mé osoby.

Při zkouškách v rámci ČKAIT, kde jsem působil několik let jako zkušební komisař pro obor Technika prostředí staveb (TPS), jsou žadatelé o autorizaci při otázce na téma pára (předávací stanice pára voda, redukce páry, kondenzátní hospodářství) vždy zaskočeni!

Principy a zásady projektování PS pára-voda jsou otázkou, která vyvolává doslova zděšení s univerzální odpovědí zk(r)oušeného: „To jsem ještě nikdy nedělal.“

Dotazem přímo na průmyslovce TZB jsem se dozvěděl, že páře jako teplonosné látce je během dvou let výuky maturitního předmětu Ústřední vytápění věnováno max. 10 vyučovacích hodin! V těchto ně kolika málo hodinách se v rychlosti proberou fyzikální vlastnosti páry, redukce páry, principy předávací stanice pára-voda, případně se upozorní na použití páry jako technologické látky v prádelnách, velkých komerčních kuchyních nebo pro sterilizaci nástrojů jako v našem případě.

Na projekt PS nebo praktické výpočty nezbývá téměř žádný čas. Také tím se u mladých techniků z páry stává jen okrajová záležitost, kterou nahradil především zemní plyn a alternativní zdroje energie. Stejná situace panuje na VUT v Brně a ČVUT v Praze, kde je problematika páry přednesena během jedné přednášky.

A tak je dnes z každého odborníka, který se orientuje v problematice páry vyhledávaný specialista. Taková osoba se ale musí sama patřičně dovzdělat a takto získané vzdělání podepřít zkušenostmi z praxe.

2) Realizace

Realizační firmy dnes nemají odborně proškolené a především zkušené pracovníky s touto látkou – chybí hlavně svářeči s aprobací na páru, se znalostí praktických zásad pro realizaci a montáž parních soustav.

To v praxi vede k opakujícím se chybám:

• Na středotlakou páru se montují závitové armatury, které svou konstrukcí neodpovídají provozní teplotě ani provoznímu tlaku a mohou být při tlakovém rázu v kondenzačním potrubí příčinou nečekané havárie, ohrožení zdraví i života údržby, servisu apod.
• Jsou navrhovány nevhodné armatury a především jsou chybně voleny DN armatur!
• Nedostatečná a nevhodná tepelná izolace na potrubí a armaturách.

3) Provozování

Velmi často se stává, že výrobce a dodavatel primární teplonosné látky v podobě vysokotlaké páry je současně také provozovatelem zařízení (v tomto případě výrobny sterilní páry). Pokud se jedná o závadu, která nemá zásadní vliv na vlastní provoz, neprojevuje zájem o rychlé, odborné a efektivní řešení. Pokud provozovatel nemá k dispozici žádného odborníka, který by na věc upozornil a rozpočet nemocnice to utáhne, nic se neděje a pára vesele uniká dál.

Ještě před obdobím pandemie Covid-19 pořádala jedna odborná firma, zabývající se prodejem kvalitních armatur na parní soustavy, školení pro projektanty a provozovatele (např. chemické a potravinářské závody, nemocnice atd.). Dnes se tento typ vzdělávání, které vždy mělo vysokou odbornou úroveň, realizuje dál, ale k dispozici jsou již staré příručky. Tedy jsou platné z fyzikálního hlediska a způsobu zapojení pro různé využití páry, ale již nemají vazbu na nový sortiment výrobků atd.

III. Závěr

Příčina úniku páry ve fakultní nemocnici byla objasněna – oprava spočívala ve výměně odvaděčů kondenzátu, výměně pojistného ventilu a odstranění „lidové tvorby“ pracovníků servisu a údržby.

Po vyřešení problému jsem byl následně požádán, abych technicky ošetřil regulaci výroby páry v kotelně, protože se podstatně snížila její spotřeba (podle energetika FN cca o 30 %, plynový parní kotel je obtížně provozovatelný). Přebytek páry se tím pádem tzv. „maří“ již v kotelně chladičem na střeše.

Následně bylo vypsáno výběrové řízení na nového dodavatele, ale jak už bylo řečeno v úvodu článku – podle informací energetika nemocnice trvala tato situace více než rok, než se podařilo vybrat nového dodavatele! Pára po celou dobu nekontrolovatelně unikala bez sebemenšího využití, jak se říká pánu Bohu do oken.

Podle mých zkušeností se tento stav dal jako havarijní situace řešit velmi rychle, čímž by došlo k úspoře nemalé finanční částky za marně unikající páru!

Literatura

[1] Výtah z firemních materiálů společnosti SPIRAX SARCO (schémata zapojení a řešení při různém využití páry). Dostupné z http://bit.ly/3JolUIQ>.
[2] Zákon č. 283/2021 Sb. ze dne 13. července 2021, stavební zákon. In Sbírka zákonů České republiky. 29. července 2021, částka 124, s. 3122. Dostupné z https://bit.ly/3ll68Xm>.
[3] ČSN EN 285+A1. Sterilizace – Parní sterilizátory – Velké sterilizátory. 2022–5. ČAS. Praha.

---

Designing, realization, operation and maintenance of steam systems

Although it might seem that in the course of the last two decades, steam has seen a radical retreat from the range of heat-carrying substances used in heating practice, it is still an irreplaceable medium for many operations such as hospitals, laundries and large commercial kitchens.
For trouble-free operation of the steam system, in addition to well-trained maintenance personnel, steam regulation, sufficient cooling and regular measurement of condensate are crucial. By cooling the condensate, we increase the economy of the entire operation – savings reach more than 5% of the total heat input. The colder the condensate, the higher the evaporation heat.
The steam system also requires increased tightness control to prevent steam (heat) leakage, as in the case of the sterile steam production plant in the hospital facility described below. If the steam system is tight, then it is also operable. Regular measurements of the condensate amount and temperature in real time will bring us closer to the efficiency of the entire device operation and will also alert us in time to possible emergency situations.

Keywords: steam system, operation, maintenance, heat carriers, steam regulation, cooling, temperature, condensate measurement, economy, evaporation heat, tightness, steam leakage, accident.