Výběr a úskalí návrhu pojistného ventilu

U teplovodních systémů dělíme pojistné ventily podle použití na (a) pojistné ventily pro teplovodní uzavřené otopné soustavy a (b) pojistné ventily pro systémy přípravy teplé vody.

Parametry pojistných ventilů pro vytápění stanoví norma EN ISO 4126. Pojistné ventily DUCO určené pro tuto oblast jsou k dispozici v závitové verzi od 1/2“ do 2“ s otevíracím přetlakem od 0,5 bar do 10 bar a v přírubové verzi od DN32 do DN65 s otevíracím přetlakem1 bar až 10 bar. Ventily mají černou krytku nebo červený štítek.

Pro přípravu teplé vody jsou pojistné ventily určeny normou ČSN EN 1491. Pojistné ventily DUCO pro přípravu teplé vody jsou k dispozici v závitové verzi od 1/2“ do 2“ s otevíracím přetlakem od 6 bar do 10 bar. Ventily pro teplou vodu mají modrou krytku nebo modrý štítek. Kromě samostatných pojistných ventilů se také používají pojistné kombinace a pojistné sestavy pro zásobníky teplé vody, které jsou navíc vybaveny uzavíráním, zpětnou klapkou a zátkou pro kontrolu správné funkce zpětné klapky.

Veškeré díly přicházející do styku s vodou a díly pod tlakem jsou u závitových ventilů z mosazi, přírubové verze mají tělo litinové. Těsnění v oblasti sedla ventilu je vyrobeno ze silikonové pryže odolné vůči vysokým teplotám, což spolehlivě zabraňuje jeho případnému přilepení na sedlo. Oddělovací membrány jsou vyráběny z mimořádně odolného umělého kaučuku EPDM. Typickou konstrukci pojistného ventilu DUCO znázorňuje obr. 1.

Kvalitu ventilu určují nejen použité materiály a způsob jejich zpracování, ale také konstrukce, ovlivňující zejména zaručený výtokový součinitel α_w. Pojistné ventily DUCO mají vysoké hodnoty součinitele αw a umožňují tak použít menší dimenze i pro vyšší výkony. Například pojistný ventil 2“ x 2 ½" s otevíracím přetlakem 3 bary je schopen krýt výkon až 1,3 MW.

Návrh pojistného ventilu dle ČSN 13 4309–3 Průmyslové armatury. Pojistné ventily.

Bezchybná funkce pojistného ventilu musí být podložena správným návrhem. Kromě výpočtu pojistného výkonu, daného průřezem sedla So, zaručeným výtokovým součinitelem α_w (viz tab. 1) a konstantou K pro sytou vodní páru při určitém otevíracím přetlaku, je třeba brát v úvahu také charakteristiku pojistného ventilu a tolerance navrhovaných přetlaků. Charakteristika pojistného ventilu určuje závislost zdvihu ventilu a přetlaku. Při návrhu soustavy se běžně pracuje s otevíracím přetlakem ventilu, ale nesmíme zapomínat ani na druhý neméně důležitý parametr, kterým je uzavírací přetlak.

Graf 1 znázorňuje jednotlivé přetlaky ve vztahu k charakteristice práce pojistného ventilu, tj. závislost zdvihu ventilu na přetlaku.
p_n – provozní přetlak v jištěném zařízení,
p_t – těsněný přetlak, při kterém je dosaženo těsnosti pojistného ventilu,
p_u – uzavírací přetlak pojistného ventilu,
p_o – otevírací přetlak pojistného ventilu,
p_max – přetlak při plném otevření pojistného ventilu.

Rozmezí přetlaku a zdvihu ventilu je v bodě R. Přetlaky a přípustné tolerance přetlaků pojistných ventilů musí splňovat posloupnost p_n<p_t<p_u<p_o.

Přípustné tlakové rozdíly jednotlivých přetlaků u pojistných ventilů pro teplovodní soustavy dle ČSN 13 4309–3:
– p_max – p_o musí být ≤ 10 % nebo ≤ 15 kPa pro ventily s p_o ≤ 150 kPa,
– p_o – p_u musí být u ventilů pro páru ≤ 15 % nebo ≤ 30 kPa pro ventily s p_o ≤ 300 kPa,
– p_o – p_u musí být u ventilů pro vodu ≤ 20 % nebo ≤ 60 kPa pro ventily s po ≤ 300 kPa.

Uvádí-li se u požadavku procenta, je tato hodnota počítána z otevíracího přetlaku.

Z daných tolerancí vyplývají dvě podmínky:
1) Pro pracovní přetlak v jištěném zařízení p_n platí p_n< p_u. Při nesplnění této podmínky pojistný ventil není schopen zcela uzavřít.
2) Pokud při dimenzování pojistného ventilu vycházíme z otevíracího přetlaku po, bude dosaženo výpočtového výkonu až při přetlaku při plném otevření p_max, tzn. při přetlaku o 10 % vyšším, než je hodnota otevíracího přetlaku p_o.

Příklad:

Pojistný ventil určený pro teplovodní otopnou soustavu s otevíracím přetlakem p_o = 400 kPa bude mít zaručený uzavírací přetlak p_u ≥ 400 – 80 = 320 kPa, protože tlakový rozdíl je 0,20 · 400 = 80 kPa. Nejvyšší provozní přetlak pn zařízení by potom při správném návrhu neměl překročit 320 kPa. K plnému otevření ventilu dojde s jistotou až při přetlaku p_max ≥ 400 + 40 = 440 kPa.

Pokud je chybně zvolen provozní přetlak soustavy vyšší, než je uzavírací přetlak pojistného ventilu, může docházet k tzv. podtékání pojistného ventilu, které je často chybně považováno za vadu ventilu nebo za symptom přítomnosti nečistot v sedle ventilu.

Volba pojistného ventilu tedy musí brát v úvahu více důležitých podmínek a teprve jejich správné vyhodnocení povede ke spolehlivému jištění otopné soustavy.

Zdroj:

1. Technické podklady pojistných ventilů DUCO.
2. VALENTA, Vladimír: Vlastnosti pojistných ventilů používaných v topenářství (online). 2001.