Nastavený tlak pojistného ventilu a PS u japonských zařízení

Představte si, že z Japonska dorazí redukční stanice páry nebo jednotka na ohřev teplé vody. Na štítku tlakové nádoby je uveden saikō shiyō acuryoku (最高使用圧力), tedy nejvyšší dovolený tlak PS, a pojistný ventil má vlastní nastavený tlak. Po pár měsících provozu ventil začne odkapávat a někdo na provozu navrhne nastavený tlak zvýšit. Jiný kolega se zeptá, jestli by nižší nastavení nepomohlo vyhnout se japonským předpisům pro tlakové nádoby.

Oba nápady vycházejí ze stejného omylu. Nastavený tlak a PS jsou dvě různé veličiny, i když mají stejnou číselnou hodnotu. Nastavený tlak musí odpovídat PS chráněného zařízení, platnému předpisu nebo normě i vlastnímu chování ventilu při otevírání a zavírání. Správné nastavení samo nestačí: pokud ventil neodvede průtok, který se do systému dostane při poruše, tlak dál roste.

Článek používá dva příklady, redukční stanici páry a uzavřené potrubí s teplou vodou. Ukazuje, jak souvisí nastavený tlak s PS, co ventil skutečně chrání, kdy je ventil nutný a co poslat s poptávkou nebo objednávkou. Vysvětluje, co ověřit a kdo o tom rozhoduje, a není návodem na volbu ani změnu nastavení. Každý nastavený tlak potvrďte u projektanta zařízení, výrobce ventilu a podle předpisu či normy, které platí v místě instalace.

Obsah

1. K čemu slouží pojistný ventil
2. Nastavený tlak a PS: dvě různé veličiny
3. Kdy je pojistný ventil nutný
4. Kontrolní seznam: údaje k objednávce nebo poptávce pojistného ventilu
5. Otázky pro japonského dodavatele nebo projektanta
6. Omezení tohoto článku
7. Časté otázky
8. Zdroje

K čemu slouží pojistný ventil

Pojistný ventil (anzen-ben, 安全弁) chrání zařízení a potrubí před nadměrným tlakem. Po dosažení nastaveného tlaku vypustí médium. V běžném provozu je zavřený a v obvyklých provedeních se po poklesu tlaku opět zavře.

U ventilu zatíženého pružinou tlačí pružina kuželku do sedla, zatímco médium ji tlačí nahoru. Když tlak dostatečně stoupne, kuželka se zvedne a otevře cestu ze vstupu na výstup.

Zjednodušený ventil zatížený pružinou. Průběh otevírání a vliv protitlaku se podle typu ventilu liší.

V japonských dokumentech se objevuje i nigashi-ben (逃し弁), přetlakový ventil. Který pojem platí, závisí na médiu a na provozní charakteristice, proto nepřesazujte ventil určený pro páru na potrubí s kapalinou. U daného typu zkontrolujte média, pro která výrobce ventil uvádí.

Japonské ventily se dělí také na typ zenryo-shiki (全量式, plnozdvižný) a yotei-shiki (揚程式, zdvihový). Mají odlišnou dráhu průtoku i kapacitu, takže kapacitu nelze porovnávat podle připojovacího rozměru. Přesné přiřazení k evropské terminologii (plnozdvižné a nízkozdvižné ventily) ověřte u dodavatele.

Redukční ventil (gen'atsu-ben) udržuje stálý tlak za sebou, zatímco pojistný ventil chrání před mimořádným přetlakem. Jde o dvě oddělené úlohy: jedna je běžná regulace, druhá zajišťuje bezpečnost, když regulace selže. Alarmy a odstavení od tlakového spínače plní ještě další roli, takže kombinace regulace, alarmu, uzavření přívodu a mechanického odlehčení vychází z poruch, které je třeba pokrýt, a z požadavků zařízení.

Nastavený tlak a PS: dvě různé veličiny

Nejprve si zapište dvě hodnoty zvlášť: nejvyšší tlak, kterého systém dosahuje v běžném provozu, a PS chráněného zařízení. Nastavený tlak musí fungovat mezi nimi, a to i po zohlednění otevírání a zavírání ventilu, platného předpisu či normy a tolerance nastavení.

Nastavený tlak (settei atsuryoku, 設定圧力) je tlak, při kterém má ventil začít působit. PS je tlak, na který smí zařízení pracovat. I když se obě hodnoty nastaví na stejné číslo, neznamenají totéž.

Ventil se nemusí zavřít hned těsně pod nastaveným tlakem. Odstup od provozního tlaku posuzujte včetně blowdownu.

Zavírací tlak (fukidomari atsuryoku, 吹止り圧力) je tlak, při kterém se ventil po odfuku znovu zavře. Rozdíl mezi nastaveným a zavíracím tlakem je blowdown. Leží-li běžný provozní tlak příliš blízko zavíracímu tlaku, ventil, který se jednou zvedl, se nemusí znovu zavřít a stabilní provoz trpí.

Ventil také nedosáhne plného požadovaného průtoku v okamžiku, kdy se začne otevírat. Nárůst tlaku během odfuku porovnejte s tím, co zařízení snese, podle platného předpisu, konstrukční normy a podmínek certifikace ventilu.

Neexistuje pravidlo, že stačí přičíst k běžnému tlaku pevné procento a dostat správné nastavení pro každý systém. Pokud provozní tlak kolísá tak široce, že žádné použitelné nastavení nevychází, je třeba přehodnotit návrh včetně provozních podmínek a tlakové odolnosti zařízení.

Používejte jednotný tlakový základ. Nemíchejte přetlak (manometrický tlak) s absolutním tlakem a u každého výkresu a datového listu ověřte, který z nich uvádí.

Samotný nastavený tlak nerozhoduje o právní třídě nádoby

V Japonsku o tom, zda je nádoba regulovanou tlakovou nádobou, nerozhoduje samotné nastavení pojistného ventilu. Nařízení vlády k provádění zákona o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci (Rōdō anzen eisei-hō shikō-rei) třídí nádoby podle účelu a pracovního tlaku v kombinaci s vnitřním objemem a rozměry pláště.

U tlakových nádob 1. třídy (dai-isshu atsuryoku yōki) definice zahrnuje způsob použití, například ohřev teplonosným médiem, výrobu páry nebo ohřev za účelem oddělení látek. Nádoby 2. třídy, které obsahují plyn, mají vlastní podmínky. Jediná hodnota tlaku tedy neplatí pro všechna použití.

Zkontrolujte, jak pracovní tlak použitý při zařazení souvisí s nastaveným tlakem ventilu, a porovnejte to s projektovými podmínkami zařízení. Snížení nastavení u stávajícího ventilu není důkazem, že se nádoba nyní předpisů netýká. Pokud je z předřazené části přiváděn vyšší tlak, nedívejte se jen na běžný tlak za redukčním ventilem. V projektové dokumentaci ověřte, který tlak byl přijat jako pracovní podmínka, včetně poruch na straně přívodu a podmínek ohřevu.

U nového zařízení ověřte právní třídu již ve chvíli, kdy se určuje účel, teplota, tlak a objem. U stávajícího zařízení vycházejte z kontrolního protokolu, specifikace a štítku. Pokud měníte provozní podmínky, zjistěte, jaké postupy taková změna vyžaduje. Postupujte od účelu nádoby a pak prověřte kritéria, včetně těch pro malé tlakové nádoby a výjimky.

Japonská vyhláška o bezpečnosti kotlů a tlakových nádob (Boirā oyobi atsuryoku yōki anzen kisoku) řeší pojistné ventily u kotlů (čl. 28) a u tlakových nádob 1. třídy (čl. 65). Základním požadavkem je v obou případech nastavit ventil tak, aby působil při tlaku nejvýše rovném PS. Oba články obsahují také podmíněnou výjimku pro instalace s více pojistnými ventily, která neznamená, že jediný ventil smí být nastaven nad PS. Konkrétní článek přiřaďte ke konkrétnímu zařízení.

Zařízení provozované v České republice podléhá evropským a českým předpisům, a japonské třídění tak nelze přenést přímo. Pojistné ventily řeší evropská norma ČSN EN ISO 4126-1 (Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku, část 1: Pojistné ventily), která se vztahuje na ventily bez ohledu na médium. Její požadavky jsou blízké japonským normám, ale nejsou s nimi totožné, takže shodu ověřte u dodavatele. Dále ověřte, zda dovážené zařízení splňuje požadavky na tlaková zařízení platné v EU a zda jeho provoz a revize odpovídají českým předpisům o provozní bezpečnosti.

Ověřte každou součást, kterou ventil chrání

Dále projděte všechny součásti v chráněném úseku, tedy nejen nádrž, ale i výměníky tepla, čerpadla, měřidla a potrubní díly. U každé sepište tlakovou mez.

Chráněný úsek závisí na propojení potrubí a na tom, které armatury jsou otevřené. Sepište všechny součásti, aby vám neunikla nejnižší mez.

Katalogové hodnoty za pokojové teploty mohou zavádět. U přírub, armatur a dalších dílů používaných za vysoké teploty zkontrolujte tlakovou třídu pro daný materiál při dané teplotě.

Odlište „tlak, který součást vydržela při tlakové zkoušce“ od „tlaku, na který může trvale pracovat“. Zkušební tlak použitý jen při zkoušce není důvodem nastavit pojistný ventil nad PS.

Potrubí stejné jmenovité velikosti nemá vždy stejnou tlakovou odolnost. Zkontrolujte společně materiál, tloušťku stěny a způsob spojení. Číslo řady (schedule) na výkresu je výchozím bodem pro tloušťku stěny.

U výměníku tepla zkontrolujte zvlášť primární a sekundární stranu a zvažte, co protéká, když praskne trubka nebo deska. Sledujte všechny cesty, kterými by se vysokotlaké médium mohlo dostat na nízkotlakou stranu.

Uzavírací armatura mezi chráněným zařízením a pojistným ventilem může zařízení od ochrany odpojit. Zakreslete polohy armatur pro provoz i pro údržbu do potrubních schémat a ověřte, ve kterých stavech zůstává odlehčovací cesta otevřená.

Tlaková ztráta ve výfukovém potrubí i tlak v přijímacím sběrném potrubí vytvářejí protitlak na výstupu ventilu. Pokud ventil zvolený pro odfuk do atmosféry připojíte na zpětný sběrač bez ověření protitlaku, může se změnit jeho funkce i kapacita.

Výstup veďte na bezpečné místo, kde nikoho nezasáhne pára ani horká voda, a počítejte se zatížením potrubí a reakčními silami. Místo odfuku, odvod kondenzátu a ochranu proti zamrznutí ověřte podle návodu k danému typu ventilu.

Kdy je pojistný ventil nutný

Zda pojistný ventil potřebujete, nezávisí jen na běžném provozním tlaku, ale na tom, jak vysoko může tlak vystoupit při poruše. Nejprve ověřte, která zařízení vyžaduje předpis, a pak sepište všechny cesty, kterými by porucha nebo chyba obsluhy mohla způsobit přetlak.

Dva běžné případy jsou vysoký tlak přívodu, který se přes redukční stanici dostane na nízkotlakou stranu, a ohřev uzavřené kapaliny. Příčiny se liší, a proto se liší i požadovaná kapacita a vhodný typ ventilu.

Vysoký tlak přívodu před redukčním ventilem

Tam, kde se tlak páry nebo vody před použitím snižuje, může tlak v přívodu překračovat odolnost navazujících zařízení. Pokud se redukční ventil přestane zavírat, může médium dál proudit z vysokotlaké strany do potrubí, které běžně pracuje při nízkém tlaku.

To, že ventil odvede běžnou spotřebu, ještě neznamená, že je dostatečně velký. Zjistěte, kolik může proudit za redukční ventil v předpokládaném stavu poruchy a při podmínkách v předřazené části, a ověřte, že ventil tento průtok odvede.

Nevybírejte podle připojovacího rozměru ani běžné spotřeby. Porovnávejte kapacitu za předpokládaných podmínek poruchy.

Vezměme fiktivní provoz, kde byl přítok páry při poruše vyhodnocen na 800 kg/h. Kandidát s odfukovou kapacitou 600 kg/h při stejném tlaku, teplotě a protitlaku tento požadavek nesplňuje.

Kandidát s kapacitou 1000 kg/h jednoduché porovnání s tímto přítokem splní. Nejde o doporučenou bezpečnostní rezervu: případné korekce kapacity a požadavky norem jsou samostatné podmínky, které se zohledňují při výběru ventilu.

Odfuková kapacita se mění s nastaveným tlakem a stavem média, i když je jmenovitá velikost stejná. U každé hodnoty v kapacitní tabulce si přečtěte poznámky a zjistěte, za jakých podmínek byla změřena nebo vypočtena.

Zahrňte také cesty průtoku, které vznikají způsobem provozu, například ponechaný otevřený obtok redukčního ventilu. Pokud může být současně otevřeno více přívodních cest, nekončete u kontroly každého běžného průtoku zvlášť.

Pojistný ventil nenahrazuje redukční ventil a neměl by trvale regulovat. Ventil, který neustále odfukuje, je příznak k prošetření. Pokud se stále zvedá, zaznamenejte tlak v předřazené části, tlak za redukčním ventilem, provozní zátěž a čas, kdy odfuk začal. Zjistěte také, zda se průtok v čase mění (stálý a pulzující průtok), a záznamy porovnejte se skutečnou zátěží.

Než nastavení zvýšíte, abyste odfuk zastavili, zkontrolujte poruchu redukčního ventilu, netěsnost sedla a chybu manometru. Příčinou může být i nečistota na sedle nebo problém na výstupní straně, takže nepředpokládejte předem, že je tlak prostě příliš vysoký.

Tepelná roztažnost uzavřené kapaliny

Když je úsek potrubí plný kapaliny na obou koncích uzavřen, nemá přírůstek objemu při ohřevu kam jít. Voda se téměř nestlačuje, takže tlak může prudce stoupnout už samotným ohřevem, i když do úseku nevstupuje žádná pára.

Požadovaný odfuk se liší u čisté tepelné roztažnosti a u případů, kdy pokračuje var nebo přítok z vysokotlaké strany.

Týká se to nejen systémů s teplou vodou, ale i úseků uzavřených při údržbě výměníku a venkovního potrubí vystaveného slunci. Také u odstaveného zařízení zkontrolujte v potrubních schématech, které zavřené armatury vytvoří úsek plný kapaliny.

Je-li jedinou příčinou tepelná roztažnost kapaliny, může stačit odvést přírůstek objemu a udržet tlak nízko. Tento přístup s malou kapacitou neplatí, pokud úsek dál plní vysokotlaký zdroj nebo pokud ohřev vytváří páru.

Běžnou roztažnost pohlcuje expanzní nádoba. Pohlcování běžné roztažnosti a odlehčení mimořádného tlaku jsou dvě samostatné funkce a ochranu potřebnou v každém případě je třeba kombinovat. Expanzní nádoba úseku nepomůže, jakmile je mezi nimi uzavřena armatura, takže chráněný úsek přezkoumejte i pro polohy armatur při čištění, přepínání a odstavení, nejen při ustáleném provozu.

Při volbě přetlakového ventilu pro kapaliny je třeba znát teplotu vypouštěné kapaliny a místo, kam míří. Horká voda vypouštěná do atmosféry se při poklesu tlaku částečně změní v páru, proto umístěte výstup tak, aby nemohl zasáhnout osoby ani poškodit okolní zařízení.

V provozu kontrolujte štítek s nastaveným tlakem, plombu a případnou korozi nebo netěsnost podle postupů závodu pro odstavení a kontrolu. Ventil, který vypadá v pořádku, nemá prokázanou jmenovitou kapacitu, proto zkontrolujte i záznamy o požadovaných funkčních zkouškách a generálních opravách. Problém „tlak neklesá“ a problém „tlak klesl, ale netěsnost trvá“ vyšetřujte odděleně. Záznamy o každém zdvihu a o tlaku usnadní rozlišit poddimenzování, provozní podmínky a poškození sedla.

Japonský výrobce ventilů Yoshitake například obecně požaduje, aby se nastavený tlak určil při objednávce nebo změnil vrácením ventilu do výrobního závodu, a nastavení v provozu povoluje jen u některých typů. Před jakoukoli změnou nastavení zkontrolujte projektové podmínky, zákonné meze a návod k danému typu. V rámci vašich vnitřních předpisů BOZP nastavení a plombu nemění nikdo bez příslušné způsobilosti a oprávnění.

Některé systémy používají místo přetlakového ventilu nebo spolu s ním protržnou membránu. Rozdíly mezi nimi a způsoby kombinace najdete v samostatném článku.

Kontrolní seznam: údaje k objednávce nebo poptávce pojistného ventilu

Posílejte tyto údaje jako jeden celek. Kapacitní tabulky různých dodavatelů vycházejí často z odlišných podmínek a úplná sada údajů usnadní, aby si toho všimnete.

Položka	Co uvést
Médium	Název a stav (sytá pára, přehřátá pára, voda, jiná kapalina, plyn)
Nastavený tlak	Hodnota, jednotky, přetlak nebo absolutní tlak; kdo ji určil a na jakém základě
Chráněné zařízení	PS každé součásti chráněného úseku při její návrhové teplotě
Provozní teplota	Běžná a nejvyšší na vstupu ventilu
Požadovaný odfuk	Průtok v předpokládané poruše (například redukční ventil selhal v otevřené poloze) a způsob výpočtu
Připojení	Velikost vstupu a výstupu, norma a tlaková třída
Odfuk	Do atmosféry nebo do sběrného potrubí; očekávaný protitlak
Předpisy a normy	Který předpis nebo norma platí v místě instalace (například ČSN EN ISO 4126-1 pro ventily v EU)
Doklady	Požadované kontroly, zkušební záznamy a certifikáty (včetně dokladů o shodě pro provoz v EU)

Otázky pro japonského dodavatele nebo projektanta

• Jaký je PS každé součásti v chráněném úseku pojistného ventilu a při jaké teplotě?
• Pro který scénář přetlaku byl ventil dimenzován (porucha redukčního ventilu, otevřený obtok, prasknutí trubky výměníku, uzavřená kapalina)? Jaký odfuk jste vypočítali?
• Za jakých podmínek (tlak, teplota, protitlak) platí jmenovitá kapacita ventilu?
• Jaký je blowdown a jak daleko je zavírací tlak od našeho běžného provozního tlaku?
• Který japonský předpis nebo normu jste použili a mění se při instalaci v naší zemi?
• Lze nastavený tlak tohoto typu upravit v provozu, nebo se musí vrátit do výrobního závodu? Jaké záznamy nebo plomby se po změně vyžadují?
• Existují uzavírací armatury, které mohou za provozu nebo při údržbě oddělit zařízení od pojistného ventilu?

Vzor poptávky, který můžete upravit:

Předmět: Nastavený tlak pojistného ventilu na [označení zařízení]
Pojistný ventil na [označení] (nastavený tlak [hodnota] MPa, přetlak) začal během běžného provozu odfukovat. Než cokoli změníme, potvrďte prosím: (1) PS a návrhovou teplotu každé součásti, kterou ventil chrání, (2) scénář přetlaku a odfuk použitý při dimenzování, (3) blowdown a (4) zda lze nastavený tlak u tohoto typu upravit na místě, nebo je nutné jej znovu nastavit ve vašem závodě. Nastavení nezměníme, dokud neobdržíme vaši odpověď.

Omezení tohoto článku

• Článek vysvětluje, jak o nastaveném tlaku uvažovat. Neuvádí hodnoty nastaveného tlaku, rezervy ani výpočetní vzorce.
• Právní požadavky se liší podle země a v Japonsku podle třídy zařízení. Popsaná japonská pravidla platí pro zařízení v Japonsku. U zařízení instalovaného jinde, včetně České republiky, ověřte, jaká pravidla platí na místě.
• Odfuk, dovolený nárůst tlaku a blowdown závisejí na předpisu či normě, typu ventilu a certifikaci výrobce. Potvrďte je u výrobce ventilu.
• Všechny provozní hodnoty v tomto článku jsou fiktivní.

Časté otázky

Je nastavený tlak pojistného ventilu totéž co PS?

Ne. I když se obě hodnoty nastaví na stejné číslo, PS je mez zařízení a nastavený tlak je bod, kde ventil začíná působit. Ověřte, že nastavení vyhovuje platnému předpisu a vlastnostem ventilu a že leží dostatečně nad běžným provozním tlakem.

Mohu se vyhnout předpisům pro tlakové nádoby nižším nastavením pojistného ventilu?

Ne podle samotného nastavení. V Japonsku závisí právní třída na účelu, nejvyšším pracovním přetlaku a objemu či rozměrech, ověřených podle skutečně přijatých projektových a provozních podmínek.

Mají dva pojistné ventily stejné velikosti stejnou kapacitu?

Ne. Kapacita se mění s typem ventilu, médiem a nastaveným tlakem. Přečtěte si podmínky, na kterých se každá kapacitní tabulka zakládá, a porovnávejte ventily s požadovaným průtokem za stejných podmínek.

Co dělat, když pojistný ventil nepřestane odfukovat?

Postupujte podle havarijního postupu závodu. Zjistěte, zda tlak skutečně klesl a zda stále nepřitéká médium. Netěsnost sedla po poklesu tlaku řešte jako samostatný problém a příčinu nezakrývejte zvýšením nastavení.

Když mám redukční ventil, potřebuji ještě pojistný ventil?

Nepředpokládejte, že redukční ventil stačí. Pokud selže, mohou navazující zařízení překročit svou mez. O ochraně před přetlakem rozhodněte podle přítoku při této poruše a podle platných pravidel.

Zdroje

• Spirax Sarco: Safety Valves (základy ventilů zatížených pružinou; anglicky)
• Spirax Sarco: Safety Valve Selection (provozní tlak, nastavený tlak, blowdown; anglicky)
• Spirax Sarco: Safety Valve Sizing (podmínky poruchy a odlehčovací kapacita; anglicky)
• Spirax Sarco: Safety Valve Installation (výfukové potrubí, odvodnění, reakční síly; anglicky)
• CGA PS-28, shrnutí (přetlak vlivem tepelné roztažnosti uzavřeného média; požadavky USA na instalaci a opakované zkoušky se v tomto článku neuplatňují; anglicky)
• e-Gov: nařízení vlády k provádění zákona o bezpečnosti a ochraně zdraví při práci, čl. 1, definice tlakových nádob (japonsky)
• e-Gov: vyhláška o bezpečnosti kotlů a tlakových nádob, čl. 28 a 65 (japonsky)
• Yoshitake: časté dotazy k pojistným ventilům (nastavení, funkce, použitelná média; japonsky)
• ČSN EN ISO 4126-1 (134310): Bezpečnostní pojistná zařízení proti nadměrnému tlaku, část 1: Pojistné ventily (katalogová anotace; vydání 11/2014)