Datum: 7.8.2017 | Autor: Ing. Roman Vavřička, Ph.D., ČVUT v Praze, Fakulta strojní, Ústav techniky prostředí | Recenzent: Ing. Jiří Matějček, CSc.
Článek uvádí konkrétní příklad reálného provozního problému při využití tzv. dvouplášťových ohřívačů teplé vody. Příklad je zaměřen na destrukci zásobníku konstrukčního systému nádrž v nádrži, ke které došlo vlivem chybného provozního režimu.
Zásobníkový ohřívač (systém nádrž v nádrži) instalovaný pro přípravu teplé vody v průmyslovém areálu ve spojení se stacionárními plynovými kotli. Instalovaný dvouplášťový ohřívač teplé vody byl instalován stacionárně ve vertikální poloze a měl celkový objem 800 litrů. Ohřívač obsahoval vnitřní nerezový zásobník teplé vody o celkovém objemu 675 litrů (obr. 1). Dodávku tepla jak pro vytápění průmyslové haly, tak i pro přípravu teplé vody pro sprchování zaměstnanců zajišťovaly dva nízkoteplotní plynové kotle, každý o jmenovitém výkonu 84 kW. Znalec byl přivolán ve chvíli, kdy došlo k nevratnému poškození teplosměnné plochy na obou kotlích, vzniku trhlin v litinových článcích kotle.
Příčina
Stěna válcové části vnitřního zásobníku teplé vody má vlnovkový profil. Spodní a horní část nádoby jsou klenutá dna. Horní dno je opatřeno nátrubky pro přívod ohřívané vody a pro odvod vody ohřáté a jedním nátrubkem pro odběrné místo – teploměr. Tyto nátrubky jsou v provozu propojeny s vnější nádobou. V provozu podle provozních podmínek dochází k zatížení vnitřním tlakem odebírané ohřívané vody a zvnějšku otopnou vodou. Tzn. že tlakové podmínky jsou na obou stranách teplosměnné plochy (stěny nerezového zásobníku) konstantní během provozu. Je tedy zřejmé, že v případě zatížení pouze vnějším přetlakem, tedy v případě, kdy dojde nejprve k napuštění vnější nádoby s otopnou vodou, se bude vnitřní válcová nádoba deformovat, protože nebude zajištěn protitlak vodou z vodovodního řadu. Nejslabším místem nádoby při takovém zatížení vnějším přetlakem budou dna nádoby. Horní víko je přípojnými nátrubky propojeno s vnější nádobou nádrže, a tudíž je i vyztuženo, nicméně na obr. 2 je zřetelně vidět propad horního dna, který nastal právě v důsledku výše popsaného.
Obr. 1 Fotodokumentace poškozeného vnitřního nerezového zásobníku teplé vody o objemu 675 litrů
Obr. 2 Deformace horního víka vnitřního nerezového zásobníku teplé vody
Na spodním víku, které je bez jakýchkoli výztuh, došlo vlivem vnějšího napětí k totální destrukci dna s vícenásobným lomem (typický sedmiúhelník – obr. 3), protože materiál nepřenesl tak velké ohybové deformace. V místě ostřejších obvodových lomů se pak nutně objevily praskliny (obr. 4), které pak propojovaly vnitřní a vnější objemy zásobníku teplé vody a otopné soustavy.
Obr. 3 Deformace vnitřního nerezového zásobníku teplé vody – dno zásobníku
Obr. 4 Detail jedné z prasklin na vnitřním nerezovém zásobníku teplé vody
Oba kotle měly standardně seřízené pojistné ventily od výrobce na otvírací přetlak 300 kPa. Prohlídkou na místě byl zjištěn přetlak ve vodovodním řadu cca 540 kPa. V důsledku prasklin na vnitřním plášti ohřívače vody, byla do otopné vody distribuována studená voda z vodovodního řadu. Tento jev se projevoval v době, kdy tlak studené vody ve vodovodním řadu byl vyšší než v otopném systému. Pokud byl přetlak v přípojce studené vody z vodovodního řadu větší než otvírací přetlak pojistných ventilů na instalovaných kotlích, docházelo vlivem prasklin v nerezovém vnitřním plášti ohřívače k nárůstu tlaku v otopném systému obou kotlů. Pojistné ventily obou kotlů tak reagovaly vypouštěním nadbytečné vody z otopného systému, aby se tlak snížil. V případě dlouhodobějšího nárůstu tlaku ve vodovodní přípojce docházelo v podstatě k trvalému výtoku vody z vodovodního řadu skrze teplovodní výměníky obou kotlů a pojistné ventily do kanalizace.
Pro provoz obou kotlů stanovuje norma ČSN 07 7401 podmínky pro oběhovou a doplňovací vodu. Dle údajů společnosti zásobující dané místo studenou vodou z vodovodního řadu byla v období provozu obou kotlů dodávána voda s průměrnou tvrdostí mezi 4,04 až 4,12 mmol/l. Oba tyto údaje řadí vodu z vodovodního řadu do kategorie velmi tvrdá. Tvrdost vody způsobuje vznik tzv. „vodního kamene“. Vodní kámen tvoří sloučeniny vápníku a hořčíku. Tyto látky jsou ve vodě rozpustné a při zvýšené teplotě vody se rozkládají na uhličitany tvořící vodní kámen a usazují se na vnitřních stěnách potrubí, armatur, výměníků tepla, apod. V důsledku nadměrné tvrdosti vody z vodovodního řadu, která protékala skrze výměníky obou kotlů, docházelo při ohřevu k nadměrné tvorbě vodního kamene na vnitřní stěně teplovodního výměníku kotle. Vrstva vodního kamene pak působila jako významný tepelný odpor, který bránil přestupu tepla přes stěny litinových článků výměníku kotle. To se při ohřevu projevilo nepřiměřeným nárůstem rozdílu teplot ve stěně článků, vznikem vnitřního pnutí stěn litinových článků, jehož důsledkem byla tvorba prasklin na teplosměnné ploše výměníků obou kotlů.
Doporučení a závěr
Uvedený příklad nepoukazuje na vadu výrobku nebo snad projektu. Zde se projevila chyba buď montážní firmy nebo obsluhy zařízení. Je zřejmé, že nesprávným uvedením do provozu byla způsobena totální destrukce ohřívače teplé vody.
Dalším zarážejícím faktem je, že přestože k zanesení teplosměnné plochy výměníků kotlů došlo až po několika měsících provozu takto poškozeného ohřívače vody, obsluha plynové kotelny tento jev nezaznamenala, nevšimla si ani nadměrného odpouštění vody pojistnými ventily. Aby tento nežádoucí stav byl ihned zřetelný, je požadováno přerušení odtoku vody od pojistných ventilů do odpadních potrubí například přes soupravu s trychtýřem, ukončením potrubí v přiměřené výšce nad podlahou s odtokovou gulou atp.
Prokazovat vinu toho, kdo tzv. „první otočil kohoutem“, je v běžné praxi v podstatě neřešitelný úkol. Příčina poruchy mohla nastat hned při prvním uvedení do provozu, ale mohla vzniknout i po nějaké provozní odstávce, se kterou již instalační firma nemá nic společného. Jedinou obranou je přesně dodržovat pokyny výrobců, případně předepsané projektantem.
Zdroj: http://vytapeni.tzb-info.cz/provoz-a-udrzba-vytapeni/16104-pravo-a-znalci-destrukce-dvouplastoveho-ohrivace-teple-vody-s-konstrukci-nadrz-v-nadrzi
