Potrubí a armatury

Obsah kapitoly

1. 3. Potrubí a armatury
   1. 3.1 Potrubí

- je strojní zařízení pro dopravu látek nestálého objemu a tvaru

Potrubí se používá k dopravě kapalin, plynů a par i sypkých materiálů. K dopravě látek potrubím je nutný rozdíl tlaků na začátku a na konci potrubí, aby byly překonány odpory vznikající při průtoku.

Doprava látek potrubím slouží také často k přenosu energie, např. tepla vodní párou nebo teplou vodou. Potrubí je též důležitou součástí petrochemických provozů – dálková potrubí – tranzitní ropovody, plynovody (jmenovitá světlost až 1 200 mm, jmenovité tlaky okolo 8 MPa), ethylenovody apod.

Jde o dopravu plynulou s nízkými provozními náklady. Dopravovaná látka je chráněna před účinkem vnějšího prostředí. Výhodou je snadná regulovatelnost množství dopravované látky, možnost vzájemného mísení dvou i více látek a snadné a rychlé přerušení dopravy. V některých oblastech je doprava potrubím jedinou alternativou, např. doprava páry, plynů, kapalin apod.

Potrubí se skládá z částí:

hlavních, které jsou zapotřebí u většiny potrubí a doplňujících, kterými se potrubí vybavuje podle požadavků.

Trubky

Spoje trubek – slouží ke spojování trubek vzájemně i s ostatními částmi potrubí (rozebíratelné i nerozebíratelné spoje)

Uzavírky – přerušují průtok potrubím (ventily, kohouty, klapky, šoupátka)

Tvarovky – slouží ke změně směru toku a průřezu potrubí, rozdělení a spojení proudů a pro ukončení potrubí (jsou to kolena, oblouky, ohyby, tvarovky, redukce)

Kompenzátory – vyrovnávají změnu délky potrubí vlivem tepelné roztažnosti materiálu trubek

Uložení a upevnění potrubí – závěsy, podpěry, pružná uložení, pevná zakotvení, osová vedení

Vypradňovací soupravy – odvzdušňovací, vypouštěcí, odvodňovací

Podle účelu a činnosti se dělí na zařízení:

1. pojistná (zpětné uzavírky, pojistné ventily)
2. kontrolní (ukazatele proudění, hledítka)
3. ochranná (síta, lapače kalu, filtry atd.)
4. pomocná (dálkové ovládaní armatur atd.)

Dále mezi doplňující části potrubí patří:

• zařízení pro řízení teploty, množství a tlaku protékající látky
• tepelné izolace, ochranné obaly a nátěry
• zařízení pro měření teploty, jakosti, množství a tlaku dopravovaných látek.

Pracovní přetlak: předepsaný vnitřní přetlak pracovní látky, který je třeba za provozu v potrubí udržovat.

Pracovní teplota: předepsaná teplota pracovní látky, kterou je třeba v potrubí za provozu udržovat.

Pracovní látka: např. kapalina nebo plyn, které se dopravují potrubím.

Pracovní stupeň: udává provozní teplotu dopravované kapaliny nebo plynu. Základní stupeň je I a označuje teplotu v rozmezí 0–200 °C. Pro teploty vyšší než 0 °C se používá označení I–XI, pro teploty pod bodem mrazu se pracovní stupně označují A–C.

Jmenovitý tlak: jedná se o označení skupiny pracovních přetlaků odstupňovaných podle skupiny pracovních teplot. Označuje se PN.

Jmenovitá světlost: přibližný vnitřní průměr potrubí. Označuje se DN.

Příklad: v případě označení potrubí „DN50 PN25/I“ se jedná o:

Světlost potrubí se vypočte dle rovnice

`Q = S * v = \frac {π * d^2} {4} * v ⇒ d = \sqrt \frac {Q} { v * 0,785}   [m]`

kde:

Při výpočtu parních potrubí ve výpočtu uvažována navíc hustota (měrná tíha) páry γ, která je uvedena v parních tabulkách.

`Q = G/γ = \frac {π * d^2} {4} * v ⇒ d = \sqrt {{G}/{v * 0,785 * γ}}   [m]`

Průtokové rychlosti:

• voda 0,5 až 3,5 m/s, obvykle 1 až 2 m/s
• pára 20 až 70 m/s
• vzduch 12 až 25 m/s

Nejobvyklejší způsoby:

Hrdlové spoje: levnější než přírubové, nejsou rozebíratelné. Vhodná pro potrubí kladená do země, ve kterých nejsou velké tlaky.

Trubka má jeden konec opatřen hrdlem, do kterého se zasune hladký konec druhé trubky. Používá se u litinových, kameninových, betonových, PVC a měděných trubek. Utěsňování se provádí konopím nebo hliníkovou vlnou, dále pak vylitím olovem nebo betonem. Ocelové trubky se těsní přivařením, PVC trubky pryžovými kroužky.

Přírubové spoje: pro větší průměry potrubí, spojení je rozebíratelné. Vlastní spojení se provede sešroubováním přírub. Počet šroubů pro přírubové spoje musí být dělitelný čtyřmi. Příruby se k trubce připojují např. přivařením, naválcováním nebo příruba zůstává volně otočná.

Pomocí přírub se spojují nejčastěji ocelové a litinové trubky (např. u tlakových nádob, trubky ke kotlům a jiným zařízením).

Příruby na trubkách mohou být:

1. pevné (přivařené)
2. zhotoveny z jednoho kusu s trubkou
3. našroubovány na konec trubky
4. otočné

Spojení závitové a šroubením: pro menší průměry potrubí, spoj rozebíratelný. Použití u ocelových trubek, které jsou opatřeny na konci vnějším závitem. Trubky se spojují pomocí fitinků. Utěsnění provedeno konopím.

Armatury se připojují k trubkám pomocí šroubení. Jde o fitinkové spoje, které jsou tvořeny 3 částmi. Dvě krajní se našroubují na konce trubek a sešroubují se pomocí převlečné matice. Mezi čelní plochy se vloží těsnění.

Hladké spoje: tvoří se jako nerozebíratelné spojení – svařováním (ocelové trubky), pájením (trubky z neželezných kovů, např. Cu) nebo lepením (PVC trubky). Použití v případě, kdy se nepředpokládá demontáž, např. pod zemí, ve zdi apod.

Podle:

tlaku – podtlakové, nízkotlakové, vysokotlakové

druhu spoje – svařované, šroubované, přírubové, hrdlové

druhu izolace – technické konopí, mirelon

umístění – vnitřní, vnější, stěnové, dálkové, tranzitní

přepravované látky – vodní, parní, plynové, ropné, olejové, benzínové, cementové

účelu – přívodní, vypouštěcí, sací, větrací, mazací, odpadní, chladicí

použitého materiálu – ocelové, litinové, měděné, mosazné, plastové, skleněné, kameninové, betonové, tombakové (vydrží vysoký tlak – použití u kompenzátoru)

• těsnost
• pevnost z hlediska tepelné dilatace
• chemická odolnost vůči přepravované látce i vnějšímu prostředí
• odolnost proti otěru
• minimální tlakové ztráty.

Potrubí z oceli

Používá se pro plynovody, ropovody, parovody. Trubky mohou být svařované nebo bezešvé, vyrábí se s hrdly nebo hladkými konci. Závitové trubky mají na koncích trubkové závity a proti korozi se chrání pozinkováním. Snadno se spojují svařováním nebo šroubením, mají malou odolnost proti korozi.

Litinové trubky

Jsou na konci opatřeny hrdly nebo přírubami, používají se jako odpadní nebo kanalizační. Jsou odolné vůči korozi, chráněné penetračním nátěrem, materiál je šedá litina 42 2410.

Trubky z neželezných kovů

Pro vodovodní a plynové instalace. Jsou z mědi, cínu nebo mosazi. Nejpoužívanější jsou měděné (pevné, trvanlivé a korozivzdorné).

Plastové trubky

Pro vodovodní instalace, odpadní potrubí. Mají nízkou hmotnost, hladké stěny, jednoduché spojování a jsou odolné vůči korozi. Málo pevné a málo odolné vůči vyšším teplotám. Pro rozvody teplé vody se používají trubky z PVC, PE, PP, PB.

Skleněné trubky

Dokonale hladké a odolné vůči chemickým vlivům, ale křehké a méně odolné vůči vyšším teplotám. Použití v potravinářství a chemickém průmyslu.

Kameninové potrubí

Používají se hlavně pro kanalizaci, jsou odolné proti otěru a korozi, jsou křehké, a proto se dnes nahrazují PVC trubkami.

Betonové potrubí

Použití k odvádění povrchových a odpadních vod a ke stavbě studní (skruže). Mají velkou drsnost povrchu, snadno se zanáší.

V každém potrubí se vyskytuje otočení proudu, větvení nebo spojení proudu, změna průřezu potrubí, uzavření celého potrubí nebo jeho části. K tomu účelu se užívají tvarovky, anebo fitinky.

Potrubí ukládáme zpravidla:

1. do zdí – zpravidla vodovodní a plynová potrubí v domech
2. do země – potrubí betonové, kameninové a litinové. Ocelové potrubí musí být izolované.
   Hloubka uložení je závislá na druhu dopravované pracovní látky a materiálu potrubí. Křehké kameninové a betonové trouby musí být uloženy hlouběji než pevnější trouby litinové. Vodovodní potrubí je nutné ukládat do nezamrzající hloubky (u nás 800 až 1 000 mm).
3. nad zemí – se ukládá hlavně potrubí pro dopravu plynů a nemrznoucích kapalin,
4. do šachet a kolektorů – se ukládají různé druhy potrubí společně s kabely elektrického vedení. Uložení potrubí musí být pevné, zároveň musí umožňovat vyrovnání změny délky potrubí, způsobené změnou teploty. Proto je vybaveno různými druhy kompenzátorů nebo dilatačními ucpávkami.

Každé potrubí s ohledem na svou únosnost nebo podmínku, že průhyb musí být menší než spád, musí být v určitých vzdálenostech podepřeno a uloženo. Je třeba uvažovat, že vlivem teploty dochází k podélnému pohybu.

Uložení volné – dovolí posuv v ose potrubí i v ose kolmo na potrubí.

Uložení posuvná – posuvná v ose potrubí nebo kolmo k ose.

Uložení pevná – musí zamezit posuvu potrubí ve všech směrech (šroubované nebo svařované).

- změna délky a průměru vlivem změny teploty. Aby nedošlo k poruše potrubí, vkládají se kompenzátory – zařízení, která eliminují vliv tepelné roztažnosti materiálu a brání popraskání nebo deformaci potrubí vlivem změny teploty.

Podle principu funkce dělíme kompenzátory na:

osové – do potrubí je vložen pružný prvek, který se natahuje nebo zkracuje podle pohybu potrubí

tvarové – na potrubí jsou vytvořeny ohyby a při pohybu potrubí vlivem změny teploty se tyto ohyby pružně deformují.

Nejběžněji používané kompenzátory:

• vlnový kompenzátor – část potrubí je vyrobena z tenkého pružného plechu, který je tvarován do vln. Kompenzátor vykonává obdobný pohyb jako měch harmoniky. Jeho výhodou je poměrně vysoká pevnost a odolnost teplotám, nevýhodou vysoká výrobní cena - vyroben z jakostního materiálu.
• pryžový kompenzátor – funkce jako u vlnového kompenzátoru, pružná část z pryže. Výhodou je umožnění velkých axiálních pohybů z důvodu velké pružnosti pryže; dále nižší výrobní cena. Nevýhodou je menší pevnost, možnost použití pouze při nižších teplotách, stárnutí a křehnutí pryže.
• ucpávkový kompenzátor – mezi 2 samostatné části kompenzátoru je vloženo těsnění (ucpávka) umožňující vzájemný osový pohyb obou částí. Výhodou je velký rozsah axiálních posuvů, nevýhodou možnost úniku dopravované látky vlivem příp. netěsností. Použití max. do teploty 250 °C, nižší tlaky, je třeba utěsnit a zajistit souosost potrubí.
• tvarové kompenzátory – tvořeny buďto vhodně navrženou trasou potrubí (změny směru), nebo vložením kompenzátoru U nebo lyrového kompenzátoru do rovné části potrubí.

Ochrana potrubí proti korozi

Provádí se během dopravy, uskladnění a montáže a hlavně za provozu. Vnitřní povrch a zejména těsnicí plochy, šrouby a matice nenatíráme, ale konzervujeme olejem, plastickým mazivem nebo voskem apod.

Nátěry proti atmosférické korozi se na armaturách provádí základní syntetickou barvou. Ostatní části potrubí natíráme na vnějším, popř. i vnitřním povrchu.

Ochranné obaly se používají především u potrubí ukládaných do země (vodovody, plynovody). Používá se bitumenový obal. Zesílená vrstva má plášť dvojnásobný až čtyřnásobný.

Obr. 20 Na trubce 1 je proveden základní nátěr 2, na kterém je vytvořen asfaltový nátěr 3. Dále následuje izolační vrstva 4 (např. minerální vata, dříve skelná vata), která je překryta lepenkou 5, na které je znovu proveden asfaltový nátěr 6. Vrchní vrstvou je vápenný nátěr 7.

Ochranné povlaky na vnitřním povrchu jsou pryžové, z taveného čediče apod. U plynovodů je potrubí vystaveno vnitřní korozi – plyn nelze vysušit nebo vyčistit tak, aby byl zbaven všech agresivních složek (voda, kyslík, sirovodík, oxid siřičitý, síra, amoniak, kyanovodík atd.).

Vnější izolace trub pro dálkovody je prováděna při výrobě ve válcovnách. Základní nátěr je penetrační, izolační nátěr spodní a krycí je v podstatě živice s 25 % (podle hmotnosti) azbestu jako plnidla, minimální tloušťky 2 mm. Výztužná izolační kostra se zhotovuje ze skleněné tkaniny nebo ze skleněné plsti.

Tepelná izolace potrubí

Chrání dopravovanou látku před ochlazováním nebo oteplováním. Izolace také zvyšuje bezpečnost provozu, chrání obsluhující personál a snižuje nebezpečí požáru.

Nejčastěji se používá cpaná izolace, jejíž výhodou je relativně snadná demontáž při potřebě opravy potrubí.

Tvárnicová izolace má vysokou tepelnou účinnost, ale její výroba je drahá a při případné nutnosti opravy potrubí se musí zničit. Obalovaná izolace se používá tam, kde je nutný častý přístup k povrchu potrubí.

Litá izolace je variantou tvárnicové izolace, ale požadavky na prostor jsou zde vyšší než u tvárnicové. Je ale levnější.

Nevýhodu obtížné demontáže odstraňuje sypaná izolace, kterou je možné poměrně snadno odstranit z potrubí.

Využitím odrazu tepla je fóliová izolace, kde je kolem potrubí několik vrstev hliníkových fólií, mezi kterými jsou mezery. Při vyzařování tepla z potrubí se část tepelných vln odráží od těchto fólií zpět k potrubí. Stejného principu se využívalo při ochraně dřevěných stěn za kamny na tuhá paliva, kde se za tato kamna postavila stěna z plechu, která také odrážela tepelné vlny.

---

Použitá literatura:
R. Kříž a kol. Stavba a Provoz strojů strojů I. SNTL – Nakladatelství technické literatury. 1977

1) Bauernfeind katalog CZ_2015 [online]. str. 23. [cit. 28.4.2015]. Dostupné z: www.bauernfeind.co.at/pdfuploads/BPL_Tschechien_2015_klein.pdf

2) Bauernfeind katalog CZ_2015 [online]. str. 52-54. [cit. 28.4.2015]

3) Bauernfeind katalog CZ_2015 [online]. str. 3. [cit. 28.4.2015]

4) Bauernfeind katalog CZ_2015 [online]. str. 12. [cit. 28.4.2015]

5) Hawle Katalog kanal [online]. [cit. 28.4.2015]. Dostupné z: www.hawle.cz/files/pdf/katalog_kanal.pdf