Transcript Ladda ner kapitel 9, projektering i PDF-format

Projektering
9:101
En ny rörnorm- EN 13941
I Sverige gäller liksom i övriga Europa en standard för beräkning av
fjärrvärmerör EN 13941:2009. Standarden är inte harmoniserad med
tryckkärlsdirektivet (PED) och får endast tillämpas för ledningar i mark.
I Sverige gäller överordnat AFS 2005:2. Standarden ger föreskrifter
gällande beräkning, konstruktion och installation av förisolerade rör
förlagda i mark.
Standarden ställer krav på beräkning av rör i tre avseenden:
1.
Spänningar på grund av inre övertryck (Kraftstyrd belastning)
Begränsninger anges inom «Limit state A» och är i princip samma
som i RN 78.
2.
Belastningar som härrör från upprepade påkänningar, «Utmattning».
Begränsningen anges i «Limit stat B».
Här gäller att:
Huvudledningar skall klara 100 cykler.
Fördelningsledningar skall klara 250 cykler.
Servisledningar skall klara 1000 cykler.
Varje cykel baseras på en temperaturändring om 110oC.
3.
Belastningar som kan ge upphov till instabilitet eller buckling.
(Rörelsestyrd belastning). Begränsningarna anges i «Limit state C».
Rörledningarna delas in i tre projektklasser:
Projektklass A
Projektklass B
Projektklass C
Projektklass
(sekundäranläggningar)
(primäranläggningar med DN <300)
(primäranläggningar med DN >300)
Svetskontroll Säkerhetsfaktor Dokumentastion
vid installationen
utmattning
A
> 5%
5
Generaliserad
B
C
>10%
> 20%
6,67
10
Generaliserad
Specifik
Den generaliserade dokumentationen kan vara företagsstandard eller
tillverkarmanualer.
Den specifika doumentationen skall innehålla:
-
Dimensionerade tryck och temperatur samt antalet förväntade
cykler inklusive beräkningar enligt «Limit stat A-C».
Rörlednigsinformation såsom, ritningar, dimensioner, materaldata,
installationsförutsättningar, relationsritningar.
Kvalitetssäkring.
Utgåva 2010
Projektering
9:102
Krafter, rörelser och expansionsslag
Expansion
Då en nedgrävd fjärrvärmeledning utsätts för temperaturökning
innebär detta att röret vill expandera.
Expansionen hindras av friktion som uppstår mellan rör som rör
sig och den omgivande sanden (marken).
Röret vill expandera vid
temperaturökning
Denna friktion bygger upp en axiell spänning i röret och motverkar
fri expansion.
Man får två olika zoner för fjärrvärmeröret:
1. Den del som är fast inspänd (kan finnas på mitten av en
raksträcka) (zon 1).
2. Den del av röret som rör sig (finns i båda ändar av en
raksträcka) (zon 2).
Spänningen i den fast inspända delen beror enbart på temperaturändringen från den temperatur som gällde då rörschakten
fylldes. Kraften i röret blir spänningen multiplicerat med stålrörets
tvärsnittsyta.
Den del av röret som rör sig benämns «Friktionslängd».
Den fungerar som fixering för den inspända delen.
Förspänning
För att bland annat begränsa spänningar och rörelser är det
vanligt att rören värmeförspänns.
Detta innebär att man får tryckspänningar i röret vid höga
temperaturer och dragspänningar vid låga temperaturer.
Kallförläggning
Klena och medelgrova dimensioner kan kallförläggas. Detta
innebär att man får exremt höga (men normmässingt
acceptabla) axiella spänningar. Rörelserna i exempelvis
en böj kan bli upp till 4 gånger så stora som vid förspänning.
Zon 2
Zon 1
Zon 2
Rörelsen motverkas av friktion.
␴ = E. 움. Δ T
␴ = Spänning
E
움
ΔT
Zon 2
= Elasticitetsmodul
= Längdutvidningskoofficient
= Temperaturändring
Zon 1
Zon 2
Spänning i ett förvärmt rör
Tabell över friktionslängder och rörelser
Tabell över friktionslängd och rörelser redovisas på nästa sida.
Redovisade värden utgår från ett antal förutsättningar, som anges.
Vid förändring av förutsättningarna förändras naturligtvis även angivna data.
Spänning i ett kall förlagt rör
Utgåva 2010
Projektering
9:103
Beräkningsförutsättningar
Max axiell spänning 150 Mpa för enkelrör (motsvarar 욼T=60oC)
Max axiell spänning 150+50 Mpa för dubbelrör (temperaturskillnad mellan fram- och returledning är 40oC, täckning 0,6 m.
Bockningradie 3s. Antall fulla cykler: 1000 st för DN 25-65; 250 cykler för DN80-300; 100 cykler för DN 350-900.
Dimension
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
Dimension
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
Dimension
2*20
2*25
2*32
2*40
2*50
2*65
2*80
2*100
2*125
2*150
2*200
Friktionskraft
N/m
956
1189
1192
1376
1565
1822
2359
2719
3102
4130
5584
6556
7524
8808
8958
10516
12252
15152
181216
Serie 1
Friktionslängd
m
36
42
48
58
65
72
81
87
102
113
116
131
125
138
153
145
163
179
188
Rörelse
mm
13
15
18
22
24
27
30
32
38
42
43
48
46
51
56
54
60
66
70
Längd L-slag
mm
0,7
0,8
1,0
1,2
1,6
1,6
1,9
2,4
2,9
3,6
4,2
4,5
5,0
5,6
6,5
6,9
8,2
9,4
10,4
Dimension
Friktionskraft
N/m
1361
1545
1548
1801
2063
2334
3038
3492
4049
5478
7326
8577
10045
11897
12046
14249
17080
20152
23466
Serie 3
Friktionslängd
m
26
32
37
44
50
57
63
68
78
85
88
100
94
102
113
107
121
134
145
Rörelse
mm
9
12
14
16
18
21
23
25
29
31
33
37
35
38
42
40
45
50
54
Längd L-slag
mm
0,6
0,7
0,9
1,1
1,4
1,6
1,7
2,1
2,5
3,2
3,7
4,4
4,8
5,4
5,6
6,0
7,1
8,2
9,2
Dimension
Dubbel, standard
Friktionslängd Rörelse
m
mm
23
9
33
12
36
14
41
15
45
17
50
19
56
21
62
23
57
21
65
24
71
27
Längd L-slag
mm
0,4
0,6
0,9
0,8
1,1
1,4
1,4
1,7
1,9
2,3
2,9
Dimension
Friktionskraft
N/m
1550
1552
1805
1811
2338
2691
3058
4052
5445
6370
8544
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
2*20
2*25
2*32
2*40
2*50
2*65
2*80
2*100
2*125
2*150
Friktionskraft
N/m
1185
1365
1368
1556
1811
2075
2693
3064
3530
4749
6439
7449
8652
10201
10351
12211
14664
17568
20711
Serie 2
Friktionslängd
m
29
36
42
52
56
64
71
77
90
98
100
115
109
119
132
125
141
154
165
Rörelse
mm
11
13
15
19
21
24
26
28
33
36
37
43
40
44
49
46
52
57
61
Längd L-slag
mm
0,5
0,7
0,9
1,2
1,5
1,5
1,8
2,2
2,7
3,4
4,0
4,2
4,6
5,2
6,1
6,4
7,6
8,7
9,8
Friktionskraft
N/m
1539
1784
1790
2062
2320
2654
3461
4005
4648
6204
8487
9950
11621
13843
13920
16612
19645
23012
Serie 4
Friktionslängd
m
23
28
32
39
44
50
55
59
68
75
76
86
81
88
98
92
105
117
Rörelse
mm
9
10
12
14
17
19
21
22
25
28
28
32
30
33
37
34
39
44
Längd L-slag
mm
0,6
0,7
0,8
1,0
1,3
1,4
1,7
2,0
2,4
3,0
3,5
3,9
4,0
4,5
5,3
5,8
6,6
7,7
Friktionskraft
N/m
1805
1805
2319
2328
2675
3040
3402
4523
6234
7116
Dubbel+
Friktionslängd Rörelse
m
mm
20
8
28
11
28
11
32
12
39
15
44
17
51
19
55
21
49
18
58
22
Längd L-slag
mm
0,4
0,6
0,7
0,8
1,0
1,3
1,3
1,6
1,8
2,2
Utgåva 2010
Projektering
9:104
Återfyllning med alternativa material
Nedan visas förslag till begränsningar och ritlinjer vid användning av alternativa återfyllnadsmaterial.
Om grovkornigt material skall användas som kringfyllnadsmaterial kring kulvertrör krävs god kontroll av utförandet
och stor försiktighet vid hantering av massorna för att inte skada rör och skarvar.
Ej trafikbelastad yta
Trafikbelastad hårdgjord yta
Trafikbelastad ej hårdgjord yta
Ingen ytrre belastning
på røren
Ledningen antas ligga under
den hårdgjorda ytans överbyggnad, dvs. i tidligare befintligag hårdt packa jord.
Överbyggnaden fördeler ut
trafiklasterna så punktlaster ej
uppstår på rören.
Risk för punktlast på rören då
tillräcklig övergyggnad anta
saknas.
Kringyllnadsmaterialet ska
kunna packas.
Kringfyllnadsmaterialet ska
kunna packas
Befintlig natur- och/eller
krossmaterial med största
kornstorlek 50 mm
Befintliga natur- och/eller
krossmaterial med största
kornstorlek 50 mm
Befintliga ej skarpkantiga naturmaterial med största kornstorlek
50 mm eller krossmaterial 4-32 mm
Skarvar omges med nätmatta
av polyeten.
Skarvar omges med nätmatta
av polyeten.
Skarvar omges med nätmatta
av polyeten.
Befintliga ej skarpkantiga naturmaterial med största kornstorlek
50 mm eller krossmaterial
4-32 mm.
Befintliga ej skarpkantiga naturmaterial med största kornstorlek
50 mm eller krossmaterial
4-32 mm
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm.
Skarvar omges med nätmatta
av polyeten.
Skarvar omges med nätmatta
av polyeten.
Skarvar omges med nätmatta
av polyeten.
Expansionsanordning (radiell
rörelse). För begrensad rörelse vid
förvärmda system.
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm.
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm +skumkuddar
som tar upp den expansion som
överstiger 20 mm.
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm.
Expansionsanordning (radiell
rörelse). För begrensad rörelse vid
kallförlagda system.
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm samt skumkuddar med tjocklek= minst
lika med beräknad rörelse eller
natur- och/eller krossmaterial
med största kornstorlek 50 mm.
Skumkuddar med tjocklek c:a
1,6 gånger den beräknade
rörelsen.
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm samt skumkuddar med tjocklek= minst
lika med beräknad rörelse eller
natur- och/eller krossmaterial
med största kornstorlek 50 mm.
Skumkuddar med tjocklek c:a
1,6 gånger den beräknade
rörelsen.
Ej skarpkantig rörgravsgrus enl.
AMA tabell CEC/1 med största
stenstorlek 32 mm samt skumkuddar med tjocklek= minst
lika med beräknad rörelse eller
natur- och/eller krossmaterial
med största kornstorlek 50 mm.
Skumkuddar med tjocklek c:a
1,6 gånger den beräknade
rörelsen.
Kommentar
Friktionsfixerad
sträcka
Expansionssträcka
(axiell rörelse)
Nätmatta kan bytas ut mot sandfyllning kring muffar.
Utgåva 2010
Projektering
9:201
Dimensionering av tryckfall för flexibla rör
Erforderligt flöde
Varje anslutet hus har ett visst effektbehov vid dimensionerande temperatur.
Detta effektbehov tillsammans med tillgängligt temperaturfall bestämmer erforderligt flöde.
Ex. Effektbehov
Temperaturfall
Erforderligt flöde
Q
ΔT
m
12kW.
40°C
258 kg/h
m = Q*860/∅T
Erforderlig dimension
För kopparrör se beräkningsdiagram 9:102
Med ett tryckfall om 1 mbar/m (10 mm vp/m) blir erforderlig dimension för ovan angivet exempel 18*1 mm.
Totalt tryckfall
Det tillgängliga tryckfallet delas upp på den längsta rörsträckningen från anslutningspunkten till den längst bort
belägna fjärrvärmecentralen.
Ex: Snittryckfallet kan överslagsmässigt beräknas till 1mbar/m.
Tryckfallet för anslutningsledningen (Kopparflex 18*1) om den är 14 m blir 2*14*1 = 28 mbar
Högre tryckfall kan tas på anslutningsledningar belägna närmare anslutningspunkten.
Dock bör inte vattenhastigheten överstiga 2 m/s i ett kopparrör.
Utgåva 2010
Projektering
9:202
Stålflex
Genomsnittstemperatur, vatten 80°C
Ytråhet ε = 0.0016 mm stålflex
(1 mm vp = 9.81 Pa)
flöde i kg/h
effekt kW
temperaturdifferens °C
Exempel: Effektbehov 30kW
∅T = 40°C
Erforderligt flöde = 30 x 860 = 645 kg/h
40
Flöde
Hastighet v [m/s]
Tryckfall
Utgåva 2010
Projektering
9:203
Kopparflex
Genomsnittstemperatur, vatten 80°C
Ytråhet ε = 0.0015 mm koppar
(1 mm vp = 9.81 Pa)
flöde i kg/h
effekt kW
temperaturdifferens °C
Exempel: Effektbehov 30kW
Δ T = 40°C
Erforderligt flöde = 30 x 860 = 645 kg/h
40
Flöde
Hastighet v [m/s]
Tryckfall
Utgåva 2010
Projektering
9:204
Casaflex
Genomsnittstemperatur, vatten 80°C
Ytråhet ε = 0.0016 mm stålflex
(1 mm vp = 9.81 Pa)
flöde i kg/h
effekt kW
temperaturdifferens °C
· kg/h
Flöde m
Exempel: Effektbehov 30kW
Δ T = 40°C
Erforderligt flöde = 30 x 860 = 645 kg/h
40
Tryckfall Δ p
Utgåva 2010
Projektering
9:301
Värmeförluster
Beräkningsförutsättningar för enkel- och dubbelrör
Läggningsförhållande
Fyllningshöjd
Fritt avstånd mellan rör
Mark
Värmeledningstal:
0,80 m
0,20 m
0,25 m
0,30 m
Värmeförlust Q
To
Ø 110≤Dy≤ Ø 180
Ø 200≤Dy≤ Ø 500
Ø 630≤Dy≤ Ø 900
λm= markens värmeledningstal
H
λ m = 1,5 W/m° K
Tf
Isolering av PUR-skum
Värmeledningstal:
Q
Tr
λ i = 0,026 W/m° K
do Dc
Temperatur, årsmedelvärde (primärsystem)
Framledningstemperatur: Tf = 85° C
Returledningsreperatur:
Tr = 55° C
Omgivningstemperatur:
To = 5° C
Δ T = 65° C
C
λ = isoleringens värmeledningstal
Tf+Tr
– To
2
om Δ T ändras 10° påverkas förlusten med 10 = 15%
65
ΔT=
Värmeförlusterna för fjärrvarmerör i mark beror på:
1- Värmemotståndet i mark:
Rm =
2- Värmemotståndet i rörets isolering
Rr =
3- Påverkan mellan fram och returledning R =
2
2πλm
ln (
4Zc
)
Dc
1
ln (
Dpur
)
do
1
2πλi
1
4πλs
ln (1+(
2Zc 2
) )
C
För beräkning se EN 13941
Utgåva 2010
Projektering
9:302
Enkelrör
Värmeförluster vid Δ T = 65°C (avser fram och returledning)
DN
20
25
32
40
50
65
80
100
125
150
200
250
300
350
400
450
500
600
700
800
Serie 1
W/m
kWh/m.år
Serie 2
W/m
kWh/m.år
Serie 3
W/m
kWh/m.år
20,8
21,3
24,5
27,3
32,1
33,0
34,5
39,9
47,1
51,1
49,2
56,4
54,8
58,1
85,5
82,2
109,8
134,6
152,0
182
186
214
239
281
289
302
350
413
448
431
494
480
509
749
720
962
1179
1332
14,6
17,3
18,8
21,2
23,7
26,6
27,8
29,0
33,4
37,8
39,8
38,8
44,2
42,6
44,1
58,4
56,5
68,4
77,7
87,3
128
151
164
186
208
233
244
254
292
331
349
340
387
373
387
511
495
599
681
765
13,4
15,6
17,0
19,0
20,6
23,1
24,4
25,3
28,2
31,1
32,4
32,4
35,7
34,3
35,2
43,7
42,7
49,3
55,8
62,4
117
137
149
167
180
203
214
221
247
272
284
284
312
301
308
383
374
432
488
546
Serie 4
W(m
kWh/m.år
12,5
14,4
15,3
17,0
18,5
20,7
21,5
22,3
24,4
26,5
27,5
27,8
29,9
28,8
29,5
35,2
34,6
39,8
44,8
109
126
134
148
162
182
188
195
214
232
241
243
262
253
258
309
303
349
392
Dubbelrör
Värmeförluster vid Δ T = 65oC
DN
STANDARD
W/m
kWh/m.år
DUBBEL+
W/m
kWh/m.år
DUBBEL++
W/m
kWh/m.år
2 x 20
2 x 25
2 x 32
2 x 40
2 x 50
2 x 65
2 x 80
2 x 100
2 x 125
2 x 150
2 x 200
10,1
13,2
14,6
16,6
16,4
20,2
22,8
22,9
20,8
25,6
30,5
8,9
11,2
12,2
14,3
13,8
16,3
17,8
17,4
16,7
19,7
21,8
8,1
9,9
10,8
12,4
12,2
13,7
14,6
14,4
13,6
16,1
17,3
88
116
128
145
144
177
200
201
182
224
267
78
97
107
125
121
143
156
152
146
173
191
71
87
95
109
107
120
128
126
119
141
152
Vid beräkning av värmeförbrukningen har dataprogrammet «Ekodim», EN 13941 och isolervärdet
λ=0,026 W/moC använts, och hänsyn har tagits till att mantelrören expanderat 1%. Vid beräkning av
framtida värmeförluster hänvisas till programmet «Ekodim».
Utgåva 2010
Projektering
9:303
Värmeförluster flexrör
Läggningsförhållande
Fyllningshöjd
Fritt avstånd mellan rör
Mark
Värmeledningstal:
Isolering PUR skum
Värmeledningstal:
0,6 m
0,1 m
λm = 1,5 W/m°K
λi = 0,024 W/m°K
Värmeförluster, kopparflex, enkel
Dimension
Primärsystem W/m
22/91
13,4
28/91
16,1
35/91
19,7
Temperaturer, årsmedelvärde
Primärsystem
Framledningstemperatur
85°C
Returledningstemperatur
55°C
Omgivningstemperatur
5°C
ΔT
65°C
Sekundärsystem
70°C
40°C
5°C
50°C
λi = 0,025 W/m°K (gäller Casaflex).
kWh/m, år
118
141
172
SekundärsystemW/m
10,3
12,4
15,1
kWh/m, år
90
108
133
Värmeförluster, kopparflex, dubbel
2*15/91
7,4
2*18/91
9,3
2*22/91
11,5
2*28/91
14,9
2*18/110
7,5
2*22/110
8,7
2*28/110
10,2
64
81
101
130
66
76
89
5,7
7,2
8,9
11,5
5,8
6,7
7,8
50
63
78
101
51
59
68
Värmeförluster, Stålflex, enkel
20/78
14,0
28/91
16,1
122
141
10,8
12,4
94
108
Värmeförluster, Casaflex, enkel, Serie 1
22/ 91
12,6
30/ 91
15,8
39/111
16,9
48/111
21,8
60/126
24,0
75/142
29,4
98/162
37,1
127/202
40,5
110
138
148
191
210
258
324
354
9,7
12,2
13,0
16,8
18,5
22,6
28,6
31,2
85
107
114
147
162
198
250
273
Värmeförluster, Casaflex, enkel, Serie 2
30/ 111
13,5
39/126
15,1
48/126
18,9
60/142
20,7
75/162
24,1
127/225
27,0
118
133
165
181
211
237
10,4
11,6
14,6
15,9
18,6
20,8
91
102
127
140
162
182
Värmeförluster, Casaflex, dubbel
2*22/111
8,7
2*30/126
10,1
2*39/142
12,4
2*48/162
13,9
2*60/182
16,3
76
89
109
122
143
6,7
7,8
9,6
10,7
12,6
58
68
83
93
110
Värmeförlusterna ovan avser såväl fram- som returledning. Om Δ T förändras påverkas värmeförlusterna linjärt.
OBS! Värmeförlusterna ökar med tiden för alla fjärrvärmerör. Rådfråga Powerpipe avseende optimering.
Utgåva 2010