Moderní řešení výměníkových stanic pára - voda 

2. Koncepce VS
Koncepční řešení VS by mělo zohlednit všechny požadavky kladené na spolehlivý a bezpečný provoz VS. Požadavky vždy vycházejí z místních podmínek, a proto je nutné přizpůsobit projekční řešení místním podmínkám (parametry páry, dochlazení kondenzátu, tlakové poměry v parní a kondenzátní síti, atd.). Jedná se o zajištění proměnlivých potřeb tepla pro soustavy ÚT, TUV a VZD, dále je obvykle kladen požadavek na "bezhlučný" provoz VS, požadované dochlazení kondenzátu při všech provozních stavech a minimální zastavěnou plochu. Dané požadavky ovlivňují použitý typ a počet výměníků pára - voda, způsob jejich regulace a použité typy regulačních ventilů.
V současné době se vyskytuje na trhu mnoho různých konstrukcí výměníků použitelných pro parní aplikace. Přednostně je vhodné používat kompaktní typy výměníků pára - voda, které jsou vyrobeny z kvalitních materiálů. Je potřeba si uvědomit, že tlaková a teplotní odolnost výměníku pára - voda výrazným způsobem ovlivňuje investiční a provozní náklady. Při malé tlakové odolnosti výměníku je potřeba ve VS instalovat redukční řadu (redukční ventil a příslušenství) [1].
Měrný objem páry roste exponenciálně v oblasti malých tlaků páry (nízkotlaká pára), a proto je krajně nevhodné redukovat středotlakou páru na nízkotlakou na vstupu do VS (obvykle výrazný zdroj hluku - vysoký tlakový spád na redukčním ventilu) a nízkotlakou páru rozvádět do výměníků pára - voda. Při použití nízkotlaké páry je nutné použít velké dimenze potrubí a armatur. Hlavním problémem však zůstává možnost regulace výkonu parního výměníku a bezproblémový odtok kondenzátu. Dobrá regulační schopnost armatury je dána její autoritou, která vyžaduje určitý tlakový spád (např. 30 až 40 % z absolutního tlaku páry před ventilem) při návrhových podmíkách (plně otevřený regulační ventil). Při použití nízkotlaké páry výše zmíněné nelze zaručit (dosažení podtlaku) a provoz regulační armatury je možný pouze v režimu otevřeno/zavřeno, čímž je výrazně omezena schopnost regulovat výkon výměníku pára - voda. Vlivem tlakové ztráty výměníku a dalších armatur je velmi obtížné zajistit bezproblémový odtok kondenzátu z výměníku a hromadění kondenzátu ve výměníku radikálně snižuje jeho výkon, což je řešeno použitím velmi předimenzovaného a tedy i dražšího výměníku.
Investiční náklady VS úzce souvisejí s počtem výměníků pára - voda, který určuje i množství armatur, jež jsou potřebné pro vystrojení výměníku. Prodejci výměníků poskytují kvalitní služby a v případě potřeby je závada odstraněna v krátkém čase. Proto je většinou zbytečné a finančně náročné používat 100 % rezervu výměníků. Dále je vhodné s ohledem na kolísání odběru tepla během celého roku stanovit pokud možno minimální počet výměníků pára - voda. Minimální počet výměníků souvisí s jejich dobrou regulovatelností při malých výkonech (přechodné období) a typem regulačních armatur i způsobem regulace. Parní aplikace vyžadují použití regulačních ventilů s velmi rychlými pohony umožňující plynulou regulaci výkonu. To je dáno nesrovnatelně vyšším výkonem přeneseným v páře ve srovnání s horkou vodou, neboť kondenzační teplo páry, které využíváme (cca 2200 kJ/kg), je výrazně vyšší než součin měrné tepelné kapacity vody a teplotního spádu (cca 4,18 kJ/(kg.K) x 80 K = 334, 4 kJ/kg). Při kondenzaci páry (fázová přeměna) navíc dochází k výrazně intenzivnějšímu přestupu tepla než při použití horké vody (není fázová přeměna). Ze zmíněného vyplývá, že jednotkový průtok páry předá cca 7x více tepla než jednotkový průtok horké vody (150/70). Plynulá regulace průtoku páry či kondenzátu je nezbytností pro dobrou regulaci výměníku pára - voda. Rychlost pohonů je velmi důležitá při použití moderních kompaktních výměníků, které mají velmi malé vodní objemy. Doba odezvy na regulační zásah je velmi krátká (malá akumulace tepla ve výměníku) a tudíž vyžaduje, aby soustava regulace okamžitě reagovala, jinak dochází k havarijnímu odstavení výměníku, neboť teplota sekundáru překročí nejvyšší povolenou teplotu. Výsledkem je špatná regulace a omezená životnost výměníku (rychlé kolísání teplot a tlaků). Proto není dobré používat na parních aplikacích regulační ventily s elektropohony, neboť elektropohony jsou relativně pomalé a obsahují převodovku, která zvyšuje složitost celého pohonu. Okamžitá "požadovaná" poloha zdvihu kuželky regulačního ventilu s elektropohonem se obtížněji dosahuje než u ventilu s pneupohonem, neboť elektropohon nestačí reagovat stejnou rychlostí jako je rychlost daná dobou odezvy výměníku při dynamických stavech. Pak se za provozu stává, že kuželka kmitá v určitém rozmezí, čímž dochází k výraznému zkrácení životnosti pohonu ventilu. Použití pneupohonů v dnešní době není vázáno na rozvody stlačeného vzduchu, neboť na trhu existují malé tlakovzdušné centrály (elektromotor, kompresor, vzdušník a příslušenství) vyznačující se poměrně tichým provozem a dobrou kvalitou vystupujícího vzduchu. Při použití pneupohonu je vždy výhodné stlačený vzduch před vstupem do pneupohonu či převodníku (pozicionéru) ošetřit, tj. zachytit pevné a kapalné nečistoty. Pak je zaručena spolehlivá a bezpečná funkce pneupohonu. Předpokladem dobré funkce regulačního ventilu, který určuje kvalitu regulace výměníku, je ošetření páry před vstupem do regulačního ventilu či výměníku [2]. Informativní srovnání základních výhod a nevýhod elektropohonů a pneupohonů je zachyceno v tab. 1.

3. Regulace na straně páry či kondenzátu - technické a ekonomické porovnání
Další otázkou, kterou je potřeba řešit při návrhu VS, je rozhodnutí, zda regulovat na straně páry či kondenzátu. Při regulaci na straně páry je nutné použít regulační ventil o vyšší světlosti, který umí jemněji regulovat průtok páry. Při regulaci na straně kondenzátu se při běžných výkonech výměníků používají regulační ventily velmi malých světlostí, které neumožňují tak jemnou regulaci parního výměníku. Navíc hrozí vyšší riziko zanesení ventilu mechanickými nečistotami. Speciální, tzv. regulační mikroventily nejsou zatím na trhu dostatečně rozšířeny. Hlavním problémem regulace na straně kondenzátu však zůstává rychlost kondenzace páry a následné zaplavení parního prostoru výměníku. I při použití regulační smyčky s rychlou odezvou (čidlo, regulátor a regulační ventil s pneupohonem) tvoří hlavní zpoždění regulace doba, za kterou se nakondenzuje potřebné množství páry, které sníží teplosměnnou plochu výměníku. Tato doba se nedá technickými prostředky (regulací) ovlivnit a závisí na rychlosti odebírání tepla sekundární stranou výměníku, která se pohybuje v určitém rozmezí daném zejména rychlostí proudění sekundární látky (cca do 1 m/s). Při rychlých dynamických změnách na výměníku pak dochází k nestabilní regulaci neboť, regulace je zajišťovaná střídavě regulačním ventilem na straně kondenzátu a havarijním (případně regulačním) ventilem na straně páry. Výsledkem je výrazné kolísání výstupní teploty sekundáru. Při použití regulačních ventilů s elektropohony pak dochází k potížím při požadavcích na rychlou změnu výkonu výměníku. Riziko nestabilní regulace výměníků pára - voda na straně kondenzátu je tím vyšší, čím nižší je maximální provozní výstupní teplota sekundární vody (nízkoteplotní soustavy), čím vyšší je tlak páry a čím vyšší je dynamika soustavy připojené na sekundární stranu výměníku (nízkoobjemové soustavy - např. okruh výměníků VZD). Výsledkem je snížená životnost všech armatur a zejména havarijního ventilu, který pak hůře těsní (vyšlehaná kuželka). Dané poznatky byly publikovány i jinými autory, např. [3] a [4]. Nelze srovnávat provozní podmínky regulace výměníků pára - voda, které zajišťují ohřev horké vody pro soustavy sálavého vytápění průmyslových hal s vysokou maximální provozní teplotou (cca 130 °C) a které se vyznačují velmi malou dynamikou (doba odezvy daná tloušťkou povrchové vrstvy podlahy - cca 8 až 11 h), s ostatními aplikacemi vytápění, větrání a klimatizace (doba odezvy VZD výměníku - cca desítky sekund).
Samostatnou kapitolou při použití regulace na straně kondenzátu je vývin zbytkové páry z kondenzátu v prostoru kuželka - sedlo regulačního ventilu. K podstatnému vývinu zbytkové páry dochází při větším tlakovém spádu na ventilu (cca 200 až 300 kPa) při maximálním výkonu výměníku, kdy kondenzát je méně podchlazen. Vznikající zbytková pára má nesrovnatelně větší měrný objem než kondenzát (99 % objemových páry a 1 % kondenzátu, tj. jedná se o mokrou páru a nikoli kondenzát!) a výsledkem je vznik vysokých rychlostí proudění v prostoru kuželka - sedlo regulačního ventilu a v kondenzátním potrubí. Důsledkem je erozivní poškození kuželky (vyšlehání) a regulační ventil na straně kondenzátu ztrácí schopnost regulovat. Pro životnost regulačních ventilů na straně kondenzátu je nevhodná kombinace zaplavovaného výměníku a odvětrané kondenzátní nádrže zejména při vyšších tlacích páry (cca 1 až 1,3 MPa). Za regulačním ventilem na straně kondenzátu je atmosférický tlak, tj. tlakový spád na ventilu je maximální možný. Jediná cesta, jak odstranit zmíněné problémy, které se týkají zbytkové páry, je zaručit maximální podchlazení kondenzátu při všech provozních stavech (výstupní teplota kondenzátu ze stojatého zaplavovaného výměníku 50 až 60 °C při maximálním výkonu), což vede k předimenzování výměníku.
Při najíždění zaplavovaných výměníků do provozu vždy vznikají termické rázy, hluk a vibrace, neboť nelze zajistit vstup páry do prázdného výměníku (základní prevence proti vzniku termických rázů). Vlivem protitlaku v kondenzátní síti je výměník po odstavení tlaku páry částečně zaplaven kondenzátem, který vlivem tepelných ztrát vychladne a při najíždění výměníku do provozu vstupující pára na styku s hladinou kondenzátu prudce kondenzuje a vznikají termické tlakové rázy, které poškozují výměník a armatury. Po uzavření přívodu páry pára v parním prostoru výměníku kondenzuje a vzniká podtlak. Je nutné použít zavzdušňovací ventil (přerušovač vakua), který znemožní vznik vakua a následné namáhání výměníku podtlakem. Kombinace namáhání výměníku přetlakem a podtlakem vede k cyklickému namáhání výměníku, což je nejnebezpečnější druh namáhání a výrazně zkracuje životnost výměníku (zejména šroubových spojů a těsnění), neboť výměníky jsou pevnostně dimenzovány na namáhání přetlakem. K výše popsanému dochází i při dynamických stavech na výměníku vyvolaných kombinovanou regulací na straně páry (havarijní či regulační ventil) a kondenzátu (regulační ventil). Použitím zavzdušňovacího ventilu se ztrácí hlavní přednost regulace na straně kondenzátu, tj. uzavřený provoz parokondenzátní soustavy bez přívodu vzduchu.
Příznivci zaplavovaných výměníků často argumentují proti použití regulace na straně páry výší investičních nákladů na armatury a ostatní ostrojení výměníku. Pokusím se proto srovnat vystrojení armaturami výměníku regulovaného na straně kondenzátu s výše popsaným vystrojením výměníku regulovaným na straně páry. Nechť si čtenář sám udělá nezávislý úsudek. Zaplavovaný výměník je na vstupu páry vybaven havarijním ventilem, který může zastávat i regulační funkci. Páru před vstupem do havarijního/regulačního ventilu je nutné ošetřit, jinak není zaručena těsnost havarijního/regulačního ventilu (separátor vlhkosti). Za ventilem je osazen přerušovač vakua, který znemožní namáhání výměníku podtlakem při přechodových stavech a odstavení výměníku. Na výstupu kondenzátu z výměníku je obvykle osazen filtr a za ním následuje regulační ventil, který reguluje výši zaplavení teplosměnné plochy výměníku. Při použití regulačního ventilu, který snese přímý kontakt s párou (dynamické stavy na výměníku), což by mělo být vždy upřednostňováno, se umisťuje havarijní plovákový odvaděč za regulační ventil (ve směru proudění kondenzátu) a neovlivňuje tak výrazně jeho regulační schopnosti jako při umístění odvaděče před regulační ventil. Odvaděč zabraňuje průnikům páry do kondenzátního potrubí při selhání regulačního ventilu v otevřené poloze a zabraňuje tak dalším provozním potížím (zablokovaný odtok kondenzátu z ostatních spotřebičů). Při vysokém protitlaku se do obtoku kondenzátního potrubí umisťovalo podpůrné odstředivé čerpadlo (kavitace!). Dále se na vstupu páry do zaplavovaného výměníku umisťovalo havarijní odvodnění (odvodňovací souprava), které odvádělo kondenzát při úplném zaplavení teplosměnné plochy výměníku (havarijní přeplavení výměníku).
Regulace na straně páry je doporučována pro výměníky malých a středních výkonů v kombinaci s nízkoobjemovými otopnými soustavami s proměnlivou výstupní teplotou vody (dynamické soustavy ÚT) či při průtočném ohřevu TUV. Doporučuje se i pro výměníky, které jsou charakterizované rychlou odezvou, tj. všechny typy výměníků pára - vzduch, deskové a kapilárové výměníky pára - voda. Regulace na straně páry vyžaduje přečerpávání kondenzátu do centrálního zdroje (je možné použít kombinované odvaděče/zvedače či zvedače kondenzátu). Lze použít uzavřený či otevřený parokondenzátní okruh.
Regulace na straně kondenzátu je vhodná pro střední a velké vertikální zaplavované výměníky s kontinuálním provozem, které ohřívají vodu pro velkoobjemové soustavy ÚT se stálou výstupní teplotou otopné vody za všech provozních podmínek. Nedoporučuje se její používání pro průtočný ohřev TUV (pouze pro zásobníkový ohřev TUV) a ohřev vody pro okruh vzduchotechnických výměníků. Regulace na straně kondenzátu nevyžaduje přečerpávání kondenzátu do zdroje, ale na druhé straně je limitovaná tlakovými poměry v kondenzátním potrubí. Při kolísání tlaku kondenzátu v městské kondenzátní síti vlivem nahodilého přečerpávání kondenzátu z jednotlivých VS do společného kondenzátního řadu odstředivými čerpadly záleží na tom, kolik čerpadel jednotlivých VS běží současně. Při situaci, kdy dochází k souběhu čerpání kondenzátu z více VS, dochází k selhávání regulace na straně kondenzátu (krátkodobě vysoký protitlak kondenzátu často vyšší než tlak páry). Teplosměnná plocha výměníku se zaplavuje vlivem protitlaku v městské kondenzátní síti bez ohledu na polohu regulačního ventilu. Tab. 2 obsahuje souhrn výhod a nevýhod obou výše popsaných způsobů regulace parních výměníků.

4. Celkový počet výměníků pára - voda
Regulace na straně páry s použitím regulačních ventilů s pneupohony umožňuje použít jeden centrální výměník pára - voda, který zásobuje okruhy ÚT, TUV a VZT. Použití pouze jednoho výměníku výrazně šetří investiční náklady (výměníky a armatury). Při potřebě malých výkonů (přechodné období) je výměník sice předimenzován, ale velmi rychlá a plynulá regulace pneuventily na straně páry dokáže bez problémů zvládnout i tuto situaci. Velkou výhodou předimenzovaného výměníku (přechodné období) je velmi dobrá schopnost dochladit kondenzát (o cca 100 K i více). V období maximálního výkonu klesá dochlazení kondenzátu. V každém případě se doporučuje použít aktivní dochlazovač kondenzátu, který zaručí dochlazení kondenzátu při všech provozních stavech. Je možné dosáhnout teploty výstupního kondenzátu na úrovni 50 °C, což je hodnota požadovaná teplárenskými společnostmi daná teplotní odolností plastového kondenzátního potrubí, i při parametrech vstupní páry do 1,3 MPa (sytá pára). Předpokladem je odběr daného množství tepla během celého roku (temperování podzemních a vlhkých prostorů, garáží, dílen, atd.).
Investiční náklady VS jsou závislé na způsobu vracení kondenzátu a typu měření spotřebovaného tepla. Dříve používané objemné odvětrané kondenzátní nádrže vybavené odstředivými čerpadly pro přečerpávání kondenzátu řízené plovákovým mechanismem jsou zbytečně drahé, zabírají velkou podlahovou plochu a velká plocha hladiny způsobuje výrazné ztráty tepla odparem. Velkou nevýhodou použití odstředivých čerpadel k přečerpávání kondenzátu je zvýšené riziko kavitace, která výrazně zkracuje životnost čerpadla. Teplotní odolnost čerpadla uváděná výrobcem čerpadla se vztahuje na teplotní odolnost ucpávek čerpadla, případně ložisek, atd. Při čerpání kondenzátu, který je na teplotě sytosti nebo mírně podchlazen, dochází vlivem změny tlaků v kanálech oběžného kola čerpadla k vývinu zbytkové páry. Parní bubliny pak narážejí do do stěn lopatek a způsobují kavitační erozi. Pro zabránění kavitace doporučují výrobci čerpadel nepřekročit maximální teplotu čerpané kapaliny, obvykle 50 až 60 °C. Při použití speciálních kondenzátních čerpadel se teplota zvyšuje až na 98 °C při zachování určitého minimálního nátoku do čerpadla. Výše zmíněné teploty se dá dosáhnout buď výrazným podchlazením kondenzátu (předimenzovaná teplosměnná plocha výměníku či aktivní dochlazovač), nebo odvětráním sběrače kondenzátu. Použití odstředivých čerpadel ve spojení se zaplavovanými výměníky (překonání protitlaku kondenzátu) není vhodné, vede ke krátké životnosti a zbytečně zvyšuje provozní náklady.
Pro přečerpávání kondenzátu je výhodné použít parou poháněné zvedače kondenzátu, což jsou objemová čerpadla pracující na principu vytlačování kondenzátu tlakem páry (pístový účinek) soustavou zpětných ventilů. Provoz zvedačů není závislý na dodávce elektrické energie, což výrazně zvyšuje bezpečnost provozu. Zvedač neobsahuje elektrické instalace, a proto je možné ho použít do vlhkého prostředí i do prostředí s nebezpečím výbuchu. Zvedač lze vybavit počítadlem cyklů, kdy při známém objemu pracovního prostoru zvedače, lze podle počtu cyklů stanovit objem přečerpaného kondenzátu. Součástí okruhu zvedače je malý sběrač kondenzátu (objem cca 100 až 200 l podle velikosti zvedače), který slouží k zachycení kondenzátu při výtlačné fázi zvedače. Sběrač může být odvětraný či uzavřený. Spotřeba páry potřebná pro provoz zvedače kondenzátu tvoří cca 3 ‰ z množství přečerpaného kondenzátu.

5. Armatury
Pro maximální snížení údržbových prací je vhodné používat tzv. "bezúdržbové" armatury (např. uzavírací ventily s vlnovcovou nerezovou ucpávkou), moderní mezipřírubové armatury (i průtokoměry) a několikastupňový záchyt nečistot, který výrazně prodlouží intervaly mezi odkalováním kalníků a filtrů, což šetří údržbové práce.
Obecně lze použít armatury přírubové či závitové. Přírubové armatury jsou dražší, ale při údržbě se lépe demontují. Závitové armatury jsou levnější, demontáž je však obtížnější (vhodné používat šroubení). Při projektování VS se obvykle volí kompromis, kdy na okruh parního výměníku se používají přírubové armatury a na odvodnění kalníků, separátorů a odkalení se používají závitové armatury. Z hlediska používaných uzavíracích armatur je vhodné na parní straně používat uzavírací ventily a obecně armatury, které se pomaleji otevírají či uzavírají, čímž se snižuje riziko vodního rázu a teplotních šoků při najíždění VS do provozu. Na kondenzátní straně se dává obvykle přednost kulovým kohoutům a obecně armaturám, u kterých je poloha uzavíracího členu na první pohled patrná podle polohy ovládací rukověti. Vždy však to musí být armatury parní (zbytková pára) a ne teplovodní s maximální povolenou trvalou teplotou cca 110 °C a podobně, jinak dochází k provozním obtížím.

6. Parní a kondenzátní přípojka a jejich vystrojení
Parní přípojka tvoří spojovací článek mezi páteřním parovodem a VS. Obdobně kondenzátní přípojka spojuje VS s potrubím vratného kondenzátu. Situace je schematicky naznačena na obr. 1. Odběr páry z páteřního parovodu je vhodné situovat z nejvyššího místa parovodu, kde je kvalita páry nejvyšší a vyvarovat se odběru páry ze spodní části parovodu. Parní přípojku je nutné spádovat (minimální spád 3 až 5 %) směrem od uzavírací armatury (šachta) k parovodu, neboť se tím zajistí odvodnění přípojky do parovodu při uzavření armatury. Vzhledem ke skutečnosti, že kondenzát teče proti směru proudění páry (vyšší riziko strhávání kondenzátu a vytváření vodních rázů), doporučuje se dimenzovat parní potrubí na rychlost proudění páry 15 m/s. Vzdálenost mezi parovodem a uzavírací armaturou by neměla překročit 15 m. Uzavírací armatura umístěná v šachtě (obr. 1) by měla být montovaná osou vřetene ve vodorovné poloze, aby nebránila odtoku kondenzátu ve směru proudění páry do vstupního kalníku VS. Daná poloha je výhodná i z hlediska minimálního ohřívání ručního kolečka proudem teplého vzduchu z neizolované armatury. Za uzavírací armaturou je výhodné spádovat přípojku ve směru proudění páry do následného kalníku.
Intenzita kondenzace páry je funkcí provozního režimu parovodu a teploty okolí parovodu, která ovlivňuje výši tepelných ztrát parovodu. Nejvíce kondenzátu vzniká při najíždění odstaveného parovodu do provozního stavu, kdy je nutné ohřát na provozní teplotu parovod a veškeré jeho vybavení. Proto i při situování odběrů z horní části parovodu dochází k dodávce mokré páry do VS, kterou je vhodné mechanicky vysušit (nejlépe ve více stupních).
Mechanické vysušení páry se dosáhne jednak instalací bohatě dimenzovaného kalníku optimální geometrické konfigurace (obr. 1), který by měl být umístěn hned po průchodu parní přípojky stěnou objektu, dále pak instalací separátoru vlhkosti, který je vhodné umístit před regulační (redukční) ventil. Pro správnou funkci kalníku, který slouží jednak pro záchyt hrubých mechanických nečistot a současně tvoří odvodňovací místo, které by mělo být schopno zachytit i přívalové množství kondenzátu, je důležitá jeho kapacita a geometrická konfigurace. Z hlediska geometrické konfigurace je výhodné, aby výstup páry z kalníku byl výše než vstup páry (převýšení alespoň 500 mm). Kondenzát pak vlivem setrvačnosti nestačí rychle měnit směr proudění a naráží do stěny kalníku a po stěně stéká do spodní části, kde je odváděn odvodňovací sestavou (boční vstup cca 150 mm ode dna kalníku). Kalník též způsobí prudký pokles rychlosti proudění páry a kondenzát včetně mechanických nečistot se odlučuje vlivem gravitačních sil. Na nejnižším místě kalníku by měla být odkalovací plnoprůtočná armatura (malé riziko ucpání nečistotami), ideální je kulový kohout. Odkalovací armatura slouží též k tzv. odtlakování při uzavření páry při provádění jakýchkoli prací na parní straně VS v období, kdy je parovod v provozu. Podle zásad bezpečnosti práce je nutné přívod páry uzavřít dvěma za sebou umístěnými uzavíracími armaturami s odvětráním potrubního úseku mezi armaturami. Výše zmíněné lze docílit uzavřením ventilu v šachtě a na výstupu z kalníku při současném otevření odkalovacího kohoutu. Obdobná konfigurace armatur by měla být na kondenzátní přípojce. Na nejvyšším místě kalníku může být instalován automatický odvzdušňovací ventil (OV) s předřazeným kulovým kohoutem, který umožní odvedení vzduchu z parokondenzátní soustavy při náběhu parovodu po delší odstávce.
Kapacita kalníku by měla vycházet z maximálního přívalového množství kondenzátu a zohledňovat výkon VS. Přívalové množství kondenzátu též vzniká u přípojek, které umožňují hromadění kondenzátu v nejnižším místě (vliv sesedáním zeminy, apod.), jak je znázorněno na obr. 1. Kondenzát se hromadí tak dlouho, až dojde k zaplnění celého průřezu potrubí a následnému "vystřelení" kondenzátní zátky párou. Při změně směru proudění se kinetická energie vody přemění na tlakovou a vzniká vodní ráz, který ničí armatury a parní potrubí. Doporučovaná kapacita kalníku je cca 30 l pro běžné VS. Kalník by měl mít minimálně stejnou nebo lépe větší dimenzi než je dimenze parní přípojky a musí být tepelně izolovaný.
Pro odvodnění kalníku lze použít tři základní typy odvaděčů kondenzátu: termodynamický, termický kapslový a plovákový. Termodynamický odvaděč je velmi robustní, obsahuje vestavěný filtr a funguje i jako zpětná klapka. Pracuje v režimu otevřeno/zavřeno, a proto není vhodný pokud výstup z odvaděče je zaústěn do potrubí podchlazeného či čerpaného kondenzátu (vznik termických rázů). Navíc má podle použitého typu disku malou či žádnou odvzdušňovací schopnost a nehodí se pro tlaky páry nižší než cca 0,1 MPa. Použití termického kapslového odvaděče (TKO) je výhodné z hlediska odvzdušňovací schopnosti. Obsahuje filtr a lze ho vybavit zpětným ventilkem. Největší jeho výhodou však je možnost podchlazení kondenzátu až o cca 24 K oproti křivce sytosti páry při daném tlaku. Podchlazení výrazně tlumí termické rázy při styku horkého kondenzátu z odvodnění přípojky a podchlazeného kondenzátu z parního výměníku či dochlazovače. Navíc dochází pouze k částečnému ohřátí pracně vychlazeného vratného kondenzátu. Aby nedocházelo ke zbytečnému zaplavení kalníku (podchlazení kondenzátu vlivem tepelných ztrát) doporučuje se před termickým odvaděčem nechat potrubí tepelně neizolované v minimální délce 1 m (obr. 1). Extrémně vysoké podchlazení (30 až 50 K) se nedoporučuje, neboť odvaděč (tzv. úsporné odvaděče některých tuzemských výrobců) pak otevře při běžném provozu cca 1 x za 30 až 60 minut, tj. než dojde k podchlazení kondenzátu vlivem tepelných ztrát potrubí. Odvaděč neplní svou funkci a dochází k hromadění kondenzátu před odvaděčem a následnému zaplavení kalníku a parovodu, čímž je degradována jeho funkce. Stejný výsledek má umístění termického odvaděče hned vedle kalníku (bez instalace vychlazovacího potrubí). Plovákový odvaděč kondenzátu (POK) má dobrou odvzdušňovací schopnost (pokud obsahuje automatické odvzdušnění). Obvykle neobsahuje filtr a zpětný ventil. Plovákový odvaděč s předřazeným filtrem je možné montovat do blízkosti kalníku (obr. 2), neboť odvádí kondenzát okamžitě, tj. na mezi sytosti. Pokud se použije plovákový odvaděč, je vhodné zaústit výstup kondenzátu z odvaděče před dochlazovač, který zajistí jeho dochlazení (obr. 2). Bez ohledu na použitý typ odvaděče by nikdy neměl být odvaděč kondenzátu tepelně izolován (riziko parního zámku).
Pára zbavená mechanických nečistot a částečně mechanicky vysušená (stále ještě obsahuje drobné kapičky kondenzátu) dále vstupuje do ručního uzavíracího ventilu a havarijního ventilu, který automaticky uzavírá vstup páry do výměníkové stanice v případě zaplavení VS kondenzátem, zvýšení teploty vzduchu uvnitř VS či při výpadku elektrické energie (výměníky nejsou ochlazovány sekundární vodou). Havarijní ventil (HV) by měl uzavřít během velmi krátké doby, proto je výhodnější použití pneupohonů (PN), elektrohydraulických pohonů či solenoidových ventilů (malé světlosti) než elektropohonů (EL). Vzhledem k ošetření páry je podstatně sníženo riziko eroze kuželky ventilu a tím zaručena dobrá těsnost ventilu. Za havarijním ventilem jsou umístěna čidla tlaku a teploty páry (automatická regulace) obvykle doplněná o tlakoměry a teploměry umožňující vizuální kontrolu.
Splnit požadavek mnoha teplárenských společností na výstupní teplotu kondenzátu 50 °C bez ohledu na okamžitý odebíraný tepelný výkon, je velmi problematické. Pokud není zaručen určitý minimální celoročně odebíraný tepelný výkon (desítky kW), nelze kondenzát vychladit na požadovanou hodnotu. Instalace tepelně neizolovaného obvykle odvětraného sběrače kondenzátu sice může za určitých okolností výrazně snížit teplotu kondenzátu, obvykle však na úkor zvýšení teploty vzduchu ve VS.
Bez ohledu na použitý typ odvaděče kondenzátu (plovákový či termický kapslový) bývá výhodné použít tzv. injektorové zapojení (obr. 1). Injektorové zapojení jednak tlumí vznikající termické a tlakové rázy a zabraňuje zablokování odtoku kondenzátu o nižším tlaku z parního výměníku. Kondenzát o vyšším tlaku z odvodnění parní přípojky je veden do injektoru, který si pak přisává kondenzát z výměníku/ů o nižším tlaku a eliminují se tak termické tlakové rázy vznikající při směšování horkého (odvodnění parní přípojky) a chladnějšího kondenzátu (odvodnění parního výměníku/ů).
Odvaděč kondenzátu odvodňující parní přípojku spojuje prostředí o rozdílných tlacích. Před odvaděčem je tlak daný tlakem páry v páteřním parovodu, za odvaděčem je tlak daný tlakem v kondenzátním systému (potrubí čerpaného kondenzátu či odvětrané kondenzátní potrubí). Při provozu je vždy tlak na parní straně vyšší než na straně kondenzátu (podmínka správné funkce odvaděče = pozitivní diferenční tlak). Pokud je rozdíl tlaků vyšší než 0,4 MPa, dojde vlivem snížení kapalinového tepla k odpaření části kondenzátu a vzniká nezanedbatelné množství zbytkové páry (často je zaměňováno za propouštějící odvaděč). Zbytková pára má řádově vyšší měrný objem než kondenzát, a proto je nutné kondenzátní potrubí za odvaděčem rozšířit, aby byla rychlost proudění směsi páry a kondenzátu v přijatelných mezích (cca 25 m/s), tj. kondenzátní potrubí se dimenzuje jako parní! Zbytková pára při směšování s podchlazeným kondenzátem vytváří velmi silné termické tlakové rázy.
Při použití injektoru dochází k postupnému tlumení termických rázů ve válcové části injektoru. Při injektorovém zapojení je vhodné potrubí v místě umístění injektoru rozšířit. Rozšíření zajistí požadovaný průtočný průřez snížený instalací injektoru a navíc funguje i jako tlumič vznikajících rázů. Předpokladem tlumícího účinku je pouze částečné zaplavení rozšířeného úseku kondenzátem. Proto je vhodné spádovat kondenzátní přípojku směrem od injektoru. Není vhodné kondenzátní potrubí za rozšířením zvedat či dokonce napojovat do spodní části kondenzátního řadu, neboť v takovém případě je rozšířená část potrubí vždy zaplavena kondenzátem (obr. 1), což snižuje tlumící účinky zapojení. Pokud není z dispozičních důvodů možné se vyhnout trvalému zaplavení kondenzátního potrubí v místě směšování kondenzátů (spádování kondenzátního potrubí proti směru proudění kondenzátu ), je pro zabránění termických rázů nutné vždy použít injektor.
Vhodným doplňkem je použití jednoduchého na stavbě vyrobeného výměníku typu trubka v trubce. Výměník pak může např. předehřívat TUV, čímž odstraní zbytkovou páru a částečně vychladí kondenzát. Zapojení se směšovacím injektorem se používá při vývinu velkého množství zbytkové páry za odvaděčem a obecně ve velmi těžkých provozních podmínkách.
Pokud za odvaděčem kondenzátu vzniká menší množství zbytkové páry a rozdíl teplot směšovaných kondenzátů je poměrně malý (cca 20 až 40 K) je možné injektorové zapojení vytvořit z potrubních dílů a doplnit je difuzorem na straně přívodu horkého kondenzátu - vznikne difuzorové zapojení. Tlakový odpor difuzoru sníží rychlost proudění horkého kondenzátu a tím i dynamiku směšování kondenzátů. Difuzor také částečně tlumí vznikající termické rázy. Opět je vhodné zajistit, aby místo směšování nebylo trvale zaplaveno kondenzátem.
Směšování kondenzátů o rozdílných teplotách je nutné vždy technicky ošetřit (nestačí použít napojení tvarovkou T - viz obrázek), jinak hrozí riziko výrazných termických rázů, které ničí armatury (zejména těsnění a ucpávky) na kondenzátní straně i tvarovky (ojediněle může dojít i k roztržení svarového spoje ocelového potrubí) a výsledkem je snížená životnost armatur a potrubí (zvýšené provozní náklady). Nezanedbatelnou skutečností je obtěžování širokého okolí hlukem impulzního charakteru ("střílení"), které je zvláště v nočním období velmi nepříjemné (přísné hlukové limity). Při použití zaplavovaných výměníků jsou výše uvedené problémy velmi časté (podchlazení kondenzátu z výměníků) a absence výše popsaného technického řešení v minulosti vedly v některých případech až k záměně zaplavovaných výměníků za výměníky regulované na straně páry bez ohledu na dochlazení kondenzátu.

7. Výměník pára - voda
Typ použitého výměníku pára voda úzce souvisí s typem regulace a použitými regulačními ventily. Obecně je vhodné dávat přednost kompaktním výměníkům vyrobených z kvalitních materiálů. Informativní přehled výhod a nevýhod jednotlivých typů výměníků obsahuje tab. 3. V každém případě platí, že pára před vstupem do výměníku by měla být ošetřena, neboť pouze tak lze zaručit dlouhodobou životnost výměníku a zejména regulačních a havarijních armatur. Z hlediska dochlazení kondenzátu je vhodné výměník pára - voda dimenzovat na maximální součtový tepelný výkon daný součtem maximálních výkonů soustav ÚT, TUV, VZD. Vlivem nesoučasnosti odběrů bude výměník předimenzovaný (hlavně v přechodném období) a zajistí tak dobré podchlazení kondenzátu, což je ekonomicky (využívání tepla v kondenzátu) a provozně výhodné (snížení problémů se zbytkovou párou). Při použití regulace na straně páry a regulačních ventilů s pneupohony je zaručena dobrá regulovatelnost výměníku při všech provozních stavech, což bylo ověřeno experimentálním měřením na ČVUT-FSI. Situace je schematicky znázorněna na obr. 2.
Z hlediska dochlazení kondenzátu je výhodné použít deskové výměníky pára - voda nebo speciálně upravené kapilárové výměníky ("kalibrované" kapiláry). Nelze jednoznačně říci, kdy je výhodnější použití deskového výměníku nebo kapilárového výměníku (z technického hlediska jsou rovnocenné). Vždy záleží na projektantovi, jak se podaří sladit požadavky na provoz VS s danými místními podmínkami. Výsledné řešení by mělo být kompromisem mezi technickými a ekonomickými požadavky. Deskové výměníky mají obvykle značně předimenzovanou teplosměnnou plochu parní strany výměníku při nominálním, tj. z hlediska dimenzování maximálním výkonu. Předimenzování je nutné s ohledem na nutnost předat tepelný výkon sdělený na parní straně (vysoký přestup tepla) na vodní stranu (relativně nízký přestup tepla) při požadavku na "rozumnou" tlakovou ztrátu na vodní straně. Teplosměnná plocha je konstantní (plocha desky) a její velikost určuje vodní strana, tj. zejména požadovaná tlaková ztráta na straně vody. S rostoucí rychlostí proudění vody sice roste přestup tepla na vodní straně, zároveň však roste tlaková ztráta. Vzniká tak fiktivní předimenzovanost parní strany výměníku ve srovnání s vodní stranou výměníku. Vlivem vysokého součinitele přestupu tepla pára zkondenzuje v horní části mezideskového prostoru a kondenzát, který má výrazně menší měrný objem, vytvoří velmi tenký film, který pomalu stéká po prolisech obou desek mezideskového prostoru (nejchladnější části kanálu) a dochází k jeho výraznému podchlazení (v dolních částech mezideskového prostoru). Prolisy desek neustále narušují homogenitu kondenzátního filmu a zvyšují tak množství odebraného tepla z kondenzátu. Z fyzikálního hlediska je podchlazení tenké vrstvy kondenzátního filmu vždy vyšší, než podchlazení mezideskového prostoru, který je zaplaven (regulace na straně kondenzátu). Z tohoto hlediska je regulace na straně páry výhodnější, než regulace na straně kondenzátu. Při nižších výkonech je podchlazení tenké kondenzátní vrstvy ještě vyšší než při nominálním výkonu. Fyzikální závislosti výše uvedené platí obecně i pro kapilárové výměníky a jiné typy výměníků (za předpokladu prostorového pohybu kondenzátního filmu - "kalibrované" kapiláry) při regulaci na straně páry. Výsledky vycházejí z experimentálních měření, které byly provedeny ve spolupráci firem Alfa Laval a Spirax Sarco na mezinárodní úrovni. Více informací o používání deskových výměníků na parních aplikacích lze nalézt v [5] a [6]. I přes výše uvedené je vhodné používat aktivní dochlazovač kondenzátu voda - voda zařazený za výměník pára - voda ve směru toku kondenzátu. Více informací o použití deskových výměníků ve funkci dochlazovače kondenzátu je obsaženo v [7].

8. Regulační ventil a příslušenství
Pára vstupující do regulačního ventilu musí být suchá a čistá. V opačném případě dochází k erozi kuželky a sedla regulačního ventilu kapičkami kondenzátu, které jsou rozptýleny v celém průžezu parního potrubí. Eroze se nejvýrazněji projevuje při minimálním zdvihu regulační kuželky, kdy průtočný průřez kuželka - sedlo je minimální. Výsledkem eroze je špatná regulační schopnost ventilu. Drobné mechanické nečistoty mohou způsobit netěsnost ventilu, neboť může dojít k "zalisování" tvrdé nečistoty do sedla či kuželky. Kuželka pak nemůže dosednout na sedlo a vzniká průsak. Pokud do ventilu jde mokrá pára, okamžitě následuje eroze kuželky a sedla bez ohledu na materiál sedla a kuželky. Jedinou účinnou cestou, jak zabránit erozi kuželky, je prevence, tj. mechanické vysušení páry a odstranění drobných mechanických nečistot. Mechanické vysušené páry se dosáhne v separátoru vlhkosti (SV), který odstraní z páry drobné kapičky kondenzátu a mlhovinu [2]. Pro proměnlivé průtoky páry je nejvýhodnější použít separátory fungující na kombinaci setrvačného a gravitačního účinku, které se vyznačují téměř konstantní účiností v oblasti rychlosti proudění páry 10 až 30 m/s. Světlost vstupní příruby separátoru, která udává velikost separátoru, se dimenzuje na zmíněné rychlosti (max. do 30 m/s). Separátory cyklónového typu mají účinnost odlučování vlhkosti výrazně závislou na rychlosti proudění páry, a proto nejsou vhodné pro aplikace s proměnlivými průtoky páry, což je případ VS. Pro dobrou funkci je vhodné separátor tepelně izolovat a použít odvodnění plovákovým nebo termodynamickým odvaděčem kondenzátu s filtrem a kulovými kohouty (obr. 2). Při použití termického kapslového odvaděče může být degradována funkce separátoru! Opět je vhodné zaústit přívod do odvodňovací soupravy z boku svislého potrubí, které je zakončené odkalovacím kulovým kohoutem (min. hloubka pro záchyt nečistot cca 150 mm).
Za separátorem je ve směru proudění páry umístěn filtr s jemným sítem (otvory např. 0,16 mm) vždy montovaný sítem vodorovně (nehrozí zaplavení síta kondenzátem). Teprve poté je možné umístit regulační ventil (RV) správně dimenzovaný, který má světlost obvykle menší než je světlost potrubí. Přednostně by měly být používány pneupohony (PN) před elektropohony (EL). Dimenzování se provádí na základě požadavku na 30 % úbytek absolutního tlaku páry při maximálním průtoku páry ventilem (naplno otevřený ventil), což určuje průtokový součinitel ventilu. Doporučuje se kontrolovat rychlost páry ve výstupní přírubě ventilu. Rychlost by neměla překročit 100 m/s (ojediněle až 200 m/s), jinak hrozí nepříjemné hlukové efekty a vibrace. Při škrcení tlaku páry dochází k nárůstu měrného objemu páry, který při konstantím průřezu vstupní a výstupní příruby ventilu může výrazně zvýšit rychlost proudění páry ve výstupní přírubě. Pokud při dimenzování vychází rozpor mezi světlostí ventilu z hlediska regulace a světlostí ventilu z hlediska maximální rychlosti proudění ve výstupní přírubě ventilu, doporučuje se použít regulační ventily vyšší světlosti (podle max. rychlosti) s redukovanou kuželkou (podle průtokového součinitele). Mezi regulační ventil a vstup páry do výměníku je vždy nutné instalovat přerušovač vakua (PV), který zamezí vzniku podtlaku při dynamických stavech na výměníku (vliv regulace) a tím umožní bezproblémový odtok kondenzátu za všech provozních stavů. Bezproblémový odtok kondenzátu za všech provozních stavů umožňuje velmi dobrou regulaci výkonu výměníku, zejména však zabraňuje namáhání výměníku podtlakem a následný vznik termických rázů, což hraje rozhodující roli z hlediska životnosti výměníku a ostatních armatur. Regulační ventil je řízen regulátorem v závislosti na výstupní teplotě vody z výměníku. Považuji za účelné zdůraznit, že pro správnou a spolehlivou regulaci výměníků pára - voda, hraje umístění čidla teploty rozhodující roli. Zásadně se nedoporučuje umístit čidlo teploty vody, které řídí regulační parní ventil, hned na výstup vody z výměníku. Na výstupu vody z výměníku dochází při dynamických stavech výměníku k velkému kolísání teploty vody, které zbytečně narušuje regulační proces. Při použití elektropohonů pak může docházet k výraznému zkracování životnosti pohonů vlivem neustálého běhu pohonů (nestabilní regulace). Čidlo teploty by mělo být umístěno v místech s uklidněným teplotním polem dále od výměníku, ideálním místem je např. hydraulický vyrovnávač (výhybka) výměníkového okruhu (obr. 3).

9. Odvodnění výměníku pára - voda
Pro odvodnění teplotně regulovaného výměníku pára - voda je nutné použít plovákový odvaděč kondenzátu (POK) s termickou odvzdušňovací kapslí, který bez problémů a okamžitě odvádí kolísavé množství kondenzátu při kolísavém diferenčním tlaku na odvaděči, čímž umožňuje dobrou regulovatelnost výměníku. Termická odvzdušňovací kapsle odvede vzduch vniklý do výměníku při najíždění do provozu. Pokud se použije plovákový odvaděč bez odvzdušňovací kapsle je nutné istalovat do obtoku odvaděče kondenzátu automatický odvzdušňovací ventil (zbytečně zvyšuje investiční náklady), jinak dojde k zablokování odvodu kondenzátu vlivem vzdušného zámku. Použití plovákového odvaděče se samostatnou termickou kapslí má ještě jednu výhodu. Při najíždění se výrazným způsobem zvyšuje kapacita odvaděče, neboť podchlazený kondenzát (ohřev výměníku a armatur na provozní teplotu), je odváděn současně hlavním ventilem odvaděče řízeným plovákem a současně termickou odvzdušňovací kapslí. To umožňuje odstranit obtok odvaděče nutný při najíždění, čímž se šetří investiční náklady (úspora uzavírací armatury) a provozní náklady (úniky obtokem odvaděče při opomenutí obsluhy uzavřít po najíždění obtok odvaděče).
Odvaděč se dimenzuje na maximální průtok kondenzátu (maximální výkon výměníku) a diferenční tlak na odvaděči daný úbytkem tlaku na regulačním ventilu při plně otevřeném stavu. Kapacita odvaděče by při daném diferenčním tlaku měla být dvoj- až trojnásobkem maximálního průtoku kondenzátu, což umožní absenci obtoku odvaděče a plynulý odvod kondenzátu při kolísavém diferenčním tlaku na odvaděči (vliv škrcení tlaku páry regulačním ventilem). Nátok nad odvaděčem by měl být min. 200 mm (odstranění rizika parního zámku). Před odvaděč je vhodné předřadit filtr, který zabrání únikům páry, pokud mechanické nečistoty neumožní těsné uzavření sedla hlavního ventilu odvaděče. Před filtr a za odvaděč je vhodné umístit uzavírací armatury (odstavení filtru a odvaděče z důvodů údržby). Zásadně se nedoporučuje pro teplotně regulované výměníky používat termické odvaděče kondenzátu, které propouštějí kondenzát s určitým podchlazením, čímž dochází k zaplavování výměníku a tím i k ovlivňování správné funkce okruhu regulace. Výměník je pak regulován regulačním ventilem na straně páry a současně termickým odvaděčem kondenzátu na straně kondenzátu, což vede k nestabilní regulaci a provozním obtížím (dva nezávislé akční členy). Při regulaci na straně páry je nutné odvádět kondenzát vždy samospádem do odvětrané kondenzátní nádrže. Jakýkoliv protitlak (zvedání kondenzátu za odvaděčem, natlakovaná kondenzátní nádrž či potrubí čerpaného kondenzátu) způsobí zaplavování výměníku a všechny s tím spojené provozní potíže. Jestliže je vzhledem ke geometrické konfiguraci nutné přečerpávat kondenzát do výše položené kondenzátní nádrže, je možné použít speciální typ plovákového odvaděče kondenzátu, tzv. automatický kombinovaný odvaděč/zvedač kondenzátu. Pokud vlivem protitlaku dochází k zaplavování odvaděče, plovákový mechanismus otevírá vstup "ostré" páry do odvaděče a kondenzát je tlakem páry přetlačen na požadované místo. Použitím automatického kombinovaného odvaděče/zvedače kondenzátu dochází k výrazným investičním úsporám, neboť není nutno použít zvedače kondenzátu s příslušenstvím.
Někteří tuzemští výrobci kapilárových výměníků doporučují neosazovat odvaděč kondenzátu na výstup z výměníku pára - voda, který je regulován regulačním ventilem na straně páry. Místo odvaděče kondenzátu radí použít teplotní čidlo napojené na okruh regulace, které zajistí okamžité havarijní odstavení výměníku při průniku páry do kondenzátního potrubí. Při daném řešení by měly být použity regulační ventily s elektropohony doplněné o havarijní funkci (pružina) či pneupohony. Plovákový odvaděč na výstupu z výměníku zajistí to samé bez ohledu na funkci regulace (výpadek el. energie) a těsnost regulačního ventilu v uzavřeném stavu (eroze mokrou parou).

10. Vracení kondenzátu, jeho dochlazení a měření spotřebovaného tepla
Dochlazení kondenzátu je potřeba věnovat zvýšenou pozornost, neboť ovlivňuje podstatnou měrou provozní náklady a hospodárnost provozu VS. Pro dochlazení kondenzátu a často i zbytkové páry, která vznikne expanzí kondenzátu na hlavním ventilu odvaděče kondenzátu, je obecně možné použít jakýkoliv typ výměníku. Je vhodné upřednostňovat kompaktní typy výměníku, vyrobené z kvalitních materiálů. Mezi dochlazovač a hlavní výměník pára - voda je vhodné zařadit přívod kondenzátu z odvodnění parní přípojky, separátoru, odvodnění hnací páry zvedače kondenzátu a všechna ostatní odvodnění, která jsou v provozu i při odstavení VS. V opačném případě výše zmíněná odvodnění ohřejí pracně dochlazený kondenzát. Směšování kondenzátů rozdílných teplot často s obsahem zbytkové páry je vhodné provést výše zmíněným injektorovým zapojením, jak je zachyceno na obr. 2. Injektorové zapojení podporuje tok kondenzátu z výměníku pára - voda do dochlazovače (minimální převýšení cca 300 mm), který odtéká při uzavřeném regulačním ventilu (přívod páry). Z dochlazovače kondenzát odtéká samospádem do odvětraného sběrače parou poháněného zvedače kondenzátů. Tepelné ztráty odparem z hladiny kondenzátu, která má minimální plochu (cca 0,2 až 0,3 m2 podle velikosti zvedače) jsou vzhledem k podchlazení kondenzátu zanedbatelné. Pro zaručení dobrého podchlazení kondenzátu při všech provozních stavech VS je vhodné napojit sekundární stranu na samostatnou nízkoteplotní otopnou soustavu, která celoročně temperuje podzemní a vlhké prostory, garáže, sklady, atd. Napojení sekundární strany na předehřev TUV není dostatečné, neboť není zaručen neustálý odběr TUV během celého roku.
Na obr. 2 je schematicky naznačena sestava balené jednotky zvedače kondenzátu, který přečerpává kondenzát do kondenzátního řadu. Pro dobrou funkci zvedače je vhodné použít pokud možno co nejkratší a dostatečně dimenzované odvětrávací potrubí, které musí být spádované směrem ke zvedači (obr. 2). Dále je vhodné dobře ošetřit vstup hnací páry tak, jak je naznačeno na obrázku. Odvodnění instalované před kulovým kohoutem (uzavření přívodu hnací páry, např. při čištění parního filtru) odvádí kondenzát při běžném provozu (tepelné ztráty přípojky hnací páry), zejména však při uzavření kulového kohoutu. Při absenci odvodnění se při uzavření kulového kohoutu před ním hromadí kondenzát, neboť pára v potrubí neproudí a pouze kondenzuje. Při otevření kulového kohoutu během náběhu zvedače do provozu je vzniklé množství kondenzátu protlačeno do parního ventilu zvedače a vzniká vodní ráz a vibrace, které mohou parní ventil poškodit. Pokud přípojka hnací páry (světlost DN15) má geometrickou konfiguraci naznačenou na obrázku je vhodné provést odvodnění na patě svislého potrubí, které by mělo být umístěno co nejblíže kulovému kohoutu. Není vhodné odvodnění situovat do vodorovné části parního potrubí. Odvodňovací schopnost je snížena, neboť oblouk na patě svislého potrubí urychlí tok kondenzátu, který se pak hůře odlučuje v potrubí malého průměru (DN15). Vždy je výhodnější udělat miniaturní kalník z potrubí většího průměru (cca DN25) o minimální hloubce 300 mm (obr. 2). Při provozu zvedače, dochází ke kondenzaci páry v potrubí mezi parním ventilem zvedače a kulovým kohoutem v době, kdy je parní ventil uzavřen (plnící fáze zvedače). Kondenzát odtéká odvodněním před kulovým kohoutem, a proto je nutné spádovat potrubí směrem k odvodnění (obr. 2), což zabraňuje poškození parního ventilu (viz výše).
Na výtlak kondenzátu ze zvedače se doporučuje osadit zpětný ventil (ZV) doplněný přerušovačem vakua (PV). Čerpání kondenzátu zvedačem kondenzátu není kontinuální (plnící a výtlačná fáze zvedače). Zpětný ventil osazený ve vodorovném úseku kondenzátní přípojky pak zachycuje protitlak v kondenzátním řadu a odlehčuje provoz zvedače, což přispívá ke spolehlivé funkci zvedače. Přerušovač vakua zabraňuje vzniku vakua při "přetržení" vytlačovaného sloupce kondenzátu vlivem např. vysokého spádu kondenzátního řadu.
Při použití měření spotřebovaného tepla na straně kondenzátu (tzv. nepřímá metoda) je potřeba věnovat zvýšenou pozornost návrhu průtokoměru (vodoměru). Vzhledem k přetržitému čerpání je okamžitý průtok dvoj- i vícenásobkem hodinové kapacity zvedače kondenzátu, a proto vodoměr musí být dimenzován minimálně na dvojnásobek maximální kapacity zvedače, jinak způsobuje výrazný hydraulický odpor, který přetěžuje zvedač. Součástí průtokoměru je obvykle jemné sítko, které je nutné pravidelně čistit, jinak opět dojde ke zvýšenému hydraulickému odporu. Při měření na straně kondenzátu je nutné zajistit dodávku (smluvně ošetřit) suché páry do objektu VS, neboť měřením na straně kondenzátu není možné poznat, zda je dodávána suchá pára nebo směs páry a kondenzátu (mokrá pára). Pak by mělo být odvodnění vstupního kalníku, případně separátoru zaústěno až za průtokoměr kondenzátu. To je ovšem v přímém rozporu s požadavkem na maximální dochlazení kondenzátu, neboť pracně dochlazovaný kondenzát je pak ohřát sice menším množstvím zato však výrazně teplejším kondenzátem. Teplota kondenzátu z odvodnění parní přípojky se pohybuje u běžných VS v rozmezí od 100 do 200 °C v závislosti na tlaku páry v páteřním parovodu, protitlaku v kondenzátním řadu a použitém typu odvaděče kondenzátu. Řešení dané problematiky lze provést různými způsoby. Je možné použít jednoduchý dochlazovač trubka v trubce pro předehřev TUV (obr. 1), měřit odebrané teplo na sekundární, tj. vodní straně VS, či instalovat parní průtokoměr na vstup páry do VS za separátor. V současné době existují na trhu parní průtokoměry s proměnlivým průtočným průřezem, které dokáží s dobrou přesností měřit ve velkém rozsahu průtoků (cca 1:20 až 1:100). Některé typy měřidel s proměnlivým průtočným průřezem existují v mezipřírubovém provedení, což výrazně zkracuje stavební délky a investiční náklady. Měřidla jsou navíc konstruována tak, aby vyžadovala minimální rovné úseky před a za měřidlem (před měřidlem 6D, za měřidlem 3D). Použití jednoduchých clon, které mají omezený rozsah průtoků (cca 1:4) se pro účely VS (proměnlivý průtok v závislosti na ročním období) nedoporučuje.

11. Sekundární strana VS a příprava TUV
Návrh vodní strany VS pára - voda obvykle nečiní výraznější potíže, a proto není potřeba ho detailně probírat. Je vhodné pouze upozornit na souvislosti s parní stranou VS. Schema vodní strany VS ukazuje obr. 3. Doporučuje se volit teplotní spád 80/60 či 75/55, který postačuje pro ÚT, ohřev TUV a VZD výměníky. Zmíněná výstupní teplota vody je dostatečně vzdálena od havarijní teploty vody (obvykle 95 nebo 100 °C), kdy dochází k automatickému odstavení výměníku z provozu. Ohřev TUV je zajištěn sekundární otopnou vodou (ne parou), což snižuje riziko tvorby tvrdých usazenin. Použití kombinované přípravy TUV šetří investiční i provozní náklady.

12. Závěr
Z výše uvedeného je zřejmé, že optimálně sladit mnoho různých a často i protichůdných požadavků na VS vyžaduje nemalé úsilí. Vždy je nutné najít optimální kompromis z technicko-ekonomického hlediska. Zvýšenou pozornost je vhodné věnovat projekčnímu řešení parní přípojky (bez ohledu na typ VS - balené či montované na stavbě), způsobu regulace parního výměníku, typu pohonů regulačních ventilů a typu výměníku pára - voda. Je nutné vycházet z místních poměrů, kdy určující jsou parametry páry (tlak, teplota), požadované dochlazení kondenzátu, způsob jeho vracení, geometrická konfigurace terénu a zejména časová nerovnoměrnost obděru tepla. Při návrhu VS je nutné minimalizovat obestavěný prostor, zaručit spolehlivý, hospodárný a také pokud možno bezhlučný provoz VS. Cílem by měla být snaha o minimalizaci investičních a provozních nákladů. Při projekčním řešení VS by měl být kladen důraz na maximální omezení lidského faktoru (údržba), který je obvykle nespolehlivý. Pro dosažení zmíněného cíle je potřeba používat moderní projekční řešení a progresivní typy armatur. Výše uvedená schemata naznačují jednu z možných cest.

Použitá literatura:
[1] Täubel, J.: Redukční ventily (část 1 a 2), Topenářství - Instalace, 1,2/1997.
[2] Neužil, M.: Mokrá pára a separátory vlhkosti Spirax Sarco, Topenářství - Instalace, 5/1998.
[3] Doubrava, J.: Příspěvek na téma regulace parních výměníků v rubrice Otázky, Topenářství - Instalace, 2/1998.
[4] Fischer, P., Vážný: Příspěvek na téma regulace parních výměníků v rubrice Otázky, Topenářství - Instalace, 2/1998.
[5] Hart, J.: Deskové výměníky tepla a pára v soustavách ÚT, Topenářství - Instalace, 6/1997.
[6] Hart, J.: Deskové výměníky a pára - regulace, Topenářství - Instalace, 3/1998.
[7] Hart, J.: Deskové výměníky a pára - dochlazení kondenzátu, Topenářství - Instalace, 6/1998.

Ing. Martin Neužil, MSc.
Spirax Sarco s.r.o., Praha

Obr. 1 Parní přípojka

Obr. 2 Primární strana výměníkové stanice pára - voda

Obr. 3 Sekundární strana výměníkové stanice pára - voda

Tab. 1 Výhody a nevýhody jednotlivých typů pohonů regulačních ventilů

Tab. 2 Výhody a nevýhody jednotlivých typů způsobu regulace výměníků pára - voda

Tab. 3 Výhody a nevýhody jednotlivých typů výměníků pára - voda

Související

Související témata TNS - ohříváky, boilery Konstrukce, výpočty, projekce Výstroj tlakového zařízení