Oproti konvenčnímu způsobu kontroly (tlaková zkouška + vnitřní revize) má řadu výhod, které mohou být stručně vyjádřeny takto:

• Zkouška AE zajišťuje vyšší úroveň bezpečnosti provozu zásobníku
• Zkouška AE nezpůsobuje žádné následné jevy negativně ovlivňující životnost zásobníku
• Zkouška AE je finančně méně nákladná
• Zkouška AE je časově méně náročná
• Zkouška AE je ekologická
• Metodou AE je možno velmi citlivě detekovat případné úniky

Procedura zkoušky byla vyvinuta v Rakousku TÜV Österreich, což je také organizace, která má v Rakousku na provádění zkoušek AE oprávnění. V rámci vývoje procedury bylo testováno cca 100 nádob (většina se známými defekty) a výsledky monitorování AE byly ověřovány jinou NDT metodou. Zkouška byla v Rakousku oficiálně schválena v roce 1992. Dnes se ročně v Rakousku provádí cca 1200 těchto zkoušek, výhled je 3000 zkoušek za rok. Od roku 1993 do konce roku 1997 bylo tímto způsobem provedeno cca 4700 zkoušek zásobníků. Vzhledem k přednostem tohoto způsobu kontroly vznikl záměr, zavést jej také v České republice.

Akustická emise (AE) je elastické napěťové vlnění, vznikající při náhlém uvolnění elastické energie, akumulované v materiálu. Akustická emise je produkována při změnách v materiálu jako je růst trhliny, lokální plastická deformace, koroze a fázové transformace, vyvolané působením zatížení nebo okolního prostředí na materiál. Toto vlnění tudíž nese informaci o vnitřním chování materiálu a může být užito pro účely jeho diagnostiky.

Elastické vlnění šířící se materiálem konstrukce je možno snímat pomocí snímačů AE, instalovaných na vnějším povrchu zkoušeného zařízení. Ve snímači je mechanické vlnění převedeno na elektrický signál - signál AE. Signál AE má impulsní charakter.

Zkouška AE Zkouška AE spočívá v měření signálu akustické emise v průběhu řízené stimulace (např. tlakování) zkoušeného objektu a jeho vyhodnocení vhodnou aparaturou. Na základě vyhodnocení je možno detekovat vznik degradačních procesů v materiálu, zjistit lokalitu jejich vzniku a provést jejich klasifikaci. Počet snímačů, které je nutno instalovat na vnější povrch kontrolovaného zařízení závisí na rozměrech oblasti, která má být kontrolována a útlumu akustického vlnění v daném materiálu. Jeden snímač může u ocelové konstrukce pokrýt až 40 m² plochy jejího povrchu.

Vlastnosti metody AE

• a. Je to metoda globální - malým počtem snímačů je kontrolována celá konstrukce
• b. Je to metoda výběrová - zjišťuje pouze vady aktivní, tj. ty, které se v průběhu stimulace rozvíjejí. Takové vady jsou potenciálně nebezpečné (je důležitější detekovat malou trhlinu, která je aktivní, než větší, ale stabilizovanou výrobní vadu
• c. Je to metoda kvalitativní - nekvantifikuje vadu (neurčuje její velikost), umožňuje však určit typ (charakter) vady
• d. Je to metoda citlivá - detekuje i vady, které jsou pod detekční schopností metody ultrazvukové
• e. Je to metoda pracující v reálném čase - nebezpečný růst defektu je možno zjistit v průběhu tlakování a podniknout potřebná opatření (zastavit tlakování)
• f. Je to metoda relativně málo nákladná ve srovnání s jinými zkouškami NDT
• g. Je to metoda časově málo náročná - malý počet snímačů, časově nenáročná příprava zkoušky, vlastní zkouška celé konstrukce je provedena v průběhu jednoho zatěžovacího cyklu
• h. Je to metoda umožňující i kontrolu nepřístupných míst
• i. Je to metoda, kterou lze velmi citlivě detekovat i úniky

Cíl kontroly

• Zjištění existence vad, které by se v následujícím období provozu (období do další zkoušky) mohly šířit a vést k porušení integrity zásobníku
• Zjištění výskytu úniků

Princip kontroly

Zkouška AE spočívá v monitorování AE během pneumatického testu zásobníku. Mediem, kterým se tlakování při pneumatickém testu provádí, je u menších zásobníků (do 13 m³) plyn, uskladňovaný ve zkoušeném zásobníku, u větších zásobníků je to inertní plyn. Na základě vyhodnocení signálů AE je možno klasifikovat stav zásobníku z hlediska jeho integrity a schopnosti jeho provozu v období do dalšího přezkoušení.

Zkušební tlak je 1,1 - 1,2 násobek maxima skutečného pracovního přetlaku v období cca do 1 roku před zkouškou AE. Tento přetlak je i v letních měsících podstatně nižší než hodnota projektového pracovního přetlaku, tzn. při zkoušce není nutno vyřazovat pojišťovací ventily.

Kontrola AE je založena na principu existence tzv. Kaiserova jevu:

„Při opakovaném zatěžování zkoušené konstrukce nevzniká v materiálu akustická emise až do hodnot předcházejícího maxima zatížení, pokud mezi těmito dvěma zatíženími nedošlo k přerozdělení zatížení vlivem šíření trhlin v materiálu, nebo pokud nedošlo ke strukturálním změnám způsobeným jinými mechanismy".

Pokud tedy došlo v době do cca 1 roku před zkouškou AE k šíření vad při skutečném pracovním přetlaku, je růst těchto vad zjištěn zkouškou AE při zkušebním přetlaku vyšším, než je maximum skutečného pracovního přetlaku v období do 1 roku před touto zkouškou.

Zařízení pro provedení kontroly

Servisní vůz vybavený:

• tlakovacím zařízením
• systémem pro monitorování AE

Zkušební tým

l až 2 pracovníci.

Doba potřebná k provedení kontroly

1-1,5 hod (včetně vystavení předběžného protokolu).

Počet a umístění snímačů AE

Pro kontrolu malých zásobníků do 5m³ se instalují na jeho vnějším povrchu 2 snímače (u nadzemních) resp. 3 snímače (u podzemních). S růstem objemu zásobníku se tento počet zvyšuje.

Příprava ke kontrole

• Zajetí servisního vozu na stanoviště (max. 50 m od zkoušeného zásobníku)
• Instalace snímačů a předzesilovačů AE (pomocí magnetických držáku) a jejich spojení kabely se servisním vozem
• Připojení tlakovacího zařízení (jednou nebo dvěma hadicemi)

Kontrola pojišťovacích ventilů

Kontrola pojišťovacích ventilů se provede pomocí speciálního přípravku s malou tlakovou lahví s inertním plynem, kterým lze působit definovanou silou na vahadlo ventilu. Z údaje vnitřního přetlaku a údaje vnější síly při otevření ventilu se určí hodnota tlaku při zapůsobení ventilu.

Tlakování a monitorování AE

Tlakování spočívá v řízeném nárůstu tlaku uvnitř zásobníku z aktuální hodnoty provozního tlaku na hodnotu zkušebního tlaku. Tlakování se provádí čerpáním skladovaného media v kapalné fázi do výparníku tlakovacího zařízení, ve kterém je regulovaným ohřevem získána plynná fáze, která je vedena zpět do zásobníku. Nárůst tlaku v zásobníku musí být rovnoměrný, maximální rychlost nárůstu tlaku je cca 50 kPa/min. Požadovaná rychlost nárůstu tlaku se udržuje manuální regulací elektrického příkonu topného tělesa.

V průběhu celého tlakování pracuje systém pro monitorování AE v automatickém režimu „Monitorování". Parametry detekovaných emisních událostí jsou ukládány na paměťové medium systému. V průběhu tlakování může operátor dle vlastní volby sledovat vývoj emisních charakteristik (grafy jsou zobrazovány na monitoru) v reálném čase (on-line). Grafy je možno v průběhu zkoušky tisknout na tiskárně systému. Pokud v průběhu zkoušky chování emisních charakteristik signalizuje podezření na možný růst vady, je nutno tlakování zastavit a provést kompletní analýzu dat. Na základě jejího výsledku operátor rozhodne o pokračování nebo ukončení zkoušky. Tím je zajištěna bezpečnost v průběhu tlakové zkoušky.

Vyhodnocení kontroly

Vyhodnocení kontroly je provedeno okamžitě po jejím ukončení. Výsledkem je klasifikace stavu zásobníku do 4 kategorií:

• ŠKODA JS se zabývá problematikou aplikace metody akustické emise (AE) od r. 1975. Aplikace byly zaměřeny zejména na kontrolu integrity komponent jaderných zařízeni, byla však provedena i řada kontrol nejaderývch zařízení.
• ŠKODA JS započala s aktivitami v oblasti aplikace AE pro kontroly LPG zásobníku v polovině roku 1996 a od roku 1997 v nich pokračovala ve spolupráci s Asociací Propan-Butan.
• V září 1997 byl v Rakousku proveden úspěšný demonstrační test LPG zásobníku AE pro odborníky z ČR.
• V první polovině r. 1998 byla uzavřena smlouva o spolupráci v oblasti kontroly LPG zásobníku AE mezi ŠKODA JS a TÜV Österreich .
• V r. 1998 ŠKODA JS realizovala již některé základní investice (nákup systému pro monitorování AE).
• V první polovině r. 1998 ŠKODA JS vypracovala návrh procedury kontroly a příslušné podpůrné materiály. Materiály byly posouzeny ITI. Hlavní závěry z inspekční zprávy ITI:

  Zkoušky LPG zásobníků AE prováděné dle procedury ŠKODA JS jsou technicky správné, objektivní a průkazné. Provádění zkoušek touto metodou pro naplnění ustanovení příslušných článků ČSN 690012 muže nabýt účinnosti dnem 1. ledna 1999.

  Provádění a vyhodnocování zkoušek muže zajišťovat ŠKODA JS na základě licence TÜV Österreich a úspěšného referenčního testu provedeného na zásobníku, instalovaném v ČR.

• V polovině r. 1998 Asociace Propan-Butan předložila návrh na schválení standardu Evropské unie na zkoušky LPG zásobníků jako národních norem ČSN EN 12817, 12818, 12819 a 12820. Ve standardu je zahrnuta také zkouška AE.

Závěr

Zavedení kontroly LPG zásobníků AE znamená zvýšení jejich provozní bezpečnosti, úsporu nákladů na provádění kontrol a vyloučení negativních ekologických faktorů, spojených s jejich prováděním. Její zavedení v ČR by bylo tedy pozitivním krokem, který je v souladu s trendem v Evropské unii.

Záměrem ŠKODA JS je vybavit se potřebnými technickými prostředky pro provádění kontrol AE, zakoupit licenci TÜV, provést referenční test pod supervizí TÜV a získat oprávnění pro provádění kontrol v ČR. ŠKODA JS je společností, která má pro tuto činnost potřebné zkušenosti, kvalifikovaný personál a potřebné zázemí. Je schopna reálně garantovat dlouhodobé zajišťování těchto kontrol.