[Tisk]  [Poslat e-mailem]  [Hledat v článcích]
Stanovisko k porovnání možností zkoušení zásobníků na LPG akustickou emisí (AE) a měřením tloušťky stěny ultrazvukem
Datum: 26.6.2007
Autor: Ing. Vlastimil Kraus - Škoda JS a.s. (středisko Provozní prohlídky JZ, akustická emise)
Naše společnost Škoda JS a.s. Plzeň od roku 2002 nabízí a provádí kontroly zásobníků na LPG akustickou emisí podle licence TÜV Österreich. Do konce roku 2006 jsme takto zkontrolovali celkem 766 zásobníků na LPG v ČR, Maďarsku a na Slovensku. Dne 27.11.2004 bylo na portálu TLAKINFO zveřejněno stanovisko vedoucího dozoru Inspektorátu bezpečnosti práce z Ústí nad Labem Ing. Františka Jiroty pod názvem „Revize a zkoušky zásobníků na zkapalněný plyn náhradním způsobem“ Stanovisko je odpovědí na návrh Ing. Jaroslava Bíny z dnes již neexistující společnosti BOHEMIA GAS s.r.o, aby u zásobníků na LPG hydraulická tlaková zkouška, resp. zkouška akustickou emisí mohla být nahrazena měřením tloušťky stěny zásobníku ultrazvukem. Stanovisko IBP návrh Ing. Bíny schválilo – tedy kontrolu akustickou emisí lze nahradit měřením tloušťky stěny zásobníku ultrazvukem.

Poslední dobou se nás naši zákazníci z řad uživatelů zásobníků na LPG a dodavatelů LPG stále častěji obracejí s dotazem na náš názor ke zmíněnému stanovisku IBP Ing. F. Jiroty. Sdělujeme jim názor zcela opačný, takže tito často váhají se svým rozhodnutím. Zřejmě z finančních důvodů se ale stále více „populární“ stává stanovisko IPB Ing. Jiroty. Jelikož mnoha uživatelům zásobníků na LPG stále ještě chybí podrobnější informace o zkoušení zásobníků akustickou emisí, dávám k dispozici toto naše obšírnější stanovisko

Zkouška zásobníků na LPG akustickou emisí - princip

Princip zkoušky spočívá v monitorování akustické emise během pneumatického tlakování zásobníku. Jako média se pro tlakování používá LPG uskladněné v zásobníku (proto musí zásobník obsahovat určité minimální množství LPG). Nárůstu tlaku je dosahováno řízeným ohřevem LPG v servisním voze akustické emise a jeho nucenou cirkulací.

Primární monitorování akustické emise:

Detekují se a vyhodnocující impulsní signály akustické emise vyvolané degradací materiálu (např. růst trhliny, plastická deformace způsobená lokální koncentrací napětí, lom vměstků, lomové jevy v důsledku koroze pod napětím). Pro aplikaci akustické emise je důležitý tzv. Kaiserův jev, který lze formulovat takto: „Při opakovaném zatěžování zkoušené konstrukce nevzniká v materiálu akustická emise až do dosažení hodnoty předcházejícího maxima zatížení, pokud mezi těmito dvěma zatíženími nedošlo k přerozdělení zatížení vlivem šíření vad v materiálu nebo pokud nedošlo ke strukturálním změnám způsobeným jinými mechanismy“. Kaiserův jev platí pro všechny kovové materiály a u oceli se účinek předchozího zatížení ztrácí přibližně po jednom roce. Proto má být během kontroly akustickou emisí dosaženo zkušebního tlaku nejméně 10% nad nejvyšším tlakem v zásobníku za provozu v období cca 1 rok před zkouškou (viz také normy ČSN EN 12817 až 12820, Příloha C: Zkoušení akustickou emisí).

Podle námi používané procedury se testováním akustickou emisí klasifikují zásobníky následovně: Třída A (akusticky neaktivní nebo neutrální - zásobník lze používat dál), Třída B (akusticky aktivní – doporučena další NDT kontrola), Třída C (akusticky aktivní nebo kriticky aktivní - doporučena další NDT kontrola a informování příslušného státního odborného dozoru). Procedura rovněž stanovuje tzv. „Abandon criteria“, tj. jestliže během tlakování některé detekované parametry akustické emise překročí stanovené meze, tlakování se okamžitě zastavuje a na základě jejich detailního vyhodnocení se stanoví další postup (pokračování tlakování, pokračování s mírnějším nárůstem tlaku, předčasné ukončení zkoušky).

Naměřená data jsou archivována a tvoří databázi pro srovnávání a další rozvoj metody AE.

Sekundární monitorování akustické emise:

Detekují se a vyhodnocují spojité signály akustické emise vyvolané unikajícím LPG ze zásobníku (trhlinou ve stěně nebo netěsností armatury zásobníku). Zde hladina detekovaného signálu úniku obvykle roste/klesá s nárůstem/poklesem tlaku v zásobníku. Pokud je akustickou emisí zjištěna netěsnost, musí se odstranit před dalším pokračováním kontroly.

Dosavadní zkušenosti z provádění kontrol zásobníků na LPG akustickou emisí

Kontroly zásobníků na LPG akustickou emisí provádíme v naší společnosti Škoda JS a.s. Plzeň (podle licence TÜV Österreich) od roku 2002. Do konce roku 2006 jsme takto zkontrolovali celkem 766 zásobníků v ČR, Maďarsku a na Slovensku.

Stanovení hodnoty zkušebního tlaku

Velká většina zásobníků na LPG má maximální hodnotu provozního tlaku 15,6 bar – na tuto hodnotu je i nastavena hodnota otevíracího tlaku pojistného ventilu. Hodnotu maximálního tlaku dosaženého na konkrétním zásobníku během posledního roku jeho provozu obvykle zjistit nelze. Při provádění kontrol akustickou emisí (sezóna duben až listopad) se výchozí tlak v zásobníku obvykle pohybuje v rozmezí 4 až 8 barů. Hodnota tlaku je ovlivněna zejména teplotou, složením směsi LPG a částečně i zaplněním zásobníku. U nadzemních zásobníků byl za určitých okolností (horký letní den, zásobník umístěný na slunném místě a zaplněný blízko k maximální hodnotě 85%) výchozí tlak i v rozmezí 8 až 10 barů. Ke krátkodobému zvýšení tlaku v zásobníku může dojít při jeho plnění LPG. Během kontrol začíná být akustická emise detekována většinou v pásmu 8 až 10 barů. Ze všech těchto důvodů vycházíme z předpokladu, že maximální hodnota tlaku během posledního roku provozu zásobníku je 10 barů. Proto při kontrole akustickou emisí za minimální hodnotu zkušebního tlaku považujeme 11 barů (tj. 10% nad nejvyšší tlak dosažený za poslední rok provozu – viz ČSN EN 12817 až 12820, Příloha C). Snahou je přitom dosáhnout co možná nejvyšší hodnoty zkušebního tlaku při dodržení bezpečného odstupu od hodnoty otevíracího tlaku pojistného ventilu. Jako kompromis obvykle volíme hodnotu zkušebního tlaku 13 barů (tj. 30% nad nejvyšší tlak dosažený během posledního roku provozu a 2,6 baru pod otevíracím tlakem pojistného ventilu). Pokud je hodnota otevíracího tlaku pojistného ventilu nižší než 15,6 bar (před kontrolou akustickou emisí si pomocí speciálního přípravku přeměříme hodnotu jeho otevíracího tlaku), volíme obvykle hodnotu zkušebního tlaku o 2 bary nižší než je zjištěná hodnota otevíracího tlaku pojistného ventilu. Za určitých speciálních okolností může procedura kontroly akustickou emisí vyžadovat i dosažení zkušebního tlaku 10% nad nejvyšší provozní tlak zásobníku (viz ČSN EN 12817 až 12820, Příloha C). V tomto případě je nutno zablokovat pojistný ventil a maximální přípustný tlak zkoušky je 17,1 baru (10% nad 15,6 baru).

Dosavadní výsledky primárního monitorování akustické emise:

Ke konci roku 2006 jsme akustickou emisí zkontrolovali celkem 766 zásobníků na LPG v České republice, Maďarsku a na Slovensku. Jednalo se o zásobníky nadzemní, podzemní i polozapuštěné o objemech 2,5 až 17 m3 (nadzemní zásobníky objemu 17 m3 jsme schopni zkontrolovat pouze za optimálních podmínek, tj. teplé počasí a zásobník zaplněný na 85% - zde nás omezuje výkon tlakovacího zařízení). Z toho 757 zásobníků bylo klasifikováno třídou A a 9 zásobníků (1,2%) třídou B. Tento poměr odpovídá i zkušenostem vlastníka licence TÜV Österreich. (TÜV Österreich údajně pro zásobníky klasifikované v třídě B nabízí jako jednu z možností následné NTD kontroly i opakování kontroly akustickou emisí po jednom roce.)

Dosavadní výsledky sekundárního monitorování akustické emise:

Z 766-ti zásobníků na LPG kontrolovaných ke konci roku 2006 akustickou emisí byl asi ve 20-ti případech během tlakování zjištěn únik LPG. Akustická emise je pro detekování netěsností velice citlivá – únik LPG byl nejdříve zjištěn na obrazovce měřícího systému AE a teprve poté lokalizován za použití pěnotvorného roztoku. Podle procedury kontroly i ČSN EN 12817 až 12820, Příloha C je netěsnost nutno odstranit, aby mohlo být pokračováno v kontrole AE. Ve většině případů se detekované netěsnosti (na armaturách) podařilo odstranit a kontrola AE pokračovala dál. V několika případech se ale netěsnosti odstranit nepodařilo a kontrola AE musela být předčasně ukončena. Potom byl obvykle v následných dnech ze zásobníku odčerpán LPG, přetěsněna nebo vyměněna příslušná armatura (např. ventil plynné fáze, ventil kapalné fáze) a zásobník znovu naplněn LPG. Po opravě pak mohla být kontrola akustickou emisí provedena. Četnost detekování netěsností akustickou emisí opět odpovídá zkušenostem TÜV Österreich.

Zkouška tloušťky stěny zásobníku na LPG ultrazvukem - princip

Pro měření tloušťky s přístupem pouze z jedné strany se používají jednoúčelové ultrazvukové tloušťkoměry, které mají sondu se dvěma ultrazvukovými měniči. Vyslaný ultrazvukový signál se odrazí od zadní stěny a je přijat druhým měničem. Sonda se přikládá na nezkorodovanou stěnu. Měření tloušťky stěny ultrazvukem je zde určeno pro provozní určení úbytku materiálu způsobeného korozí nebo erozí. Pro každý z typů úbytku materiálu ( rovnoměrná koroze, důlková koroze, erozní koroze) je nutno zvolit odpovídající ultrazvukovou techniku. Některé z tloušťkoměrů umožňují i měření přes vrstvu barvy (Dual-multi), v tomto případě však může vznikat problém , bude-li na vnitřním povrchu korozní vrstva.

Všeobecné zásady pro toto měření jsou obsaženy v normě ČSN EN 14127 „Nedestruktivní zkoušení – Měření tloušťky ultrazvukem“. Způsob měření tloušťky stěny na zásobnících LPG je popsán v ČSN EN 12817 až 12820, Příloha D. Podle těchto norem se jmenovitá tloušťka stěny zásobníku zjistí buď v projektové dokumentaci nebo stanoví měřením tloušťky stěny aspoň na třech místech na vrcholu zásobníku a vypočtením průměru naměřených hodnot. (Pro malé zásobníky do objemu 5 m3 je tloušťka stěny obvykle cca 6 mm). Na stěnách pláště a na obou koncích zásobníku se pak dle normy vyznačí síť měřících míst. Zde se změří tloušťka stěny a pokud je v některém z míst naměřená hodnota menší o víc než 10% jmenovité hodnoty, provede se měření okolní oblasti a vyznačí se ztenčená oblast povrchu zásobníku. Měření nijak nezatěžuje a neomezuje provoz zásobníku. Zkoušku lze samozřejmě provést pouze u nadzemních zásobníků na LPG.

Porovnání některých provozních kontrol zásobníků na LPG

Hydraulická tlaková zkouška:

  • Jako zkušební kapalina se obvykle používá voda.
  • Hodnota zkušebního tlaku je stanovena v dokumentaci zásobníku (pro zásobníky s maximálním provozním tlakem 15,6 bar je to obvykle kolem 23 bar).
  • Před zkouškou je nutno zásobník odvzdušnit a zabezpečit jeho výstroj před poškozením (mimo jiné je nutno zablokovat pojistný ventil).
  • Zásobník má být podroben hodnotě zkušebního tlaku aspoň po dobu 10 minut
  • Zásobník zkoušce vyhoví, pokud není v jejím průběhu zaznamenán výrazný pokles tlaku v zásobníku a pokud se nezjistí známky celkové deformace nebo netěsnosti tlakových částí.
  • Zkouška poměrně značně zatěžuje uživatele zásobníku. Ze zásobníku je nutno odčerpat LPG, zaplnit jej vodou, odvzdušnit, provést zkoušku, ekologicky odčerpat vodu, vysušit jej a znovu zaplnit LPG. Zásobník je tak odstaven z provozu minimálně po dobu jedné pracovní směny.

Kontrola akustickou emisí

  • Jako zkušební tekutina se používá LPG uskladněný v zásobníku. Zvyšování tlaku je dosaženo ohřevem LPG ve výparníku servisního vozu a jeho nucenou cirkulací – jedná se tedy o pneumatický test.
  • Hodnota zkušebního tlaku je stanovena normami ČSN EN 12817 až 12820 (pro zásobníky s maximálním provozním tlakem 15,6 bar je minimální hodnota zkušebního tlaku 11 bar a maximální 17 bar).
  • Před zkouškou není nutno zabezpečit výstroj zásobníku, obvykle se však pomocí přípravku změří otevírací tlak pojistného ventilu.
  • Během průběhu celé kontroly se sleduje a zaznamenává detekovaná akustická emise. V případě zjištění mimořádných stavů AE, lze zkoušku kdykoli okamžitě přerušit, upravit rychlost tlakování nebo předčasně zkoušku ukončit.
  • Zásobník zkoušce vyhoví, pokud bylo dosaženo zkušebního tlaku, nebyly zjištěny neodstranitelné netěsnosti a vyhodnocení naměřených dat AE dle procedury vedlo ke klasifikaci zásobníku jako třída A.
  • Kontrola jen minimálně zatěžuje uživatele zásobníku. Celková doba jejího trvání je cca 2 hodiny, přičemž asi po dobu 1 hodiny nelze ze zásobníku odebírat LPG.

Vnitřní vizuální kontrola

  • Vizuálně se zjišťují povrchové vady na vnitřním povrchu pláště zásobníku (koroze, trhliny, vruby, oděry, pleny).
  • Stav vnitřního povrchu se v případě nutnosti kontroluje pomocí endoskopu, kamery nebo jiných prostředků.
  • Zjištěné závady, včetně výrobních se zaznamenají v dokumentaci zásobníku.
  • Kontrola poměrně značně zatěžuje uživatele zásobníku. Ze zásobníku je nutno odčerpat LPG, otevřít aspoň jeden z otvorů zásobníku, zásobník odvětrat, provést vnitřní vizuální kontrolu, uzavřít otvor a zásobník znovu zaplnit LPG. Zásobník je tak odstaven z provozu minimálně po dobu jedné pracovní směny.

Zkouška tloušťky stěny ultrazvukem

  • Ultrazvukovými tloušťkoměry se měří tloušťka stěny na zvolené síti měřících míst na stěnách pláště a koncích (dnech) zásobníku
  • Měřením lze stanovit úbytky materiálu způsobeného korozí nebo erozí.
  • Pokud byla na některém z měřících míst zjištěna hodnota menší o více jak 10% jmenovité tloušťky, provede ze proměření okolní oblasti
  • Výsledky zkoušky se zaznamenají v dokumentaci zásobníku.
  • Zkouška prakticky vůbec nezatěžuje uživatele zásobníku. Celková doba jejího trvání je několik hodin (podle velikosti zásobníku), LPG lze ze zásobníku odebírat po celou dobu zkoušky.
  • Zkoušku lze provádět pouze na nadzemních zásobnících LPG.

Z uvedeného přehledu je zřejmá podobnost hydraulické tlakové zkoušky a kontroly akustickou emisí. V obou případech se jedná o tlakové zkoušky, kdy se sleduje celkové chování zásobníku při zátěži vyšší než je obvyklý pracovní režim. Kontrola akustickou emisí je však šetrnější k materiálu zásobníku i k jeho uživateli. Dále je zřejmá podobnost mezi vnitřní vizuální kontrolou a zkouškou tloušťky stěny ultrazvukem. V obou případech se zde zjišťuje stav vnitřního povrchu stěn zásobníku. Měření ultrazvukovými tloušťkoměry je šetrnější k uživateli a zřejmě i k zásobníku samotnému.

Náš názor na stanovisko IBP z 25.11.2004 (Ing. František Jirota)

Věcný pohled

Při kontrole akustickou emisí se zjišťuje celkové chování zásobníku na LPG při zátěži vyšší než je obvyklý pracovní režim. Primárně se zde monitoruje vznik a růst trhlin, plastická deformace, sekundárně se zde s vysokou citlivostí detekují i netěsnosti zásobníku (při tlaku vyšším než je obvyklý) – vše pro celý zásobník. Součástí zkoušky je i kontrola otevíracího tlaku pojistného ventilu i ověření funkčnosti tlakoměru zásobníku. Absence 1. kontroly akustickou emisí u výrobce zásobníku a Kaiserův jev nesnižují hodnotu použití metody AE pro zásobníky na LPG. Naopak Kaiserova jevu metoda akustické emise využívá. Je-li kontrola akustickou emisí na daném zásobníku (materiálem je ocel) opakována v čase delším než 1 rok, lze ji provádět na stejnou hodnotu zkušebního tlaku jako v předchozí kontrole. Není tedy pravda, že by každá další kontrola AE musela být prováděna na hodnotu zkušebního tlaku aspoň o 10% vyšší než předchozí kontrola. Pokud jsou k dispozici výsledky předchozích kontrol AE daného zásobníku, je jich samozřejmě použito pro srovnání s aktuálními výsledky kontroly AE. Jejich absence však nepředstavuje vážný problém. Všechna data naměřená při kontrolách jsou ukládána do databáze. Vlastník licence TÜV Österreich má tak dispozici výsledky z více jak 20.000 kontrol AE zásobníků na LPG (naše databáze v ČR nyní obsahuje výsledky 766 kontrol AE). Databáze obsahuje i výsledky různých experimentů, z nichž některé byly i destruktivní. Tato databáze je využívána hlavně pro průběžné zdokonalování procedury kontrol AE, ale poslouží i pro vyhodnocení kontrol AE u zásobníků s komplikovanějšími výsledky (máme možnost výsledky kontrol konzultovat s TÜV).

Ultrazvukovými tloušťkoměry se měří tloušťka stěny na zvolené síti měřících míst na stěnách pláště a koncích (dnech) zásobníku – jedná se o desítky měřících míst. Na základě výsledků se pak hodnotí jakost celého vnitřního povrchu zásobníku. Měří se úbytky tloušťky způsobené korozí nebo erozí. Trhliny a jiné necelistvosti uvnitř stěn se nedetekují. Kontrolují se také pouze hladké stěny pláště a konců zásobníku. Oblasti obvodových a podélných svarů pláště a oblasti armatur se tloušťkoměry vůbec nekontrolují, přičemž právě v těchto místech je nejvyšší pravděpodobnost přítomnosti necelistvostí a vad. Vzhledem k tomu, že kontrola akustickou emisí a měření tloušťky stěn ultrazvukovým tloušťkoměrem kontrolují rozdílné parametry technického stavu zásobníku na LPG, nejsou dle mého názoru zaměnitelné (spíše se doplňují) a nedá se tudíž určit, která z nich je „lepší“. Proto nemohu souhlasit se stanoviskem Ing. Jiroty, že zkouška tloušťky stěny ultrazvukem dává lepší přehled o technickém stavu zásobníku na LPG než kontrola akustickou emisí.

Aplikace norem ČSN 69 0012 a ČSN EN 12817 až 12820

Dle ČSN 69 0012 / Změna 3 se u zásobníků na LPG hydraulická tlaková zkouška provádí jedenkrát za 12 let od předcházející tlakové zkoušky (článek 232). Hydraulická tlaková zkouška může být nahrazena kontrolou akustickou emisí (článek 233). Dle ČSN 69 0012 / Změna 3, článek 229 se u zásobníků na LPG vnitřní revize neprovádí, pokud na vnitřní stěny zásobníku nepůsobí vnější klimatické podmínky, nádrž je uzavřena a je pod inertním plynem nebo LPG, bez ohledu na délku případné odstávky. Vnitřní revize se provádí pouze v případech uvedených ve článku 94 b), c) f) g), j) ČSN 69 0012 (tj. před rekonstrukcí a po ní, po opravách většího rozsahu, byla-li nádoba ihned odstavena z důvodů uvedených ve článku 81, při závažném zhoršení jakosti, změně nebo zamrznutí pracovní tekutiny a při podobných mimořádných poměrech). Podle článku 230 je možno vnitřní revizi nahradit ultrazvukovou zkouškou měření tloušťky stěn, kontrolou akustickou emisí nebo měřením pomocí vláknoskopických přístrojů, za následného provedení zkoušky těsnosti provozním přetlakem plynu.

Dle ČSN EN 12817 až 12820, článek 5.3. Revize, 5.3.1 a) musí revize zahrnovat individuální revizi každého zásobníku včetně vnější vizuální kontroly a alespoň jeden z následujících kontrolních úkonů:

  • Vnitřní vizuální kontrolu
  • Hydraulickou tlakovou zkoušku
  • Zkoušku akustickou emisí
  • Kontrolu tloušťky stěny ultrazvukem
  • Jinou metodu ekvivalentní kterékoliv z výše uvedených

V poznámce *) k nadpisu 5.3 Revize je uvedeno: Jedná se o vnitřní revizi podle ČSN 69 0012. Článek 5.3 ČSN EN 12817 až 12820 je tak v podstatě ve shodě s článkem 230 ČSN 69 0012 / Změna 3. Dle mého názoru obsahuje stanovisko Ing. Jiroty chybný výklad aplikace norem ČSN 69 0012 a ČSN EN 12817 až 12820 a u zásobníků na LPG hydraulickou tlakovou zkoušku nebo zkoušku akustickou emisí nelze nahradit zkouškou tloušťky stěny ultrazvukem.

Závěr

Nesouhlasím se stanoviskem Ing. Jiroty, že zkouška tloušťky stěny ultrazvukem dává lepší přehled o technickém stavu zásobníku na LPG než kontrola akustickou emisí. V normách ČSN 69 0012 a ČSN EN 12817 až 12820 nelze rovněž nikde najít oporu pro stanovisko, že u zásobníků na LPG lze hydraulickou tlakovou zkoušku nebo zkoušku akustickou emisí nahradit zkouškou tloušťky stěny ultrazvukem.



 Hodnocení
Zhodnoťte, jak se Vám článek líbil (1 = výborný ... 5 = špatný)
 
průměrné hodnocení: 1 (počet známek: 1) 

Diskuze ke článku
Diskuze obsahuje 5 příspěvků
Re: Revize nĂĄdob na LPG nĂĄhradnĂ­m zpĂšsobemGmQpzfYApbgzMgTnK22.05.2011 03:31
Revize nádob na LPG náhradním způsobemMiroslav Bína07.08.2007 17:38
Re: Odborná způsobilost pracovníka.Bilský Jaroslav19.07.2007 14:38
tlakové zásobníkyBilský Jaroslav19.07.2007 14:27
Odborná způsobilost pracovníka.Hlaváč Štefan RT PZ10.07.2007 06:15
Přihlášení/odhlášení odběru příspěvků e-mailem:
váš e-mail:

Podmínky užívání portálu TLAKinfo.
Připomínky, náměty a dotazy - redakce portálu.
© Copyright TLAKinfo 2005-2024, všechna práva vyhrazena.