ÚVOD

ZDŮVODNĚNÍ

V současné době se v některých fimách upouští od klasického provozování (tj.systém tlakových zkoušek a vnitřních revizí v pevných termínech) tlakových zařízení, z těchto důvodů:

• implementace směrnic EU, které byly vydány na základě „Nového a globálního přístupu“, které sice platí jen pro uvedení zařízení na trh, ale neuznávají na stávající systém provozování tlakových zařízení.
• výrazný pokrok v technice, který umožňuje provozovat zařízení efektivněji, laciněji, je to především:

  • a) pokrok v teorii únavy materiálu, tečení (creepu) a lomové mechaniky do té fáze, že umožňuje její využití v uvedené problematice
  • b) výrazný pokrok v informatice a počítačových technologiích umožňující snímat a zpracovat dostatečný počet dat sledujících zbývající životnost zařízení
  • c) zavedení do praxe akustické emise, umožňující identifikaci rozvoje porušení tlakového zařízení
  • d) rozvoj nedestruktivních zkušebních metod (NDT), především ultrazvuku
  Hlavní tlak na změny je však zlevnění provozování tlakových zařízení, které výše uvedené předpoklady umožňují.
Náhrada revizí a zkoušek může být provedena pouze na základě souhlasu ITI Praha !!

ANALÝZA RIZIK

Analýza rizik se skládá:

1. Vymezení hodnoceného systému. Musí zde být určeno co se hodnotí a přesné určení hranic hodnoceného systému, tj tlakové sestavy, viz kap.
2. Určení (identifikace) nebezpečí. Vyhledávání nebezpečných situací systému, které mohou nastat. Vychází se přitom ze znalostí a zkušeností hodnotitelů.
3. Určení rizika, tj. určení pravděpodobnosti výskytu specifikované nebezpečné události a jejich následků.
4. Ohodnocování rizika. Je proces, při kterém se vytváří úsudek o přijatelnosti rizika. V případě, že přijatelná úroveň rizika je nižší, musí se přijmout opatření ke zmenšení rizika. V opačném případě se provede výčet zbytkových rizik.

Zmenšení rizika a volba bezpečnostního postupu není součástí analýzy a posouzení rizika. Analýza rizika je stanovení hranice, identifikace nebezpečí a odhad rizika. Posouzení rizika je analýza rizika a ohodnocení rizika. Ohodnocení rizika vyžaduje postup, kterým by se na základě analýzy rizika vytvoří úsudek o dosažení přijatelného rizika.

POUŽITÉ ZÁKLADNÍ POJMY

Při provozu zařízení je si třeba uvědomovat, jaké následky mohou být spojeny se ztrátou integrity tlakového zařízení a to k míře pravděpodobnosti, že tato situace nastane. Tyto dvě komponenty tj. pravděpodobnost události a velikost následků události nám určují velikost rizika daného zařízení. Nejjednodušší definice rizika je součin uvedených veličin. Ohodnocení velikosti rizika znamená určení, zda je velikost rizika přijatelná. Při provozování tlakové sestavy se tedy zabýváne pravděpodobnosti vzniku události a velikostmi následků a tím určujeme velikost rizika.
Z uvedeného vyplývá toto názvosloví, které bude v následujícím využíváno:
Integrita tlakového zařízení - je vlastnost tlakového zařízení, která určuje, zda je zařízení v provozuschopném stavu (tj. je schopné odolávat předepsanému tlaku za předepsané teploty)
Pravděpodobnost ztráty integrity tlakového zařízení - je pravděpodobnost s jakou tlakové zařízení přestane být provozuschopné (tj. přestane být schopné odolávat předepsanému tlaku za předepsané teploty). Je to tedy pravděpodobnost nějaké události. Maximální dovolená pravděpodobnost ztráty integrity – je pravděpodobnost , která je závislá na velikosti následků, může být určena autoritou nebo postup jejího určení je určen autoritou nebo smlouvou. Inspekce a následná údržba zaručuje, že tato pravděpodobnost není překročena.
Teoretická životnost – je maximální životnost tlakového zařízení určená výpočtem na základě degradace materiálu v čase při započítání skutečné počáteční tloušťky stěny Určená životnost – je požadovaná životnost určená např. smlouvou, nesmí však být větší než teoretická životnost.

IDENTIFIKACE NEBEZPEČÍ PŘI PROVOZU TLAKOVÉHO ZAŘÍZENÍ

VŠEOBECNÉ ÚDAJE
Jde o identifikaci nebezpečí, které vzniká při provozu tlakových zařízení. Toto nebezpečí je odvozeno z konkrétní konstrukce zařízení a ze zatížení uvedeného zařízení, které způsobuje degradaci použitého materiálu. Pro ocel se za uvedenou degradaci bere únava materiálu, creep a koroze. Působení těchto vlastností po čase způsobuje trhlinku takové velikosti, která se dále šíří a následný lom, tj. ztrátu integrity zařízení. Uvedené jevy mohou působit samostatně i společně.
Výrobce zařízení by měl dávat provozovateli určitý předpoklad postupu těchto degradačních mechanizmů pro určitou plánovanou životnost.

KOROZE
Korozní/erozní přídavek se určuje pro celou životnost tlakového zařízení na základě předpokládaného vlivu prostředí. Uvedený korozní přídavek platí pro životnost obvyklou. Velikost tohoto přídavku je závislá na čase (tj. s časem se snižuje). Předpokládá se, že koroze probíhá lineárně s dobou životnosti. Konkrétní postup koroze však může být jiný.

CYKLICKÉ ZATÍŽENÍ
Určení cyklického zatížení se neprovádí, jestliže počet různých zatěžovacích cyklů všech zdrojů je menší než 1000.
Základní cyklus je definován časem, ve kterém je zahrnuto: náběh provozu, provoz, ukončení provozu a přestavka např. proúdržbu
Vložené cykly jsou způsobeny:

• pravidelným poklesem provozních hodnot způsobené technologií a jejich dorovnávání
• větrem, nejsou-li instalovány v hale nebo v jinak způsobeném větrovém stínu

Dále jsou způsobeny i jevy, které se vyskytují při poruše tlakové sestavy

• únikem tlaku způsobeným netěsností a jeho pravidelným dorovnáváním
• kmitáním potrubní větvě. Ke kmitání potrubní větve dochází v případě, že některá z vlastních frekvencí potrubní větve je totožná s frekvencí budící. Nejpřirozenější budící frekvence se odvozují z otáček motoru čerpadla nebo kompresoru doplňující tlak media v potrubní větvi. Proto též dále záleží na délce chodu uvedeného motoru v základním cyklu a na tlumení kmitání.

TEČENÍ/CREEP
V případě vysokých teplot je nutno korigovat výpočtové dovolené namáhání hodnotami creepu v závislosti na předpokládaný počet provozních hodin. Musí se uvažovat též kolísání provozních teplot a postup tohoto jevu kontrolovat.

PRŮBĚH PRAVDĚPODOBNOSTI ZTRÁTY INTEGRITY PŘI PROVOZU ZAŘÍZENÍ

Pro tlakové zařízení je určena výpočtem učitá teoretická životnost. Pakliže je výpočet správný a předpoklady postupu degradace materiálu jsou reálné, po překročení této životnosti je narušena integrita tlakového zařízení. Z toho vyplývá, že teoretické životnosti odpovídá pravděpodobnost ztráty integrity rovná 1. Jestliže je zařízení řádně vyrobeno a zkontrolováno, pak v době uvedení do provozu je rovna pravděpodobnost ztráty integrity 0. Čímž vznikne základní ohraničení pro graf na obr.1. a úsečka spojující počáteční bod (tj. bod 0) a bod určený teoretickou životností a pravděpodobností ztráty integrity rovnající se 1 (tj bod A). Tato úsečka může být nazvána úsečkou teoretické degradace.
Postup degradace materiálu však nemusí odpovídat předpokladu určeném při návrhu. Reálná životnost a reálný průběh degradace materiálu nemusí odpovídat předpokladům. Proto se u důležitých zařízeních doporučuje sběr zatěžovacích dat za určitý časový okamžik a jejich korekce. Eventuelně může být instalováno zařízení, které životnost tlakového zařízení sleduje v reálném čase.

URČENÍ MAXIMÁLNÍ DOVOLENÉ PRAVDĚPODOBNOSTI ZTRÁTY INTEGRITY

URČENÍ PRAVDĚPODOBNOSTI ZTRÁTY INTEGRITY VYCHÁZEJÍCÍ Z PED

Na určení maximální dovolené pravděpodobnodti vycházející z PED, má vliv velikost následků případné nehody. Toto určení se provádí zařazením do kategorií.
Tlaková zařízení se totiž podle § 2 odst. 2 NV26/2003Sb.(PED) zařazují do kategorií I až IV podle přílohy č. 2 k tomuto nařízení, v závislosti na stoupající míře nebezpečí. Tlaková sestava je několik tlakových zařízení sestavených výrobcem tak, že představují ucelenou funkční jednotku. Kategorie tlakové sestavy je nejvyšší z kategorií obsažených tlakových zařízení (kategorie bezpečnostní výstroje se nezapočítává).
Kategorie tlakového zařízení tedy v sobě zahrnuje: velikost zařízení (objem u tlakové nádoby a kotle a DN u potrubí), nejvyšší dovolený tlak tekutiny, nejvyšší dovolenou teplotu tekutiny, stav tekutiny (tj.kapalná nebo plynná fáze) a druh tekutiny (tekutiny jsou rozděleny na bezpečné a nebezpečné).
Výsledkem by mělo být přiřazení maximální dovolené rizika pravděpodobnosti ztráty integrity každé kategorii. Červené hodnoty s*) jsou brány pouze jako vstupní návrh do celkové diskuse.

URČENÍ PRAVDĚPODOBNOSTI ZTRÁTY INTEGRITY VYCHÁZEJÍCÍ Z UMÍSTĚNÍ TLAKOVÉHO ZAŘÍZENÍ

Velikosti následků případné nehody je přímo závislé i na konkrétním umístění tlakové sestavy a na „infrastruktuře“,která je instalovaná v okolí tlakové sestavy.Je tím myšlena například speciální kanalizace (kam může chemikálie vytéct bez způsobení dalších škod, dostupnost z hlediska integrovaného záchranného systému atd.) Výsledkem by mělo být přiřazení maximálního dovoleného pravděpodobnosti ztráty integrity každé z uvedených skupin.

VÝSTUPY INSPEKCE

URČENÍ INTERVALU INSPEKCE

Určení intervalu inspekce tlakového zařízení se provede porovnáním maximální dovolené pravděpodobnosti ztráty integrity určené v kap.5 s velikostí okamžité hodnoty pravděpodobnosti ztráty integrity vzniklým při provozu tlakového zařízení. K tomuto využijeme opět Obr.1 takto: Na svislou osu vyneseme maximální dovolenou pravděpodobnost ztráty integrity určenou podle kap.5 a tímto bodem uděláme rovnoběžku s vodorovnou osou. Označíme bod, kde se protíná tato rovnoběžka s úsečkou teoretické degradace (tj. bodč.1). Promítnutí tohoto bodu na vodorovnou časovou osu určuje interval první inspekce tlakového zařízení.
K inspekci tlakového zařízení musíme použít takovou metodu, která stoprocentně vyloučí existenci takových trhlinek, které by se mohly dále rozvíjet. Jestliže uvedená inspekce prokáže neexistenci uvedených trhlinek, okamžitá pravděpodobnost ztráty integrity se rovná 0. Na obr.1 tuto nulu označíme spuštěním přímky z bodu č.1 a z ní vedeme novou úsečku teoretické degradace do bodu A. Opakováním postupu určíme vždy nový a nový interval inspekce, kerý je vždy kratší než předchozí. Takto pokračujeme až do doby určené životnosti tlakového zařízení.
V případě požadavku na prodloužení životnosti tlakového zařízení se musí prokázat buď použití konstrukce,v které je menší napětí od nominálního zatížení nebo že skutečná provozní zatížení jsou menší než se původně předpokládalo.

URČENÍ DRUHU INSPEKCE

V předchozí úvaze zazněl předpoklad, že k inspekci tlakového zařízení musíme použít takovou metodu, která stoprocentně vyloučí existenci takových trhlinek, které by se mohly dále rozvíjet. Toto je samozřejmě ideální stav, protože tím pádem se musí určit o jakou velikost trhlinky jde a jakou metodou je možno tuto velikost zjistit. A dokonce i vliv pečlivosti s jakou je uvedená inspekce provedena.

ZÁVĚR

Tento příspěvek je nutno chápat jako vklad do diskuse o inspekci (nebo po našem revizi) tlakového zařízení. Nastoluje však hodně otázek, co se týká konkrétního určení hodnot pravděpodobností, a to jak určení maximální dovolené ztráty integrity pro uvedené případy, tak i určení pravděpodobnosti s jakou jednotlivé postupy inspekce odhalí trhlinky, které by uvedenou ztrátu integrity mohly způsobit.
Náhrada revizí a zkoušek může být provedena pouze na základě souhlasu ITI Praha !!

Použitá literatura:

1. Nařízení vlády č.23/2003Sb.(PED)
2. ČSN EN 13445-3 Netopené tlakové nádoby – část 3: Konstrukce a výpočet
3. ČSN EN 13480-3 Kovová průmyslová potrubí – část 3: Konstrukce a výpočet
4. ČSN P ENV Eurocode č.3 Navrhování ocelových konstrukcí
5. Vincour D.: Stručný informační dokument o systému DIALIFE
6. Bielak O.: Životnost a spolehlivost tlakových a energetických zařízení, Sborník referátů TLAK 2007
7. Pekař V.: Tlaková sestava při cyklickém namáhání, Sborník referátů TLAK 2006