Úvod

V nejmenovaném cukrovaru docházelo v minulých kampaních při zpracování cukrové šťávy ke karamelizaci tekutých cukrů (sirobů). Příčinou tohoto nežádoucího jevu byla příliš vysoká teplota páry II. brýdy, odebírané z druhé odparky. Tuto teplotu o hodnotě cca 121,5 °C bylo třeba snížit na cca 95 až 105 °C.

Proto bylo rozhodnuto zapojit paralelně (v obchvatu) sytič páry, který by teplotu páry, sloužící k ohřevu tekutých cukrů, snížil na požadovanou hodnotu. Jako nádoba pro sycení (chlazení) páry byla použita nádoba parokontaktního ohřívače, která byla v cukrovaru, jako nevyužitá, k dispozici.

Po zahájení kampaně v r. 1993 došlo po několika dnech provozu k výbuchu této nádoby a k následným velkým hmotným škodám. Ke zranění nebo smrtelným úrazům naštěstí nedošlo.

1. Popis zařízení

Předmětná válcová stojatá nádoba byla vyrobena z plechu z oceli 11 373.1 o tloušťce 6 mm. V úrovni nad spodním dnem měla nosné patky. Její vnější průměr je 1200 mm, celková délka je 3900 mm. Nádoba měla dvojdílný, přírubami spojený válcový plášť 3560 mm dlouhý, kuželové dno a kuželové víko. Celková hmotnost byla 1457 kg. Nádoba nebyla konstruována ani vyrobena jako tlaková nádoba ve smyslu ČSN 690010.

Při studiu technologického schéma parního rozvodu cukrovaru bylo zjištěno, že:

• parní sytič je zapojen paralelně (obchvatem) na parní větvi č. 2 a jeho nádoba je opatřena vstupním a výstupním ventilem DN 80
• parní větev č. 2 je napájena parou II. brýdy (tedy z výstupu z druhé odparky, která má teplotu 121,5 °C, což odpovídá tlaku na mezi sytosti páry cca 2,1 ata (= 0,21 MPa), neboli přetlaku 1,1 atp ( = 0,1 1 MPa)
• nádoba sytiče byla jednorázově naplněna vodou z nádrže na studenou vodu. Výše hladiny byla udržována na úrovni cca 600 mm od spodního okraje válcového pláště nádoby pomocí plovákového odvaděče kondenzátu, který byl jako samostatné, ventilem uzavíratelné těleso připojen přírubou na přepadový odtok z nádoby sytiče.

Celkové uspořádání zařízení sytiče páry je znázorněno. na obr. č. 1.

Vývody, vyplývající z předcházejících skutečností:

- Protože je nádoba sytiče opatřena výstupním ventilem a další ventily jsou na nádržích pro ohřev tekutých cukrů, je nutno, aby tato nádoba byla pevnostně dimenzována minimálně na tento přetlak, tj. na 0,11 MPa.

- Protože je pojišťovací ventil na potrubní větvi z redukční stanice nastaven na přetlak 0,22 MPa, měla být nádoba sytiče páry dimenzována na tento přetlak.

- Při posuzování skutečného provozního přetlaku v nádobě parního sytiče je možno vzít v úvahu tlakové ztráty v dlouhém potrubí z druhé odparky až k nádobě sytiče, takže skutečný přetlak se bude pohybovat dle výpočtu tlakových ztrát na hodnotě cca 0,062 MPa. Přesto je však nutno, v případě existence výstupního ventilu a dalších ventilů u nádrží na tekuté cukry, předmětnou nádobu dimenzovat jako nádobu tlakovou ve smyslu ČSN 69 0010, což ve skutečnosti učiněno nebylo.

2. Popis havárie

Při normálním provozu cukrovaru náhle vylétla "raketovým startem" nádoba sytiče páry směrem vzhůru. Její dno se odtrhlo naráz směrem dolů. Vlastní těleso, tj. válcový plášť s horním kuželovitým víkem, vylétlo přímo nahoru, přičemž prorazilo střechu "věže" cukrovaru. Poté se těleso v letu otočilo špicí kuželového víka směrem dolů, prorazilo střechu budovy laboratoře a dále prorazilo v laboratoři podlahu. Tam naštěstí v inkriminovaném okamžiku nikdo z laborantů nebyl, takže nedošlo k újmě na zdraví zaměstnanců cukrovaru. Protože nikdo nedokázal uspokojivě vysvětlit příčinu této události, byl jsem přibrán Policií České republiky jako znalec k objasnění této havárie. V dalším textu budou popsány výsledky vyšetřování příčin předmětné havárie.

3. Příčiny havárie

Bezprostřední příčinou havárie (výbuchu) nádoby sytiče bylo zaplnění prakticky celého jejího vnitřního prostoru vodou (kondenzátem), následné odtržení jejího dna od pláště a bouřlivý vývin páry při poklesu tlaku na tlak atmosférický. Tím vznikla energie o takové velikosti, že došlo reaktivní silou (jako u proudového reaktivního motoru) k "raketovému" startu tělesa sytiče kolmo vzhůru, přičemž byl proražen podhled (strop) a těleso dále vylétlo střechou. Poté těleso prorazilo pádem střechu laboratoře, kde došlo k dalším hmotným škodám.

Příčinou zaplnění nádoby vodou (kondenzátem) bylo s největší pravděpodobností selhání šoupátkového odvaděče kondenzátu, o čemž svědčí jeho nedobrý technický stav (ohnutý čep páky) a zejména zjištěný otisk (stopa) otvoru sedla na funkční ploše šoupátka. Selhání šoupátkového odvaděče kondenzátu zapříčinilo stoupání hladiny v nádobě sytiče páry, protože tím nefungoval řádně přepad z nádoby a obsah kondenzátu se zvětšoval kondenzací neustále probublávající páry, přiváděné do nádoby čtyřmi vstupními trubkami.

Vlastní příčinou odtržení dna od pláště nádoby bylo zvýšení napětí v obvodovém svaru působením síly od hmotnosti zvyšujícího se sloupce kapaliny (kondenzátu) v nádobě sytiče. Provedení obvodového svaru bylo navíc velmi nekvalitní, což odtržení dna jen usnadnilo. Dále bylo zjištěno, že obvodový koutový svar dna s pláštěm je proveden jako jednostranný o velikosti A 6, což je naprosto nepřípustné a nedostatečné. Normou je požadován koutový svar oboustranný. Skutečný a požadovaný spoj je uveden na obr.č.2.

Porušení norem a předpisů

Aby bylo možno určit, které předpisy a normy jsou pro případ havárie nádoby parního sytiče příslušné, jakož i prokázat, které z nich byly porušeny, bylo nutno předem stanovit, zdali se jedná o nádobu netlakovou (spadající pod ČSN 69 0005) anebo o nádobu tlakovou ve smyslu ČSN 69 0010.

Vzhledem ke skutečnosti, že výstupní teplota páry z druhé odparky je 121,5 °C a absolutní tlak odpovídající této teplotě je 0,21 MPa, je přetlak 0,11 MPa. V případě, že nádoba sytiče má uzavíratelnou armaturu na výstupu (ventil DN 80) a dále následující ventily u jednotlivých nádrží na sirob, je nutno počítat minimálně s tímto provozním přetlakem.

Z tohoto hlediska se tedy jedná o tlakovou nádobu stabilní ve smyslu ČSN 69 0010, neboť přetlak při zavřeném výstupním ventilu může dosáhnout v nádobě hodnoty až 0,11 MPa.

S přihlédnutím k ustanovení ČSN 69 0010 čl. 713 je možno dále říci, že všechny nádoby napájené redukovanou parou mají být dimenzovány na přetlak nastavený na pojišťovacím ventilu. V předmětném případě byl na výstupu z redukční stanice umístěn pojišťovací ventil s nastaveným pojišťovacím tlakem 0,22 MPa. Z toho pak plyne, že předmětná nádoba měla být pevnostně dimenzována na provozní tlak 0,22 MPa a pracovní teplotu stěny 121,5 °C. Z uvedených parametrů je zřejmé, že se jedná o tlakovou nádobu 4. kategorie ve smyslu ČSN 69 0010, část 2.1.

Ze shora uvedených důvodů vyplývá, že předmětná nádoba neodpovídala ČSN 69 0010 a proto neměla být vůbec pro zařízení parního sytiče použita.

Závěr

Z popsané kuriózní havárie tlakové nádoby sytiče páry vyplývají následující závěry:

- Při projektu zařízení pro sycení páry mělo být, podle místních poměrů parního rozvodu cukrovaru za redukční stanicí a s ohledem na nastavený tlak pojišťovacího ventilu posouzeno, zdali nádoba sytiče páry je, či není nádobou tlakovou ve smyslu ČSN 69 0010.

- Před použitím jako sytič měla být uvažovaná nádoba posouzena z hlediska splnění požadavků ČSN 69 0010 kategorie 4.

- V případě nesplnění požadavků této normy neměla být vůbec pro zařízení sytiče páry použita, anebo, pokud to bylo technicky možné, upravena tak, aby požadavky normy splňovala.

Za bezprostřední příčinu výbuchu (startu) předmětné nádoby nutno považovat utržení dna od pláště, způsobené selháním odvaděče kondenzátu.V případě, že by nádoba splňovala požadavky ČSN 69 0010, nedošlo by k utržení jejího dna, ale k průniku vody (kondenzátu) až do nádrží tekutých cukrů. V takovém případě by nedošlo k výbuchu (startu) tělesa sytiče páry a k následným škodám na budovách a zařízení cukrovaru.

Související

Související témata Nehody, úrazy, havárie