Výpočtová koncepce předpisů

Výpočtová koncepce současných evropských předpisů a na ně navazujících norem EN je založena na filozofii navrhování tlakových nádob pocházející ze 70.let, kdy se vyvíjela aplikovaná teorie plasticity skořepin a v té době byl již přes 10 let znám přístup „shake-downu“ a byla propracována metodika analýzy únavy skořepin tlakových nádob. Zároveň byla již přes 10 let známa i alternativní metoda vyhodnocování zatížení uzlů skořepin tlakových nádob metodou „kategorizací napětí“ (ASME BPV Code). Jako základ pro vývoj výpočtových metod byl položen mezní stav plastické únosnosti. Tyto postupy jsou nyní obsaženy v základní normě pro dimenzování tlakových nádob  EN 13445.

 

Koncepce vlastních technických dokumentů vychází ze základních evropských směrnic, tedy u klasických tlakových nádob, kotlů, potrubí apod. ze směrnice 97/23/EC (PED - Pressure Equipment Directive - Council Directive of 29 May 1997 on the approximation of the laws of the Member States concerning pressure equipment), u jednoduchých tlakových nádob pro vzduch a dusík ze směrnice  87/404/EEC (Council Directive of 25 June 1987 on the harmonization of the laws of the Member States relating to simple pressure vessels) a u nádob pro přepravu po železnici a silnici potom z předpisů RID a ADR.

 

Směrnice 97/23/EC byla zapracována do NV č.26/2003 Sb., směrnice 87/404/EEC do NV č. 20/2003 Sb., přepravní předpisy RID do Vyhlášky Ministerstva zahraničních věcí č. 8/1985 Sb. a ADR do Vyhlášky Ministerstva zahraničních věcí č. 64/1987 Sb.

Požadavky na pevnostní výpočty jsou v hlavní směrnici (PED) definovány „technickou“ přílohou směrnice, přílohou I. Zde jsou definována dovolená namáhání konstrukce ve vazbě na materiálové charakteristiky použitého materiálu a požadavky na tlakovou zkoušku tlakového zařízení. Tyto požadavky je možné splnit zejména použitím harmonizovaných norem pro návrh a konstrukci tlakových zařízení, kterých je oproti našim dřívějším zvyklostem celá řada. V následujícím přehledu si představíme hlavní z těchto navazujících technických dokumentů.

 

Základní technické normy

Základním dokumentem, který stojí nad ostatními technickými výpočtovými normami je norma ČSN EN 764. Tato norma, která se skládá ze 7 částí, je pro další použití norem pro výpočet pevnosti tlakových zařízení důležitá zejména ve své 1.části, kde jsou obsaženy všechny základní definice, a tedy definice zejména všech tlaků a teplot dále v dokumentech používaných.

ČSN EN 764 (69 0364)

 

Tlaková zařízení - Terminologie (Pressure equipment - Terminology)

Část 1 - Tlak, teplota, objem, jmenovitá světlost

Část 2 - Veličiny, značky a jednotky

Část 3 - Definice zúčastněných stran

Část 4 - Zpracování technických dodacích podmínek pro kovové materiály

Část 6 - Provozní návody

Část 7 - Bezpečnostní systémy pro netopená tlaková zařízení

Vzhledem k tomu, že v celé řadě dalších dokumentů se již těmto veličinám nevěnuje pozornost, nabývá  část 1 a 2 (zejména jednotky) pro další návaznosti v technických dokumentech základní důležitosti.

Vlastní výpočtové normy, nebo výpočtové části norem, vycházejí většinou koncepčně z hlavní normy souboru pevnostně výpočtových norem, z ČSN EN 13445-3.

 

ČSN EN 13445-3 (69 0345) (harmonizována)  

Netopené tlakové nádoby - Část 3: Konstrukce a výpočet

Část 1: Všeobecně

Část 2: Materiály

Část 3: Konstrukce a výpočet

Část 4: Výroba

Část 5: Zkoušení a kontrola

Část 6: Požadavky pro navrhování a výrobu tlakových nádob a jejich částí z litiny s kuličkovým grafitem

Část 7: CR 13445-7 Netopené tlakové nádoby - Návod na používání postupů posouzení shody

 

Každá část platí samostatně, avšak je třeba si uvědomit, že jednotlivé části na sebe navazují a jsou vzájemně provázané. Zároveň se na jednotlivé odstavce normy odkazují i další normy na konstrukci a výpočet tlakových zařízení. Termín "netopené" vylučuje nádoby, které jsou vystaveny přímo vytvářenému teplu nebo plamenu dopadajícímu z topného procesu, těmto tlakovým nádobám (kotlům) jsou věnovány jiné předpisy. Toto však nevylučuje nádoby otápěné elektricky nebo proudem ohřevné látky. Za "tlakovou nádobu" se považují všechny přivařené části až po příruby hrdel včetně, přišroubovaných nebo přivařených přípojek nebo hranu, na kterou má být přivařeno prvním obvodovým svarem připojovací potrubí nebo jiné součásti.

 

Harmonizovaná k NV 26/2003 Sb. od 2004.04

K normě bylo již v originálních jazycích vydáno 11 platných změn, které budou postupně zapracovány do českých změn normy. Změny 1 - 10 jsou současně v koncové fázi vydání, změna 11 bude zpracována v roce 2005. Originály změn jsou k dispozici na www.csni.cz. Vzhledem k rozsahu změn zejména ve výpočtové části se doporučuje nakopírování těchto změn ze serveru ČNI a jejich použití.

 

Dále uvedené normy, které vycházejí z principů EN 13445 řeší problematiku návrhu a kontroly pevnosti pro další typy tlakových nádob a zařízení.

 

Jednoduché tlakové nádoby

ČSN EN 286 (695286) (harmonizována) 

Jednoduché netopené tlakové nádoby pro vzduch nebo dusík

Harmonizovaná - NV 20/2003 Sb. od 2004.04.

Vydána již v roce 1995 a v roce 1999 revidována. Norma splňuje požadavky směrnice 87/404/EEC. V současné době je snaha spojit tuto evropskou směrnici se směrnicí PED a tím obě směrnice sjednotit.

 

Tlakové potrubí a armatury

ČSN EN 13480-3 (13 0020) (harmonizována) 

Kovová průmyslová potrubí - Část 3: Konstrukce a výpočet

Norma stanoví požadavky na konstrukci a výpočet průmyslových potrubních systémů, včetně podpěr a dalších částí. 

Harmonizovaná - NV 26/2003 Sb. od 2004.04

ČSN EN 12516 (13 3011)

Armatury - Pevnostní návrh pláště -

Část 2: Metoda výpočtu pro ocelové pláště armatur;

Část 3: Experimentální metoda

Výpočtová metoda je založena na DIN 3840 a byla použita již v předchozí normě ČSN 13 3021.

ČSN EN 1591-1 (13 1551) (harmonizována) 

Příruby a přírubové spoje - Pravidla pro navrhování těsněných kruhových přírubových spojů - Část 1: Výpočtová metoda

Výpočet splňuje kritéria těsnosti a pevnosti. Je uvažováno chování celého systému příruba-šrouby-těsnění. Zohledňující parametry jsou nejen základního druhu jako: - druh tekutiny; - pevnostní hodnoty materiálu příruby, šroubů a těsnění; - součinitel těsnosti; - síla ve šroubech, ale též - možný rozptyl při utahování šroubů; - změny těsnicí síly způsobené deformací všech složek přírubového spoje; - vliv připojené skořepiny nebo trubky; - vliv vnějších osových sil a ohybových momentů; - vliv teplotních rozdílů mezi šrouby a listy příruby. Výpočet přizpůsobivosti těsnění spočívá na elastické analýze vztahů mezi zatížením a deformací mezi všemi částmi přírubového spoje, případně korigované o plastické chování těsnicího materiálu. Výpočet mechanické tuhosti spočívá na mezní analýze (plastický kloub) u kombinace příruba-skořepina. Bere se ohled jak na vnitřní, tak i vnější zatížení. Zahrnují se stavy zatížení, jako jsou montáž, hydrostatická tlaková zkouška a všechny následné provozní stavy. 

Harmonizovaná - NV 26/2003 Sb. od 2004.04

 

Kotle

ČSN EN 12952-3 (077604) (harmonizována) 

Vodotrubné kotle a pomocná zařízení - Část 3: Konstrukce a výpočet částí namáhaných tlakem

Pevnostní výpočet vodotrubných kotlů.

Harmonizovaná - NV 26/2003 Sb. od 2004.04

ČSN EN 12953-3 (077853) (harmonizována) 

Válcové kotle - Část 3: Konstrukce a výpočet částí namáhaných tlakem

Pevnostní výpočet válcových kotlů.

Harmonizovaná - NV 26/2003 Sb. od 2004.04

 

LPG nádrže

ČSN EN 12542 (078212) (harmonizována) 

Stabilní svařované ocelové sériově vyráběné nadzemní válcové zásobníky pro skladování LPG o objemu do 13 m³ včetně - Návrh a výroba

Harmonizovaná - NV 26/2003 Sb. , vyhlášení - 2004.04

ČSN EN 14075 

Stabilní ocelové svařované sériově vyráběné válcové zásobníky pro podzemní skladování zkapalněných uhlovodíkových plynů (LPG) o objemu do 13 m³ včetně - Návrh a výroba

Harmonizovaná - NV 26/2003 Sb. , vyhlášení - 2004.04

 

Kryogenické nádoby

ČSN EN 13458-2 (69 7258)

Kryogenické nádoby - Stabilní vakuově izolované nádoby - Část 2: Konstrukce, výroba, kontrola a zkoušení

Tato evropská norma platí pro stabilní vakuově izolované kryogenické nádoby pro tekutiny specifikované v EN 13458-1 a neplatí pro nádoby navržené pro toxické tekutiny. Pro stabilní vakuově izolované kryogenické nádoby navržené pro nejvyšší dovolený tlak nepřesahující 0,5 bar může být tato norma použita jako vodítko. 

ČSN EN 14197-2 (69 7297)

Kryogenické nádoby - Stabilní nevakuově izolované nádoby - Část 2: Konstrukce, výroba, kontrola a zkoušení

Tato část evropské normy platí pro stabilní nevakuově izolované kryogenické nádoby pro tekutiny specifikované v EN 14197-1 a neplatí pro nádoby navržené pro toxické tekutiny.

ČSN EN 13530-2 (69 7230)  

Kryogenické nádoby - Velké přepravní vakuově izolované nádoby - Část 2: Konstrukce, výroba, kontrola a zkoušení

Tato evropská norma určuje požadavky na konstrukci, výrobu, kontrolu a zkoušení velkých přepravních vakuově izolovaných kryogenických nádob s objemem větším než 1 000 litrů, připevněných trvale (nesnímatelné cisterny) nebo dočasně (snímatelné cisterny) k vozidlu pro přepravu po silnici. Může však být použita pro jiné způsoby přepravy za předpokladu splnění specifických předpisů nebo požadavků. Tato norma byla navržena pro odkazy do RID a do technických příloh ADR. Tato část evropské normy platí pro velké přepravní vakuově izolované kryogenické nádoby pro tekutiny specifikované v EN 13530-1:2002 a neplatí pro nádoby navržené pro toxické tekutiny.

ČSN EN 14398-2 (69 7228)  

Kryogenické nádoby - Velké přepravní nevakuově izolované nádoby - Část 2: Konstrukce, výroba, kontrola a zkoušení

Tato norma byla navržena pro odkazy do RID a do technických příloh ADR. Tato část evropské normy určuje požadavky na konstrukci, výrobu, kontrolu a zkoušení velkých přepravních nevakuově izolovaných kryogenických nádob s objemem větším než 1 000 litrů, připevněných trvale (nesnímatelné cisterny) nebo dočasně (snímatelné cisterny) k vozidlu pro přepravu po silnici. Může však být použita pro jiné způsoby přepravy za předpokladu splnění specifických předpisů nebo požadavků. Tato evropská norma platí pro velké přepravní nevakuově izolované kryogenické nádoby pro tekutiny specifikované v EN 14398-1 a neplatí pro nádoby navržené pro toxické tekutiny.

 

Přepravní nádrže

ČSN EN 13094 (69 9034)  

Nádrže pro přepravu nebezpečného zboží - Kovové nádrže s pracovním tlakem nepřesahujícím 0,5 bar - Konstrukce a provedení

Tato norma byla navržena pro odkazy do RID a do technických příloh ADR. Tato evropská norma specifikuje minimální požadavky na konstrukci a provedení kovových nádrží s nejvyšším pracovním tlakem nepřesahujícím 50 kPa, používaných pro přepravu nebezpečného zboží po silnici a po železnici, pro které je v kapitole 3.2 v ADR [2] uveden předpis pro nádrže s písmenem "G". Norma rovněž obsahuje požadavky na systém identifikace materiálů používaných při výrobě těchto nádrží. Tato evropská norma specifikuje požadavky na otvory, uzávěry a konstrukční vybavení, nespecifikuje požadavky na provozní vybavení. Je použitelná pro intermodální nádrže (např. pro cisternové kontejnery a cisternové výměnné nástavby) pro přepravu nebezpečného zboží po silnici a železnici, pro které jsou specifikována dodatečná dynamická zatížení příslušným drážním orgánem. 

ČSN EN 14025 (69 9033)  

Nádrže pro přepravu nebezpečného zboží - Kovové tlakové nádrže - Konstrukce a výroba

Tato norma byla navržena pro odkazy do RID a do technických příloh ADR. Tato evropská norma specifikuje minimální požadavky na konstrukci a provedení kovových tlakových nádrží s nejvyšším pracovním tlakem překračujícím 50 kPa (0,5 bar), určených pro přepravu nebezpečného zboží po silnici a železnici. Tato norma obsahuje požadavky na otvory, uzávěry a konstrukční vybavení; nezahrnuje požadavky na provozní příslušenství.

 

Ostatní

prEN 13831  

Closed expansion vessels with built in diaphragm for installation in water systems (Expanzní nádrže).

Projekt normy na expanzní nádrže pro vodárenské a teplovodní systémy.

 

ČSN EN 13121 (69 8921)  

Nadzemní sklolaminátové nádrže a nádoby - Část 1: Výchozí materiály - Technické přejímací a podmínky

Návrh a výroba sklolaminátových nádrží zahrnuje řadu různých materiálů jako je pryskyřice, plastická a vyztužující vlákna a řadu různých výrobních postupů. Předpokládá se, že nádrže a nádoby vyhovující této evropské normě by měli vyrábět pouze výrobci a technici, kteří jsou kompetentní a vhodně vybaveni pro splnění všech požadavků při používání materiálů vyrobených kompetentními a zkušenými výrobci materiálu.

 

Literatura

[1]	97/23/EC (PED)	Council Directive of 29 May 1997 on the approximation of the laws of the Member States concerning pressure equipment
[2]	NV 26/2003 Sb.	Nařízení vlády, kterým se stanoví technické požadavky na tlaková zařízení.
[3]	NV 20/2003 Sb.	Nařízení vlády, kterým se stanoví tech.požadavky na jednoduché tlakové nádoby pro vzduch a dusík.
[4]	ČSN 69 0010-3	Tlakové nádoby stabilní. Technická pravidla. Části 4.xx: Výpočet pevnosti
[5]	ČSN EN 764 (69 0364)	Tlaková zařízení - Terminologie (Pressure equipment - Terminology) Část 1 - Tlak, teplota, objem, jmenovitá světlost Část 2 - Veličiny, značky a jednotky Část 3 - Definice zúčastněných stran Část 4 - Zpracování technických dodacích podmínek pro kovové materiály Část 6 - Provozní návody Část 7 - Bezpečnostní systémy pro netopená tlaková zařízení
[6]	ČSN EN 13445 (69 5245)	Netopené tlakové nádoby (UFPV - Unfired pressure vessels EN 13445:05-2002) Část 1: Všeobecně; Část 2: Materiály; Část 3: Konstrukce; Část 4: Výroba; Část 5: Kontrola a zkoušení; Část 6: Požadavky pro konstrukci a výrobu tlakových nádob a částí nádob vyráběných z tvárné litiny.
[7]	ČSN EN 13480	Průmyslová kovová potrubí (Metallic Industrial Piping EN 13480:05-2002) Část 1 - 7
[8]	ČSN EN 12952 (07 7604)	Vodotrubné kotle a pomocná zařízení. (Water-tube boilers and auxiliary instalations EN 12952:11-2001) Části 1 - 16.
[9]	ČSN EN 12953	Válcové kotle. (Shell boilers EN 12953:11-2001) Části 1 - 14.
[10]	ČSN EN 1591	Příruby a přírubové spoje - Pravidla pro navrhování těsněných kruhových přírubových spojů (Flanges and their joints - Design rules for gasketed circular flanges connections) Část 1: Způsob výpočtu, Část 2: Parametry těsnění
[11]	ČSN EN 14075	Stabilní ocelové svařované ocelové sériově vyráběné válcové zásobníky pro podzemní skladování zkapalněných uhlovodíkových plynů (LPG) o objemu do 13 m3 včetně - Návrh a výroba
[12]	ČSN EN 12542	Stabilní ocelové svařované ocelové sériově vyráběné nadzemní válcové zásobníky pro skladování LPG o objemu do 13 m3 včetně - Návrh a výroba
[13]	ČSN EN 13458	Kryogenické nádoby - Stabilní vakuově izolované nádoby
[14]	ČSN EN 13530	Kryogenické nádoby - Velké přepravní vakuově izolované nádoby
[15]	ČSN EN 14398	Kryogenické nádoby - Velké přepravní nevakuově izolované nádoby
[16]	EN 1591-1	Flanges and their joints - Design rules for gasketed circular flanges connections - Part 1: Calculation method.
[17]	Asme BPV Code	ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII. Division 1, Rules for construction of pressure vessels, Edition 1998
[18]	Asme BPV Code	ASME Boiler & Pressure Vessel Code, Section VIII. Division 2 - Alternative rules, Rules for construction of pressure vessels, Edition 1998
[19]	BS 5500	Specification for unfired fusion welded pressure vessels
[20]	PD 5500	Specification for unfired fusion welded pressure vessels
[21]	AD-Merkblätter	Berechnung von Druckbahältern, Reihe B - Berechnung, Reihe S - Sonderfälle
[22]	AD 2000-Merkblätter	Berechnung von Druckbahältern, Reihe B - Berechnung, Reihe S - Sonderfälle
[23]		Server ČNI - www.csni.cz
[24]	Babinský M.	Přednáškový cyklus, "Moderní metody navrhování částí tlakových nádob", 2004, TConsult - Brno