Integrita tlakových zařízení – systémová řešení

Nové trendy v problematice rozebíratelných spojů

Autoři:
Ing. Jan Tomáš, TECHSEAL s.r.o.
Doc. Ing. Jiří Lukavský, CSc., Fakulta strojní, ČVUT v Praze

V začátku roku 2016 bychom rádi přispěli svojí vizí do roku 2020, kam bychom se měli v oblasti údržby a provozu tlakových zařízení posunout z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti procesních a energetických zařízení.

Minulý rok byl pro průmysl ČR v tomto ohledu varovným a média věnovala smutným událostem dost pozornosti, že většině odborné veřejnosti z oboru tlakových zařízení tyto zprávy neunikly. Není náhodou, že od konce října 2015 masivně uniká zemní plyn (metan) z úložiště v jižní Kalifornii a denně vytváří stejné množství skleníkových plynů jako 4,5 milionu aut nebo šest uhelných elektráren. Obyvatelům blízké obce Porter Ranch dochází s firmou zodpovědnou za únik trpělivost. Zemní plyn pronikající skrz prasklinu v trubce by sice neměl mít dlouhodobé negativní účinky na lidské zdraví, způsobuje ale nevolnost a další potíže. Únik je odhadován asi na 50 tun zemního plynu každou hodinu.

Pokud pomineme vliv na zdraví a životní prostředí, finanční ztráty netěsnostmi lze vyčíslit následovně:

  • 3”, 1500 lb (DN80, PN250) plynové potrubí odstavené z důvodu nedostatečné údržby rozebíratelných spojů: Ztráta výroby ve výši 2,25 mil. $
  • 16“, 300 lb (DN400, PN50) ventil nainstalovaný nekvalifikovaným personálem následně inicioval požár: Ztráta výroby ve výši 1,68 mil. $
  • Pracovníci správy majetku odhadují průměrnou ztrátu netěsnostmi kolem 100 tis. $/jeden únik, náklady kalkulovány jen na čas opravy a použitý materiál

Netesnosti

Podniky, které pomocí tlakových zařízení provozují výrobu, musí z hlediska systému managementu kvality ČSN EN ISO 9001:2008 a FMEA – analýzy možnosti vzniku vad a jejich následků (Failure Mode and Effects Analysis), environmentálního managementu ČSN EN ISO 14001:2004 a nově i managementu hospodaření s energií ČSN EN ISO 50001 – energetické audity v průmyslu s účinností od prosince 2015 (novela zákona o hospodaření s energií 103/2015 Sb. zákona 406/2000 Sb.) rozlišovat problematiku těsnosti ve dvou skupinách:

  1. běžné utěsnění je snadno realizovatelné, protože vznikající možné netěsnosti jsou evidovány pouze jako ztráta látky, např. chladící vody, tlakového vzduchu, páry aj. nebo při beztlakové dopravě látky; „princip omezeného selhání“
  2. kritické rozebíratelné spoje, na které jsou v důsledku škodlivých emisí kladeny vysoké požadavky z hlediska kvality utěsnění nebo těsnicího systému, např. u látek poškozujících zdraví, mutagenních, karcinogenních, jedovatých, hořlavých, výbušných příp. radioaktivních, nebo když utěsnění je ztíženo nutností užití speciálních těsnicích systémů nebo dokonce i při znemožnění jejich užití.

Vedení zodpovědných podniků prokazující se chartou „Responsible care“ by měly zajistit, aby integrita kritických rozebíratelných i nerozebíratelných spojů byla evidována a dokumentována odpovídajícími softwarovými nástroji (např. ORACLE Primavera, Hydratight JDMS – Joint Data Management System či αlpha docs od www.ep-cm.com), které jsou v současnosti k dispozici a již běžně používány. Je potřeba nastavit systém správy rozebíratelných spojů a tím systematicky zajistit integritu tlakových zařízení, tedy jejich bezpečnost a těsnost.

Informace z historie kritických spojů je nutno využít k opatřením, tedy ke zpětné vazbě z provozu tzn. zkušenosti použít k úpravě vstupních parametrů rozebíratelných spojů a docílit tak jejich spolehlivé a bezpečné funkce viz tento diagram:

Diagram

Je třeba si dále uvědomit, že kvalita utěsnění šroubových spojů není určena jen cenou těsnění, ale i konstrukčními a materiálovými vlastnostmi všech částí spoje, příp. znalostmi o probíhajících fyzikálně chemických pochodech, příp. sledováním příčin selhání šroubového spoje v zařízení. Rozhodující může být i způsob montáže a demontáže, které mohou ovlivnit druh použitého nářadí, postup utahování spoje, příp. „lidský faktor“. Protože vlastnosti i stejného druhu těsnění mohou být rozdílné, dané výrobcem, složením, způsobem skladování a zpracování, způsobem montáže aj., je třeba o těchto podmínkách mít více informací. Jak v EU, tak i USA jsou tendence, zejména pro zlepšení spolehlivosti utěsnění u kritických přírubových spojů tlakových zařízení. Vyvolávají to snahy o snižování nebezpečných emisí jak organických, tak i anorganických těkavých látek. Přispívají k tomu jak nové zákony, směrnice a návody, ale s ohledem na tyto velké změny v této problematice je třeba s novinkami seznámit všechny zúčastněné školeními. Z prvních reakcí se ukazuje, že je třeba seznámit s problematikou pracovníky montáže přírubových spojů a jejich vedoucí. Zejména u velkých firem dodávajících části tlakových zařízení se ukazuje, že s touto problematikou by se měli seznámit jak projektanti, tak i konstruktéři, údržbáři, výrobci částí těchto zařízení. Tento tlak jsme si uvědomili před několika roky, a proto jsme vypracovali technická doporučení pro montáž, výpočty pro pevnostní a těsnostní dimenzování přírubových spojů, rozšířili jsme spolupráci pro školení podle ČSN EN 1591-4. Co všechno je třeba sledovat, aby se při návrhu šroubových spojů dosáhlo spolehlivého utěsnění?

Technická pravidla

Aby se v oblasti tlakových zařízení přiblížily vědomosti o problematice utěsňování, shromáždili jsme na doporučení Hospodářské komory pod problematikou přírubových spojů pracovníky z oblasti firem zastupujících výrobce tlakových zařízení a těsnění a provozovatele tlakových zařízení a odborníky z výzkumu. A to jak z energetiky, strojírenství, potravinářství, farmacie, ale především z chemického a petrochemického průmyslu, kde kritických spojů je hodně a kde je třeba se zaměřit zejména na sledování rizik, příčin selhání a nutnosti odstavení částí průmyslových zařízení.

Technická pravidla pro provozní bezpečnost reprodukují stav techniky nebo použití nejlepší dostupné techniky (BAT – Best Available Technique), které odpovídají zjištěným pracovním znalostem daného oboru, konkretizují vyhlášku pro provozní bezpečnost s ohledem na stanovení a vyhodnocení možných ohrožení nedostatečnou funkcí použitých prostředků. Pro vedení zodpovědných podniků prokazující se chartou „Responsible care“ je to povinností. Předpokladem pro zásah při odstávce/zarážce zařízení nebo údržby[1] se provádějí tyto úkony:

  • stanovení druhu, rozsahu a sledu údržbářských prací nebo zásahů,
  • stanovení a posouzení ohrožení a stanovení potřebných zákroků,
  • před zadáním na montážní firmy určení požadavků na bezpečnost a požadavky na kvalifikaci personálu, který provede údržbářské práce a montáž,
  • posouzení ohrožení pro každou vykonávanou profesi a pro každé pracovní místo při odstávce/zarážce tak, aby byla zaručena bezpečnost a zdraví všech zúčastněných zaměstnanců, a tím zamezení škodám na zařízení nebo je minimalizovat; výsledky pro stanovení ohrožení je třeba průkazně dokumentovat.

Cesty pro dosažení těsnosti

Přírubový spoj sestávající z přírub, šroubů a matic, těsnění, příp. podložek má splňovat podle úkolů určité požadavky na těsnost, přičemž výpočetní důkaz (pevnosti a těsnosti) se provádí podle ČSN EN 1591-1 nebo metodou konečných prvků. Dále musí ve všech režimech svého provozu vykazovat odpovídající bezpečnost a od srpna 2005 i odpovídající těsnost a spolehlivost rozebíratelných spojů definovaných normou ČSN EN 13555 a ČSN EN 13445-3 a jejich spolehlivost lze garantovat v tzv. plánované životnosti odpovídající stavu dnešní techniky.

Třídy těsnosti vyjadřují mezní množství netěsností; základní třídy jsou 3 podle hodnoty vyjádřené v mg/s a jsou vztažené na střední obvod těsnění – tedy v jednotkách [mg.s-1.m-1]. Třída těsnosti L1,0 odpovídá hodnotám £  1,0 mg/(s.m) a používá se při utěsňování převážně kapalin kromě ropy. Třída L0,1 má mezní hodnotu množství netěsnosti 0,1 mg/(s.m) a převážně odpovídá utěsnění plynů a par a L0,01 (0,01 mg/(s.m)) se vyžaduje pro utěsnění „nebezpečných plynů a par“. Pro těkavé složky těsněného systému (volatile organic compounds) se od r. 2002 požaduje větší těsnost spoje použitím těsnění zkoušeného podle VDI 2440 a TA-Luft., s dosahovaným množstvím netěsnosti (emisí) L0,01 nebo dokonce L0,001.

Organizační požadavky pro zajištění těsnosti

Organizační požadavky se týkají zajištění kvality vytvořené postupem návrhu spoje a montáží (uvedené v metodických směrnicích, interních standardech nebo při stanovení ohrožení) a jsou popsány provozovatelem nebo vedoucím služeb uvnitř svých systémů.  Mj. se jedná o:

  • návrh a výpočet spoje podle určení; zjistit, zda jsou k dispozici všechny parametry spoje podle ČSN EN 13555,
  • použití základních součástí, tj. přírub, šroubů a matic, těsnění, příp. podložek podle specifikace potrubí a dokumentace zařízení,
  • předvolbu utahovacího postupu a utahovacího momentu (předpětí šroubů) vypracované provozovatelem nebo vedoucím služeb pro montáž,
  • stanovení třídy montáže a předání rozsahu zajištění kvality montáže podle analýzy možného ohrožení; zajišťuje provozovatel, který seznámí s tím vedoucího služeb,
  • vypracování dokumentace montáže.

 

Analýza ohrožení: splnění požadavků na přírubový spoj

Splnění požadavků na přírubový spoj z hlediska bezpečnosti zařízení, ochrany práce a zdraví, ale i požadavků na ochranu životního prostředí stanovuje analýza ohrožení. To se týká návrhu spoje, montáže, tak i dokumentace montáže. Z analýzy ohrožení nebo z bezpečnostního vyhodnocení pak vyplývá, jak provést montáž a co je na spoji třeba zkoušet, příp. kontrolovat:

  • vlastnosti těsněných látek s ohledem na jejich nebezpečí nebo ohrožení a provozní podmínky,
  • jaké utahovací nářadí a jaký postup utahování lze použít a jak kontrolovat utahovací momenty nebo předpětí ve šroubech,
  • jaké jsou v návodech pro obsluhu stanoveny intervaly údržby a inspekce,
  • jak je třeba provádět demontáž přírubového spoje,
  • montáž přírubových spojů má provádět jen kvalifikovaný personál; provozovatel zařízení je u vlastního personálu odpovědný za školení a výcvik; vedoucí služeb montáže je odpovědný za kvalifikaci vlastního personálu a měl by předložit provozovateli na požádání jeho jmenovitý seznam montážních pracovníků s certifikací pro danou činnost. Dosažení kvalifikace podle ČSN EN 1591-4, 2013 provádí v současnosti pro různé úrovně kvalifikace ČVUT v Praze, TECHSEAL s.r.o, DIMER Engineering, s.r.o ve spolupráci se Strojírenským výzkumným ústavem, s.p. v Brně více viz www.SkoleniMonteru.cz
  • udržet skladovatelnost těsnění bez ovlivnění jeho životnosti,
  • rovněž při vlastní montáži by se nemělo těsnění vystavovat působení počasí,
  • všechny součásti spoje by neměly být při montážních pracích poškozeny, aby se nedegradoval těsnicí účinek spoje,
  • výhodné může být použití vytvrzených podložek nebo trubkových nástavců,
  • po montáži zkouškou těsnosti ověřit spolehlivost vykonaných prací.

 

Příklad struktury a spojitostí systému jimsTM – Joint integrity management solutions od firmy Hydratight (management řešení integrity spojů)

 

 

JimsCZ

Závěrem

Bez systematického nastavení opatření k minimalizaci netěsností pomocí fungujícího systému kvality nelze ve výrobních podnicích dosáhnout spolehlivé a bezpečné integrity tlakových zařízení. Kritické rozebíratelné spoje vyžadují zvláštní pozornost v postupu jejich údržby. Doporučen je postup – termínově naplánovat pracovní postupy, provést přípravu podkladů, provést bezpečnou demontáž a montáž viz ČSN EN 1591-4, zajistit řízené utahovací postupy, vydat kontrolní záznamy pracovních postupů, sledovat spolehlivost provozu/těsnosti a v případě poruch zajistit nápravná opatření.

Pouze detailně zpracovaný systém integrity spojů splňující požadavky řízených postupů a managementu spojů je zárukou integrity, tedy bezvadného najetí tlakového zařízení, správných řešení hned napoprvé, bez zbytečného hledání netěsností a oprav, tzn. bez dodatečných nákladů, s dlouhodobou zárukou integrity a tím dosažení zlepšování bezpečnostního a těsnostního stavu zařízení a ve výsledku lze poté tímto prokázat zvyšování provozní bezpečnosti tlakových zařízení.

JointIntegrity

 

Vysvětlivky:

[1] TRBS (Technische Regeln für Betriebssicherheit), ASME PCC-1:2010 (Guidelines for Pressure Boundary Bolted Flange Joint Assembly)

 

Podklady:

Doc. Ing. Jiří Lukavský, CSc. Emise, imise, těsnost, Praha, ČR, http://www.techseal.cz/legislativa/emise-imise-tesnost

 

Doc. Ing. Jiří Lukavský, CSc. Přírubové spoje – dosažení požadované těsnosti, Praha, ČR, 2008, http://www.techseal.cz/legislativa/emise-imise-tesnost

 

Hydratight Limited, Online resources for safe, reliable connections!, 2016, http://www.joint-integrity.com

 

Hydratight Limited, Joint integrity assurance, 2016, http://www.hydratight.com/en/joint-integrity-assurance

 

Hydratight Limited, JOINT Assured Joint Integrity, 2014, http://www.hydratight.com/sites/default/files/downloads/media/htbr0120615ukjointintegritybrochurelres.pdf

 

Hydratight Limited, JOINT INTEGRITY SOLUTIONS, 2008, http://www.hydratight.com/sites/default/files/downloads/media/ht-jims-e-06-08-hydratight-jims-brochure-uk.pdf

Související články