2. "All-inclusive" servis při nebezpečí ztráty integrity tlakového zařízení
1. Co je to "All-inclusive" servis pro provoz tlakových zařízení
All-inclusive servis je spolupráce revizního technika tlakových zařízení, technika NDT a výpočtáře tlakových zařízení za účelem snížení úrovně rizika při jejich provozu zároveň umožňující delší bezpečný provoz tlakového zařízení. Všechny tři profese mají svá logická, zákonná a normativní omezení výkonu své práce, a přitom jedině při spolupráci nemusejí vznikat nebezpečné situace a úspora při provozu tlakových zařízení.
Dále je jsou ukázány možnosti takovéto spolupráce na některých jednotlivých typech nebezpečí při provozu tlakových zařízení.
2. Nebezpečí překročení nejvyššího dovoleného tlaku a teploty
Všeobecně platí, že při přetížení tlakem hrozí lom v nejvíce namáhaném místě. Zde koresponduje riziko s mezním stavem, který je nazývaný a počítaný jako kontrola pevnosti.
Na nejvyšší dovolený tlak či teplotu je seřízena bezpečnostní výstroj (např. pojišťovací ventil, průtržná membrána) tlakové sestavy. Výpočtový tlak či teplota musí být větší či roven nejvyššímu dovolenému tlaku či teplotě. Minimálně na tyto hodnoty tlaku a teploty má být proveden návrh a pevnostní výpočet.
Při příslušné revizi kontroluje revizní technik kontrolou či výměnou pojišťovacího ventilu, tlakoměrů a teploměrů jejich spolehlivost. A dále kontrolou potrubí vedoucí k uvedenému, nejsou-li tato zařízení instalována přímo na tlakové nádobě.
3. Nebezpečí plošné koroze
Všeobecně platí, že při úbytku stěny potrubí nad dovolenou mez, hrozí lom v nejvíce namáhaném místě. Zde koresponduje riziko s mezním stavem potrubí, který je též nazývaný a počítaný jako kontrola pevnosti. Ale stává se, že v provozu může mít potrubí vlastní rezervu proti korozi větší, než předpokládá výpočet koroze v projektu.
Stane se to takto: Po výpočtu teoretické tloušťky stěny s se připočítávají přirážky zohledňující korozi (tj. korozní přirážka) c0 (tj.modrá barva na obrázku), záporná výrobní tolerance tloušťky stěny trubky c1 a technologická přirážka zohledňující výrobní úbytky c2. Tato vypočítaná tloušťka stěny se zaokrouhluje jedině nahoru o hodnotu eepsilon, a to k nejbližší vyráběné anebo k nejbližší objednatelné tloušťce stěny sord. Toto zaokrouhlení může mít vzhledem ke korozní přirážce podstatnou velikost.
Praktická korozní přirážka (jinak korozní přirážka v provozu) (tj. zelená barva na obrázku), se tak může zvýšit o tloušťku stěny danou tímto zaokrouhlením eepsilon. Dále se tato přirážka může zvýšit započítáním konkrétní tolerance tloušťky stěny koupené trubky. Maximální záporná hodnota tolerance tloušťky trubky se potom v tomto bere jako nula či počátek. Vysvětluje to obrázek v dalším:
Jak se může tato rezerva využívat? Jedině spoluprací všech tří profesí: 1. Revizní technik musí na takový případ upozornit, neboť je to on, kdo by měl mít potřebné informace o povolené korozi k dispozici. 2. Technik NDT musí zvolit patřičnou metodu a zbylou tloušťku materiálu změřit minimálně na rizikových místech, kde se předpokládá vyšší napětí. A konečně 3. výpočtář by měl určit, jaká je vyhovující tloušťka materiálu i pro další předpokládaný provoz. Jestliže totiž předpokládáme postup koroze v čase lineárně, můžeme i předpovědět životnost tlakového zařízení. Korozní úbytek je však nutné před koncem životnosti několikrát zkontrolovat.
4. Nebezpečí důlkové koroze.
Tato koroze může být způsobena různými způsoby, např. místem vstupu a výstupu bludných proudů, mikrobiální korozí mezi trubkou a izolací, kavitací a i lokálním rychlejším postupem původně plošné koroze.
I zde je výhodná spolupráce všech tří profesí, a to zejména pro zjištění stavu. Změření rozměrů důlku anebo několika důlků a jejich vzájemné polohy, pevnostního výpočtu a i zde je možné předpovědět růst důlku a životnost tlakového zařízení. Výpočtář potřebuje znát tloušťku stěny na dně důlku a průměr důlku. Protože se ultrazvuková sonda většinou do důlku nevejde, je nutné ultrazvukem změřit tloušťku stěny vedle důlku a hloubka důlku se dá zjistit například posuvným měřidlem.
5. Nebezpečí únavového lomu - všeobecný úvod
Převážná většina tlakových zařízení je při svém provozu podrobena působení časově proměnných sil jinak řečeno cyklickému namáhání, které způsobuje degradaci materiálu, obecně známou jako „únava materiálu“.
Mezi vlivy, které působí na únavovou únosnost, počítáme:
1. rozkmit napětí,
2. koncentrace napětí vyvolaná hlavně vrubovými účinky, které souvisí s konstrukčními detaily
3. počet cyklů na různých úrovních napětí, který je dán zatěžovacím spektrem tvořeným náhodnými provozními zatíženími.
Tyto tři vlivy jsou pro stanovení únosnosti při únavě rozhodující. Vlivy ostatních parametrů jsou podstatně méně významné. Proto většina technických norem zavádí poznatek, že šíření trhlin a počátečních defektů, jež se ve skutečném provedení konstrukce vždy vyskytují, je spojeno hlavně s rozkmitem napětí, zatímco vliv maximálního napětí je ve skutečnosti méně významný.
Únavový lom je výsledkem mikroskopických procesů probíhajících ve struktuře materiálu. Cyklická napětí vytváří skluzové čáry v krystalech kovu, které se vyvíjejí do malých trhlin. Tyto malé praskliny se pak rozmnožují, slučují a vedou k případnému lomu, který obvykle zahrnuje malou až žádnou hrubou plastickou deformaci. Postupné rozrušování kovu při proměnlivém zatěžování má nevratný kumulativní charakter, který se navenek projeví až v samotném závěru únavového procesu růstem makroskopické trhliny a končí únavovým lomem. Únavové selhání zahrnuje progresivní, lokalizované, trvalé strukturální změny v důsledku kolísavých napětí a deformací. Chcete-li přesně odhadnout únavovou životnost (nebo cykly k poruše), je třeba dobře pochopit hnací sílu únavy a parametry odporu. Jako takový je vyžadována přesná charakteristika použitého zatížení a na druhé straně tvar problematického místa a vlastnosti materiálu.
Podle počtu zatěžovacích cyklů, jež vedou k únavovému lomu, rozlišujeme málocyklovou únavu a mnohocyklovou únavu. Pro mnohocyklovou únavu je charakteristické, že k porušení postačuje relativně nízká úroveň napětí, ale potřebný počet cyklů zatížení je řádově 105 a větší. Naopak pro málocyklovou únavu jsou příznačná vysoká napětí přesahující opakovaně mez kluzu, v důsledku čehož vynikají velké plastické deformace. Počet cyklů nepřesahuje počet 104.
5. Nebezpečí překročení dovoleného napětí způsobeného vibracemi
Vibrace potrubí působením rezonance může nastat v průběhu provozování potrubí, i když při převzetí zařízení byla vibrace projektem odstraněna. A to protože se hmotnost a tuhost potrubí během jeho životnosti mění. Například postupuje koroze zvenku i zevnitř, izolace se nasákne nějakou tekutinou, kluzná podpěra na své kluzné ploše se zanese či zkoroduje atd.
Nebezpečí vibrace potrubí je především u tlakového systému, kde je zapojeno pístové čerpadlo či kompresor anebo turbína.
Vibrace může způsobit nebezpečí dvojího druhu:
- Amplituda vibrací se může během provozu zvětšovat až je překročena mez kluzu materiálu a následně nastane porucha. Napětí může být ještě zvětšeno koncentrací napětí.
- Vibrace způsobí vysokocyklovou únavu.
Revizní technik nemůže vibraci potrubí nechat bez povšimnutí, neboť může způsobit poruchu nejen na potrubí, ale i na hrdlu tlakové nádoby či kotle. Nejčastěji na styku hrdla s pláštěm nádoby. Vibrace se může zlikvidovat metodou zatlumení či přeladění na jinou frekvenci kmitání, než je budící. Toto by měla učinit specializovaná firma. Ale i vibrace se může ponechat za těchto podmínek:
1. Amplituda vibrace se nezvětšuje.
2. Amplituda vibrace je tak malá, že nezpůsobuje napětí větší než je mez únavy.
Tyto věci musí zjistit výpočtář.
6. Nebezpečí růstu trhliny nízkocyklovou únavou
Jestliže revizní technik zjistí na tlakové nádobě v rizikovém místě, to je například v blízkosti svaru, trhlinu, jedná se s velkou pravděpodobností o trhlinu únavovou. Jestliže je zde ekonomická snaha, zařízení ještě nějakou dobu provozovat, musíme se uchýlit k výpočtům. Další trhliny se dají zjistit metodami NDT.
Výpočtem za využití lomové mechaniky se dá zjistit, jestli trhlina dále poroste či nikoli. Jestliže roste tak, jak rychle roste a kolik zatěžovacích cyklů ještě vydrží, jinak řečeno: Jestli je nutné provoz okamžitě odstavit anebo vydrží do termínu pravidelné údržby.
7. Nebezpečí creepové deformace
Creep je termín, který popisuje růst deformace pevného materiálu za konstantního napětí. Creepová deformace je funkce druhu materiálu, doby expozice, teploty a napětí. V závislosti na velikosti napětí a jeho trvání, se deformace může stát tak velkou, že díl konstrukce již nemůže vykonávat svou funkci.
Způsob kontroly. V materiálových normách jsou obvykle udávány referenční hodnoty meze tečení pro 1% plastického creepového prodloužení, tyto referenční hodnoty jsou využity pro pevnostní výpočet. Z těchto důvodů je nutno právě tuto deformaci hlídat.
Dovolená měření se nejjednodušeji realizují jako opakované měření délky určeného úseku. K tomuto účelu se určuje úsek potrubí, který je v době měření bez izolace a za teploty okolí. Může se měřit i obvod potrubí. Ten však vypovídá pouze o creepové deformaci způsobené vnitřním tlakem. Vhodným zařízením se může provádět i kontinuální sledování a predikce životnosti.