Zde je obsah
Provoz a údržba potrubí s využitím analýzy rizik
Obsah:
1. Řízení rizik technického díla.. 9
1.1. Základní systém pro řízení a vypořádání rizika. 9
1.1.1. Všeobecně. 9
1.1.2. Nebezpečí 9
1.1.3. Ohrožení 10
1.1.4. Riziko. 10
1.1.5. Řízení rizika. 10
1.1.6. Vypořádání rizika. 10
1.1.7. Ochrana do hloubky. 10
1.2. Rizika ve fázi návrhu technického díla (risk based design) 11
1.2.1. Bezpečné technické řešení technického díla. 11
1.2.2. Analýza rizik technického díla ve fázi návrhu. 11
1.2.2.1. Základní typ analýzy rizik. 11
1.2.2.2. Studie nebezpečí a provozuschopnosti (HAZOP). 12
1.2.2.3. FMECA (Failure modes, effects, and criticality analysis). 13
1.2.3. Inherentní bezpečnost 16
1.2.4. Pasivní bezpečnost 16
1.2.5. Aktivní bezpečnost 16
1.2.6. Inženýrství odolnosti 16
1.3. Technická inspekce v provozu na bázi analýzy rizik (risk based inspection) 17
1.3.1. Základní pojmy. 17
1.3.2. Analýza rizik provozu potrubí 18
1.3.3. Minimalizace rizik provozovatelem zařízení 19
1.3.4. Meze potenciálních důsledků pohromy. 20
1.3.4.1. Všeobecné zásady. 20
1.3.4.2. Podle legislativy. 21
1.3.4.3. Podle norem.. 21
1.3.5. Výhody a nevýhody metody RBI 22
2. Řízení rizik ve fázi návrhu a výroby potrubí 23
2.1. Typy základních ohrožení u potrubí 23
2.1.1. Výbuch v souvislosti s požárem. 23
2.1.2. Únik tekutiny. 23
2.1.3. Následná odvození 23
2.2. Možnosti vypořádání některých nebezpečí závislých na vlastnostech konstrukce, materiálu a hydraulických jevech ve fázi návrhu potrubí 23
2.2.1. Volba vhodných materiálů. 23
2.2.1.1. Volba vhodných materiálů z důvodů vyhovující pevnosti potrubí 23
2.2.1.2. Volba vhodných materiálů z důvodů odstranění křehkého lomu. 24
2.2.1.3. Volba vhodných materiálů z důvodů chemické odolnosti 26
2.2.2. Volba vhodné konstrukce pro vyřešení nebezpečí vyplývajících z mezních stavů použitelnosti. 27
2.2.3. Volba vhodné konstrukce využíváním systémů aktivní bezpečnosti 27
2.2.3.1. Pojišťovací ventil a průtržná membrána. 27
2.2.3.2. Jiné systémy aktivní bezpečnosti na mechanickém základu. 27
2.2.3.3. Elektronické systémy. 27
2.2.3.4. Zdvojené (duplikované) potrubí 27
2.2.4. Příklad vhodné konstrukce pro vypořádání rizika inherentní bezpečností. 28
2.2.5. Volba vhodné konstrukce pro vypořádání nebezpečí závislých na hydraulických jevech. 28
2.2.5.1. Pulzace tekutiny. 28
2.2.5.2. Rázy a impakty. 28
2.2.6. Volba vhodné konstrukce dodržením norem a správné inženýrské praxe. 28
2.3. Řízení nebezpečí závislých na vlastnostech materiálu potrubí ve fázi návrhu. 29
2.3.1. Stanovená životnost 29
2.3.2. Porušení pevnosti potrubí při korozi/erozi 29
2.3.3. Porušení únavové únosnosti 30
2.3.3.1. Zjišťování únavové únosnosti – všeobecná část 30
2.3.3.2. Zjišťování únavové únosnosti – nízkocyklová únava. 31
2.3.3.3. Zjišťování únavové únosnosti – vysokocyklová únava. 32
2.3.4. Překročení dovolené creepové deformace. 32
2.3.5. Porušení těsnosti přírubového spoje. 33
2.3.6. Porušení potrubí v zemi od zatížení nadložím, dopravou a vodorovnými tlaky zeminy. 33
2.3.7. Porušení potrubí v zemi od pohybu podloží 34
2.3.8. Porušení funkce plastových potrubí 35
2.3.8.1. Principy návrhu a výpočtu plastových potrubí 35
2.3.8.2. Seznam nebezpečí, které je třeba odstranit při návrhu plastových potrubí 37
2.3.9. Porušení potrubí vibracemi 38
2.3.10. Porušení potrubí zemětřesením.. 38
2.4. Řízení rizik ve fázi návrhu tlakové sestavy závislých na chemických vlastnostech a množství média. 38
2.4.1. Ohrožení výbuchem a únikem tekutiny s využitím PEDu. 38
2.4.1.1. Všeobecné poznámky o PEDu. 38
2.4.1.2. Kategorizace potrubí podle PED.. 39
2.4.1.3. Určení skupiny tekutiny. 40
2.4.1.4. Určení stavu tekutiny. 41
2.4.1.5. Definice nestabilního plynu. 41
2.4.1.6. Řízení rizik závislých na chemických vlastnostech a množství média. 42
2.4.2. Ohrožení výbuchem podle ATEXu. 42
2.4.2.1. O ATEXu. 42
2.4.2.2. Princip řízení rizik podle ATEXu. 42
2.4.2.3. Výbušná atmosféra uvnitř potrubí 44
2.4.2.4. Výbušná atmosféra vně potrubí okolo přírubového spoje. 44
2.4.2.5. Iniciační zdroj výbuchu na potrubí - Povrch potrubí je teplejší než teplota vznícení výbušné atmosféry. 44
2.4.2.6. Iniciační zdroj výbuchu na potrubí - Elektrostatický náboj na povrchu potrubí. 44
2.4.2.7. Elektricky vodivé pospojení a zemnění potrubí 45
2.5. Řízení nebezpečí ve fázi výroby a kontroly potrubí 45
2.6. Řízení rizik snižováním potenciálních následků pohromy v návrhu. 46
3. Řízení rizik pro potrubí v provozu za zásadního přispění technické inspekce.. 47
3.1. Typy základních ohrožení při provozu potrubí 47
3.2. Velikost ohrožení závislá na druhu, množství a chemických vlastnostech dopravované tekutiny v provozu. 47
3.2.1. Ohrožení závislá na chemických vlastnostech a množství média v provozu – využití PEDu pro provoz. 47
3.2.2. Ohrožení výbuchem podle ATEX. 48
3.2.2.1. O ATEXu. 48
3.2.2.2. Zásady prevence rizik. 48
3.2.2.3. Opatření k ochraně před výbuchy. 48
3.3. Nebezpečí závislá na ztrátě odolnosti materiálu s následkem ztráty integrity potrubí 49
3.3.1. Odolnost konstrukce a způsob jejího získávání 49
3.3.1.1. Vysvětlení pojmu odolnost konstrukce. 49
3.3.1.2. Druhy odolností konstrukce v závislosti na typech poruch. 49
3.3.2. Nebezpečí porušení integrity při překročení dovoleného napětí odvozeného z meze kluzu a/nebo pevnosti materiálu. 50
3.3.2.1. Nebezpečí překročení nejvyššího dovoleného tlaku či teploty. 50
3.3.2.2. Nebezpečí překročení korozního přídavku plošnou korozí 51
3.3.2.3. Nebezpečí překročení erozního přídavku plošnou erozí 51
3.3.2.4. Překročení dovoleného napětí způsobeného vibracemi 52
3.3.2.5. Překročení dovoleného napětí poklesem podpěry. 52
3.3.2.6. Odolnost konstrukce při prosté pevnostní únosnosti určená mezí kluzu či mezí pevnosti 52
3.3.3. Nebezpečí únavového lomu. 53
3.3.3.1. Únava – společné zákonitosti 53
3.3.3.2. Únava nízkocyklová – základní pojmy. 54
3.3.3.3. Únava nízkocyklová - tepelná. 54
3.3.3.4. Únava nízkocyklová v důsledku teplotních a tlakových cyklů. 55
3.3.3.5. Únava nízkocyklová, kde spolupůsobí koroze. 55
3.3.3.6. Únava vysokocyklová– základní pojmy. 55
3.3.3.7. Vibrace indukované rotačními stroji 55
3.3.3.8. Akusticky indukované vibrace potrubí 55
3.3.3.9. Odolnost konstrukce proti únavě. 56
3.3.4. Nebezpečí skrývající se za lokálním úbytkem materiálu ve stěně potrubí 58
3.3.4.1. Všeobecné údaje. 58
3.3.4.1. Odolnost konstrukce při lokálním úbytku materiálu. 59
3.3.5. Nebezpečí překročení maximální dovolené deformace způsobené creepem.. 59
3.3.5.1. Creep – základní pojmy. 59
3.3.5.2. Odolnost konstrukce proti creepu. 60
3.3.6. Nebezpečí vyskytující se u potrubí uložených v zemi 61
3.3.6.1. Nebezpečí způsobená tlakem nadloží a pohyby podloží 61
3.3.6.2. Nebezpečí způsobená speciálními druhy koroze. 62
3.3.6.3. Údržba vnějšku potrubí pro korozní agresivitu - Im3 ponor do půdy. 63
3.3.6.4. Odolnost konstrukce. 63
3.3.7. Nebezpečí vyskytující se u plastových potrubí 64
3.3.7.1. Plastová potrubí – základní pojmy. 64
3.3.7.2. Plastová potrubí – nebezpečí vznikající při provozu. 65
3.3.7.3. Odolnost konstrukce. 66
3.3.8. Zanášení potrubí sedimenty. 66
3.3.9. Nebezpečí úniku tekutiny u přírubového spoje. 66
3.4. Řízení rizik provozovatelem potrubí přímo. 67
3.4.1. Snižování potenciálních následků pohromy provozovatelem potrubí 67
3.4.2. Provozní předpisy a řízení provozu podle nich. 68
3.5. Řízení rizik ztráty integrity za zásadního přispění technických inspekcí 68
3.5.1. Závislosti mezi různými druhy ohrožení a uvedenými nebezpečími 68
3.5.2. Odhad velikosti rizika. 69
3.5.3. Způsoby řízení rizika technickými inspekcemi 69
3.5.3.1. Nebezpečí a inspekční postupy. 69
3.5.3.2. Intervaly technické inspekce. 69
3.5.3.3. Vytváření druhů inspekčních postupů. 70
3.5.4. Jednotlivé stupně inspekčních postupů. 70
3.5.4.1. Rozsah a obsah inspekčního postupu při převzetí potrubí do portfolia inspekcí 70
3.5.4.2. Stupeň zkráceného inspekčního postupu. 71
3.5.4.3. Základní stupeň inspekčního postupu. 71
3.6. Řízení rizik u jednotlivých druhů potrubí v provozu. 71
3.6.1. Nebezpečí u jednotlivých druhů potrubí v provozu. 71
3.6.2. Nebezpečí a rizika u vodovodů a tlakové kanalizace. 72
3.6.3. Nebezpečí a rizika u plynovodů. 73
3.6.4. Nebezpečí a rizika u parovodů a vedení kondenzátu. 74
3.6.5. Nebezpečí a rizika u předizolovaných teplovodů a horkovodů. 75
3.6.6. Nebezpečí a rizika u průmyslových potrubí 76
4. Pravěpodobnostní přístup k provoznímu zatížení potrubí, k životnosti potrubí a k poruše zařízení 77
4.1. Veličiny a jednotky v této kapitole. 77
4.2. Provozní zatížení potrubí 78
4.2.1. Náhodná provozní zatížení a maximální dovolená zatížení 78
4.2.2. Zatížení tlakem a teplotou jako náhodným zatížením.. 79
4.2.3. Zatížení vlastní hmotností potrubí, média a izolace jako náhodná veličina. 80
4.2.4. Klimatická zatížení 86
4.3. Účinky zatížení a jejich získávání 87
4.3.1. Co jsou to účinky zatížení 87
4.3.2. Materiálové konstanty a veličiny, které slouží k převodu zatížení na účinky zatížení 87
4.3.3. Účinky zatížení způsobující houževnatý lom.. 88
4.3.4. Účinky zatížení způsobující poškození nízkocyklovou únavou. 88
4.3.5. Účinky zatížení způsobující poškození vysokocyklovou únavou. 89
4.3.6. Účinky zatížení způsobující poškození creepem.. 89
4.3.7. Účinky zatížení způsobující poškození korozí 90
4.4. Životnosti zařízení 90
4.4.1. Životnosti zařízení- všeobecně. 90
4.4.2. Životnost potrubí daná korozí 91
4.4.3. Životnost potrubí daná únavou. 92
4.4.4. Životnost potrubí daná creepem.. 93
4.5. Určení pravděpodobnosti poruchy zařízení 94
4.5.1. Pravděpodobnost poruchy zařízení a metody jejího získávání 94
4.5.1.1. Pravděpodobnost poruchy a spolehlivost 94
4.5.1.2. Sdružená funkce hustoty pravděpodobnosti 95
4.5.1.3. Pravidlo násobení částečných pravděpodobností 96
4.5.2. Klasický konkrétní příklad výpočtu pravděpodobnosti poruchy zařízení pro potrubí i válcová tlaková zařízení 98
4.5.2.1. Obvodové napětí válce způsobené tlakem: 98
4.5.2.2. Mezní úchylky průměru D0 a tloušťky stěny h potrubí podle jednotlivých norem.. 98
4.5.2.3. Výpočet stochastických účinků zatížení 99
4.6. Výpočet progresivního intervalu pro provádění technické inspekce. 99
4.6.1. Křivka teoretické degradace. 99
4.6.2. Výpočet progresivních intervalů pro provádění technické inspekce. 101
5. Způsoby identifikace jednotlivých nebezpečí 102
5.1. Výčet používaných metod. 102
5.1.1. Nedestruktivní zkoušky - NDT. 102
5.1.1.1. Používání NDT metod. 102
5.1.1.2. Vizuální kontrola. 103
5.1.1.3. Magnetická prášková metoda. 103
5.1.1.4. Kapilární metoda. 104
5.1.1.5. Metoda zkoušení těsností 105
5.1.1.6. Radiografická metoda. 105
5.1.1.7. Ultrazvuková metoda. 106
5.1.1.8. Metoda vířivých proudů. 107
5.1.1.9. Infračervená metoda. 107
5.1.1.10. Akustická emise. 107
5.1.2. Zkoušky potrubí v zemi a jinak nedostupných úseků potrubí 108
5.1.2.1. Sledování pohybů samotného nezkonsolidovaného podloží 108
5.1.2.2. Sledování napětí na trubce pomocí tenzometrů. 108
5.1.2.3. Kontrola vnitřního povrchu potrubí ježkem.. 109
5.1.2.4. Použití geofyzikálního radaru. 109
5.1.2.5. Elektromagnetická metoda metalických trub (metoda EDMET). 109
5.1.2.6. Metoda DCVG.. 110
5.1.2.7. Metoda MMM.. 111
5.1.2.8. Využití satelitního dálkového průzkumu Země. 112
5.1.3. Zkoušky různě vysokým vnitřním tlakem.. 112
5.1.3.1. Zkouška těsnosti, tlaková zkouška. 112
5.1.3.2. Napěťová (či zátěžová) zkouška (stresstest). 112
5.2. Druhy inspekčních postupů - Způsob identifikace jednotlivých nebezpečí 114
5.2.1. Definování mezí přijatelnosti vad v provozu. 114
5.2.2. Překročení nejvyššího dovoleného tlaku či teploty. 115
5.2.3. Lom málocyklovou únavou. 115
5.2.4. Lom vysokocyklovou únavou. 117
5.2.5. Nadměrná deformace způsobené creepem.. 119
5.2.6. Překročení korozního přídavku. 119
5.2.7. Překročení erozního přídavku. 120
5.2.8. Zanášení potrubí trvalým tvrdým sedimentem.. 120
5.2.9. Speciální nebezpečí/rizika v případě potrubí v zemi 121
5.2.10. Speciální nebezpečí/rizika v případě potrubí z plastů. 121
5.2.11. Porucha a nesprávná funkce vlnovcových kompenzátorů. 121
5.2.12. Nesprávná funkce uložení, podpěr a závěsů. 122
5.2.13. Porucha přírubového spoje. 122
5.2.14. Porucha a nesprávná funkce průmyslových armatur 123
6. Vypořádání rizik odstraněním identifikovaných nebezpečí 124
6.1. Společná opatření 124
6.2. Čištění vnitřku potrubí 125
6.2.1. Druhy čistění vnitřku potrubí 125
6.2.2. Čistění plynovodů a ropovodů. 125
6.2.3. Čistění vodovodů a kanalizací 125
6.3. Obnova povrchové úpravy vnějšího povrchu. 126
6.3.1. Obnova povrchové úpravy vnějšího povrchu nadzemního potrubí 126
6.3.2. Obnova povrchové úpravy vnějšího povrchu podzemního potrubí 126
6.4. Nedestruktivní opravy potrubí 126
6.4.1. Napěťová zkouška (stresstest) 126
6.4.2. Instalace rukávce u podzemního potrubí vodovodů a kanalizací 126
6.4.3. Opravy potrubí ocelovými objímkami 127
6.4.4. Opravy potrubí přelaminováním.. 127
6.5. Sváření trhliny a odstranění poškozeného dílu a vevaření nového. 127
6.6. Údržba a opravy jednotlivých potrubních zařízení 128
6.6.1. Údržba a opravy přírubového spoje. 128
6.6.2. Údržba armatur 128
6.6.3. Údržba kompenzátorů. 129
6.6.4. Údržba uložení, podpěr a závěsů. 129
7. Související technické normy a legislativa.. 129
7.1. Související legislativa. 129
7.2. Související technické normy. 130
7.2.1. Evropské normy. 130
7.2.2. Evropské normy IEC.. 132
7.2.3. Normy ISO.. 132
7.2.4. Normy ČSN.. 133
7.2.5. Normy TPG.. 134
7.2.6. Americké normy (API, ASME, ANSI) 134
8. Použitá literatura a literatura pro další studium... 135
8.1. Odborná literatura. 135
8.2. Firemní literatura. 141
8.3. Zajímavé internetové adresy. 142