Co nás stojí selhání konstrukce (lom) vedoucí k havárii?

1. Cíl a smysl diagnostických metod
Diagnostické metody umožňují stanovovat chování konstrukcí a určovat jejich technický stav na základě nedostatečného počtu informací o sledovaném objektu
Na obr.č.1 je schematicky znázorněn vývoj degradačních procesů v materiálu a vznik a rozvoj  defektu , který vede ke stanovení skutečné životnosti konstrukce.
Možnosti technické diagnostiky
a) Sledování měřitelných fyzikálních veličin za provozu (tlak, teplota, průtok, výkon apod.)
b) Sledování změn mechanických veličin jako důsledek provozních procesů (síla, deformace, napětí apod.)
c) Stanovení vlivu stárnutí konstrukcí a provozních zátěžných podmínek na degradaci materiálových vlastností (mez kluzu, mez pevnosti, mez pevnosti při tečení, tažnost, tvrdost, vrubová houževnatost apod.)
Postupy provádění inspekcí
a) Periodické - četnost provádění inspekcí je stanovena normativními předpisy, zvyklostmi a také na základě provozních zkušeností
b) Kontinuální (monitorování) - sledování stavu zařízení podává časově detailní návaznou informaci o chování objektu a jeho dílčích změnách s možností okamžitého zásahu resp. změny provozních podmínek včetně odstavení zařízení z provozu
Dodatečné provozní měření mechanických veličin - s cílem ověření původních výpočtových metod pro dostatečnou pevnostní únosnost a životnost konstrukcí (měření úrovně namáhání, sil, deformací a jejich změny)

Zpřesněné odhady životnosti konstrukcí po dané době provozu - aplikace moderních metod lomové mechaniky a statistické přístupy odhadu zbytkové životnosti zařízení
Efektivní přístupy k zajištění bezpečnosti provozu konstrukcí - Risk Based Inspection (RBI) byl vyvolán:
a) Zvyšujícími tlaky společnosti na bezpečnost průmyslových provozních jednotek
b) Vlivem tlaku trhu na snížení výrobních nákladů včetně nákladů na inspekce a údržbu
c) Požadavky na prodloužení původní projektované životnosti dožitých konstrukcí
d) Zvyšujícími se parametry moderních výrobních celků včetně náročných komplexních inspekčních metod
Jedním z principů RBI je odhad rizik a tomu odpovídající rozložení nákladů (prostředků) v čase
RBI - zavádí 3 úrovně hodnocení: I. nízké riziko, II. střední riziko a III. vysoké riziko
 Těmto třem úrovním odpovídají adekvátní postupy inspekce.  
Z hlediska ekonomického hodnocení účinnosti inspekce lze posuzovat její aplikaci na dané technické zařízení dle následujícího schématu:
B = Pe x Pf x (Co - Ch) - Ci
(B - Ztráta nebo Zisk, Pe - Pravděpodobnost, že defekt existuje - pokud defekt existuje Pe = 1, Pf - Pravděpodobnost, že defekt najdeme NDT metodou - pokud defekt najdeme Pf = 1, Co - Cena opravy zařízení po odhalení defektu, Ch - Cena havárie zařízení zaviněná defektem, Ci - Cena inspekce
Celá záležitost hodnocení se  zúží na rozdíl mezi cenou opravy zařízení a cenou za havárii, neboť cena za inspekci ve srovnání s oběma cenami je zanedbatelná.
Časový vývoj zisku nebo ztrát výrobního zařízení je znázorněna na  obr. č.3.
Je zřejmé, že pro ekonoma je požadavek na inspekci zařízení vždy ztrátovou položkou a proto téměř vždy vyžaduje co nejlevnější řešení, čímž – bohužel – zvyšuje riziko přiblížení se potenciální havárii.
V případě vzniku havárie  dojde k ztrátě denní produkce, destrukci výrobního zařízení  a dalším případným škodám, které jsou úměrný rozsahu havárie – většinou o několik řádů vyšších než vynaložené dosavadní náklady. Tyto náklady jsou dílče hrazeny pojišťovnou eventuálně ze zisku společnosti.
V případě ztráty lidských životů je tato ztráta nenahraditelná.

2. Co nás stojí selhání konstrukce (lom) vedoucí k havárii?
Klasické metody nedestruktivních kontrol jsou používány jednak při výrobě konstrukcí - tlakových nádob a potrubních systémů a dílčích komponent, a dále zejména při provozních odstávkách a revizích zařízení po určité době provozu.
Perioda odstávek a inspekcí je stanovena většinou individuálně a musí splňovat obecně kladené požadavky norem.
U starších zařízení, která většinou pracovala, a v celé řadě případů stále pracují, při nižších výkonových parametrech a většinou byla při výpočtech předimenzována, jsou tyto metody kontrol adekvátní.
Naproti tomu nově navrhované průmyslové provozy, u nichž je zvýšené riziko selhání z důvodů požadovaných maximálních výkonů, je nutné kromě klasických nedestruktivních metod aplikovat metody, které umožňují již od samého počátku, kontinuálně sledovat chod a stav zařízení pracujících s vysokými provozními parametry, jako je tlak, teplota, prostředí apod.
Dle obrázku 2. je důležité monitorovat provozovaná zařízení některou z novějších NDT metod, které svým charakterem tuto možnost nabízejí.
Jednou z těchto metod je metoda akustické emise. 

3. Akustická emise – princip a definice
Akustická emise je transientní elastická vlna generovaná náhlým uvolněním energie z lokalizovaného zdroje v materiálu, viz Obr. 2.
Akustická emise je defektoskopická metoda na integrální detekování, lokalizaci
a vyhodnocení materiálových vad a trhlin.
Principem metody je „odposlech“ a vyhodnocení procesů probíhajících v materiálu během zatěžování zařízení, tedy při tlakových zkouškách nebo za provozu. U sledovaného zařízení se na vytypovaná místa rozmístí snímací sondy (v případě horkého tělesa se na povrch navaří tzv. vlnovody procházející izolací a sonda se montuje na jejich konce). Sonda je přes předzesilovač signálu a koaxiální kabel připojena na analyzátor vln a řídící počítač, umístěné v bezpečné vzdálenosti. Jako pomocná veličina je zaznamenáván tlak, případně teplota. Naměřená data jsou nahrávána do počítače k dalšímu zpracování (vyhodnocování).
Aplikace metody akustické emise
• Hodnocení fyzikálních procesů probíhajících v materiálu
• Monitorování kritických míst tlakových nádob, mostů, potrubních uzlů
• Detekce materiálových vad tlakových nádob, mostů...
• Monitorování únavových a destrukčních procesů
Oblasti použití: mosty, tlakové potrubní uzly, části tlakových potrubí, tlakové nádoby, zásobníky (kulové, tlakové), ocelové a betonové konstrukce, ventily, armatury, skladovací nádrže.
Monitorování úniků: v kritických místech a v netěsností ventilů.
Možnosti použití: petrochemický průmysl, energetika, plynárenství, vodárenství a chemie.
Výhody akustické emise: vysoká citlivost, detekce defektu v celém objemu testovaného objektu, možnost trvalé instalace, flexibilita aplikace, možnost měření za provozu.
Defektoskopická a diagnostická činnost je v současné době na okraji zájmu společnosti, neboť nepřináší v ekonomickém pojetí bezprostřední zisk vlastníkům výrobních zařízení. Ve svém důsledku se jí věnuje poměrně úzká skupina odborníků, z nichž většina – troufnu si tvrdit – má toto povolání jako koníčka, hobby.
Přesto se snaží provádět osvětu a propagaci nedestruktivních činností pro širokou technickou veřejnost prostřednictvím České společnosti pro nedestruktivní testování, pořádáním odborných akcí, seminářů, národních a mezinárodních konferencí.
Důležitou oblastí, která je opomíjena, je i výchova mladých odborníků z tohoto oboru, neboť zkušený odborník defektoskopie dozrává po základním teoretickém úvodu v praktickém procesu získávání zkušeností, což je časově náročný proces.
Jen málo vysokoškolských pracovišť má ucelený program výuky a výchovy odborníků z této oblasti. Nutno si uvědomit, že riziko selhání konstrukce je nepřímo úměrné našim znalostem. Což opět naráží na ekonomické přístupy k tomuto stavu.
Jestli by si měli ekonomové, potažmo vlastníci technických zařízení něco  uvědomit,  tak je to skutečnost, že defektoskopická činnost - na rozdíl od jiných, mnohdy zbytečných činností ve společnosti, které přinášejí ve svém výsledku nulový efekt – je vlastně na úrovni prevence, kdy na základě včasných informací pro provozovatele lze vzniku havárií a katastrof zabránit. 
Praktické zkušenosti z ignorování těchto defektoskopických a diagnostických informací, dokazují vznik malých i velkých havárií v celosvětovém měřítku. Na základě vyčíslení nákladů na řešení následků těchto katastrof dostáváme odpověď k titulní otázce článku, co nás stojí případná havárie.

Ing. Václav Svoboda, technický ředitel Preditest

 

Publikováno: 23. 9. 2013 | Počet zobrazení: 2898 581