2. Návrh
2.1 Všeobecně
Tlakové zařízení musí být správně navrženo s ohledem na všechny příslušné činitele, aby byla zajištěna bezpečnost zařízení po celou dobu jeho předpokládané životnosti.
Do návrhu tlakového zařízení je nutné uplatnit vhodné činitele bezpečnosti za použití komplexních metod, o kterých je známo, že vhodným způsobem počítají s přiměřenou mírou bezpečnosti vůči všem druhům poruchy, které přicházejí v úvahu.
2.2 Návrh zabezpečující náležitou pevnost
2.2.1 Tlakové zařízení musí být navrženo pro zatížení, které odpovídá jeho zamýšlenému použití a dalším rozumně předvídatelným provozním podmínkám. Je nutné vzít v úvahu následující činitele:
a) vnitřní nebo vnější tlak,
b) teplotu okolí a pracovní teplotu,
c) statický tlak a hmotnost obsahu za provozních a zkušebních podmínek,
d) zatížení dopravou, větrem, zemětřesením,
e) reakční síly a momenty vyvozované podporami, upevněním, potrubím apod.,
f) korozi a erozi, únavu apod.,
g) rozklad nestabilních tekutin.
Je nutné brát v úvahu různá zatížení, která mohou působit společně, se zřetelem k pravděpodobnosti jejich současného výskytu.
2.2.2 Návrh zabezpečující náležitou pevnost musí být založen:
a) na výpočtové metodě podle bodu 2.2.3, v případě potřeby doplněné experimentální metodou podle bodů 2.2.4, nebo
b) na experimentální metodě návrhu bez výpočtu pevnosti podle bodu 2.2.4, je-li součin nejvyššího dovoleného tlaku PS a objemu V menší než 6 000 bar.L nebo je-li součin PS.DN menší než 3 000 bar.
2.2.3 Výpočtová metoda
2.2.3.1 Odolnost vůči vnitřnímu tlaku a další hlediska zatížení
Dovolené namáhání u tlakových zařízení musí být omezeno s ohledem na druhy poruch, jejichž výskyt za provozních poměrů je možné rozumně předvídat. Proto je nutné použít takové součinitele bezpečnosti, které umožňují zcela vyloučit jakékoli nejistoty vyplývající z výroby, skutečných provozních podmínek, namáhání, výpočtových modelů, jakož i vlastností a chování materiálu.
Tyto výpočtové metody musí poskytovat dostačující míru bezpečnosti, podle okolností, v souladu s požadavky uvedenými v bodu 7.
Výše uvedené požadavky lze splnit použitím některé z následujících metod, podle vhodnosti, popřípadě jako doplňku k jiné metodě nebo v kombinaci s ní:
a) návrh na základě vzorců,
b) návrh na základě analýzy,
c) návrh na základě lomové mechaniky.
2.2.3.2 Pevnost
K zajištění pevnosti příslušného tlakového zařízení musí být použity vhodné pevnostní výpočty.
a) Výpočtový tlak nesmí být menší než nejvyšší dovolený tlak a musí brát v úvahu vliv hydrostatického a dynamického tlaku tekutiny a rozklad nestabilních tekutin. Je-li nádoba rozdělena na jednotlivé tlakové prostory, musí být přepážky mezi nimi navrženy s ohledem na nejvyšší možný tlak v určitém tlakovém prostoru v poměru k nejnižšímu možnému tlaku v sousedním tlakovém prostoru,
b) výpočtová teplota musí být brána s příslušnou mírou bezpečnosti,
c) návrh musí brát vhodným způsobem v úvahu všechny možné kombinace teploty a tlaku, které by se mohly vyskytnout za rozumně předvídatelných provozních podmínek zařízení,
d) maximální hodnoty namáhání a koncentrace napětí musí být udrženy v bezpečných mezích,
e) při výpočtu odolnosti vůči vnitřnímu tlaku musí být použity hodnoty, které odpovídají vlastnostem materiálu podle doložených údajů, s přihlédnutím k ustanovením uvedeným v bodu 4 a k příslušným součinitelům bezpečnosti. K materiálovým vlastnostem, které je podle okolností třeba brát v úvahu, patří
1. mez kluzu respektive smluvní mez kluzu při 0,2 %, respektive 1,0 %, při výpočtové teplotě,
2. pevnost v tahu,
3. časově závislá pevnost, tj. pevnost při tečení,
4. únavové hodnoty,
5. Youngův modul (modul pružnosti),
6. vhodný rozsah plastické deformace,
7. vrubová houževnatost,
8. lomová houževnatost.
f) v případě svarových spojů je nutné aplikovat na materiálové vlastnosti vhodné součinitele hodnoty spoje, závislé například na druhu nedestruktivních zkoušek, na druhu spojovaných materiálů a na předpokládaných provozních podmínkách,
g) návrh musí brát vhodným způsobem v úvahu všechny rozumně předvídatelné degradační mechanismy (např. korozi, tečení, únavu) odpovídající zamýšlenému použití zařízení. V návodech podle bodu 3.4 je třeba věnovat pozornost specifickým aspektům návrhu, které souvisejí s životností zařízení, jako například
1. v případě tečení: projektový počet hodin provozu při stanovené teplotě,
2. v případě únavy: projektový počet cyklů při stanovené úrovni namáhání,
3. v případě koroze: konstrukční přídavek na korozi.
2.2.3.3 Hlediska stability
Neumožňuje-li vypočtená tloušťka dosáhnout dostatečné stability konstrukce, je nutné učinit nezbytná opatření, která berou v úvahu rizika spojená s dopravou a manipulací.
2.2.4 Experimentální metoda provedení návrhu
Správnost návrhu zařízení jako celku nebo jeho částí může být ověřena vhodným programem zkoušek uskutečněným na reprezentativním vzorku zařízení nebo kategorie zařízení.
Program zkoušek musí být ještě před zahájením zkoušek zřetelně definován a uznán notifikovanou osobou, odpovědnou za postup posuzování shody návrhu, pokud takový existuje.
V programu musí být definovány zkušební podmínky a kritéria přijetí nebo zamítnutí. Před zkoušením musí být změřeny skutečné hodnoty základních rozměrů a vlastností materiálů, z nichž se zkoušené zařízení skládá.
Tam, kde to připadá v úvahu, musí být možnost sledovat během zkoušek kritické části tlakového zařízení pomocí vhodných přístrojů schopných zaznamenávat s dostatečnou přesností deformace a napětí.
Program zkoušek musí zahrnovat:
(a) tlakovou zkoušku, jejímž účelem je zkontrolovat, při tlaku s definovanou mírou bezpečnosti v poměru k nejvyššímu dovolenému tlaku, zda zařízení nevykazuje významné deformace nebo netěsnosti, které překračují stanovenou mez.
Zkušební tlak musí být stanoven na základě rozdílů mezi hodnotami geometrických a materiálových vlastností měřených za zkušebních podmínek a hodnotami použitými v návrhu zařízení; rovněž je nutno brát v úvahu rozdíly mezi zkušební a pracovní teplotou;
(b) pokud existuje riziko tečení nebo únavy, vhodné zkoušky vycházející z provozních podmínek, předepsaných pro zařízení, jako je například doba provozu při předepsané teplotě, počet cyklů při předepsaných úrovních napětí;
(c) v případě potřeby doplňkové zkoušky pro další činitele uvedené v bodu 2.2.1, jako je koroze, vnější škodlivé účinky apod.
2.3 Ustanovení k zabezpečení bezpečné manipulace a provozu
Předepsaný způsob provozu tlakového zařízení musí vylučovat jakékoliv rozumně předvídatelné nebezpečí v provozu zařízení. Tam, kde to připadá v úvahu, musí být zvláštní pozornost věnována:
a) uzávěrům a otvorům,
b) nebezpečným odfukům z pojistných armatur,
c) zařízením, která brání fyzickému vstupu, pokud je v zařízení tlak nebo vakuum,
d) povrchové teplotě s ohledem na předpokládané použití,
e) rozkladu nestabilních tekutin.
Zejména tlaková zařízení vybavená vstupním otvorem musí být opatřena automatickým nebo ručně ovládaným zařízením, pomocí něhož uživatel snadno zjistí, zda je možné otvor bez nebezpečí otevřít. Mimoto v případě rychlouzávěru musí být tlakové zařízení opatřeno zařízením, jež zabrání jeho otevření, pokud tlak nebo teplota tekutiny představují nebezpečí.
2.4 Prostředky přezkoušení
(a) Tlakové zařízení musí být navrženo a vyrobeno tak, aby bylo možné uskutečnit všechna nezbytná přezkoušení k zajištění bezpečnosti;
(b) Tam, kde to je nezbytné pro zabezpečení trvalé bezpečnosti zařízení, musí být k dispozici prostředky umožňující přezkoušet vnitřní stav zařízení, jako jsou vstupní otvory dovolující fyzický přístup do vnitřku tlakového zařízení, tak aby příslušné prohlídky bylo možné provádět bezpečně a ergonomicky;
(c) Lze použít i jiné prostředky k zajištění bezpečných podmínek provozu tlakového zařízení:
1. je-li tlakové zařízení příliš malé pro fyzický přístup do vnitřku zařízení,
2. jestliže otevření tlakového zařízení by nepříznivě ovlivnilo jeho obsah,
3. je-li prokázáno, že obsažená látka nepůsobí škodlivě na materiál, z něhož je tlakové zařízení vyrobeno, a nelze rozumně předpokládat jakékoli jiné degradační mechanismy.
2.5 Prostředky odvodnění a odvzdušnění
Tam, kde to je nutné, musí být k dispozici vhodné prostředky umožňující odvodnění a odvzdušnění tlakového zařízení:
a) aby se zabránilo nepříznivým účinkům, jako je vodní ráz, zborcení vlivem vakua, koroze a nekontrolované chemické reakce. Je nutné vzít v úvahu všechna stadia provozu a zkoušení, zejména u tlakových zkoušek,
b) aby bylo možné bezpečným způsobem provádět čištění, kontrolu a údržbu.
2.6 Koroze a jiné chemické účinky
Tam, kde to je nutné, musí být navrženy přídavky k zesílení tloušťky stěny nebo ochrana proti korozi nebo jiným chemickým účinkům, s patřičným zřetelem k zamýšlenému a rozumně předvídatelnému použití.
2.7 Opotřebení
Pokud může dojít ke značné erozi nebo otěru, musí být učiněna taková opatření, která:
a) sníží tyto účinky na co nejmenší míru vhodným řešením návrhu, např. zvětšením tloušťky materiálu nebo použitím výstelky či přeplátování,
b) umožní výměnu součástí, které jsou nejvíce postiženy,
c) v návodech podle bodu 3.4 upozorní na opatření k zajištění trvale bezpečného používání.
2.8 Sestavy
Sestavy musí být navrženy tak, aby:
a) společně sestavované konstrukční díly byly pro daný účel vhodné a spolehlivé,
b) všechny konstrukční díly byly správně začleněny a vhodným způsobem smontovány.
2.9 Plnění a vypouštění
Tam, kde to připadá v úvahu, musí být tlakové zařízení navrženo a vybaveno příslušenstvím nebo musí být učiněna opatření pro jeho instalaci, aby bylo zajištěno bezpečné plnění a vypouštění tlakového zařízení, zejména se zřetelem k nebezpečím, jakým je:
a) při plnění:
1. přeplnění nebo překročení tlaku, zejména s ohledem na plnící poměr a na tlak par při odpovídající teplotě,
2. nestabilita tlakového zařízení;
b) při vypouštění: nekontrolovaný únik tekutiny pod tlakem;
c) při plnění nebo vypouštění: nebezpečná spojení a porušení spojení.
2.10 Ochrana proti překročení dovolených mezí tlakových zařízení
Jestliže by za rozumně předvídatelných podmínek mohlo dojít k překročení dovolených mezí, musí být tlakové zařízení vybaveno vhodným ochranným zařízením nebo musí být učiněna opatření pro jeho instalaci, pokud se nepředpokládá ochrana jiným ochranným zařízením v rámci sestavy.
Vhodné ochranné zařízení nebo kombinaci takových zařízení je nutné navrhnout se zřetelem ke specifickým vlastnostem příslušného tlakového zařízení nebo sestavy.
Za vhodná ochranná zařízení a jejich kombinace se považují:
a) bezpečnostní výstroj podle § 1 odst. 2 písm. a) bodu 3,
b) popřípadě vhodná kontrolní zařízení, jako jsou indikátory nebo výstražná zařízení, která umožňují, aby byl automaticky nebo manuálně proveden vhodný zásah, pomocí něhož se tlakové zařízení udrží v dovolených mezích.
2.11 Bezpečnostní výstroj
2.11.1 Bezpečnostní výstroj musí:
a) být navržena a vyrobena tak, aby byla spolehlivá a vhodná pro svou předpokládanou funkci, popřípadě s ohledem na požadavky údržby a zkoušení těchto zařízení,
b) být oproštěna od jiných funkcí, kromě případů, kdy těmito dalšími funkcemi nemůže být ovlivněna její bezpečnostní funkce,
c) vyhovovat příslušným zásadám návrhu, aby byla zajištěna vhodná a spolehlivá ochrana. K těmto zásadám zejména patří zabezpečení funkce proti poruchám zálohování bezpečnostní výstroje, různost jejího provedení a automatická diagnóza vlastní funkčnosti.
2.11.2 Zařízení omezující tlak
Tato zařízení musí být navržena tak, aby nedocházelo k trvalému překračování nejvyššího dovoleného tlaku PS; případné krátkodobé zvýšení tlaku při zapůsobení bezpečnostní výstroje je však přípustné, pokud k němu dojde za podmínek stanovených v bodu 7.3.
2.11.3 Zařízení na kontrolu teploty
Tato zařízení musí mít z bezpečnostních důvodů vhodnou dobu prodlevy v souladu s měřicí funkcí.
2.12 Vnější požár
Tam, kde to je nutné, musí být tlakové zařízení navrženo a popřípadě vybaveno vhodným příslušenstvím nebo musí být učiněna opatření pro jeho instalaci, aby splňovalo požadavky na omezení škod v případě vnějšího požáru, s patřičným zřetelem k zamýšlenému použití tlakového zařízení.