2. Návrh tlakového zařízení
2.1. Všeobecně
2.1.1. Tlakové zařízení se navrhuje v souladu s jeho technickou specifikací a s ohledem na stanovená zatížení, zejména pro normální provozní podmínky, abnormální provozní podmínky, havarijní podmínky a zkušební tlakové zkoušky tak, aby byla zajištěna technická bezpečnost tlakového zařízení po celou dobu jeho předpokládané životnosti.
2.1.2. 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 poruch, které přicházejí v úvahu.
2.1.3. Při tvorbě návrhu tlakového zařízení je nutno vycházet ze stanovených
2.1.3.1. výpočtových, provozních a zkušebních zatížení a jejich limitů,
2.1.3.2. provozních podmínek příslušných pro dané tlakové zařízení,
2.1.3.3. limitních parametrů provozuschopnosti tlakového zařízení, ve kterém je vyžadován mechanický pohyb,
2.1.3.4. provozních režimů s ohledem na jeho zařazení do příslušné bezpečnostní třídy podle zvláštního právního předpisu 1),
2.1.3.5. chemických a fyzikálních parametrů používaných médií v tlakovém zařízení,
2.1.3.6. korozních vlivů médií na materiál tlakového zařízení za dobu požadované životnosti konstrukce tohoto zařízení,
2.1.3.7. požadavků na prokazování odolnosti vůči seismickým účinkům nebo vůči cyklickým zatížením.
2.1.4. Tlakové zařízení se navrhuje a vyrábí tak, aby se vyloučilo nebo na nejmenší míru snížilo nebezpečí podstatné ztráty odolnosti vůči tlaku v důsledku poruchy vedoucí až k porušení integrity tlakového zařízení a šíření radioaktivních látek. V těchto případech se zajišťují vhodné prostředky ochrany k udržení provozních parametrů, a to navazujícími napájecími systémy a systémy odvodu tepla zajišťujícími udržení výše hladiny média v tlakovém zařízení a umožňujícími bezpečný odvod zbytkového tepla již v průběhu provozu nebo po odstavení.
2.1.5. Tlakové zařízení tvořící stavební část hermetické obálky, včetně zařízení ovlivňujících těsnost hermetické obálky, se navrhuje, staví a montuje tak, aby bylo možné stanovit těsnost při projektovaném výpočtovém tlaku po instalaci všech průchodek.
2.1.6. Potrubí, jež je tlakovým zařízením, se navrhuje a vyrábí tak, aby nebezpečí přetížení v důsledku nepřípustných vůlí nebo nadměrných sil vznikajících na přírubách, spojích, vlnovcích apod. bylo regulováno např. pomocí podpor, výztuh, ukotvení, vyrovnání polohy a předpětí závěsů.
2.2. Návrh zabezpečující náležitou pevnost
2.2.1. Tlakové zařízení se navrhuje pro zatížení, které odpovídá jeho určenému použití a rozumně předvídatelným provozním podmínkám. 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 je založen na výpočtové metodě podle bodu 2.2.3, v případě potřeby doplněné experimentální metodou. Při zpracování výpočtu se použijí pouze ověřené výpočtové programy.
2.2.3. Výpočtová metoda
2.2.3.1. Výpočtové metody poskytují dostačující míru bezpečnosti v souladu s požadavky stanovenými technickými předpisy nebo technickými normami
2.2.3.1.1. na provádění výpočtů pevnosti,
2.2.3.1.2. na mechanické vlastnosti použitých základních a přídavných materiálů,
2.2.3.1.3. na nerozebíratelné (svarové) spoje a
2.2.3.1.4. na provádění kontrol a zkoušek tlakového zařízení.
2.2.3.2. Odolnost vůči vnitřnímu tlaku a další hlediska zatížení
Dovolené namáhání u tlakových zařízení je omezeno s ohledem na druhy poruch, jejichž výskyt za provozních podmínek a provozních režimů je možné 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.
2.2.3.3. Pevnost
2.2.3.3.1. K zajištění pevnosti tlakového zařízení se používají vhodné pevnostní výpočty zahrnující příslušná výpočtová, provozní a zkušební zatížení.
2.2.3.3.2. Při výpočtu pevnosti tlakového zařízení se berou v úvahu zejména tato zatížení
2.2.3.3.2.1. vnitřní a vnější tlak,
2.2.3.3.2.2. účinek vlastní tíhy zařízení a jeho náplně,
2.2.3.3.2.3. doplňková zatížení (účinek tíhy připojených zařízení, izolace, potrubí apod.),
2.2.3.3.2.4. síly od podpěr a potrubí,
2.2.3.3.2.5. teplotní účinky včetně teplotních rázů,
2.2.3.3.2.6. vibrační zatížení,
2.2.3.3.2.7. seismické účinky, zatížení větrem, povodní,
2.2.3.3.2.8. procesy způsobující degradaci materiálu vlivem radioaktivity,
2.2.3.3.2.9. hydraulické odpory a tlakové rázy,
2.2.3.3.2.10. pád letadla
a jiná relevantní zatížení vyplývající z analýzy nebezpečí dle bodu 1.7.
2.2.3.3.3. Výpočtová zatížení
2.2.3.3.3.1. Výpočtový tlak se rovná nebo je větší než nejvyšší dovolený tlak a bere v úvahu tlakové rázy, chyby řídícího systému a vlivy konfigurace systému. Zkušební tlak rovný nebo větší než 1,25 násobek výpočtového tlaku se použije pro návrh základních rozměrů zařízení. U částí konstrukce, zatížených současně vnitřním a vnějším tlakem, se za výpočtový tlak bere rozdíl obou tlaků, při kterém je dosažena největší tloušťka stěny.
2.2.3.3.3.2. Výpočtová teplota se stanovuje s příslušnou mírou bezpečnosti. Výpočtová teplota nesmí být menší než očekávaná maximální střední teplota po tloušťce uvažované části, na kterou se vztahují limity pro normální a abnormální provozní podmínky. Jsou-li zařízení nebo potrubí vyhřívána přenosem tepla ze zdrojů, jako jsou indukční spirály, opláštění nebo vnitřní zdroj tepla, bere se jejich vliv v úvahu při stanovení výpočtové teploty.
2.2.3.3.3.3. Výpočtová zatížení se vybírají tak, aby v kombinaci s vlivy výpočtového tlaku byla určena největší tloušťka stěny zařízení, na které se vztahují limity pro normální provozní podmínky.
2.2.3.3.3.4. Nejvyšší hodnoty namáhání a koncentrace napětí musí být udrženy v bezpečných mezích.
2.2.3.3.4. Provozní zatížení
Při výpočtu pevnosti tlakového zařízení se vhodným způsobem berou v úvahu veškerá zatížení vyskytující se při normálních provozních podmínkách, dále i ta zatížení, která jsou dána technologickým provozem, ke kterému je tlakové zařízení určeno, a vnější zatížení, která se běžně vyskytují. Náleží k nim také zatížení způsobující napětí a deformace v materiálu zařízení při výrobě, přepravě, montáži a tlakových zkouškách, a to včetně zbytkových napětí, jejichž vliv na mezní stavy pevnosti se posoudí jednotlivě dle jejich významnosti.
2.2.3.3.5. Zkušební zatížení
2.2.3.3.5.1. Při pevnostním výpočtu tlakového zařízení se zohledňují předpokládaná zkušební zatížení, kterými se prověřuje celistvost zařízení po ukončení jeho výroby, montáže, dané periodě provozu, opravě nebo rekonstrukci.
2.2.3.3.5.2. Zkušebním zatížením jsou zejména tlakové zkoušky, jejichž cílem je zkontrolovat, při tlaku stanoveném mírou bezpečnosti v poměru k výpočtovému, případně k nejvyššímu dovolenému tlaku, zda zařízení nevykazuje významné deformace nebo netěsnosti, které překračují stanovenou mez.
2.2.3.3.5.3. Zkušební tlak se stanovuje s přihlédnutím k hodnocení geometrických a materiálových vlastností a zkušebních podmínek ve výrobním závodě či za provozu v souladu s požadavky uvedenými v technických předpisech, technických normách nebo technických podmínkách pro výrobu tlakového zařízení.
2.2.3.3.6.Výpočet pevnosti pro tlaková zařízení se vypracovává pro následující mezní stavy
2.2.3.3.6.1. náhlé porušení (houževnaté nebo křehké),
2.2.3.3.6.2. plastické deformace v celém průřezu součásti,
2.2.3.3.6.3. jednosměrný růst plastické složky poměrné deformace při cyklickém zatížení vedoucí k nepřípustné změně rozměrů nebo k porušení,
2.2.3.3.6.4. vznik trhlin při cyklickém zatížení,
2.2.3.3.6.5. ztráta stability.
2.2.3.3.7. Ve výpočtu pevnosti pro mezní stavy, uvedené v bodě 2.2.3.3.6, se používají hodnoty, které odpovídají materiálovým, pevnostním, plastickým, křehkolomovým charakteristikám a odolnosti vůči deformaci, stanoveným v technických předpisech či technických normách pro dané materiály, nebo experimentálně stanovené akreditovanou zkušebnou.
2.2.3.3.8. V případě svarových spojů je nutné zvolit pro materiálové vlastnosti vhodné hodnoty součinitelů spojů závislé na druhu spojovaných materiálů, na druhu použitých nedestruktivních kontrol a přepokládaných provozních podmínkách.
2.2.3.3.9. U návrhu tlakového zařízení se berou vhodným způsobem v úvahu předvídatelné degradační mechanizmy (např. vliv radioaktivity, koroze, únavy materiálu) odpovídající určenému použití zařízení a související s životností zařízení.
2.2.3.3.10. Výpočet pevnosti tlakového zařízení se vypracuje ve dvou etapách
2.2.3.3.10.1. výpočet pro návrh základních rozměrů zařízení (dále jen "návrh základních rozměrů"),
2.2.3.3.10.2. kontrolní výpočet zařízení (dále jen "kontrolní výpočet").
2.2.3.3.11. Při návrhu základních rozměrů se dovolená napětí vypočtou z pevnosti v tahu a ze smluvní meze kluzu, které jsou základními charakteristikami materiálů, přípustných pro výrobu zařízení. Při výpočtu dovolených napětí se uvažují příslušné součinitele bezpečnosti.
2.2.3.3.12. Při návrhu základních rozměrů je nutno uvažovat mezní stavy
2.2.3.3.12.1. houževnatého porušení,
2.2.3.3.12.2. plastické deformace v celém průřezu součásti,
2.2.3.3.12.3. ztráty stability.
2.2.3.3.13. Po návrhu základních rozměrů zařízení se vypracuje kontrolní výpočet, jehož cílem je
2.2.3.3.13.1. prokázání pevnosti při statickém (monotónním) zatížení,
2.2.3.3.13.2. prokázání pevnosti při cyklickém (proměnném) zatížení,
2.2.3.3.13.3. prokázání odolnosti proti náhlému (nestabilnímu) porušení,
2.2.3.3.13.4. prokázaní pevnosti při vibracích,
2.2.3.3.13.5. prokázání odolnosti proti ztrátě stability a
2.2.3.3.13.6. prokázaní odolnosti proti seismickýrn účinkům.
V kontrolním výpočtu tlakového zařízení se berou v úvahu všechna zatížení, včetně teplotních účinků a všechny provozní režimy uvedené v technických specifikacích a provozních podmínkách. Zejména se berou v úvahu degradace vlastností materiálu během provozu, jakost povrchu, vliv gradientu napětí, vliv korozního prostředí apod.
2.2.4. Experimentální metoda provedení návrhu
2.2.4.1. Správnost návrhu tlakového zařízení jako celku nebo jeho částí se ověřuje vhodným programem kontrol a zkoušek uskutečněným na reprezentativním vzorku zařízení.
2.2.4.2. Před zahájením zkoušek se stanovuje program kontrol a zkoušek. Program kontrol a zkoušek je uznáván autorizovanou osobou odpovědnou za postup posuzování shody návrhu, pokud takový existuje.
2.2.4.3. V programu kontrol a zkoušek se definují zkušební podmínky a kritéria přijetí nebo zamítnutí. Před zkoušením se změří skutečné hodnoty základních rozměrů a vlastností materiálů, z nichž se zkoušené zařízení skládá.
2.3. Ustanovení k zajištění bezpečné manipulace a provozu
2.3.1. Předepsaný způsob provozu tlakového zařízení vylučuje v návrhu analyzované předvídatelné nebezpečí v provozu zařízení. Tam, kde to připadá v úvahu, se zvláštní pozornost věnuje
2.3.1.1. uzávěrům a otvorům,
2.3.1.2. nebezpečným odfukům z pojistných armatur,
2.3.1.3. zařízením, která brání fyzickému vstupu, pokud je v zařízení tlak nebo vakuum.
2.3.2. Zejména tlaková zařízení vybavená vstupním otvorem se opatřují automatickým nebo ručně ovládaným zařízením, pomocí něhož uživatel snadno zjistí, zda je možné otvor bez nebezpečí otevřít. V případě rychlouzávěru se tlakové zařízení opatřuje zařízením, jež zabrání jeho otevření, pokud tlak nebo teplota média představují nebezpečí.
2.4. Prostředky přezkoušení
2.4.1. Tlakové zařízení se navrhuje a vyrábí tak, aby bylo možné uskutečnit všechna nezbytná přezkoušení k zajištění technické bezpečnosti.
2.4.2. Tam, kde to je nezbytné pro zabezpečení trvalé technické bezpečnosti zařízení, jsou k dispozici prostředky umožňující přezkoušet vnitřní stav tlakového zařízení tak, aby příslušné prohlídky a kontroly bylo možné provádět bezpečně a ergonomicky.
2.4.3. Pokud tlakové zařízení nemůže být navrženo tak, aby ho bylo možné v průběhu provozu kontrolovat v požadovaném rozsahu, stanoví se jiné náhradní anebo nepřímé metody nebo použití schválených výpočtových metod a použijí se konzervativní bezpečnostní rezervy nebo jiná přiměřená bezpečnostní opatření k vyloučení možného neočekávaného selhání.
2.5. Prostředky odvodnění a odvzdušnění
2.5.1. Tam, kde to je nutné, se používají vhodné prostředky umožňující odvodnění a odvzdušnění tlakového zařízení,
2.5.1.1. aby se zabránilo nepříznivým účinkům, jako je vodní ráz, zborcení vlivem vakua, koroze a nekontrolované chemické reakce ve všech stádiích provozu a zkoušení, zejména u tlakových zkoušek, a
2.5.1.2. aby bylo možné bezpečným způsobem provádět dekontaminaci, čištění, kontrolu a údržbu.
2.6. Koroze
Tam, kde to je nutné, se navrhuji přídavky k zesílení tloušťky stěny nebo ochrana proti korozi, s patřičným zřetelem k zamýšlenému použití.
2.7. Opotřebení
Pokud může dojít ke značné erozi nebo otěru, navrhují se opatření, která sníží tyto účinky na co nejmenší míru vhodným řešením návrhu, např. zvětšením tloušťky materiálu nebo použitím výstelky či přeplátování, který umožní výměnu součástí, jež jsou nejvíce postiženy.
2.8. Sestavy tlakového zařízení
2.8.1. Sestavy tlakového zařízení se navrhují tak, aby
2.8.1.1. společně sestavované konstrukční díly byly pro daný účel vhodné a spolehlivé,
2.8.1.2. všechny konstrukční díly byly správně začleněny a vhodným způsobem smontovány.
2.9. Plnění a vypouštění
2.9.1. Tam, kde to připadá v úvahu, se tlakové zařízení navrhuje a vybavuje příslušenstvím nebo se učiní opatření pro jeho instalaci tak, aby bylo zajištěno bezpečné plnění a vypouštění tlakového zařízení, zejména se zřetelem k nebezpečím, jakým je
2.9.1.1. při plnění
2.9.1.1.1. přeplnění nebo překročení tlaku, zejména s ohledem na plnící poměr a na tlak par při odpovídající teplotě,
2.9.1.1.2. nestabilita tlakového zařízení,
2.9.1.2. při vypouštění nekontrolovaný únik média pod tlakem,
2.9.1.3. při plnění nebo vypouštění nebezpečná spojení a porušení spojení.
2.10. Ochrana proti překročení dovolených mezí tlakových zařízení
2.10.1. Jestliže by za provozních podmínek mohlo dojít k překročení dovolených mezí, vybavuje se tlakové zařízení vhodným ochranným zařízením nebo se učiní vhodná opatření pro jeho instalaci, pokud se nepředpokládá ochrana jiným ochranným zařízením v rámci sestavy.
2.10.2. Vhodné ochranné zařízení nebo kombinace takových zařízení se navrhuje se zřetelem ke specifickým vlastnostem příslušného tlakového zařízení nebo sestavy.
2.10.3. Za vhodná ochranná zařízení a jejich kombinace se považují
2.10.3.1. bezpečnostní výstroj, nebo
2.10.3.2. vhodná kontrolní zařízení, jako jsou indikátory nebo výstražná zařízení, která umožňují, aby byl automaticky nebo manuálně proveden vhodný zásah, pomocí něhož se provoz tlakového zařízení udrží v dovolených mezích.
2.11. Bezpečnostní výstroj
2.11.1. Bezpečnostní výstroj
2.11.1.1. se navrhuje a vyrábí tak, aby byla spolehlivá a vhodná pro svou předpokládanou funkci, popřípadě s ohledem na požadavky údržby a zkoušení těchto zařízení,
2.11.1.2. je oproštěna od jiných funkcí, kromě případů, kdy těmito dalšími funkcemi nemůže být ovlivněna její bezpečnostní funkce,
2.11.1.3. vyhovuje příslušným zásadám návrhu, aby byla zajištěna vhodná spolehlivá ochrana. K těmto zásadám zejména patří zabezpečení funkce proti poruchám, zálohování bezpečnostní výstroje, různá provedení a automatická diagnóza vlastní funkčnosti.
2.11.2. Zařízení omezující tlak
Tato zařízení se navrhují tak, aby nedocházelo k trvalému překračování nejvyššího dovoleného tlaku; případné krátkodobé zvýšení tlaku při zapůsobení bezpečnostní výstroje je však přípustné, nesmí ale přesáhnout 10 % hodnoty nejvyššího dovoleného tlaku.
2.11.3. Zařízení na kontrolu teploty
Tato zařízení mají z bezpečnostních důvodů vhodnou dobu prodlevy v souladu s měřicí funkcí.
2.12. Vnější požár
Tam, kde to je nutné, se tlakové zařízení navrhuje a popřípadě vybavuje vhodným příslušenstvím nebo se učiní opatření pro jeho instalaci tak, aby splňovalo požadavky na omezení škod v případě vnějšího požáru, s patřičným zřetelem k určenému použití tlakového zařízení.
------------------------------------------------------------------
1) Vyhláška č. 214/1997 Sb., o zabezpečování jakosti při činnostech souvisejících s využíváním jaderné energie a činnostech vedoucích k ozáření a o stanovení kritérií pro zařazení a rozdělení vybraných zařízení do bezpečnostních tříd.