titV priemyselnom podniku (napr. v rafinérii) sa nachádza niekoľko tisíc metrov potrubia a súvisiacich spojov, pričom každý jeden spoj môže byť potenciálnym miestom úniku a tým aj prípadnej havárie.


Tieto prípadné úniky nielenže stoja podnik peniaze za materiál a prácu na opravu úniku, ale môžu spôsobiť aj vyššie finančné straty vo forme neplánovaného odstavenia výroby a v prípade havárie väčšieho rozsahu aj za opravu postihnutých oblastí, prípadne aj za zavedenie prísnejších kontrol. Z dôvodu rizika týchto finančných strát sa priemyselné podniky snažia nahradiť súčasný systém monitorovania efektívnejším a nákladovo prínosnejším programom kontrol založenom na hodnotení rizík, tzv. Risk Based Inspection (RBI).
Hlavným prvkom tohto programu hodnotenia rizík (RBI) je koncept rýchlej identifikácie oblastí s rizikami s potenciálne najvyššou mierou dôsledkov. Tieto oblasti sú potom podrobené dôkladnejšej kontrole, zatiaľ čo ostatné oblasti môžu byť ponechané na kontrolu počas plánovanej odstávky.
Jedným z najrizikovejších prvkov spoľahlivosti celého systému často bývajú prírubové spoje, z ktorých nečakaný únik môže mať často aj fatálne následky (obr. 1). V niektorých prípadoch korozívnych prostredí, resp. prírubových spojov, ktoré sú namáhané axiálnym namáhaním, môže dochádzať aj k porušeniu svorníkov (obr. 2), čo môže následne spôsobiť nielen „drobný“ únik na prírubovom spoji, ale niekedy aj totálnu deštrukciu celého prírubového spoja.

obr1 obr2
Obr. 1: Únik na prírube Obr. 2: Odtrhnutý svorník

 

Kontrola tesniacich plôch prírubových spojov a kvalita svorníkov sa najčastejšie zisťuje vizuálnou kontrolou (inšpekciou), prípadne magnetickou nebo kapilárnou metódou v priebehu odstávky. V prípade väčších prírubových spojov s väčším počtom svorníkov je však takáto činnosť časovo náročná a vo viacerých prípadoch vedie k zvýšeným nákladom za takúto kontrolu. Z tohto dôvodu, ako aj z dôvodu potreby vykonania kontroly, resp. monitoringu prírubového spoja počas prevádzky, bola ultrazvuková technológia Phased Array prispôsobená aj na kontrolu tesniacich plôch prírubových spojov a svorníkov.

Kontrola tesniacej plochy prírubového spoja
Jedným z najčastejších miest únikov je prírubový spoj. Každý prírubový spoj sa skladá z dvoch tesne spojených prírub oddelených medziprírubovým tesnením (obr. 3), kde za určitých fyzikálno-chemických predpokladov môžu vzniknúť podmienky pre rozvoj tzv. štrbinovej korózie.

obr3
Obr. 3: Prírubový spoj a miesto možného vzniku štrbinovej korózie

 

Štrbinová korózia je nebezpečná, pretože ju zistíme až vtedy, keď spôsobí únik na tesnení, čo podľa nebezpečnosti unikajúceho produktu môže prípadne spôsobiť aj nečakanú haváriu (obr.1). Z tohto dôvodu je nutné dôsledne kontrolovať dosadacie plochy prírub najmä v miestach s kritickými dôsledkami v prípade vzniku úniku. Doposiaľ boli tieto kontroly vykonávané vizuálne po odstavení prevádzky a rozobratí prírubového spoja, čo je však nákladné a navyše nie je možné vykonať vizuálnu kontrolu počas prevádzky.

obr4
Obr. 4: Zväzok ultrazvukových vĺn Phased Array

 

Túto nevýhodu odstraňuje ultrazvuková technológia Phased Array, ktorá využíva elektronické riadenie zväzku vysielaných ultrazvukových vĺn zo sondy z vonkajšej strany príruby (obr. 4), čím je možné kontrolovať stav tesniacej plochy príruby zvonku počas prevádzky (obr. 5).

obr5
Obr. 5: Kontrola tesniacej plochy príruby z vonkajšej strany príruby

 

Vzhľadom na členitosť príruby, ako aj na prítomnosť otvorov pre svorníky, sa kontrola stavu tesniacej plochy vykonáva kontrolnou sondou z pripojovacej časti príruby (medzi svorníkmi), ako aj z „krku“ príruby (obr. 4).

obr6 obr7
Obr. 6: Zväzok ultrazvukových vĺn Phased Array – príruba bez korózie Obr. 7: Záznam z merania – príruba bez korózie

 

Pri odraze ultrazvukových vĺn z „ostrej“ neporušenej hrany príruby (obr. 6) dostávame na zázname „ostrú“ hranu odrazu (obr. 7).

obr8 obr9
Obr. 8: Zväzok ultrazvukových vĺn Phased Array – príruba s vnútornou koróziou Obr. 9: Záznam z merania – príruba s vnútornou koróziou

 

Pri odraze ultrazvukových vĺn z „koróziou“ porušenej hrany príruby (obr. 8) dostávame na zázname zreteľne „deformovanú“ hranu odrazu (obr. 9), čím je možné potvrdiť jej napadnutie koróziou.

Technické parametre merania:
• veľkosť príruby – nie je obmedzená,
• tvar tesniacej plochy príruby – hladká tesniaca lišta,
• najmenšia detekovateľná chyba: plocha 0,5x0,5 mm po obvode príruby (hĺbka x výška chyby).

Kontrola skrutiek a svorníkov
Ďalším hlavným prvkom, ktorý zabezpečuje tesnosť a najmä únosnosť prírubového spoja, sú skrutky, resp. svorníky, ktoré majú za úlohu vytvoriť požadované silové zaťaženie prírub, ktoré zabezpečuje spolu s medziprírubovým tesnením tesnosť prírubového spoja. V prípade poškodenia takejto skrutky, resp. svorníka (obr. 10), dôjde k uvoľneniu silového zaťaženia príruby (nedostatočné „pritlačenie“ tesniacich plôch prírubového spoja), čím vznikne netesnosť. Tak, ako pri poškodení tesniacich plôch prírubových spojov, môže takýmto poškodením skrutky (svorníka) dôjsť k prípadnej nečakanej havárii technológie.

obr10
Obr. 10: Príklad možného poškodenia skrutky a jej „strata únosnosti“

 

Kontrola (diagnostika) takýchto skrutiek, resp. svorníkov, sa doposiaľ štandardne vykonávala rozobratím spojov, v ktorých sú použité, a následne kontrolou štandardnými defektoskopickými metódami (NDT). V prípade, že však ide o kritické spoje, ktorých poškodenie by mohlo mať za následok haváriu, je v takýchto prípadoch potrebné zistiť stav týchto spojov za prevádzky, prípadne monitorovať ich stav v čase.
Na tento účel je možné použiť upravenú ultrazvukovú technológiu Phased Array, ktorá využíva elektronické riadenie zväzku vysielaných ultrazvukových vĺn zo sondy z jednej zo strán skrutky, resp. svorníka (obr.11). Vzhľadom na náročnosť celého procesu merania a vyhodnocovania bola kvôli zvýšeniu rýchlosti merania táto technológia upravená a prispôsobená na automatizované meranie zariadením Bolt Scanner.

obr11 obr12
Obr. 11: Zväzok ultrazvukových vĺn Phased Array – pohyb na hlave skrutky Obr. 12: Bolt Scanner počas kontroly svorníkov

 

Zariadením Bolt Scanner je možné zistiť stav skrutiek a svorníkov bez nutnosti ich demontáže, tzv. za prevádzky. Počas kontroly sa zisťuje miera korózie skrutky, výskyt trhlín, prípadne stav, resp. poškodenie, závitu.
Technické parametre merania:
kontrolované veľkosti svorníkov:
a) ručne: akýkoľvek priemer
b) automatizovane: priemer 12 mm až 52 mm
– maximálna dĺžka svorníka: 480 mm
– najmenšia detekovateľná chyba: trhlina kolmá k osi skrutky (svorníka) o hĺbke 0,5 mm

obr13 obr14
Obr. 13: Skrutka s chybou v závite hĺbky 1 mm Obr. 14: Indikácia chyby v závite hĺbky 1 mm na zázname meracieho zariadenia

 

Záver
Príruby, skrutky, resp. svorníky, tak, ako aj iné kovové konštrukčné prvky, podliehajú chybám ako sú korózia alebo trhliny. Vzhľadom na to, že práve tieto prvky držia, resp. spájajú, jednotlivé časti konštrukcií pospolu a v prípade prírubového spoja zabezpečujú jeho tesnosť, je dôležité najmä na kritických spojoch poznať ich stav a prípadne ich včas vymeniť, kým nedôjde k havárii.
Najväčšou výhodou technológie Phased Array je, že diagnostiku (kontrolu stavu) je možné vykonať počas prevádzky, bez odstavenia technológie a ušetriť tak náklady na prípadnú likvidáciu havárie, alebo rozvrhnúť tieto kontroly, resp. monitoring, počas celého roka, pričom nie je nutné takéto spoje počas odstávky rozoberať a kontrolovať.
Ďalšou výhodou je elektronický záznam z merania, ktorý je možné elektronicky uchovať pre prípadné následné využitie pri monitoringu stavu kritických spojov, alebo je možné jednotlivé záznamy vyhodnotiť neskôr spoločne, čo šetrí čas a tým aj náklady na výkon takejto kontroly.
Kontrolu skrutiek, svorníkov a podobných nosných a spojovacích prvkov vykonávame nielen na prírubových spojoch, ale aj na mostoch a iných oceľových nosných konštrukciách, na ktorých by ich potenciálne zlyhanie mohlo mať ďalekosiahle následky.

TEXT/FOTO: Jan Vytřísal, Pavel Petrásek, Radek Pokorný, SEPS, RTD Quality Services
Lektoroval: doc. Ing. Juraj Grenčík, PhD.