Projektowanie i produkcja nierdzewnych zbiorników ciśnieniowych z normą EN 13445
Znana i powszechnie stosowana w Europie norma projektowa 13445 dla zbiorników ciśnieniowych wymaga wiedzy, doświadczenia, drobiazgowości inżynierów i tego, co bardzo ważne w dzisiejszych czasach, nowoczesnego oprogramowania do obliczeń. W oparciu o szereg wytycznych pokrótce przedstawiamy, czym charakteryzują się owe zbiorniki.
Przyczyny powstania normy i podstawowe założenia
Normy projektowe i produkcyjne dla urządzeń i zbiorników ciśnieniowych są bardzo restrykcyjne. W Unii Europejskiej stosowana jest norma EN 13445, która po raz pierwszy została wprowadzona w 2002 roku jako odpowiedź na krajowe przepisy, w celu ustandaryzowania projektowania, budowy i badania zbiorników ciśnieniowych.
Dokument i jego wytyczne z 2016 roku są uzupełnieniem uniwersalnej Dyrektywy PED (dawniej 97/23WE), która dodatkowo kładzie nacisk na właściwe oznakowanie i przygotowanie specyfikacji technicznej.
Określone normy i przepisy dotyczące bezpieczeństwa zbiorników ciśnieniowych są zbliżone do norm amerykańskich. W obu przypadkach należy posiadać niezbędnie uprawnienie zakładu do wytwarzania urządzeń. W przypadku zbiorników ciśnieniowych jest to System Zapewnienia Jakości według dyrektywy PED 2014/68/EU wydany przez jednostkę notyfikowaną, a wg ASME jest to Autoryzowany Certyfikat wydany przez American Society of Mechanical Engineers potwierdzający że zbiorniki są wykonywane według ASME Boiler and Pressure Vessel Code. Zakład posiadający taki certyfikat jest uprawniony do wytwarzania zbiorników z tzw. stemplem.
Założenia i wymagania projektowe
Zbiorniki ciśnieniowe do magazynowania produktów pod ciśnieniem, prowadzenia procesów cieplnych, chemicznych lub innych pokrewnych muszą spełniać szereg wymogów.
Przed zaprojektowaniem i wyprodukowaniem zbiornika ciśnieniowego zgodnie z normą, producent musi ustalić szereg podstawowych kwestii:
- warunki, w jakich zbiornik będzie eksploatowany
- przypadki obciążeń, które należy uwzględnić, wymienione w EN 13445-3:2014
- kategorię zbiornika (I do IV) scharakteryzowane w dyrektywie
Istnieją cztery różne metody projektowania, które można stosować osobno lub w połączeniu ze sobą:
- projektowanie według wzorów (DBF)
- projektowanie przez analizę z wykorzystaniem bezpośredniej oceny trybów awarii (DBA – Direct Route)
- projektowanie przez analizę z wykorzystaniem kategoryzacji naprężeń (DBA – Method Based)
- projektowanie przez eksperyment (DBE)
DBF to najczęstszy i najprostszy sposób projektowania zbiorników.
System doboru i identyfikacji materiału
Inżynierowie przy doborze materiału biorą pod uwagę procesy produkcyjne, warunki pracy, ich wpływ na bezpieczeństwo i trwałość zbiornika nierdzewnego. Przy konstruowaniu zbiorników warto wziąć pod uwagę kruchość wodorową, możliwość powstawania korozji, starzenie materiału po tak zwanym formowaniu metodą na zimno. Nierdzewne zbiorniki ciśnieniowe produkowane są głównie ze stali typu AISI 304, AISI 316L, duplex w zależności od końcowego przeznaczenia.
Producent zbiornika powinien posiadać system identyfikacji materiałów użytych do produkcji, umożliwiający śledzenie historii ich pochodzenia. Materiał stosowany jest wyłącznie w określonym zakresie temperatur, co szczegółowo określa EN 13445-3:2014.
System identyfikacji gwarantuje, że wszystkie materiały, które mają być użyte do produkcji zbiornika, zostały poddane i pomyślnie przeszły następujące testy:
- sprawdzenie wymaganej grubości materiału i dopuszczenie przez niniejszą Normę Europejską
- sprawdzenie materiałów spawalniczych w celu zapewnienia prawidłowego oznakowania i utrzymywania odpowiednich warunków, by nie uległy zniszczeniu
- badanie materiału w celu wykrycia niedoskonałości mogących mieć wpływ na bezpieczeństwo
Nieproszona korozja
Słowo korozja zgodnie z normą EN 13445 rozumiane jest jako utlenianie, zgorzelinę, ścieranie, erozję i wszelkie inne formy niszczenia materiału.
Istotne jest to, że producent zbiorników nie może określić stałych przyczyn i kierunku postępowania, aby zabezpieczyć zbiornik przed skutkami korozji, ponieważ występują one pod różnymi postaciami jako:
- czynnik chemiczny, w którym stal jest rozpuszczalna na całej powierzchni lub w konkretnym miejscu
- rdzewienie spowodowane działaniem wilgoci i powietrza
- erozja, w której nieszkodliwa substancja przepływa po powierzchni zbiornika z prędkością większą niż zadana wartość krytyczna
- utlenianie wysokotemperaturowe
Od wiedzy, doświadczenia i wnikliwości konstruktora zależy, aby był on w stanie określić czy i z jakiego powodu korodowanie wystąpi. Zbiornik może zostać zaprojektowany o większej grubości ścianki na pokrycie spodziewanej wielkość korozji, co jest powszechną praktyką.
Testy produkcyjne na spoinach
W wielu przypadkach wymagane są testy produkcyjne na spoinach zasadniczych (spoiny wzdłużne i obwodowe, gdzie naprężenia membranowe decydują o grubości), a ich ilość jest określona w EN 13445-4:2014 i zależy od grupy materiałowej, grupy badań, metody spawania i grubości materiału. Po pomyślnym przejściu określonej liczby testów norma pozwala na zmniejszenie częstotliwości ich wykonywania na produkcji.
Produkcja zbiorników ciśnieniowych według EN 13445
Wśród odbiorców zbiorników ciśnieniowych zgodnych z norma EN 13445 są głównie producenci z branży spożywczej, chemicznej, piwnej, działających na rynkach Unii Europejskiej. Zbiorniki te doskonale sprawdzają się przy magazynowaniu cieczy, półpłynnych substancji i gazów. Projekty zbiorników zgodne z EN 13445 umożliwiają ocenę zgodności w każdej europejskiej jednostce notyfikowanej oraz jednostce dozorowej.
Można zatem przyjąć, że wspomniana norma jest filozofią na projektowanie, produkowanie, kontrolowanie i testowanie zbiorników nierdzewnych, których ciśnienie wynosi więcej niż 0,5 bara.
