Srećko Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM, demo verzija
Srećko Švaić
STABILNA OPREMA POD TLAKOM
priručnik
Srećko Švaić
STABILNA OPREMA POD TLAKOM
priručnik
ENERGETIKA MARKETING Zagreb, lipanj 2021.
IMPRESUM
Nakladnik:
ENERGETIKA MARKETING d.o.o. Sokolska 25 10 000 Zagreb
tel: 01/ 377 12 56 faks: 01/ 377 24 29 e-mail: ege@ege.hr www.em.com.hr
Recenzenti:
prof. dr. sc. Ivanka BORAS, dipl. ing. prof. dr. sc. Ivica GARAŠIĆ, dipl. ing.
Tehnički urednici:
Boris LABUDOVIĆ, dipl. ing. Zoran PAJNIĆ, dipl. ing. Marko LOVROVIĆ
Dizajn:
ENERGETIKA MARKETING d.o.o., Zagreb
Tisak:
Tiskara Dar-Mar d.o.o., Velika Gorica
CIP zapis je dostupan u računalnome katalogu Nacionalne i sveučilišne knjižnice u Zagrebu pod brojem 001101182.
ISBN 978-953-6759-65-1
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
2
PREDGOVOR
PREDGOVOR
Ovaj priručnik rezultat je dugogodišnjeg rada na području opreme pod tlakom i napravljen je sa željom da znanja i iskustva, koja su stečena u radu na konstruk- cijama, tehničkoj regulativi i propisima iz područja opreme pod tlakom i na izradi materijala za predavanja studentima i izobrazbi osoba koje rade u tom području, budu dostupna svima koji su izravno ili neizravno vezani za tu granu tehnike. U njemu su stoga dani osnovni zahtjevi koji se postavljaju na opremu pod tlakom u pogledu konstrukcije, izrade, uporabe i nadzora tijekom uporabe, kako bi se ostvario njezin siguran rad u predviđenom radnom vijeku. U njemu će čitateljice i čitatelji pronaći smjernice za razumijevanje i korištenje regulative i za uporabu nor- ma, odnosno tehničkih specifikacija pomoću kojih se osigurava struktura opreme pod tlakom u smislu sigurnosti za ljude, materijalna dobra i okoliš, ekonomičnost i uporabljivost. Zahvaljujem suradnicima čiji su tekstovi i slike djelomično korišteni pri izradi ovog priručnika kako bi se postigla što cjelovitija slika tog za gospodarstvo važnog po- dručja, a posebno kolegici prof. dr. sc. Ivanki Boras, dipl. ing. na korisnim savjetima pri pisanju ovog priručnika. U Zagrebu, lipnja 2021. autor
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
3
PREDGOVOR
O autoru
prof. dr. sc. Srećko Švaić, dipl. ing. umirovljeni profesor Fakulteta strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Zagrebu predsjednik Hrvatske sekcije za opremu pod tlakom Rođen je 8. listopada 1947. godine u Zagrebu. Diplomirao je 1972. na Fakultetu strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Za- grebu, na kojemu je magistrirao 1979. i doktorirao 1990. godi- ne. Uz to, završio je brojne programe usavršavanja u tvrtkama i visokoškolskim i istraživačkim ustanovama u inozemstvu. U razdoblju 1972. - 1975. godine bio je razvojni inženjer za ku-
ćanske aparate u Institutu ‘Rade Končar’ gdje je dobio tri nagrade za razvoj novih proi- zvoda, malih kućanskih aparata. Od 1975. godine do umirovljenja radio je na FSB-u, gdje je najprije bio voditelj Laboratorija za toplinu i toplinske uređaje, a zatim i znanstveni asistent, znanstveni suradnik i docent, viši znanstveni suradnik i izvanredni profesor i, konačno, redoviti profesor. Također je u razdoblju 2001. - 2013. godine bio konzultant na pet projekata financiranih iz programa CEI-BAS (Central European Initiative - Busines Ad- visory Programme) Europske banke za obnovu i razvoj (EBRD). Bio je voditelj dva tehnič- ka odbora Hrvatskog zavoda za norme i tehnički je ekspert za opremu pod tlakom Hrvat- ske akreditacijske agencije, Instituta za akreditaciju Makedonije i Slovenske akreditacije. Stručni je savjetnik na izradi pravilnika iz područja opreme pod tlakom i nositelj izrade Tehničkih uputa za opremu pod tlakom. U području cjeloživotne izobrazbe osnivač je Se- minara o opremi pod tlakom, obnovljivim izvorima energije, infracrvenoj termografiji i primjeni programa za proračun opreme pod tlakom te jedan od nositelja izobrazbe i usa- vršavanja osoba koje provode energetske preglede i energetsko certificiranje zgrada na kojoj je i predavač. Uz to, savjetnik je više hrvatskih proizvođača termotehničke opreme. Kao autor ili suautor objavio je više od 150 znanstvenih i stručnih radova u časopisima i zbornicima radova i sudjelovao u izradi više od 400 studija, elaborata i razvojnih kon- strukcija za potrebe gospodarstva. Suautor je knjige ‘Osnove termografije s primjenom’, prve stručne literature iz područja infracrvene termografije na hrvatskom jeziku. Autor je i suautor po jednog patenta. Član je Upravnog odbora i Znanstvenog savjeta Međunarodne udruge za kvantitativ- nu infracrvenu termografiju (QIRT). Do odlaska u mirovinu bio je član mađarske udruge Thermo - Mathe, Austrijskog društva za termografiju (ÖGfTh) i britanskog Udruženja za istraživanje i informiranje u graditeljstvu (BSRIA). Predsjednik je Hrvatske sekcije za opre- mu pod tlakom pri Hrvatskoj stručno-znanstvenoj udruzi za energetiku, strojarske tehno- logije i obnovljive izvore energije (HESO) i Hrvatsko-hispanskog društva. Za svoj rad na razvoju laboratorija FSB-a nagrađen je malom i velikom medaljom Fakul- teta i spomen-medaljom Sveučilišta u Zagrebu u znak zahvalnosti i priznanja za dopri- nos razvitku i napretku Sveučilišta u Zagrebu. Uz to, za dugogodišnji znanstveni i stručni rad na području energetike dobio je nagradu 'Hrvoje Požar'. Govori engleski i španjolski jezik, a služi se i njemačkim i ruskim jezikom.
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
4
SADRŽAJ
SADRŽAJ Predgovor............................................................................................................. 3 O autoru .............................................................................................................. 4 Sadržaj . ............................................................................................................. 5 1. OPĆENITO O OPREMI POD TLAKOM................................................... 9 1.1. Europski pristup................................................................................ 10 1.2. Razvoj regulative u području opreme pod tlakom......................... 14 2. REGULATIVA U PODRUČJU STABILNE OPREME POD TLAKOM....... 17 2.1. Stabilna oprema pod tlakom............................................................ 18 2.1.1. Što je to stabilna oprema pod tlakom?.............................................................................. 18 2.1.2. Osnovni pojmovi i objašnjenja.............................................................................................. 18 2.1.3. Vrste stabilne opreme pod tlakom...................................................................................... 21 2.1.4. Komponente opreme pod tlakom....................................................................................... 22 2.1.5. Sigurnosni pribor....................................................................................................................... 26 2.1.6. Tlačni pribor................................................................................................................................. 27 2.2. Europske direktive i propisi za stabilnu opremu pod tlakom........ 29 2.3. Direktiva o opremi pod tlakom........................................................ 30 2.3.1. Opće odredbe Direktive........................................................................................................... 30 2.3.2. Konstrukcija opreme pod tlakom......................................................................................... 31 2.3.3. Proizvodnja opreme pod tlakom.......................................................................................... 33 2.3.4. Posebni zahtjevi za opremu pod tlakom........................................................................... 35 2.3.5. Posebni kvantitativni zahtjevi za određenu opremu pod tlakom............................ 36 2.3.6. Europska izjava o sukladnosti................................................................................................ 37 2.4. Direktiva o jednostavnim tlačnim posudama................................. 39 2.4.1. Opće odredbe Direktive........................................................................................................... 39 2.4.2. Konstrukcija jednostavnih tlačnih posuda........................................................................ 40 2.4.3. Proizvodnja jednostavnih tlačnih posuda......................................................................... 41 2.4.4. Postupci ocjenjivanja sukladnosti, označavanje i Europska izjava o sukladnosti................................................................................................................................ 41 2.5. Oprema pod tlakom u uporabi......................................................... 43 2.5.1. Općenito o opremi pod tlakom u uporabi........................................................................ 43 2.5.2. Razvrstavanje opreme pod tlakom u uporabi................................................................. 43 2.5.3. Uvjeti koje mora ispuniti ovlašteno inspekcijsko tijelo................................................ 45 2.5.4. Evidencijski list, očevidnik i popis opreme pod tlakom............................................... 45 2.5.5. Periodički pregledi i ispitivanja............................................................................................. 46 2.5.6. Pregledi i ispitivanja sigurnosnih ventila i opreme........................................................ 48 2.5.7. Posebni programi za periodičke preglede........................................................................ 49 2.5.8. Popravci i rekonstrukcije opreme pod tlakom................................................................. 49 2.5.9. Priprema opreme za periodičke preglede......................................................................... 50 2.5.10. Priprema boca za disanje i ronjenje i vatrogasnih aparata......................................... 50 2.5.11. Prevođenje opreme pod tlakom u nižu razinu opasnosti........................................... 51
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
5
SADRŽAJ
3.
MATERIJALI ZA GRADNJU OPREME POD TLAKOM.......................... 53 Osnovni materijali za gradnju opreme pod tlakom....................... 54 Zahtjevi na materijale prema Direktivi o opremi pod tlakom....... 57 OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM................................ 61 Teorija tanke ljuske i osnovni izrazi za proračun............................ 62 Proračunska čvrstoća za dijelove opreme pod tlakom.................. 65 Koeficijent zavarenog spoja i dodatak na koroziju........................ 67 Koeficijent zavarenog spoja................................................................................................... 67 Dodatak zbog korozije i trošenja materijala..................................................................... 68 Proračun pojedinih dijelova opreme pod tlakom.......................... 69 Osnovne postavke proračuna................................................................................................ 69 Cilindrični plašt........................................................................................................................... 69 Kuglasti plašt................................................................................................................................ 70 Podnica.......................................................................................................................................... 71 Konusni plašt............................................................................................................................... 73 Posude podvrgnute vanjskom tlaku................................................................................... 74 Priključci i otvori......................................................................................................................... 77 Vijci i prirubnice.......................................................................................................................... 80 Brtve................................................................................................................................................ 83 Ravne podnice i cijevne stijenke s ukrutama i bez njih................................................ 89 Ostala opterećenja............................................................................ 93 Oslonci................................................................................................ 96 Sedla............................................................................................................................................... 96 Noge............................................................................................................................................... 98 Stope............................................................................................................................................ 100 Suknjice....................................................................................................................................... 101 Posude s dvostrukim plaštom........................................................ 103 Metalni industrijski cjevovodi........................................................ 104 Općenito o cjevovodima...................................................................................................... 104 Debljine stijenke...................................................................................................................... 105 Dimenzioniranje cjevovoda................................................................................................ 106 Ovjesi, sedla i oslonci ............................................................................................................ 112 Kompenzatori........................................................................................................................... 113 SIGURNOSNA OPREMA................................................................... 115 Sigurnosni ventili............................................................................ 116 Osnovne značajke .................................................................................................................. 116 Podjela sigurnosnih ventila................................................................................................. 117 Zahtjevi za sigurnosne ventile............................................................................................ 118 Sigurnosne razine sustava pod tlakom........................................................................... 120 Konstrukcija sigurnosnih ventila ...................................................................................... 121 Karakteristične veličine sigurnosnih ventila.................................................................. 122
3.1. 3.2.
4.
4.1. 4.2. 4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.4. 4.4.1. 4.4.2. 4.4.3. 4.4.4. 4.4.5. 4.4.6. 4.4.7. 4.4.8. 4.4.9.
4.4.10.
4.5. 4.6. 4.6.1. 4.6.2. 4.6.3. 4.6.4. 4.7. 4.8. 4.8.1. 4.8.2. 4.8.3. 4.8.4. 4.8.5.
5.
5.1. 5.1.1. 5.1.2. 5.1.3. 5.1.4. 5.1.5. 5.1.6.
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
6
SADRŽAJ
5.1.7. 5.1.8. 5.1.9. 5.2. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. 5.4. 5.5. 5.5.1. 5.5.2.
Označavanje sigurnosnih ventila ..................................................................................... 123 Dimenzioniranje sigurnosnih ventila .............................................................................. 124 Računski primjeri odabira sigurnosnih ventila............................................................. 128 Prednosti i nedostaci pojedinih sigurnosnih uređaja i sustava............................................................................................ 131 Rasteretni ventili za spremnike za ukapljeni naftni plin ............. 134 Osnovne značajke................................................................................................................... 134 Dimenzioniranje...................................................................................................................... 135 Postavljanje sigurnosnih ventila na opremu pod tlakom............ 138 Rasprsni diskovi .............................................................................. 140 Osnovne značajke................................................................................................................... 140 Primjena, izbor i ugradnja.................................................................................................... 142 LOŽENA OPREMA POD TLAKOM..................................................... 145 Kotlovska postrojenja..................................................................... 146 Dimocijevni kotlovi za proizvodnju pare i vrele vode.................. 148 Osnovne značajke................................................................................................................... 148 Dimenzioniranje dijelova pod tlakom............................................................................. 150 Proračun dijelova pod tlakom............................................................................................ 151 Materijali..................................................................................................................................... 159 Vodocijevni kotlovi za proizvodnju pare i vrele vode.................. 161 Osnovne značajke................................................................................................................... 161 Dimenzioniranje dijelova pod tlakom............................................................................. 162 Projektni tlak kotlovskog postrojenja.............................................................................. 162 INSPEKCIJE I ISPITIVANJA STABILNE OPREME POD TLAKOM....... 165 Općenito o inspekcijama i ispitivanjima stabilne opreme pod tlakom....................................................................................... 166 Osnovne definicije........................................................................... 167 Tehnička dokumentacija................................................................. 168 Pregled konstrukcije....................................................................... 170 Pregledi i ispitivanja tijekom izrade.............................................. 171 Općenito o pregledima i ispitivanjima tijekom izrade............................................... 171 Postupci proizvodnje i crteži............................................................................................... 171 Sljedivost materijala............................................................................................................... 171 Priprema za proizvodne procese....................................................................................... 171 Zavarivanje................................................................................................................................ 171 Ispitivanje zavarenih spojeva metodama bez razaranja........................................... 173 Ispitivanja razaranjem........................................................................................................... 175 Toplinska obrada..................................................................................................................... 175 Završno ispitivanje.................................................................................................................. 175 Izjava o sukladnosti i dokumentacija............................................................................... 178
6.
6.1. 6.2. 6.2.1. 6.2.2. 6.2.3. 6.2.4. 6.3. 6.3.1. 6.3.2. 6.3.3.
7.
7.1
7.2. 7.3. 7.4. 7.5. 7.5.1. 7.5.2. 7.5.3. 7.5.4. 7.5.5. 7.5.6. 7.5.7. 7.5.8. 7.5.9.
7.5.10.
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
7
SADRŽAJ
8.
PRILOZI............................................................................................. 181 Mjerne jedinice................................................................................ 182 Međunarodni sustav mjernih jedinica............................................................................. 182 Anglosaske mjerne jedinice ............................................................................................... 185 Važniji propisi i norme u području opreme pod tlakom.............. 187 Europske direktive i međunarodni propisi..................................................................... 187 Hrvatski zakoni i podzakonski propisi............................................................................. 188 Hrvatske norme....................................................................................................................... 189 Tehničke upute i preporuke za provođenje periodičkih pregleda i ispitivanja opreme pod tlakom.................................... 198 Tijela za preglede i ispitivanja opreme pod tlakom..................... 321 Ovlaštena inspekcijska tijela............................................................................................... 321 Akreditirana tijela.................................................................................................................... 323 Prijavljena tijela u bazi NANDO.......................................................................................... 328
8.1. 8.1.1. 8.1.2. 8.2. 8.2.1. 8.2.2. 8.2.3. 8.3. 8.4. 8.4.1. 8.4.2. 8.4.3.
Literatura.......................................................................................................... 331 Stručna predstavljanja tvrtki.......................................................................... 333
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
8
OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM 4 OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
61
OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM
4.1.
TEORIJA TANKE LJUSKE I OSNOVNI IZRAZI ZA PRORAČUN
Proračun osnovnih dijelova opreme pod tlakom (cilindričnog plašta, ispupčene podnice, konusnog plašta), ako su im debljine stijenka u odnosu na promjer u odre- đenim granicama, temelji se na teoriji tanke ljuske (il. 4.1). Odgovarajuće sile koje se suprotstavljaju sili zbog djelovanja tlaka na promatrani element ljuske tada se mogu izraziti jednadžbama: F p = p ⋅ d s t ⋅ d s m
d s t ρ t
F t = σ t ⋅ d s m ⋅ h ⋅
d s m ρ m
.
F m = σ m ⋅ d s t ⋅ h ⋅
Iz ravnoteže sila na promatrani element slijedi: F p = F t + F m
p ⋅ d s t ⋅ d s m = σ m ⋅ d s t ⋅ d s m ⋅ h ρ m
h
+ σ t ⋅ d s m ⋅ d s t ⋅
[4.1]
ρ t
σ m ρ m
σ t ρ t
p h
.
+
=
U dobivenom izrazu su dvije nepoznanice: naprezanje u tangencijalnom (kruž- nom) i meridijalnom (uzdužnom) smjeru pa se postavlja dodatni uvjet za napreza- nje u meridijalnom smjeru (il. 4.1): F p = p ⋅ r 2 ⋅ π = σ m ⋅ 2 ⋅ ρ t ⋅ h ⋅ sin α [4.2] σ m ⋅ 2 ⋅ π ⋅ r ⋅ h = p ⋅ r 2 ⋅ π
p ⋅ r 2 ⋅ h
.
σ m =
Za cilindrični plašt tada vrijedi: σ m ρ m = 0 i ρ t = r pa iz izraza [4.1] i [4.2] slijedi: σ t = p ⋅ r h i
p ⋅ r 2 ⋅ h
σ m =
,
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
62
OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM
a) tanka ljuska
s m · h · d s t
s t · h · d s m
ρ t
d θ t
d θ m
p · d s t · d s m
s t · h · d s m
ρ m
s m · h · d s t
p
r
ρ t
s m
s m
b) promatrani element tanke ljuske
s t · h · d s m
h
ρ t
d θ t
c
p
s t · h · d s m
d s t
s t · h · d s m
d θ t
a
b
s t · h · d s m
Ilustracija 4.1 Tanka ljuska i promatrani element ljuske s pripadajućim opterećenjima
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
63
OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM
pri čemu su: s t - naprezanje u tangencijalnom smjeru, N/mm 2 s m - naprezanje u meridijalnom smjeru, N/mm 2 p - tlak, N/mm 2
r - srednji polumjer plašta, mm h - debljina stijenke plašta, mm. Kod kugle su zbog simetrije naprezanja u tangencijalnom i meridijalnom smjeru jednaka. Iz spomenutih izraza za kuglasti plašt slijedi: σ m r + σ t r = p h
i
p ⋅ r 2 ⋅ h
σ m = σ t =
,
pri čemu je: r - srednji polumjer kugle, mm.
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
64
OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM
4.2. PRORAČUNSKA ČVRSTOĆA ZA DIJELOVE OPREME POD TLAKOM Karakteristične točke na dijagramu naprezanje - istezanje koje su bitne za proračun dijelova opreme pod tlakom su (il. 4.2): • granica razvlačenja ( R e ) • konvencionalna granica razvlačenja na proračunskoj temperaturi za 0,2% ili 1,0% trajne deformacije ( R p0,2/t i R p1,0/t ) • vlačna čvrstoća ( R m )
• granica elastičnosti ( R el ) • granica plastičnosti ( R eh ).
R m R k
R eh R el
α
ε u
istezanje ε , mm/mm
Definicije pojedinih veličina:
F A
• modul elastičnosti: E = σ ε • Poissonov koeficijent: µ = 1 m =
• naprezanje: σ =
L u − L 0 L 0
ε
• relativno produljenje (istezanje): ε =
ε z
S 0 − S u S 0
• relativno suženje: ε z =
Ilustracija 4.2 Dijagram naprezanje - istezanje
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
65
OSNOVE PRORAČUNA OPREME POD TLAKOM
Proračunska čvrstoća za pojedine materijale za izradu opreme pod tlakom također je određena prema HRN EN 13 445-3 : 2014 (tablica 4.1).
Tablica 4.1 Izrazi za određivanje proračunske čvrstoće materijala za izradu opreme pod tlakom prema HRN EN 13 445-3 : 2014
materijali
radno stanje (*) (**)
ispitno stanje
⎛ ⎝⎜
⎞ ⎠⎟
R p0,2/t 1,5
R p0,2/t,test 1,05
R m20 2,4
čelik, osim austenitnog
f = min
f test =
,
R p0,2/t 1,5
R p1,0/t,test 1,05
f =
f test =
austenitni čelik ( A ≥ 30%)
⎛ ⎝⎜
⎞ ⎠⎟
⎛ ⎝⎜
⎞ ⎠⎟
R p1,0/t 1,5
R p1,0/t 1,5
R p1,0/t,test 1,05
R m/t,test 2
R m/t 2,4
f =
= min
f test = max
austenitni čelik ( A ≥ 35%)
,
,
⎛ ⎝⎜
⎞ ⎠⎟
R p0,2/t 1,9
R p0,2/t,test 1,33
R m20 3
f = min
f test =
,
čelični lijev
Legenda: (*) Za ispitnu grupu 4 proračunska čvrstoća se množi s 0,9. (**) Kao gornja granica elastičnosti može se koristiti R eH umjesto R p0,2 .
Švaić - STABILNA OPREMA POD TLAKOM
66
Page i Page ii Page 1 Page 2 Page 3 Page 4 Page 5 Page 6 Page 7 Page 8 Page 9 Page 10 Page 11 Page 12 Page 13 Page 14 Page 15 Page 16Powered by FlippingBook