Řešení opakujících se netěsností mezi ohřívačem procesního vzduchu a kondenzátorem Provoz KD 6 Lovochemie a. s.

Transkript

1 Ing. Martin Tesař Bc. Zdeněk Kalvaster Pokorný spol. s r. o. Řešení opakujících se netěsností mezi ohřívačem procesního vzduchu a kondenzátorem Provoz KD 6 Lovochemie a. s. Součástí provozu KD 6 na výrobu kyseliny dusičné je zařízení skládající se mimo jiné z aparátu ohřívající procesní plyny E 3310 a z chladiče (kondenzátoru) reakční vody E Chladič E 3306 je pevně ukotven a ohřívač E 3310 je uložen na závěsech. Oba aparáty jsou pak spojeny přírubovým spojem, viz obr. 1. Obr. 1 - Přírubový spoj mezi aparáty E3310 a E3306 Základní parametry zařízení: Provozní teplota:... cca 200 C Provozní tlak:... 0,65MPa Medium:... nitrozní plyny Rozměry dosedací plochy pro těsnění: x 1874mm Počet svorníků: ks M27x 290 Těsnící plocha:... Hladká těsnící lišta Zařízení bylo uvedeno do provozu v roce Již krátce po najetí se začaly objevovat první známky netěsností a šrouby na přírubovém spoji musely být následně opakované dotahovány. V následujících letech byl spoj několikrát přetěsňován. Z pohledu těsnosti spoje je nejkritičtější okamžik doba po najetí na provozní parametry - rychlý nárůst teploty anebo případné neřízené odstavení provozu - rychlé snížení provozní teploty. Během těchto provozních stavů se vždy objevila netěsnost. Obr. 2 - Stav původního spojovacího materiálu a příruby V roce 2007 byla divize Flange Management firmy Pokorný spol. s r. o. vyzvána společností Lovochemie a.s. aby navrhla řešení opakující se netěsnosti na spoji mezi aparáty E 3310 a E 3306, viz obr. 3,

2 Na základě zadaných parametrů, ovšem bez informací o vnějším zatížení spoje, bylo navrženo a realizováno přetěsnění přírubového spoje. V rámci řešení byla navržena změna materiálu těsnění. Jednosměrně orientované PTFE bylo nahrazeno těsněním DynaGraph TM. Byl vyměněn spojovací materiál za nový a přírubový spoj byl následně našim montážním týmem řízeně utažen na vypočtený utahovací moment. Obr. 3 - Zvedání aparátu E 3310 v místech závěsů firmou Pokorný spol. s r. o. Obr. 4 - Rok řízená montáž hydraulickými stroji Hytorc V roce 2012 byla provedena montáž nového výměníku E V roce 2015 bylo provedeno posouzení vnějšího namáhání Ing. Karlem Horákem z firmy UNIPIPE Engineering, s.r.o., viz obr 5. pro optimální nastavení závěsů. Kontrolním výpočtem podle EN bylo zjištěno, že pro optimální nastavení závěsů nemá vnější namáhání zásadní vliv na velikost měrného tlaku na těsnění. Obr. 5-3D model aparátu I přesto se během provozu po změně provozních teplot objevila na přírubovém spoji netěsnost. Netěsnost se objevila vždy ve stejných místech. Konkrétně se jedná o dvě protilehlá místa, která se nacházejí v ose přívodního potrubí, viz obr. 8. Místa netěsnosti a přívodní potrubí jsou zaznačeny červeně. S ohledem na historii spoje a na fakt, že se jej dlouhodobě nepodařilo utěsnit žádným typem těsnění, se domníváme, že zde musí docházet k dodatečnému namáhání, které negativně působí na celý přírubový spoj. Z našeho pohledu má zásadní vliv na netěsnost tohoto spoje právě potrubí, které je vyvedeno z horního aparátu E 3310, a které má tendenci za celý spoj tahat a následně pak přírubu v ose potrubí otvírat, viz obr. 6. Obr. 6 - Místa netěsností v ose přívodního potrubí a přívodní potrubí namáhající spoj Rovněž je třeba zmínit jakým způsobem je dáno provozování celého zařízení. Hlavně pak na prudké rozdíly teplot, které vznikají v průběhu najíždění, viz obr. 7. Je zde patrný prudký nárůst teploty o cca 13 C/min. Takový rychlý nárůst teploty spoj z pohledu těsnosti výrazně zatěžuje. 108

3 Obr. 7 - Záznam teploty z procesu najíždění aparátu Dalším faktorem, který dle našeho názoru negativně ovlivňuje těsnost spoje je fakt, že při výměně horního aparátu E3310, ke které došlo před několika lety, byla na nově dodané zařízení navařena původní příruba, jenž byla odřezána ze zařízení, které bylo demontováno. Horní (původní) příruba již navíc také vykazuje korozní poškození po celém obvodu těsnicí plochy. Vzhledem k uvedeným skutečnostem, které neumožnují aplikovat standardní způsob utěsnění vhodný pro přírubový spoj mezi aparáty 3310 a 3306 jsme v roce 2015 navrhli následující řešení: nerezové mezikruží, které eliminuje dodatečné zatížení působící na vlastní těsnění, viz obr. 8. těsnění z vícesměrně orientovaného PTFE Power flon BG, viz obr. 10. spojovací materiál ošetřen vypalovaným kluzným lakem Power torque LF kote 450 R, viz obr. 9. pro zvýšení chemické odolnosti a zajištění nízkého součinitele tření. řízené utažení na vypočtený utahovací moment Obr. 8 - Umístění nerezového mezikruží Obr. 9 - Spojovací materiál ošetřený přípravkem Power torque LF kote 450 R Obr.10 - Těsnění - páska PTFE Power flon BG Před vlastní montáží jsme provedli přesné měření stavu dosedacích ploch. Z měření, viz obr. 11, vyplývá, že v obou protilehlých místech, kde se objevují netěsnosti, je horní příruba ohnutá opačně než v celém zbývajícím obvodu má tendenci se otvírat. Příruby v těchto místech směrem od vnitřního průměru vytváří obrácený klín. Domníváme se, že tento stav je způsobený dodatečným zatížením od přívodního potrubí, které za přírubu tahá a tím pádem se v těchto místech na přírubách vytvořila plastická deformace. Tato deformace mimo jiné způsobuje to, že otvory pro svorníky na obou přírubách nejsou vůči sobě souosé - horní příruba je natočena směrem nahoru. Zejména pak v těchto dvou exponovaných místech byly během montáže příruby vůči sobě přesazené a všechny otvory pro svorníky nebyly průchozí. Při zpětné montáži jsme 109

4 se ve finále dostali do situace, kdy cca. čtyři svorníky nebylo možno nasadit a byli jsme proto nuceni celý aparát nechat znovu zvednout, viz obr. 12. Po přizvednutí ze strany průlezu se nám podařilo tyto svorníky osadit, což dle našeho názoru potvrzuje skutečnost, že pružina závěsu, viz obr.13 umístěná ze strany průlezu nemá stejné předpětí jako ostatní pružiny ve zbývajících závěsech. Obr Naměřené hodnoty rovinnosti dosedacích ploch Obr Nesouosost otvorů pro svorníky v místech netěsností Obr pružina závěsu Spoj byl opět řízeně utažen našim montážním týmem na vypočtený utahovací moment hydraulickými stroji Hytorc, viz obr. 14. Obr Rok řízená montáž hydraulickými stroji Hytorc firmou Pokorný spol. s r. o. Následný provoz ukázal, že navržené řešení i přes uvedené nedefinovatelné vnější zatížení bylo správné a že se netěsnost ani po najetí zařízení již neobjevila. Vzhledem k tomu, že se jedná o nestandardní způsob řešení je třeba spoj po změnách provozních parametrů kontrolovat. Shrnutí důvodů opakujících se netěsností: 110 příruby jsou v místech předešlých netěsností ohnuty opačně než v celém zbývajícím obvodu, tzn., že zde vytváří směrem od vnitřního průměru obrácený klín otvory pro svorníky nejsou vůči sobě souosé všechny pružiny závěsů dle našeho názoru nemají stejné předpětí, zejména pak pružina závěsu umístěna nad průlezem má pravděpodobně menší předpětí během najíždění dochází prudkému nárůst teploty, cca o 13 C/ min při výměně zařízení, byla použita původní příruba, která byla navařena na nový aparát Na zmíněném příkladu jsme chtěli ukázat, že zařízení z pohledu přírubového spoje bylo nevhodně navrženo, což se bohužel zjistilo až po uvedení zařízení do provozu. Ne vždy se povede v rámci dané konstrukce najít řešení, které by netěsnost vyřešilo. Často se stává, že manévrovací prostor pro volbu řešení netěsnosti je velice omezen. Tomuto riziku lze předejít konzultací s odbornými firmami na těsnost přírubových spojů již při samém návrhu konstrukce zařízení.

5 Spolehlivost spoje souvisí: s volbou správného materiálu těsnění se znalostí charakteristických hodnot těsnění odpovídajícím konkrétním požadovaným parametrům zařízení s výpočty utahovacích momentů podle EN s průkazem těsnosti s odpovídající pevností spojovacího materiálu a jejich ošetření na kalkulovaný součinitel tření s posouzením, zdali jednotlivé části přírubového spoje jsou z pohledu zatížení optimálně využity s odbornou řízenou montáži vyškolenými montéry podle normy EN Jak je patrno v rámci naší divize Flange management navrhujeme i neobvyklá řešení těsností přírubových spojů s využitím nejnovějších technických a technologických znalostí a zkušeností. Portfolio divize Flange management: detekce skrytých úniků (Fugitive emmision) návrh řešení s výpočty utahovacích momentů podle normy EN s průkazem těsnosti podle návrhu řešení dodávku materiálu těsnění podle návrhu řešení dodávku spojovacího materiálu ošetření spojovacího materiálu povrchovou úpravou Power torque LF kote 450 několik moderně vybavených montážních aut vlastní montážní týmy vyškolené podle EN řízené utahování 2 až 4 hydraulickými stroji Hytorc těsnost spoje doložena protokolem o utažení provádíme školení montážních pracovníků podle EN dodáváme zařízení pro bezpečné vyrovnání nesouososti přírub firmy Equalizer provádíme odborné semináře související s těsností přírubových spojů Power torque LF kote 450 jde o povrchovou úpravu trvale ukotvenou vypálením do základního materiálu Power torque LF kote 450 zajišťuje: Minimální součinitel tření Rovnoměrnost utažení Možnost opětovného povolení Není třeba mazat - eliminace lidského faktoru Školení montážních pracovníků podle EN V našem moderním školicím středisku provádíme školení na uvedenou normu EN Kvalifikace odborné způsobilosti personálu k montáži šroubových spojů v tlakových zařízeních v kritických aplikacích. Cílem je předat informace o nových materiálech těsnění, které nahradily azbest, a jejich významného vlivu na zavedené montážní postupy a celkový vliv na spoj jako takový. 111

6 Norma také reflektuje nejnovější znalosti z oblasti materiálu těsnění, mazání, výpočtů utahovacích momentů, spojovacích materiálů, montáží atd. Cílem je také povýšit práci montéra přírubových spojů na úroveň svářečů odborníků. Základní kvalifikace normy má 27 témat, které lze rozdělit do 4 oblasti: Materiál těsnění, jeho vlastností, tříd těsnosti, deformací atd. Vliv mazání, přenos sil, spojovací materiál Postupy utahování, záznamy, protokoly Nástroje pro utahování, způsoby utahování, bezpečnost práce, detekce úniků Školení zastřešuje akreditovaná zkušebna Strojírenský zkušební ústav s.p. Brno Certifikační orgán pro certifikaci osob, který také provádí nezávislé přezkoušení a vydává certifikát. SZÚ Brno je akreditována Českým institutem pro akreditaci, o.p.s. Naše školící centrum muselo splnit podmínky akreditace a normy EN jak na vybavení, tak na personál, abychom mohli pro SZÚ provádět vlastní školení. Certifikát způsobilosti je vydáván SZU Brno s. p certifikovaným orgánem pro certifikaci osob č. P 3088 certifikovaný Českým institutem pro akreditaci o.p.s. podle ČSN EN ISO/IEC 1724:2013 Dodáváme zařízení pro bezpečné vyrovnání nesouososti přírub firmy Nástroje pro vyrovnávání nesouososti přírubových spojů Nástroje pro roztahování přírub s mezerou a bez mezery Nástroje pro stahování přírub k sobě Nástroje pro zvedání Nástroje v provedení Ex 112