ROZVODY KYSLÍKU A POTRUBNÍ SYSTEMY

ROZVODY KYSLÍKU A POTRUBNÍ SYSTEMY IGC Doc/CZ Revize dokumentu IGC Doc 13/02 Odborný překlad proveden pracovní skupinou PS-1 ČATP EUROPEAN INDUSTRIAL GASES ASSOCIATION (EVROPSKÁ ASOCIACE PRŮMYSLOVÝCH PLYNŮ) AVENUE DES ARTS 3-5 B 1210 BRUSSELS Tel : +32 2 217 70 98 Fa : +32 2 219 85 14 E-mail : info@eiga.eu Internet : http://www.eiga.eu ČESKÁ ASOCIACE TECHNICKÝCH PLYNŮ U Technoplynu 1324, 198 00 Praha 9 Tel: +420 272 100 143 Fa: +420 272 100 158 E-mail : catp@catp.cz Internet : http://www.catp.cz/ 1

ROZVODY KYSLÍKU A POTRUBNÍ SYSTEMY KLÍČOVÁ SLOVA POTRZBNÍ SYSTEM KYSLÍK KRITERIA BEZPEČNOST NORMY A PŘEDPISY Odmítnutí odpovědnosti Veškeré technické publikace EIGA, nebo vydané jménem EIGA, včetně praktických manuálů, bezpečnostních postupů a jakýchkoliv dalších technických informací, obsažených v těchto publikacích, byly převzaty ze zdrojů, o které považujeme za spolehlivé a které se zakládají na odborných informacích a zkušenostech, aktuálně dostupných u členů asociace EIGA a dalších, k datu jejich vydání. I když asociace EIGA doporučuje svým členům používat své publikace nebo se na ně odkazovat, je používání publikací asociace EIGA nebo odkaz na tyto publikace členy asociace nebo třetími stranami čistě dobrovolné a nezávazné. Proto asociace EIGA a členové asociace EIFA neposkytují žádnou záruku za výsledky a nepřebírají žádný závazek či odpovědnost v souvislosti s referencemi a s použitím informací a doporučení obsažených v publikacích asociace EIGA. Asociace EIGA nemá žádnou kontrolu nad čímkoli, pokud se jedná o provádění nebo neprovádění výkonu, chybnou interpretaci informací, správné nebo nesprávné používání jakýchkoli informací a doporučení obsažených v publikacích a\sociace EIGA., ze strany osob nebo organizačních jednotek (včetně členů asociace EIGA) a asociace EIGA výslovně neuzná v této souvislosti jakoukoli odpovědnost. Publikace asociace EIGA jsou pravidelně revidovány a uživatelé jsou upozorňováni, aby si opatřili poslední vydání. EIGA 2012 EIGA uděluje povolení k reprodukci této publikace za předpokladu, že Asociace bude uvedena jako zdroj EUROPEAN INDUSTRIAL GASES ASSOCIATION Avenue des Arts 3-5 B 1210 Brussels Tel +32 2 217 70 98 Fa +32 2 219 85 14 2

Obsah 1 Úvod... 1 2 Rozsah a účel... 1 3 Definice... 2 4 Filozofie návrhu... 4 4.1 Obecná kritéria... 4 4.2 Kompatibilita materiálů pro provoz s kyslíkem... 6 4.2.1 Hořlavost materiálu... 6 4.2.2 Mechanismus vznícení a zapalovací řetězec... 6 4.2.3 Analýza nebezpečí a vyhodnocení rizika u kyslíku... 7 4.3 Volba kovů... 7 4.3.1 Hraniční tlaky z hlediska rychlosti pro kyslík se standardní čistotou... 8 4.3.2 Atmosféry obohacené kyslíkem se sníženou čistotou... 8 4.3.3 Atmosféry kyslíku o velmi vysoké čistotě (UHP Ultra high purity)... 9 4.4 Kritéria rychlosti a tlaku plynu... 10 4.4.1 Obecně... 10 4.4.2 Křivka rázové rychlosti a výběr kovového materiálu pro potrubí a zařízení... 10 4.4.3 Rychlostní omezení v místech, kde nedochází k nárazům... 11 4.5 Nekovové materiály... 12 4.5.1 Vlastnosti a rizika... 12 4.5.2 Konstrukční postupy a výběr materiálu... 13 4.6 Potrubní systémy... 14 4.6.1 Podzemní potrubní systémy... 14 4.6.2 Nadzemní potrubní systémy... 15 4.6.3 Značkovače potrubí... 15 4.6.4 Katodická ochrana... 15 4.7 Rozmístění, dálkově ovládaný provoz, použití bariér... 16 5 Potrubí, ventily a zařízení... 16 5.1 Všeobecná kritéria... 16 5.1.1 Kritéria výběru materiálu... 16 5.2 Potrubí a armatury... 16 5.2.1 Místa nárazů... 16 5.2.2 Místa bez nárazu... 17 5.2.3 Specifická umístění potrubí... 17 5.3 Ventily... 19 5.3.1 Všeobecně... 19 5.3.2 Funkce ventilu... 19 5.3.3 Typy ventilů... 21 5.3.4 Ventilová těsnění a těsnící materiály... 23 5.3.5 Jiné možné zdroje vznícení ve ventilech... 23 5.4 Zařízení... 23 5.4.1 Kónické sítové filtry... 24 5.4.2 Sítové filtry typu Y... 24 5.4.3 Filtry... 24 5.4.4 Zařízení na měření průtoku... 25 5.4.5 Průtržné membrány... 26 5.4.6 Izolační spoje... 26 5.4.7 Pružné spoje... 27 5.4.8 Různé položky (prvky) zařízení... 28 5.4.9 Ochranné systémy... 28 5.4.10 Výměníky tepla... 29 5.5 Maziva... 29 6 Čištění... 29 6.1 Všeobecné požadavky... 29 6.1.1 Strategie čištění... 29 6.1.2 Standard čistoty... 30 6.1.3 Metody čištění... 30 6.1.4 Komponenty potrubního systému... 31 3

6.1.5 Svařování... 31 6.1.6 Tlaková zkouška... 31 6.1.7 Instalace vybavení potrubí... 31 6.2 Specifikace a výroba materiálu potrubního vedení... 31 6.2.1 Všeobecné požadavky... 31 6.2.2 Sbírky norem a normy... 31 6.2.3 Výrobní proces... 32 6.2.4 Tepelné zpracování... 32 6.2.5 Hydrostatická zkouška... 32 6.3 Předem vyčištěné potrubí... 32 6.3.1 Všeobecně... 32 6.3.2 Výroba potrubí... 32 6.3.3 Tlaková zkouška... 32 6.3.4 Konečná úprava vnitřního povrchu... 33 6.3.5 Příprava k epedici... 34 6.3.6 Udržování čistoty... 34 6.3.7 Konečné čištění... 35 6.3.8 Zkouška těsnosti a profukování... 35 6.4 Čištění po provedení instalace... 35 6.4.1 Všeobecně... 35 6.4.2 Tlaková zkouška... 36 6.4.3 Konečná úprava vnitřního povrchu... 36 6.4.4 Udržování čistoty... 36 6.4.5 Zkouška těsnosti a vyfukování... 36 6.5 Kontrola... 36 6.5.1 Postup... 36 6.5.2 Vyšetřování s použitím ultrafialového záření (UVA)... 36 6.5.3 Kritéria přejímky... 37 6.5.4 Nápravná činnost... 37 6.5.5 Těsnění, profukování a monitorování... 37 6.6 Záznamy... 37 7 Montáž... 37 7.1 Všeobecná kritéria... 37 7.2 Montážní plán... 38 7.3 Montáž potrubí a svařování... 38 7.3.1 Všeobecně... 38 7.3.2 Kvalifikace... 39 7.3.3 Podložné prstence... 39 7.3.4 Příprava pro svařování... 39 7.3.5 Svařovací požadavky na materiály... 39 7.4 Montáž a instalace... 39 7.4.1 Vyrovnání... 39 7.4.2 Přírubové spoje... 40 7.4.3 Izolační spoje... 40 7.4.4 Závitové spoje... 41 7.4.5 Ventily... 41 7.4.6 Podpěry, žlaby a ukotvení... 41 7.5 Kontrola a zkoušení... 42 7.6 Nedestruktivní testování Defektoskopie... 42 7.6.1 Tlaková zkouška... 42 7.6.2 Zkoušení rentgenovými paprsky... 43 7.7 Dokumentace... 43 8 Projektování a stavba řídicích stanic... 43 8.1 Funkce... 43 8.2 Stručné pokyny k projektování... 43 8.2.1 Uzavírací ventily pro případ nouze... 44 8.2.2 Izolační ventily... 44 8.2.3 Škrticí klapky a ventily procesu řízení... 44 8.2.4 Filtry a sítkové filtry... 44 8.2.5 Průtokoměry... 44 8.2.6 Regulace průtoku a tlaku... 45 8.2.7 Skladování plynu... 45 4

8.2.8 Regulace přetoku nebo odvětrání... 45 8.2.9 Ventily odlehčení tlaku a odvzdušňovací ventily... 45 8.2.10 Přístroje... 45 8.3 Normy a konstrukční předpisy... 46 8.4 Materiály... 46 8.5 Bariéry nebo zábrany... 46 8.5.1 Kritéria požadavků na bariéry... 46 8.5.2 Kritéria návrhu... 46 8.5.3 Požadavky na provoz... 47 8.6 Umístění... 47 8.7 Zemnění... 49 8.8 Montáž... 49 8.9 Instalace... 49 8.10 Zkoušky... 49 8.10.1 Zkoušení po montáži... 49 8.10.2 Zkoušení po instalaci... 49 8.11 Uvedení do provozu... 49 8.11.1 Bezpečnost... 50 8.11.2 Postup... 50 8.11.3 Filtry... 50 8.12 Provoz... 50 9 Provoz, monitorování a údržba... 51 9.1 Všeobecné bezpečnostní pokyny... 51 9.1.1 Pracovníci obsluhy a údržby... 51 9.1.2 Ovládání izolačních ventilů... 51 9.1.3 Svařování a řezání... 52 9.1.4 Obohacení kyslíkem a nedostatek kyslíku... 52 9.1.5 Odstavení/spuštění potrubních vedení a potrubních systémů... 52 9.1.6 Odvětrávání a snižování tlaku... 53 9.1.7 Profukování... 53 9.1.8 Nástroje... 53 9.2 Uvedení potrubního vedení, potrubí a stanic do provozu... 54 9.3 Provoz a monitorování... 54 9.4 Informace třetím stranám, práce v sousedství s potrubními vedeními a aktualizace dokumentů. 54 9.4.1 Všeobecně... 54 9.4.2 Tok informací... 54 9.4.3 Souhrn prací... 55 9.4.4 Záznamy... 55 9.4.5 Aktualizace výkresů potrubního vedení... 55 9.5 Speciální prohlídky... 55 9.6 Poškození systému potrubního vedení... 55 9.6.1 Netěsnosti... 55 9.6.2 Opětné potvrzení platnosti... 56 10 Všeobecná ochranná opatření... 56 10.1 Plán odezvy na krizové situace... 56 10.1.1 Spolupráce s veřejnými orgány a dalšími odbornými poradci... 56 10.1.2 Popis systému potrubního vedení... 56 10.1.3 Řídící střediska... 56 10.1.4 Oznámení události (nehody)... 56 10.1.5 Postup varování... 56 10.1.6 Odstavení potrubí... 56 10.1.7 Vybavení pro nouzové případy... 57 10.1.8 Nápravná činnost... 57 10.1.9 Potrubní vedení s katodickou ochranou... 57 10.1.10 Formulář zprávy o nehodě... 57 10.1.11 Cvičení pro případ krizové situace... 57 10.2 Zdroje energie a údery blesku... 57 10.3 Požár... 58 10.4 Nebezpečí plynoucí z nedostatku kyslíku a předběžná opatření... 58 10.5 Zprava o nehodě a škodách... 59 10.6 Systém řízení bezpečnosti... 59 10.6.1 Oznámení úřadům a konzultace ohledně trasy... 59 5

10.6.2 Návrh (projekt) a stavba... 59 10.6.3 Systémy odstavení... 59 10.6.4 Provoz... 59 10.6.5 Kontrola překážek od třetí strany... 60 10.6.6 Údržba a kontrola... 60 10.6.7 Hlavní politika prevence nehod a systémy řízení bezpečnosti... 60 10.6.8 Plánování pro nouzové případy... 60 10.6.9 Informace pro veřejnost a zainteresované strany... 60 10.6.10 Plánování využití půdy... 61 10.6.11 Ohlašování nehod... 61 Dodatek A Popis zkušební metody hoření s podporovaným vznícením... 61 Dodatek B Mechanismus potenciálního vznícení... 63 Dodatek C Tabulka jmenovitých složení slitin a rozsahů... 64 Dodatek D Tabulka vyňatých tlaků a minimální tloušťky... 65 Dodatek E Tabulka minimálních bezpečných vzdáleností... 66 Dodatek F Příklad programu preventivní údržby... 67 6

1 Úvod Tuto publikaci připravila skupina specialistů v oboru kyslíkových potrubních systémů. Tato skupina představuje hlavní výrobce kyslíku v různých zemích Evropy a Severní Ameriky. Tato publikace je založena na technických informacích a zkušenostech, které mají autoři v současné době k dispozici. Společnosti průmyslových plynů se prostřednictvím Rady pro mezinárodní harmonizaci (IHC), složené z Asijské asociace průmyslových plynů (AIGA), Asociace pro stlačený plyn (CGA) a Evropské asociace průmyslových plynů (EIGA), Japonské asociace průmyslových a medicinálních plynů (JIMGA) zapojily do procesu vývoje harmonizovaných bezpečnostních postupů a tato publikace je jedním z nich. Nicméně je nutné konstatovat, že provoz kyslíkových potrubních systémů, které byly vyvinuté během 40 let v různých zemích Evropy a Severní Ameriky, přinesl srovnatelné bezpečnostní data, přestože národní postupy vykazují mnoho odlišností, pokud se jedná o návrh a provoz. Některé národní úřady také zavedly legislativu, která je v těchto zemích pro uvedené provozní činnosti povinná. Údaje uvedené v tomto dokumentu platí pouze pro budoucí instalace a ne pro instalace stávající. Nicméně údaje v tomto dokumentu uvedené mohou pomoci u stávajících instalací nebo u instalací, které jsou v projektové fázi. Publikace nenahrazuje národní zákony doporučené postupy uvedené v této publikaci.. Autoři nečiní žádná oficiální prohlášení ani neposkytují záruky ohledně uvedených informací nebo ohledně kompletnosti tohoto dokumentu a odmítají jakékoliv záruky vyjádřené nebo předpokládané, kromě jiného záruku prodejnosti a záruku o způsobilosti pro určité použití nebo určitý účel. V tomto dokumentu se používají jednotky ISO a v závorkách jsou uvedené odpovídající britské jednotky. Odpovídající jednotky mohou být přibližné. 2 Rozsah a účel Do rozsahu tohoto dokumentu přísluší kovová kyslíková potrubí, systémy rozvodných a přenosových potrubních vedení a plynové potrubní systémy ve vnějších provozech (zařízeních) na separaci vzduchu vedoucích k chladicí skříni. Rozsah je omezen na plynný kyslík v rozsahu teplot mezi -30 C a 200 C (-22 F a 400 F), tlaky až do 21 MPa (3000 psig) a teplotu rosného bodu -30 C (-22 F) nebo nižší v závislosti na místních podmínkách. Tento dokument se nevztahuje na následující procesy: - Zařízení na plnění kyslíkových lahví. - Potrubní zařízení na lékařský (medicinální) kyslík. - Interní potrubí chladicí skříně. - Kyslíkové kompresorové jednotky. - Odpařovače kapalného kyslíku. - Kyslíková zařízení o velkých objemech (kapalina nebo plyn o vysokém tlaku) na stanovišti zákazníka až k místu, kde plyn vstupuje do distribučních systémů. - Potrubí na specializovaných zařízeních a strojích, jako je tomu u čištění plamenem, tryskovému děrování atd. Účelem této publikace je více porozumět souvislostem, které se týkají bezpečného provedení návrhu, provozu a údržby přenosových a distribučních potrubních systémů plynného kyslíku. Tato publikace není určena k tomu, aby se stala nějakou povinnou normou nebo sbírkou norem. Některé z postupů představují konzervativní kompromisy a nejsou zde uvedeny všechny situace. Konstruktér je upozorněn na to, že tento dokument není kompletní konstrukční příručkou a neodstraňuje nutnost kompetentního technického posuzování a interpretace. Navrhuje se, aby uživatel přezkoumal každé specifické problémy nebo záležitosti se svým dodavatelem kyslíku, který by měl být schopen poskytnout radu a poučení. 1

Přestože technické údaje poskytnuté v tomto dokumentu nejsou považované za povinné, často se zde v tomto dokumentu používá slovo musí. Použití slova musí představuje důležitou okolnost, tedy že nějaký příslušný způsob, na který je zde v tomto dokumentu proveden odkaz, se musí dodržet z bezpečnostních důvodů. Použití slova měl by znamená, že způsob, na který se zde odkazuje, se obvykle používá, ale připouští, že se někdy používají jiné bezpečnostní postupy. 3 Definice Rozvodné potrubí Potrubí a obsažené komponenty ve vlastnictví (obecně ve vlastnictví zákazníka) na místě použití kyslíku. Potrubí zařízení Potrubí v rámci zařízení na výrobu kyslíku. Přenosová potrubí Potrubí mezi hranicí zařízení na výrobu kyslíku a hranicí rozvodného potrubního vedení včetně potrubí, které je vedeno přes veřejné pozemky a přes pozemky třetí strany. Plynný kyslík Plyn, který obsahuje více než 23,5 objemových % kyslíku (přičemž zbytek jeho komponent jsou inertní plyny). Tepelně odolné slitiny Tepelně odolné slitiny jsou technické slitiny, které poté, co byly vystaveny vznícení, buď nevzplanou nebo projeví reakci uhašení hoření, což má za následek minimální tepelné poškození. Kov používaný při výjimečném tlaku nebo nižším pro definovanou soustavu provozních podmínek včetně čistoty kyslíku, teploty a minimální tloušťky materiálu by měl být za těchto podmínek považovaný za tepelně odolnou slitinu. Příklady kovů, které jsou vysoce tepelně odolné, a proto projevují vysoké hraniční tlaky, jsou měď, nikl a slitiny měď/nikl jako Monel. Jiné technické slitiny jako nerezová ocel mohou prokazovat kolísavé stupně tepelné odolnosti v závislosti na tlaku kyslíku, čistotě kyslíku, teplotě, konfiguraci zařízení, uspořádání potrubí a tloušťce kovu. Hraniční tlak Hraniční tlak í je maimální tlak, při kterém materiál nepodléhá omezením rychlosti v ovzduší obohaceném kyslíkem, kde může dojít k působení (vlivu) částic. Při tlacích nižších než hraniční tlakse považují vznícení a šíření hoření za nepravděpodobné na základě mechanismu vznícení uvedeném v tomto dokumentu. Hraniční tlaky slitin uvedených v dodatku D jsou založené na průmyslových zkušenostech a za podmínek používaných pro testování podporovaného hoření (spalování) podle ASTM G124, zkušební metody pro určení chování spalování (hoření) technických materiálů v atmosféře obohacené kyslíkem [1]. POZN.: Mohou se používat materiály nad hraničním tlakem za předpokladu, že hodnoty rychlosti tlaku jsou nižší než křivky na Obrázcích 2 a 3 nebo že vyhodnocení rizika prokázalo, že vznícení je nepravděpodobné nebo se může zmírnit za pomoci jiných bezpečnostních opatření. Kyslíkové materiály Za účelem tohoto dokumentu jsou kyslíkové materiály technické slitiny, které nepodléhají žádným omezením rychlosti kyslíku v rámci definovaných mezních hodnot tlaku, tloušťky materiálu a čistoty kyslíku. V Dodatku C a Dodatku D je identifikováno složení specifických slitin spolu s jejich omezeními tloušťky a hraničními tlaky pro kyslík. 2

Slitiny mědi Slitiny na bázi mědi, které se používají u komponentů potrubních systémů kyslíku, obecně obsahují minimálně 55 hmotnostních % mědi. V této skupině jsou zahrnuté mědi, mosazi (jedná se o slitinu mědi primárně se zinkem), bronzy (jedná se o slitinu mědi s hliníkem, křemíkem, manganem, cínem, olovem atd.) a mědi-niklové slitiny (jedná se o slitinu mědi s niklem). Tyto slitiny měly vynikající historii aplikace v rámci provozu s kyslíkem. Je však třeba být obezřetnými v případě použití hliníkových bronzů. Hliníkové bronzy, které obsahují více než 2,5 % a až do 11 % hliníku (bráno podle hmotnosti) se ve velké míře používaly pro odlévané komponenty (např. pro těla ventilů, potrubní armatury atd.) pro provoz potrubních kyslíkových vedení mnoho let bez významné historie poruch. Nicméně se nedoporučuje používat hliníkový bronz, protože zkoušky hořlavosti (zápalnosti) prokazují, že při vznícení budou podporovat hoření dokonce i při nízkém tlaku. Obsah hliníku ve slitinách mědi by měl být omezen do 2,5 % (podle hmotnosti). Slitiny niklu Slitiny na bázi niklu, které se používají u komponentů přenosových potrubních systémů kyslíku, obsahují nejméně 50 hmotnostních % niklu, přičemž se používalo obsahu niklu až do 99+ hmotnostních %. Nicméně některé tabulky slitin niklu mohou uvádět slitiny s obsahem niklu jen 30 hmotnostních %. Obecně je tedy možno konstatovat, že čím vyšší je kombinovaný obsah niklu a mědi, tím vyšší je tepelná odolnost takové slitiny. Může být také prospěšná kombinace niklu a kobaltu. Následují některé z hlavních skupin slitin niklu a příslušné příklady každé z nich: nikl (Nikl 200), niklměď (Monel-400 a Monel-500), nikl-chrom (Inconel 600 a Inconel X-750) a nikl-chrom-molybden (Hastelloy C-276 a Inconel 625). Slitiny nerezové oceli Železné slitiny se stanou nerezovými slitinami tehdy, pokud jejich obsah chrómu je nejméně 10 až 13 hmotnostních %. Eistuje řada klasifikací nerezových ocelí. Tyto nerezové oceli jsou závislé na složení slitiny, na krystalické mřížce, na mechanismu zpevňování a na poměru feritových stabilizátorů vůči austenitickým stabilizátorům. Následuje klasifikace nerezových ocelí s příklady pro každý takový typ: - Austenitická (304, 304L, 316, 316L, 321, 347). - Feritická (430). - Martenzitická (410). - Vytvrzování vylučováním (17-4 PH). - Duple (329, SAF 2205). Označení předchozích slitin platilo pro produkty, tedy slitiny pro tváření, ale eistují slitiny, jako jsou CF-8, CF-3, CF-8M, CF-3M, které představují, pokud se jedná o odlévání, obdobu 304, 304L, 316 respektive 316L. Z různých nerezových ocelí se nejběžněji používají nerezové oceli řady 300 a jejich obdoby pro přenosové potrubní systémy plynného kyslíku. Kobaltové slitiny Obchodní výpisy kobaltových slitin obvykle začínají u minimálního obsahu kobaltu nejméně 40 hmotnostních %. Slitiny odolné proti opotřebení, jako jsou Stellit 6 nebo Stellit 6B, se někdy používají jako povlak na lemech ventilu, aby se snížilo poškození erozí na minimální hodnotu a aby se zvýšila životnost ventilu. Slitiny kobaltu mají úspěšnou historii v souvislosti s průmyslovým využitím kyslíku, když se používaly jako povlaky, přestože jejich tenký profil může snížit jejich tepelnou odolnost. Neželezné slitiny Když se v tomto dokumentu použije výraz neželezné slitiny, zahrnuje pouze slitiny mědi, niklu a kobaltu. Nezahrnuje hliník nebo reaktivní materiály, jako je titan nebo zirkonium. 3

Železné slitiny Tato kategorie zahrnuje uhlíkovou ocel, nízkolegovanou ocel a všechny nerezové oceli bez ohledu na to, zda tyto řady slitin jsou ve formě odlitku nebo ve formě tvářené slitiny. Kyslík o standardní čistotě Kyslík o standardní čistotě je definován kyslík o čistotě 99,5+ objemových %. Kyslík o nízké čistotě Plynný kyslík obsahující 35 objemových % kyslíku nebo méně (23,5 % až 35 %). Kyslík o velmi vysoké čistotě (UHP) Čistota kyslíku je minimálně 99,999 objemových procent kyslíku. Rychlost Aktuální objemová průtoková rychlost dělená minimální plochou vnitřního průtočného průřezu potrubí. Je důležité vědět, že rychlost v potrubí a jeho komponentech se může významně lišit. Tlak plynu Tlak plynu je maimální tlak, kterého lze v potrubním systému dosáhnout. 4 Filozofie návrhu 4.1 Obecná kritéria Bezpečný návrh a provoz přenosového potrubí nebo potrubního systému kyslíku závisí na různých faktorech, které se mohou vzájemně ovlivňovat. Tato kapitola popisuje hlavní rizika a nebezpečí, která jsou spojená s kyslíkovými systémy a způsob, kterým taková nebezpečí mohou být minimalizována prostřednictví dobrého technického návrhu. Nebezpečí kyslíku se může účinně znázornit pomocí požárního trojúhelníku, který ukazuje, že pro vznik požáru jsou nutné tři hlavní elementy: oidační činidlo, palivo a zdroj vznícení. Obrázek 1 Požární trojúhelník kyslíku U kyslíkových systémů je samotný kyslík oidačním činitelem a nebezpečí požáru systému se zvyšuje se zvyšující se koncentrací, tlakem, teplotou a průtokovou rychlostí. Palivy u kyslíkových systémů jsou stavební materiály (kovy, nekovy a mazadla) nebo potenciální kontaminanty jako částečky materiálu, oleje nebo maziva. Zdroje vznícení běžné pro kyslíkové systémy zahrnují působení částic, kompresní ohřívání (teplo), ohřívání (teplo) vzniklé třením a další, které jsou uvedeny dále v dokumentu. 4

Protože každá strana trojúhelníku je v kyslíkovém systému v nějaké úrovni vždy přítomná, konstrukce kompatibilní s kyslíkem je zpravidla jediným faktorem, který minimalizuje závažnost každé strany požárního trojúhelníku na přijatelnou úroveň. Např. minimalizace závažnosti oidačního činitele by mohla zahrnovat snížení tlaku, teploty nebo koncentrace kyslíku jako praktické. Minimalizace závažnosti paliva by mohla zahrnovat zajištění používání slitin odolných proti hoření na místech s aktivním mechanismem vznícení. Minimalizace závažnosti mechanismu vznícení by mohla zahrnovat čištění provozu s kyslíkem pro snížení nárazu částic a podporovaného hoření, vyloučení adiabatické komprese a jiných mechanismů. Tudíž bezpečný přenosový nebo distribuční potrubní systém kyslíku zahrnující všechny jejich komponenty je takový systém, který je vyprojektovaný tak, že zohledňuje především: - Oidační činidlo: provozní podmínky kyslíku s ohledem na složení média, rychlost plynu, tlak, teplotu a rosný bod. - Palivo: stavební materiály, volba kovových a nekovových komponent. - Mechanismus potenciálního vznícení: přispívající faktory, které napomáhají vznícení, jako rychlosti plynu a místa působení (vlivu), které napomáhají ke vznícení nárazem částic nebo rychle se otevírající komponenty, které mohou vytvářet teplo (ohřívání) adiabatickou kompresí. Další faktory, které se mají zohlednit, jsou: - Místní podmínky (např. seizmická zóna, půdní charakteristiky). - Platné zásady a metody pro konstrukci potrubních systémů (včetně hodnocení tlaku a tloušťky stěny) a instalaci. - Národní zákony a nařízení, které platí obecně pro přenosová potrubí plynu a výslovně pro kyslíkové systémy. - Standardy čistoty pro provoz s kyslíkem. - Průmyslové zásady správné prae týkající se kyslíkových systémů. Pro rozvod kyslíkem obohacených plynů při nízkých tlacích se používala potrubí zhotovená z nekovového materiálu, jako jsou plastické hmoty nebo kompozitní materiály. Nicméně použití nekovového potrubí pro kyslíkem obohacené plyny ve výrobních zařízeních, v přenosových systémech nebo u distribučních systémů je mimo rozsah tohoto dokumentu a vyžaduje specifické vyhodnocení rizika a použití předběžných opatření. Obvykle plynný kyslík dopravovaný potrubím obsahuje zanedbatelná množství vody a není tedy nutné činit žádná bezpečnostní opatření proti korozi. Nicméně je důležité identifikovat oblasti, kde by mohlo dojít ke kontaminaci potrubních systémů vodou v případě poruchy zařízení (např. u mezistupňových chladičů nebo dochlazovačů kompresoru), a použít vhodný návrh a/nebo monitorovací postupy. Potrubní systémy, které jsou specificky určené pro dopravu vlhkého kyslíku na nepřetržité bázi, kdy by v takovém případě mohlo být potrubí vystaveno působení volné vody, mohou vyžadovat použití speciálních bezpečnostních opatření, jako je použití potrubního materiálu odolného proti korozi nebo použití ochranných povlaků, nátěrů. Je důležité, aby byly všechny používané interní nátěry nebo zpomalovače koroze kompatibilní s kyslíkem, pokud jde o provozní podmínky. Použití potenciálně hořlavých nátěrů nebo tlumičů je zakázáno, dokud není ověřena jejich kompatibilita. Podrobnější základní informace můžete najít v následujících odkazech: ASTM G88, Standardní směrnice (návod) pro konstrukční systémy pro provoz s kyslíkem [2]; ASTM G128, Standardní směrnice (návod) pro řízení nebezpečí a rizik u kyslíkových systémů [3]; Vyhodnocení užitečnosti bezpečnostních norem, volba a čištění materiálů, prostředky a zařízení pro kyslíkové technologie pro aplikace pod vysokými parciálními tlaky kyslíku [4]; ASTM STP 986, Zkouška pro vyhodnocení vhodnosti materiálů pro provoz s kyslíkem Hořlavost a citlivost materiálů v ovzduší obohaceném kyslíkem [5]; ASTM STP 1197 Metoda analýzy nebezpečí pro kyslíkové systémy včetně několika případových studií Hořlavost a citlivost materiálů v ovzduší obohaceném kyslíkem [6]. 5

4.2 Kompatibilita materiálů pro provoz s kyslíkem Kompatibilita materiálů s kyslíkem závisí na mnoha faktorech a znamená, že kompatibilita materiálů s kyslíkem je specifická podle použití. Obecně kritéria přijetí pro materiály pro uvedené použití závisí na dvou klíčových faktorech, hořlavosti a zápalnosti. 4.2.1 Hořlavost materiálu Některé faktory, které určují hořlavost materiálů, zahrnují složení, tloušťku materiálu a provozní podmínky, jako jsou tlak, teplota, koncentrace kyslíku a další. Často se používají standardní zkušební metody pro určení hořlavosti materiálů v kyslíku. U kovů je podporovaná zkouška vznícení podle ASTM G-124 jednou zkouškou, která vyhodnocuje hořlavost jako funkci tlaku v podmínkách zkoušky [1]. Popis podporované zkušební metody vznícení-hoření najdete v Dodatku A. ASTM G-125, Standardní zkušební metoda pro měření požárních mezních hodnot kapalných a pevných materiálů u plynných oidantů je jednou zkouškou, která vyhodnocuje hořlavost nekovových materiálů jako funkci čistoty [7]. Další návod je uveden v ASTM G-94, Standardní směrnice pro vyhodnocení kovů pro provoz s kyslíkem pro kovy a v ASTM G-63, Standardní směrnice pro vyhodnocení materiálů pro provoz s kyslíkem pro nekovové materiály [8, 9] 4.2.2 Mechanismus vznícení a zapalovací řetězec O několika mechanismech vznícení je známo, že způsobují požár v kyslíkových potrubních systémech. V Dodatku B jsou uvedeny běžné mechanismy vznícení u kyslíkových systémů, podmínky, aby tyto mechanismy byly aktivní a některé přispívající faktory, které zvyšují jejich pravděpodobnost. Mechanismus vznícení zahrnuje náraz částic, adiabatickou kompresi (pneumatický ráz), podporované hoření pomocí organických materiálů, teplo od tření, elektrický oblouk a další, jak je uvedeno v Dodatku B. Jestliže eistují specifické podmínky pro mechanismus vznícení, poté se mechanismus vznícení považuje za aktivní. Např. podmínky, které musí eistovat, aby byl aktivní mechanismus nárazu částic, jsou: - Pevné nebo kapalné částice. - Vysoké rychlosti plynu. - Místa působení. Konstrukční postupy popsané v této publikaci jsou určené pro minimalizaci podmínek a přispívajících faktorů týkajících se vznícení. Když se materiál vznítí, oheň může být podporován prostřednictvím zapalovacího řetězce. Když došlo ke vznícení, hořlavý materiál nebo komponent vytváří teplo, které může v závislosti na mnoha faktorech zapálit volně ložený materiál ve svém okolí. Rychlost a rozsah podpory požáru spolu s tlakovým rozvojem bude záležet na tloušťce a hořlavosti materiálu spolu s dalšími faktory. Použití materiálů odolných proti hoření, jako je použití vyňatých slitin podle této publikace, = omezuje se podporování požáru přerušením zapalovacího řetězce. 6

4.2.3 Analýza nebezpečí a vyhodnocení rizika u kyslíku Některé provozní parametry, jako jsou koncentrace, tlak, teplota a rychlost kyslíku, zvyšují nebezpečí vzniku požáru. Když se tyto parametry zvyšují, aplikují se postupně přísnější způsoby provozu s kyslíkem: - Čištění potrubí a zařízení. - Použití kompatibilních nekovových materiálů, a pokud je to vhodné, mazadel. - Použití kovů odolných proti hoření. Analýza nebezpečí u kyslíku je metodou, která se používá pro vyhodnocení rizika vzniku požáru u kyslíkových systémů. Posuzuje pravděpodobnost vznícení nebo následek vznícení (vznícení proti trvalému hoření na základě provozních podmínek], což je popsáno dále v tetu. Může se používat pro volbu materiálu pro nové návrhy nebo pro vyhodnocení kompatibility materiálu u stávajících systémů. Provedení analýzy nebezpečí se vyžaduje, pokud se používají slitiny kovu s vyšším tlakem, než je hraniční tlak a s rychlostmi plynu přesahujícími rychlosti povolené křivkou tlak-rychlost. Proces analýzy nebezpečí u kyslíku je objasněn v ASTM STP 1197, ASTM G63 a ASTM G94 a zpravidla probíhá následovně [6, 8, 9]: - Stanovte podmínky použití (čistota, tlak, teplota kyslíku, rychlost plynu atd.). - Vyhodnoťte hořlavost materiálů u provozního tlaku a tloušťky (viz kapitola 4.2.1). - Vyhodnoťte závažnost mechanismu vznícení na základě přítomných přispívajících faktorů (viz Dodatek B). Mechanismus vznícení pro kovy zahrnuje: náraz částic, teplo/oděr od tření, elektrický oblouk, podporované vznícení od nekovů/kontaminantů atd. Mechanismus vznícení pro nekovy zahrnuje: kompresní teplo, mechanický ráz, tření prouděním, elektrostatický výboj atd. - Vyhodnoťte reakční vlivy požáru (v případě, že by došlo k požáru) na základě závažnosti reakčního vlivu na osoby a provoz. - Analýza by měla zahrnovat seznam dílů, použitý materiál, výkresy a pracovní postupy atd. - Proveďte doporučení pro požadavek dosažení malé pravděpodobnosti vznícení a malých následků vznícení, pokud je to možné. Seznam priorit pro zavedení změn pro snížení rizika vznícení nebo následků požáru je 1) Změnit materiál, 2) Změnit návrh, 3) Změnit provoz, 4) Zavést bariérovou ochranu. 4.3 Volba kovů Hořlavost kovu je hlavním zřetelem pro technickou slitinu používanou v aplikacích kyslíkových potrubí. Chemické složení slitiny, tloušťka komponentu, teplota, tlak kyslíku a čistota kyslíku jsou hlavními proměnnými, které ovlivňují hořlavost kovů. U volby kovů, které se používají u kyslíkových potrubních systémů, se mohou používat hraniční tlaky v kombinaci s křivkami tlak-rychlost uvedenými v tomto dokumentu pro poskytnutí užitečného návodu. Jak bylo uvedeno dříve, tlaky hraniční pro mnoho slitin jsou založené na údajích o hořlavosti z ASTM G124 a dalších jiných faktorů [1]. Pomocí této metody se na aplikaci uplatní omezení rychlosti plynu, kde se používají stavební slitiny o tlacích vyšších, než je jejich tlak hraniční, aby se minimalizovalo nebezpečí vznícení nárazem částic. Pokud je aplikační tlak vyšší než publikovaný tlak hraniční, aplikační rychlost plynu musí odpovídat oblasti pod specifickou křivkou tlaku-rychlosti v závislosti na přítomnosti míst působení. Pokud je aplikační tlak nižší než tlak hraniční, slitina se považuje za odolnou proti hoření a tím nejsou požadována žádná omezení rychlostí. Je nutné porozumět tomu, že křivky tlak-rychlost pouze určují mechanismus vznícení nárazem částic. Mohou eistovat jiné mechanismy vznícení a tyto by měly být vyhodnoceny podle Dodatku B. Volba slitin odolných proti hoření podle kapitoly 4.2.2.2. je jednoduchým řešením pro konstruktéra, který by mohl také provádět analýzu nebezpečí kyslíku, která je uvedena v kapitole 4.2.1, pro stanovení, které jiné volby mohou být k dispozici. Hliník by se mimo chladicí skříň neměl používat u potrubních systémů plynného kyslíku. 7

4.3.1 Hraniční tlaky z hlediska rychlosti pro kyslík se standardní čistotou 4.3.1.1 Technické slitiny V Dodatku C jsou uvedena jmenovitá složení technických slitin a systémů slitin, pro které jsou definované pro hraniční tlaky z hlediska rychlosti v tomto dokumentu. Všeobecně jsou slitiny a systémy slitin takové, pro které eistují publikované údaje o hořlavosti. Technické postupy, podle nichž se může provádět vyhodnocení hořlavosti u slitin, které nejsou uvedené v Dodatku C, jsou popsané v kapitole 4.2.1 a v Dodatku A. 4.3.1.2 Tlaky hraniční a účinky tloušťky V Dodatku D je uveden seznam hraničních tlaků pro slitiny uvedené v kapitole 4.3.1.1. Harniční tlaky jsou založené na kritériu hoření menším než 30 mm (1,18 palců) pro zkušební vzorek, viz Dodatek A. Tloušťka představuje velice důležitou proměnnou veličinu, pokud se jedná o hořlavost komponentu. Tloušťka kovu nebo slitiny nesmí být menší než minimální hodnota, která je předepsána v Dodatku D. Jestliže je tloušťka menší, než je předepsaná minimální hodnota, slitina se musí považovat za hořlavou a musí se dodržovat omezení ohledně rychlosti vhodná pro tlak systému. hraniční tlakby neměl být etrapolován mimo daný rozsah tloušťky 3,18 až 6,35 mm (0,125 až 0,250 palců). Alternativně je možné provádět vyhodnocování hořlavosti s použitím příslušných pracovních postupů uvedených v kapitole 4.2.1 a v Dodatku B, což může vést k úsudku, že omezení rychlosti není nutné použít. 4.3.1.3 Ochranné vyložení a ochranné nátěry svárů Ochranné vyložení a ochranné nátěry svárů slitin vykazujících odolnost proti hoření se mohou použít ve spojení s komponenty z uhlíkové oceli nebo z nerezové oceli v případech, kdy by vysoké rychlosti a tlaky kyslíku mohly mít za následek vznícení v důsledku nárazu částic. Typickými volbami v tomto případě jsou slitiny mědi, niklu nebo Monel. Obecně se používají pro nátěry nebo vložky minimální tloušťky řádově 1 mm až 3 mm (0,04 až 0,12 palce) podle ASTM G88.Požadavky na minimální tloušťku u specifických kovů [2] najdete v Dodatku D. Elektrolyticky pokovené povrchy nebo bezproudově pokovené povrchy nejsou vyhovující kvůli nepřiměřené tloušťce ochranného povlaku a nátěrů sváru nejobvykleji používaného pro tyto procesy, dokud nebylo provedeno specifické vyhodnocení rizika, které vyhodnocuje faktory, jako jsou vodíková křehkost (křehnutí), mechanické opotřebení tenkých ochranných nátěrů a další. Slitiny s navařeným tvrdým povlakem jsou také kandidáty, pokud se také požaduje odolnost proti abrazi, nicméně slitina s navařeným tvrdým povlakem a tepelná odolnost podkladové slitiny musí být vhodná pro podmínky procesu založeném buď na rychlosti systému, hraničních tlacích uvedených v Dodatku D, nebo na podrobném vyhodnocení rizika. 4.3.2 Atmosféry obohacené kyslíkem se sníženou čistotou 4.3.2.1 Vlivy snížené čistoty Dochází ke zvýšenému počtu použití, kde může být požadováno obohacení kyslíkem nad běžnou atmosférickou koncentraci, avšak méně než je jmenovitá hodnota 99,5 % objemových. V závislosti na specifických parametrech, jako jsou tlak kyslíku a teplota kyslíku, mohou vést snížené čistoty kyslíku ke snížení hořlavosti kovů, jestliže dojde ke vznícení. Tudíž by poté nebylo nutné aplikovat omezení rychlosti. Údaje o hořlavosti kovů v prostředích obohacených kyslíkem se sníženou čistotou jsou však k dispozici v menší míře, přestože eistuje v tomto ohledu několik užitečných publikací [5, 6, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20]. Eistují tři možnosti, které se mohou zvážit: - Možnost 1. Považujte atmosféru obohacenou kyslíkem se sníženou čistotou jako ekvivalentních 99,5+ objemových procent kyslíku a používejte hraniční tlakuvedený v Dodatku D pro kyslík 8

o standardní čistotě. Toto představuje konzervativní a velmi bezpečný přístup, který se stává konzervativnějším se snižováním čistoty kyslíku. - Možnost 2. Považujte kyslík se sníženou čistotou jako ekvivalentní plynnému čistému kyslíku při tlaku odpovídajícímu jeho parciálnímu tlaku kyslíku v plynné směsi. hraniční tlakje uvedený v Dodatku D pro specifickou plynnou směs kyslíku se sníženou čistotou a bude proto představovat parciální tlak kyslíku. Toto představuje bezpečný přístup, avšak nikoliv tak konzervativní jako v Možnosti 1. - Možnost 3. Zkoušení na hořlavost se může provádět na materiálech systému v prostředí kyslíku se sníženou čistotou s použitím pracovních postupů uvedených kapitole 4.2.1 a v Dodatku A. Jestliže materiál nevykazuje odolnost proti hoření, musí se aplikovat omezení ohledně rychlosti kyslíku, jak je uvedeno v odstavci 4.4. Pokud výsledky zkoušek indikují, že kov vykazuje odolnost proti hoření pro příslušnou tloušťku, pro hodnoty čistoty kyslíku a příslušné tlaky, poté není nutné aplikovat rychlostní omezení. 4.3.2.2 Čistoty kyslíku 35 % objemových Při tlacích až do 21 MPa (3000 psig) a při obsahu kyslíku nižším než 35 % objemových jsou systémy bez uhlovodíků a zhotovené z železného a/nebo neželezného materiálu zproštěné od rychlostních omezení. Za těchto podmínek se prokázalo zkušební metodou hoření s podporovaným vznícením (viz Dodatek A), že jak uhlíková ocel, tak nerezová ocel představují materiály vykazující odolnost proti hoření. Nicméně, pro tyto potrubní systémy se doporučuje kyslíková čistota a použití nekovových materiálů, kompatibilních s kyslíkem, jak je uvedeno v kapitole 4.5. 4.3.2.3 Rozvody plynného kyslíku za odpařovací stanicí U některých systémů může konstruktér zvolit potrubí a zařízení z nerezové oceli, aby se minimalizovala přítomnost částic. Příkladem takového systému by mohla být dodávka plynu prostřednictvím odpařování kapalného kyslíku. Za předpokladu, že je systém dostatečně vyčištěný, profouknutý a zkontrolovaný a nelze identifikovat žádný zdroj částic během uvádění do provozu a životnosti potrubí, zproštění od požadavků na rychlost kyslíku by mohlo být oprávněné prostřednictvím analýzy rizika kyslíku vyhodnocující různé zdroje vznícení. 4.3.3 Atmosféry kyslíku o velmi vysoké čistotě (UHP Ultra high purity) 4.3.3.1 Obecně Zvyšující se měrou se kyslík o velmi vysoké čistotě (UHP) používá v aplikacích moderních technologií, jako je tomu v případě polovodičů nebo elektroniky. Speciální požadavky, které jsou spojené s těmito případy použití, vyžadují téměř celkovou eliminaci částic, které by mohly přispívat mechanismu vznícení nárazem částic. Navíc ke specifickým postupům čištění systémy kyslíku UHP vyžadují použití speciálních monitorovacích postupů, aby tak byly zajištěny podmínky bez částic. Tyto systémy se v typických případech vyrábějí z nerezové oceli. 4.3.3.2 Tlak systému Rozsah systémových tlaků plynu je obvykle pod 4MPa (600 psig). S vyššími tlaky se můžeme setkat v dodávkových systémech využívajících vysokotlaké láhve. 4.3.3.3 Hraniční rychlosti Nepřítomnost částic a zápalných kontaminantů u čištěných systémů z nerezové oceli s UHP kyslíkem je významným faktorem, který zamezuje vznícení mechanismem založeným na nárazu částic. Z toho důvodu jsou systémy s UHP kyslíkem, které jsou řádně čištěny a udržovány, jsou zproštěny od požadavků na rychlost kyslíku, přestože mohou být přítomny jiné mechanismy vznícení (jako adiabatická komprese), které by mohly vznítit nekovový komponent. 9

4.3.3.4 Čištění systémů s UHP kyslíkem Čištění potrubních systémů s UHP kyslíkem vyžaduje speciální subdodavatele čištění, kteří budou schopni dodržet hladiny kontaminačních látek na úrovních nepřesahujících 1000 mikrogramů na čtverečný metr. Tito prodejci musí být přísně kvalifikováni a musí se u nich pravidelně provádět audity, kontroly a přezkoumávání procesu. 4.3.3.5 Teplotní omezení Údaje týkající se hořlavosti kovů uvedené v kapitole 4.2 souvisí s kyslíkovými potrubními systémy až do: 150 C (303 F) pro potrubní systémy v provedení z uhlíkové oceli. 200 C (398 F) pro potrubní systémy v provedení z nerezové oceli a z neželezných materiálů. Systémy, které jsou provozované při teplotách nad výše uvedenými mezními hodnotami, budou vyžadovat provedení dodatečné analýzy. Komponenty nebo materiál mohou vyžadovat testování hořlavosti materiálů nebo testování ohledně nárazů částic při zvýšených teplotách, aby byla zajištěna bezpečnost systému. V případě provozních teplot nižších než -20 C budou požadovány oceli, které vykazují odpovídající hodnoty lomové houževnatosti, stejným způsobem, jako když jde o jiné průmyslové plyny. 4.4 Kritéria rychlosti a tlaku plynu 4.4.1 Obecně Dimenzování potrubního systému je v převážné míře založeno na konstrukční rychlosti. Tato rychlost je založena na normálním provozu zařízení a spotřebě a není založena na rychlostech, které se mohou vyskytnout následkem mechanických poruch nebo jiných neobvyklých okolností, jako jsou např. porucha regulačního ventilu nebo zvednutí či tedy zareagování pojistného odlehčovacího ventilu. Výraz rychlost v tomto případě znamená průměrnou osovou rychlost v potrubí při všech definovaných provozních tlacích, teplotách a průtočných množstvích. Pro potrubní zařízení se musí rychlost zakládat na minimální ploše průtočného příčného průřezu komponentu. Mohou být definovány vícenásobné provozní podmínky, pro které se musí zvážit všechny rychlosti. 4.4.2 Křivka rázové rychlosti a výběr kovového materiálu pro potrubí a zařízení Křivka rázové rychlosti uvedená na Obrázku 2 se musí používat pro návrh a projekt a pro volbu materiálu nových potrubních vedení, ventilů, zařízení a přidružených potrubních systémů, kde mohou eistovat místa, kde by k takovým nárazům mohlo dojít. Viz kapitoly 5.2.1 a 5.2.2. Projektant provede volbu kovů podle křivky rázové rychlosti a jejich tlaků vynětí, jak jsou definovány v kapitole 4.2. Při nižší hodnotě než hraniční tlak(viz Dodatek D) se může použít jakýkoliv kovový materiál bez rychlostního omezení. Při hodnotách vyšších než je hraniční tlak projektant zkontroluje, zda rychlost zůstane pod křivkou rychlosti při nárazu. Pro rychlosti, které se nacházejí pod křivkou rychlosti při nárazu, se může použít uhlíková ocel, nerezová ocel a další kyslíkovémateriály. Nad touto křivkou rázové rychlosti se musí použít pouze kyslíkovémateriály nebo se musí provést alternativní opatření ke zmírnění rizik. Potrubní systémy jsou obvykle vyrobeny z uhlíkové oceli, a proto je nutné omezit rychlost plynu na hodnotu, která se nachází pod křivkou rázové rychlosti. Jiné zřetele ohledně návrhu mohou také vyžadovat nižší rychlosti, jako pokles tlaku, rázový efekt plynu, snížení hluku, vibrací a potřeba omezit kinetickou energii. Omezení rychlosti v místech, kde nedochází k nárazům, jsou uvedena v kapitole 4.4.3. U tlaků nižších než 0,21 MPa (30 psig) je dle zkušeností v průmyslu možné při provozu s kyslíkem používat hliník a tenkostěnnou nerezovou ocel bez rychlostních omezení s použitím řádným způsobem navržených 10

komponent s vhodným vyhodnocením rizika. To kvůli nízkým rychlostem hoření, které tyto materiály vykázaly při zkouškách hořlavosti při nízkém tlaku. Doporučuje se, aby byly komponenty pro tyto vyhodnocovány případ od případu. Analýza nebezpečí systému (potrubí nebo zařízení) může odůvodnit jiná řešení než použití materiálů vykazujících odolnost proti hoření, například: - Použití ochranné desky, vyrobeného z vyňatého materiálu v místech, kde dochází k nárazům. - Minimalizace přítomnosti částic použitím filtrace pro částice 150 mikronů a menší. - Další výjimky jsou uvedené v kapitolách 4.2.3, 4.2.4, 5.2.2 a 5.2.3. Obrázek 2 Křivka rychlosti s nárazy Křivka uvedená na Obrázku 2 je platná pro konstrukční teploty až do 150 C (302 F) pro potrubí z uhlíkové oceli, a do 200 C (392 F) pro potrubí z nerezové oceli a neželezná potrubí. Teplotní omezení uhlíkové oceli se může zvýšit na 200 C (392 F) za předpokladu, že se provede riziková analýza, která zahrne takové faktory jako provozní podmínky, provozní zkušenosti, eperimentální údaje atd. Tlaky jsou omezené na maimální hodnotu 21 MPa (3000 psig). Rovnice křivky rázové rychlosti uvedená na Obrázku 2 je definována následujícím způsobem: - Je-li 0,3 MPa abs (45 psia) P 1,5 MPa (225 psia), poté V (m/s) = 30 m/s (100 ft/s) - Je-li 1,5 MPa (225 psia) P 10 MPa (1500 psia), poté P V = 45 MPa m/s (22 500 psia ft/s) - Je-li 10 MPa (1500 psia) P 20 MPa (3000 psia), poté V (m/s) = 4,5 m/s (15 ft/s) 4.4.3 Rychlostní omezení v místech, kde nedochází k nárazům Rychlost se může zvýšit až na hodnotu vyznačenou křivkou uvedenou na Obrázku 3, v místech potrubního systému, kde nedochází k nárazům. Viz kapitoly 5.1.1 a 5.2.2. Pro rychlosti nad křivkou rázových rychlostí se musí použít kyslíkovémateriály nebo provést alternativní opatření ke zmírnění rizik. 11

Obrázek 3 Křivka rychlosti bez nárazů Křivka uvedená na Obrázku 3 je platná pro teploty až do 150 C (302 F) pro potrubí z uhlíkové oceli a do 200 C (392 F) pro potrubí z nerezové oceli a neželezná potrubí. Teplotní omezení uhlíkové oceli se může zvýšit na 200 C (392 F) za předpokladu, že se provede analýza nebezpečí, která zahrne takové faktory jako podmínky na stanovišti, provozní zkušenosti, eperimentální údaje atd. Tlaky jsou omezené na maimální hodnotu 21 MPa (3000 psig). Rovnice křivky rychlosti bez nárazů je definována následujícím způsobem: - Je-li 0,3 MPa abs (45 psia) P 1,5 MPa (225 psia), poté V (m/s) = 60 m/s (200 ft/s) - Je-li 1,5 MPa (225 psia) P 10 MPa (1500 psia), poté P V = 80 MPa m/s (40 000 psia ft/s) - Je-li 10 MPa (1500 psia) P 20 MPa (3000 psia), poté V (m/s) = 8 m/s (26,6 ft/s) 4.5 Nekovové materiály 4.5.1 Vlastnosti a rizika Většina nekovových materiálů je méně kompatibilní s kyslíkem, než je tomu u kovových materiálů. Nekovové materiály se používají převážně pro plochá těsnění, na sedla ventilů, jako maziva závitů, těsnění závitů, pro těsnění ventilu a podobná použití pro snížení tření a minimalizaci úniků plynu. Mnoho nekovových materiálů je v kyslíku hořlavých dokonce při nízkém absolutním tlaku a při čistotách vyšších než 23,5 %. Hlavními faktory, které ovlivňují jejich vznícení, jsou tlak, teplota a koncentrace kyslíku. Inde kyslíku (OI) představuje minimální obsah kyslíku ve směsi plynného kyslíku- dusíku, který bude udržovat svíčku zkušebního vzorku jako hořící. Přednost se dává materiálům s vysokým kyslíkovým indeem. Údaje indeu kyslíku uvedené v ASTM G63 pro různé nekovové materiály se testují při atmosférickém tlaku [9]. Zpravidla inde kyslíku materiálu se snižuje se zvyšujícím se tlakem systému. U zapalovacího řetězce procesu požáru představuje nekovová část často článek podporující vznícení objemu volného kovového materiálu. Spalné teplo nekovového komponentu je proto důležitým parametrem. Upřednostňované nekovové materiály mají spalné teplo nižší než 2500 cal/g (4500 12

BTU/lb) v porovnání s hodnotou 10 000 cal/g (18 000 BTU/lb) u běžných uhlovodíkových produktů (viz kapitola 7.6.6 dokumentu ASTM G63) [9]. K posouzení kompatibility nekovového materiálu s kyslíkem je významným parametrem, který je nutné brát v úvahu, teplota samovznícení (AIT). Ve skutečnosti je obvyklé aplikovat diferenci minimálně 100 C (212 F) mezi provozní teplotou a teplotou samovznícení (AIT). Nižší diference 50 C (122 F) může být akceptována za předpokladu provedení doplňkových zkoušek (viz [5] Bundesanstalt für Materialforschung und Prüfung (BAM) pracovní postup pro vyhodnocení plochého těsnění pro kyslík). Nicméně je důležité kontrolovat chování produktu v kyslíkové atmosféře při maimálním provozním tlaku a teplotě. Materiál může být vystaven účinku plynného média nebo mechanickému rázu [17, 18]. Výsledek mechanického rázu v prostředí kapalného kyslíku může představovat užitečnou indikaci o chování produktu, protože kapalný kyslík se může považovat za zdroj kyslíku o vysoké hustotě. Měření teploty samovznícení (AIT), viz ASTM G72, Standardní zkušební metoda pro teplotu samovolného vznícení kapalných látek a pevných látek u vysokotlakého prostředí obohaceného kyslíkem a ISO 11114-3, Lahve na přepravu plynů Kompatibilita materiálů lahve a ventilu s plynným obsahem část 3: Zkouška vznícení v kyslíkové atmosféře [19, 20]. Protože může docházet k pomalé oidaci a ke změně vlastností produktu, může se provádět procedura stárnutí [21]. Chování nekovových materiálů v rámci generických klasifikací se může při zkouškách kompatibility s kyslíkem měnit v závislosti na zdroji dodávky materiálů. Měla by se brát v úvahu kvalifikace prodejců dodávaných materiálů. Za účelem údržby je důležité zajistit, aby se používaly správné náhradní díly, které byly vybrané kvůli jejich kompatibilitě s kyslíkem. Došlo k mnoha požárům, které byly důsledkem změny při výběru a použití náhradních dílů. Energie, která je nezbytná pro vznícení nekovového dílu, se může vytvořit: - Adiabatickou kompresí kyslíku. - Interní ohebností vlastního měkkého materiálu v důsledku vibrací, rezonance nebo tření při proudění. - Mechanickým rázem, třením nebo prasknutím po vyboulení. - Hořením oblouku kvůli výboji statické elektřiny nebo následkem blesku. - Podporovaným vznícením hořícími částicemi. Vyhodnocení stanovení pravděpodobnosti vznícení spolu s posouzením reakčního efektu mohou vést konstruktéra k optimalizaci projektu a k výběru materiálů. Příklady tohoto postupu jsou uvedeny v dokumentu ASTM G 63 [9]. 4.5.2 Konstrukční postupy a výběr materiálu Při navrhování systému obsahujícího nekovové materiály je vhodné dodržovat následující postupy: - Minimalizovat množství nekovových materiálů používaných v kyslíkových systémech. - Do návrhu vzít v úvahu odvod tepla uložením nekovové části (dílu) do odpovídající hmoty kovového materiálu odolného proti hoření, což bude působit jako jakási tepelná jímka. - Zabránit umisťování nekovových materiálů přímo do proudu plynu. - Zabránit nadměrnému pohybu komponentu. - Zajistit, aby materiál byl z fyzikálního a chemického hlediska za provozních podmínek stabilní. - Zajistit, aby nekovový komponent nebránil elektrické kontinuitě mezi vnitřními částmi (interními díly) kromě izolačních spojů. Kromě těchto konstrukčních postupů by se měla věnovat speciální pozornost postupu čištění zejména v takovém případě, když se používá rozpouštědlo. V tomto případě je důležité zkontrolovat, zda je rozpouštědlo kompatibilní s nekovovými materiály a tím zabránit jakémukoliv znečištění nekovové části (dílu) nebo nějakého prvku zařízení znečištěným rozpouštědlem. Měly by se odstranit všechny zbytky rozpouštědel použitých při čištění. 13

Specifické informace o návrhu, konstrukci a instalaci nekovových materiálů najdete v příslušných kapitolách o zařízení. U komponent vystavených adiabatické kompresi by se mělo zvážit testování na malých prvcích (položkách) zařízení (< 25 mm/1 palec), zejména u regulátorů kyslíku [26]. Dokument ASTM G 63, výsledky zkoušek prováděných BAM v Berlíně a další důležité publikace EIGA, CGA a ASTM by mohly konstruktérovi pomoci při výběru nekovových materiálů [9, 22, 5, 6, 10, 11, 16, 23, 24, 25, 26]. Příklady nekovových materiálů vykazujících nejlepší kompatibilitu s kyslíkem jsou (při volbě nekovových materiálů by se měly zvážit konstrukční teploty): - Fluorované polymery včetně výrobků z plastické hmoty, jako je polytetrafluorethylen (PTFE), fluorovaný ethylen propylen (FEP) nebo polychlortrifluorethylen (PCTFE). - Elastomerové produkty, jako jsou Neoflon, Kalrez, Viton nebo Fluorel. - Amorfní polymery, jako jsou polyamidy (Vespel SP21). - Keramika a sklo, které jsou zcela oidovanými produkty, vykazují odolnost proti hoření, ale jsou křehké, takže se zpravidla používají s pojivem jako kompozitní produkty. Krystalická struktura je velmi stabilní a odolná proti hoření jako v případě grafitu, který vykazuje vysokou kompatibilitu s kyslíkem dokonce i při vysokých teplotách. - Další produkty uvedené na seznamu BAM [22]. VAROVÁNÍ: Fluorované polymery mohou při svém hoření uvolňovat toické plyny. Složení nekovových materiálů se může měnit. Uživatelé by měli ověřit složení a kompatibilitu nekovových komponentů před jejich použitím v provozu s kyslíkem. Maziva jsou také podrobně uvedena v kapitole 5.5. 4.6 Potrubní systémy 4.6.1 Podzemní potrubní systémy Potrubí by mělo být provedeno jako svařovaná konstrukce v souladu se specifikací a požadavky norem, jako je API 1104 (Americký petrolejářský institut), Svařování potrubí a příslušných zařízení nebo jakákoli jiná uznávaná sbírka norem. Podzemní potrubí musí být na vnější straně opatřeno ochranným nátěrem podle schválené specifikace, aby byla zajištěna ochrana proti půdní korozi [27]. Doporučují se odkazy na aktuální, v mezinárodním měřítku přijaté normy a specifikace ochranných nátěrů, povlaků [28, 29, 30, 31]. Podzemní potrubí by mělo být odpovídajícím způsobem uložené v zemi tak, aby byla zajištěna ochrana před zamrzáním, před náhodnými povrchovými stavbami, před posunem v důsledku nestability půdy, před poškozením vnějšího povrchu potrubí nebo ochranného nátěru a aby byla zajištěna ochrana před zatížením na povrchu, jako jsou zatížení od vozidel nebo zařízení pohybujících se nad vedením takového potrubí. V případě potrubní přeložky komunikace by potrubí mělo křižovat silnici nebo železnici poku d možno kolmo. Dává se přednost nekrytým křižením komunilace Když je nainstalováno obložení trubek nebo ochrany proti zatížení na železničních nebo silničních křižovatkách, měly by se pozorně přezkoumat systémy katodické ochrany zakrytých přelžek. Kryty mohou snížit nebo vyloučit účinnost katodické ochrany. Zavedení krytu vytváří komplikovanější elektrický systém než by převládal pro nekryté potrubní přeložky. To by mohlo vést k problémům při interpretaci měření katodické ochrany u krytých přeložek. Zkušební stanice s kontrolními kabely připojenými k nosné trubce a pažnici mohou být poskytnuty na kryté přeložce. Ochrany proti zatížení by se měly nainstalovat tam, kde může dojít k neobvyklým zatížením na povrchu. Použití ochranných krytů nebo pouzder vyžaduje speciální opatření, aby nedošlo k potížím s katodickou ochranou a aby se zabránilo hoření oblouku, což může být způsobeno elektrickým spojením vytvořeným mezi potrubním pouzdrem a nosnou trubkou v důsledku sedání atd. Podzemní kyslíkové potrubí je zvláště zranitelné, pokud se jedná o poškození v důsledku úderu blesku nebo v důsledku zemních poruchových podmínek, což může vést ke vznícení potrubního materiálu. Mělo by se zabránit elektrické průchodnosti (propojení) mezi podzemním kyslíkovým 14