Kodėl slėgio bandymas yra svarbus įrangos saugumui?

Slėgio bandymų vaidmuo užkertant kelią įrenginių gedimams

Suprasti slėgio bandymų prasmę pramonės saugumo srityje

Slėgio bandymai tikrina, ar pramonės sistemos gali atlaikyti apkrovą, kuri yra didesnė nei kasdien patiriama įprastinė apkrova. Ši praktika puikiai integruojama į standartines saugos procedūras, veikiant kaip įtaisyta apsaugos priemonė dar prieš kylant problemoms. Įmonėms, dirbančioms su pavojingomis medžiagomis, tokie bandymai yra būtini, kad būtų užtikrinta saugi veikla. Pavyzdžiui, katilai ar cheminiai reaktoriai dažnai turi būti tikrinami esant maždaug 150 % virš jų įprasto darbinio slėgio, kad būtų patvirtinta, jog jie neišeis iš rikiuotės, kai sąlygos taps sunkesnės. Toks kruopščtas tikrinimas padeda išvengti nelaimingų atsitikimų, kurie ateityje galėtų turėti rimtų pasekmių.

Kaip slėgio bandymai aptinka konstrukcinius trūkumus dar prieš įvykstant katastrofai

Slėgio bandymai padeda aptikti problemas, kurias įprasti vizualiniai patikrinimai paprasčiausiai negali pastebėti, ypač kai imituojame labai sunkias sąlygas, su kuriomis įranga gali susidurti realybėje. Pagal 2024 metais paskelbtą PERC (Pressure Equipment Research Council) tyrimą, apie aštuoni iš dešimties anksti sugedusių talpų niekada nebuvo išbandyta paprastais slėgio testais. Šią metodą daro tokį vertingą tai, kaip tiksliai jis nustato problemas dar prieš jos virstant katastrofomis. Taip pat Ponemon institutas atliko tam tikrus skaičiavimus, kurie parodė, kad įmonės vidutiniškai sutaupo apie 740 tūkstančių dolerių per metus, kai šias problemas aptinka laiku, o ne susiduria su visaverte avarija vėliau.

Prevencinių saugos vertinimų naudojimas nutekėjimams ir sistemos gedimams neleisti

Reguliarūs slėgio bandymai padeda laiku pastebėti problemas, susijusias su sandarikliais ir medžiagų nubrozdinimais, kol jos neperaugo į didesnes problemas, tokias kaip nutekėjimai, kurie gali sukelti aplinkos taršą arba priversti visą procesą sustabdyti. Pagal 2022 metų tyrimus, atliktus naftos perdirbimo įmonėse, maždaug dvi trečiosios visų talpyklų gedimų prasidėjo ten, kur vamzdžių sistemose buvo praleisti būtini slėgio patikrinimai. Nauda čia yra ne tik susijusi su saugumu. Kai įmonės laikosi planinių patikrų tvarkos, o ne laukia, kol suges įranga, jų įrenginiai paprastai tarnauja 20–35 % ilgiau. Tai buvo ne tik teorinė prielaida. Trijų metų tyrimas chemijos gamybos įmonėje patvirtino šiuos rezultatus, kurie buvo paskelbti žurnale „Process Safety Progress“ 2024 metais.

Užtikrinti slėginės talpyklės ir vamzdžių sistemų konstrukcinį vientisumą

Talpyklės vientisumo vertinimas naudojant hidrostatinį bandymą siekiant užtikrinti slėginių talpyklų saugumą

Kai kalbama apie slėgio induose esančios saugos patikrą, hidrostatinio bandymo metodas išlieka vienu geriausių esamų metodų. Procesas apima indą pripildant vandeniu, kurio slėgis yra 1,5–3 kartus didesnis nei normalus darbo slėgis, kad būtų galima aptikti nutekėjimus ar konstrukcinius trūkumus. Nauji 2024 m. medžiagų senėjimo tyrimai parodė ir vieną įdomią tendenciją. Slėgio indai, kurie sėkmingai išlaikė vandens bandymus, per penkerius metus susidūrė maždaug 28 % mažiau su metalo nuovargio susijusių problemų nei nebandyti indai. Šio bandymo vertė daroma ta, kad jis leidžia aptikti tokius trūkumus kaip mikroskopinės poros suvirinimo siūliuose ar medžiagos kokybės svyravimai, kurių paprasti vizualiniai patikrinimai nepastebi. Be to, atlikus tokius bandymus užtikrinama, kad viskas atitinka ASME Section VIII Division 1 standartus, kurių privaloma laikytis daugelyje pramonės šakų.

Defektai, dažniausiai aptinkami atliekant slėgio bandymus: korozija, įtrūkimai ir sienelių storio sumažėjimas

Pagal naujausius turto valdymo standartus (ISO 55001:2023), daugiau nei pusė visų avarijų vamzdynuose įvyksta dėl korozijos, kuri nepastebimai nubrozdina sienas per reguliarius patikrinimus. Norint aptikti šias paslėptas problemas, slėgio bandymai yra būtini, nes jie stumia medžiagas už jų įprastų ribų. Tyrimai taip pat rodo kažką labai nerimą keliančio: maždaug 4 iš 10 rafinuotuvų talpų pradeda rodyti mikroįtrūkius apie suvirinimo taškus vos praėjus aštuoneriems metams nuo eksploatacijos pradžios. Todėl šiuolaikinės apžiūros metodai derina automatinį ultragarsinį nuskaitymą su pakartotiniais slėgio bandymais. Šie sujungti metodai padeda stebėti, kaip greitai defektai plinta per vamzdynus ir talpas laikui bėgant, suteikiant inžinieriams geresnį supratimą apie tada, kada priežiūra tampa kritiškai būtina, o ne reakcinė.

Atvejo analizė: Rafinuotuvės talpos avarija dėl nepastebėtos medžiagos degradacijos

2023 metais didelėje rytuose Amerikoje esančioje rafinuotuvėje įvyko katastrofiškas rezervuaro plyšimas, nes sieros korozija buvo sunaikinusi 68 % sienelių storio svarbiuose vietose, ką ankstesnės apžiūros kažkaip praleido. Kai jie išanalizavo, kas po to nutiko, bandymai parodė, kad šis konkrečias indas galėjo išlaikyti tik apie 80 % apkrovos, kurią jis turėjo atlaikyti esant normalioms sąlygoms. Tai dar labiau kelia nerimą, nes pagal naujausius NACE SP21430-2024 pramonės gaires, maždaug septynios iš dešimties slėgio incidentų iš esmės atsiranda dėl paslėptų nublukimo formų, kurios paprasčiausiai nepastebimos, kol sistema patiria rimtą apkrovą.

Atitiktis tarptautiniams standartams (ASME, API, ISO) atliekant slėgio bandymus

ASME, API ir ISO reikalavimų apžvalga, susijusi su slėgio įrenginių bandymu

Atsižvelgiant į slėgio bandymus, yra trys pagrindiniai tarptautiniai standartai, kurių būtina laikytis: ASME (American Society of Mechanical Engineers), API (American Petroleum Institute) ir ISO (International Organization for Standardization). ASME gairės, ypač nurodytos ASME BPVC skirsnyje VIII, reikalauja hidrostatinių bandymų esant 1,5 karto didesniam konstrukciniam slėgiui tiek talpoms, tiek vamzdynų sistemoms. Tuo tarpu API specifikacijos labiau orientuotos į tinkamų suvirinimų užtikrinimą ir medžiagų, naudojamų naftos ir dujų infrastruktūroje, patvirtinimą. Dokumentacijai ir saugos patikrai įvairiose pramonės šakose, ISO 9001 ir 45001 pateikia naudingas struktūras. Visi šie standartai kartu sudaro pagrindą defektams laiku aptikti ir veiksmingai valdyti rizikas. Pagal 2023 metų Global Process Safety Report, įmonės, kurios laikėsi ASME B31.3 standarto, pažymėjo apie 22 % mažesnį vamzdynų gedimų skaičių, kai buvo užtikrintas tinkamas atitikimas.

Inžinerinių standartų taikymas pramonės ir proceso saugumo srityse

Tie, kurie nustato taisykles, užtikrina jų laikymąsi, atlikdami reguliarius patikrinimus, prasidėdami ekspertus iš šališkai patvirtinti atitikimą ir prisiimdami atsakomybę už įmones, kai kyla problemų. Paimkime naftos perdirbimo įmones kaip pavyzdį. Tuose, kurie vadovaujasi API 570 standartu, pagrindiniai dujotiekiai turi būti išbandyti pakartotinai praėjus penkeriems metams. Jie atlieka tiek slėgio bandymus, tiek matuoja metalo storį naudodami specialias garso bangas. Objektai, neatitinkantys šių reikalavimų, dažnai būna uždaryti, kol bus ištaisytos problemos, be to, gali būti taikomos baudos, viršijančios 500 000 dolerių už kiekvieną pažeidimą, kaip nurodyta OSHA taisyklėse. Griežta priežiūra taip pat veikia gana gerai. Daugelyje vietų (apie 97 proc.), kurios laikosi ISO sertifikuotų bandymų metodų, pavyksta išlaikyti veiklą be netikėtų gedimų, kaip nurodyta praeitų metų „Industrial Safety Journal“ leidime.

ASME B31.3 ir hidrostatinio bandymo reikalavimai ir jų saugos aspektai

Pagal ASME B31.3 gaires, atliekant hidrostatinius bandymus technologinėse vamzdynų sistemose, būtina išlaikyti bent 1,5 karto virš maksimalios eksploatacinės slėgio ribos maždaug dešimt minučių. Vandens temperatūra šių bandymų metu turi būti aukštesnė nei 15 laipsnių Celsijaus, kad būtų išvengta medžiagos trapaus lūžimo problemų. Pneumatinis bandymas yra visai kita problema. Daugelyje įmonių draudžiama viršyti 25 psi be ypatingo leidimo dėl sprogimo pavojų. Įmonės, kurios atitinka B31.3 standartus, taip pat pasiekė įspūdingų rezultatų. Jų sistemos patiria maždaug 40 procentų mažiau nutekėjimų ir sumažina remonto išlaidas maždaug 31 procentu per tris metų laikotarpį pagal 2022 metų ASME Pressure Systems ataskaitos duomenis. Šie skaičiai labai pabrėžia, kodėl būtina laikytis nustatytų standartų tiek kasdieninėms operacijoms, tiek darbuotojų saugai nuo galimų pavojų.

Slėgio bandymų rūšys ir jų saugos taikymas

Hidrostatinių, pneumatinės ir sprogimo bandymų metodų palyginimas

Pramonės įmonės pasikliauja trimis pagrindinėmis slėgio testavimas metodais įrenginių saugumui patvirtinti:

• Hidrostatinis testavimas naudoja vandenį sistemoms slėpti iki 1,5x nuo jų konstrukcinio ribos, atskleidžiant nutekėjimus ar deformacijas be užsidegimo rizikos (tinka vamzdynams ir saugojimo bakams).
• Pneumatinis testavimas naudoja inertinius dujų kaip azotas sistemoms, kur skysto likučio būti negali, nors suspaustų dujų energija reikalauja griežtesnių saugos protokolų.
• Sprogimo bandymas nustato maksimalias gedimo ribas slėgiant komponentus iki sprogimo, svarbu prototipavimui ir medžiagos patvirtinimui.

Testavimo metodas	Naudota terpė	Tipiškas slėgio diapazonas	Pagrindinė panaudojimo sritis
Hidrostatinis	Vanduo	1,25–1,5x konstrukcijos riba	Nutekėjimo aptikimas vamzdynuose, talpyklose
Gazinis	Dujos	¢1,1x konstrukcijos riba	Dujų sistemos, mažos drėgmės aplinka
Sprogo	Skystis/dujos	Iki sugedimo	Medžiagos stiprumo patvirtinimas

Kiekvienos slėgio bandymo metodų privalumai ir trūkumai

• Hidrostatinis :

  • Privalumai : Saugiausias metodas dėl vandens nespaudžiamumo; aptinka 90 % nutekėjimų (ASME B31.3).
  • Ribotumai : Reikalingas vandens išleidimas ir džiovinimo laikas.

• Gazinis :

  • Privalumai : Greitesnis dujinių sistemų paleidimas; aptinka mikro nutekėjimus.
  • Ribotumai : 5 kartus didesnė sprogimo energijos išsiskyrimo rizika lyginant su hidrostatiniais bandymais.

• Sprogo :

  • Privalumai : Patvirtina gedimo būdus saugumo atžvilgiu.
  • Ribotumai : Naikinantis bandymas daro komponentus nepanaudojamus.

Kaip bandymų pasirinkimas veikia patikimumą vamzdynuose ir technologinėse įrenginiuose

Pasirinkti tinkamą bandymo metodą priklauso nuo naudojamų medžiagų, galimų pavojų eksploatacijos metu ir taikomų reglamentų. Paimkime, pavyzdžiui, naftos perdirbimo įmones – jos dažnai renkasi hidrostatinį bandymą naftos tiekimo vamzdynams tik dėl to, kad tai atitinka API 570 reikalavimus. Visai kitokios yra puslaidininkių gamintojų vėlgi jie dažniausiai renkasi pneumatinį bandymą, kai kalba eina apie labai grynas dujų linijas. Tokio pasirinkimo klaidos gali būti pavojingos. Piping Safety Institute pranešė praėjusiais metais, kad maišant šias metodus, pvz., naudojant slėgio bandymą oru ten, kur reikėtų naudoti vandens slėgio bandymą aukšto slėgio garų sistemose, lūžio rizika padidėja maždaug 32 %. Išlaikyti bandymų procedūras suderintas su įrenginių konstrukcija ir kasdienine veikla – tai ne tik gera praktika, bet ir būtina, jei įmonės nori laikytis ISO 9001 saugos gairių.

Įgyvendinant reguliarius slėgio bandymus ilgalaikiam saugumui ir patikimumui

Nuoseklūs bandymų programos naudos užkertant kelią pavojingam gedimui

2023 m. pramonės saugumo skaičiai rodo, kad įmonės, kurios laikosi reguliarių slėgio bandymų, turi maždaug 60 % mažiau didelių įrenginių gedimų nei įmonės, taikančios atsitiktinius bandymų grafikus. Kai įmonės nuosekliai tikrina savo sistemas, jos aptinka mažas problemas, tokias kaip mikroįtrūkimai, nubrozdintos tarpinės ir medžiagos senėjimas, gerokai anksčiau nei šios problemos virsta visišku gedimu ar pavojingais nutekėjimais. Paimkime, pavyzdžiui, rafinavimo įmones – daugelis pradėjo atlikti ketvirtinius pneumatinio bandymus ir pastebėjo nuostabų dalyką – jų planiniai sustojimai sumažėjo beveik 78 % per penkerius metus. Be to, jų metinės remonto išlaidos sumažėjo vidutiniškai 180 tūkst. USD. Numatyti galimus gedimus – tai ne tik gera praktika, bet ir padeda prisitaikyti prie besikeičiančių saugumo taisyklių, o tai reiškia mažiau problemų dėl teisinių sunkumų ir netikėtų gamybos sustojimų.

Personalo, aplinkos ir operacijų apsauga per planinius patikrinimus

Reguliarios peržiūros sulaiko apie 92% problemų dar prieš jas nutikti vietose, kur dažnai įvyksta nelaimingi atsitikimai, pagal naujausius saugos ataskaitas iš daugiau nei tuzino šalių. Naujos automatinės sistemos gali matuoti vamzdžių sienelių vietoje, leidžiant inžinieriams žinoti, kai korozija darosi blogesnė nei 0,5 mm per metus, tai yra tada, kai daugeliui medžiagų reikia keisti. Tokios prevencinės priemonės sumažina sužeidimus chemijos gamybos įmonėse maždaug dviem trečdaliais ir neleidžia bjauriems nutekėjimams, su kuriais niekas nenori susidurti vėliau. Naujausios 2024 metų mokslinės medžiagos rodo, kad įmonės, kurios laikosi tinkamų bandymų procedūrų, veikia 40% ilgiau nei tie, kurie laukia, kol kažkas sugenda, kad tada taisytų. Iš esmės tai logiška, nes niekam nepatinka prastovos ar vėluojantis tvarkymas.

Daugiausiai užduodami klausimai apie slėgio bandymus

Kas yra slėgio bandymas ir kodėl jis svarbus?

Slėgio bandymas yra saugumo procedūra, skirta įvertinti pramonės sistemų gebėjimą atlaikyti didesnį slėgį nei jų normalaus veikimo lygis. Tai svarbu avarijų prevencijai ir įrenginių patikimumui užtikrinti.

Kaip dažnai turėtų būti atliekami slėgio bandymai?

Slėgio bandymų dažnumas priklauso nuo pramonės standartų ir įrenginio tipo. Pageidautina atlikti reguliarius, planinius bandymus, kad būtų galima anksti aptikti problemas ir pailginti įrenginių tarnavimo laiką.

Kokie yra dažniausiai aptinkami defektai atliekant slėgio bandymus?

Slėgio bandymai gali aptikti defektus, tokiais kaip korozija, įtrūkimai, sienelių plonėjimas ir medžiagos degradacija, kuriuos įprasti patikros būdai gali praleisti.

Kokie yra prieinami slėgio bandymų tipai?

Yra trys pagrindiniai slėgio bandymų rūšys: hidrostatiniai, pneumatiniai ir sprogdinimo bandymai, kiekvienas su savo privalumais ir taikymo atvejais.