Jan Kasprzyk, Wiceprezes Zarządu SPETECH^®

Od ponad pół wieku na świecie rozwijane są regulacje dotyczące jakości powietrza. Wraz z przystąpieniem do Unii Europejskiej takie regulacje objęły również przemysł polski. Zagadnienie redukcji emisji niezorganizowanych zyskało na znaczeniu jeszcze bardziej po wprowadzeniu w 2010 roku dyrektywy o emisjach przemysłowych (IED 2010/75/UE), która nakłada liczne obowiązki dotyczące emisji do atmosfery.

Wymagania te nie mają charakteru wyłącznie formalnego – przekładają się bezpośrednio na sposób projektowania, wytwarzania i eksploatacji urządzeń ciśnieniowych. W praktyce oznacza to konieczność systemowego ograniczania emisji niezorganizowanych, których istotnym źródłem są połączenia kołnierzowe i zastosowane w nich uszczelnienia spoczynkowe. Błędy na etapie doboru materiału uszczelki, określenia parametrów montażowych czy kontroli stanu przylg mogą skutkować wyciekami mediów niebezpiecznych, stratami ekonomicznymi, zagrożeniem dla personelu oraz sankcjami regulacyjnymi.
W dalszej części artykułu przedstawiono w jaki sposób na każdym etapie cyklu życia instalacji – od projektu, poprzez wytwarzanie i montaż, aż po eksploatację i remonty – można realnie wpływać na poziom emisji, wykorzystując aktualne narzędzia obliczeniowe, normy oraz dobre praktyki inżynierskie.

Etap 1. Projektowanie

Największy i w pewnym sensie pierwotny wpływ na przyszłą szczelność instalacji ma etap projektowania. Obowiązujące współcześnie podejście projektowe (wg modelu EN 1591-1) nakłada na projektanta obowiązek określenia klasy emisyjności połączenia kołnierzowego. Jest to kluczowa zmiana w stosunku ‘podejścia starego’ – kiedy to amerykańskie, radzieckie, niemieckie czy też polskie standardy obliczeniowe faktycznie rzecz biorąc omijały kwestię emisji niezorganizowanych – koncentrując się przede wszystkim na obliczeniach wytrzymałościowych i zapewnieniu bezpieczeństwa pracy połączenia. 

Przypomnijmy, że w trakcie projektowania projektant określa:
•    typ konstrukcyjny połączenia kołnierzowego,
•    materiały kołnierzy i śrub,
•    rodzaj oraz materiał uszczelki,
•    wymagane siły zacisku i parametry montażowe.

Jednak wprowadzenie ‘nowego podejścia’ EN1591-4 zmieniło na stałe zasady projektowania w ten sposób, że własności szczelnościowe połączenia są traktowane na równi z pozostałymi krytycznymi wymaganiami, które powinno spełniać projektowane urządzenie ciśnieniowe. I to właśnie dlatego - kluczowe znaczenie ma dobór uszczelnienia o parametrach szczelnościowych odpowiadających wymaganiom obliczeniowym. 

Standard EN 1591-1 opisuje zaawansowany model naprężeniowo-odkształceniowy połączenia kołnierzowo-śrubowego i uwzględnia m.in.:
•    siłę naporu hydrostatycznego,
•    siłę od ciśnienia wewnętrznego,
•    siłę zacisku uszczelki od śrub,
•    tarcie,
•    siły i momenty zewnętrzne.

Umożliwia to prognozowanie szczelności połączenia już na etapie projektu, w tym ocenę emisji dla mediów niebezpiecznych. Dobór uszczelnienia powinien uwzględniać nie tylko cenę i dostępność, lecz przede wszystkim:
•    wymagany poziom szczelności,
•    trwałość w warunkach temperaturowo-ciśnieniowych,
•    odporność chemiczną,
•    ograniczenia montażowe,
•    możliwość lub brak możliwości późniejszych remontów 

‘Nowe podejście’ do tego stopnie traktuje kwestię uszczelnień jako kluczową, że zmiana typu uszczelnienia względem dokumentacji projektowej traktowana jest jako modernizacja całego urządzenia.

Etap 2. Produkcja urządzenia ciśnieniowego

Wydawać by się mogło, że prawidłowo wykonany projekt - opracowany zgodnie z wytycznymi zaprezentowanymi powyżej - daje gwarancję wykonania nieskoemisyjnego urządzenia. 
Niestety praktyka pokazuje, że bardzo często tak nie jest. Najczęstszymi przyczyny takiego stanu rzeczy są:
1. nieodpowiednia jakość wykonania połączenia kołnierzowego (w tym powierzchni przylgowych): powinno ono być wykonane zgodnie z dokumentacją, która jednak często nie wyszczególnia podstawowych dla funkcji uszczelnienia cech geometrycznych powierzchni przylgowych, tzn. odchyłki płaskości i chropowatości,
2. niezgodność instalowanych uszczelnień z projektem i normami technicznymi: uszczelnienia powinny być dostarczyć zgodne ze specyfikacją , z dokumentacją jakościową , nieuszkodzone , zgodne wymiarowo (zwłaszcza te na przylgi wpust-wypust, występ-rowek! ) czyste, niezawilgocone, niepostarzone, nieskorodowane, itd.,
3. niska jakość elementy łączących (najczęściej śruby czy szpilek), która również może odbiegać od dokumentacji projektowej.
W każdym z trzech wyżej wymienionych przypadków personel zakładowy nie posiadający odpowiednich szkoleń nie potrafi zweryfikować potencjalnych cech dyskwalifikujących, co ma decydujący wpływ na wzrost emisyjności urządzenia na trwającym wiele lat etapie jego eksploatacji.
Co prawda po zmontowaniu  urządzenia przeprowadzana jest tzw. próba hydrauliczna. Służy ona jednak weryfikacji wytrzymałości i poprawności montażu urządzenia u wytwórcy.  Natomiast nie dostarcza informacji, czy  rzeczywiście  szczelność prognozowana  wg  EN1591-1 jest zachowana. Jedynie w bardzo rzadkich przypadkach przeprowadza się po próbie hydraulicznej próbę szczelności z użyciem  medium gazowego jak azot lub powietrze, a tymczasem współczesne standardy emisyjności wymagają jako standardu szczelności helowej.
Właśnie z uwagi na przytoczone powyżej ryzyka osoby przeprowadzające ten montaż winny mieć kwalifikacje do montażu połączeń kołnierzowych, dzięki którym znają cechy krytyczne kołnierzy, uszczelnień, czy śrub i znają prawidłowe procedury samego montażu. Naprzeciw wychodzi legislacja unijna, która przewiduje konieczność szkoleń dla monterów oraz inżynierów nadzoru połączeń kołnierzowych wg EN1591-4.

SPETECH prowadzi także szkolenia osoby z nadzoru technicznego oraz oferuje własny nadzór , asystę podczas montażu. W szczególnych przypadkach  SPETECH prowadzi badania szczelności urządzenia przy użyciu zaawansowanej helowej  techniki detekcji wycieków u producenta  lub operatora urządzenia.

Etap 3. Montaż urządzenia na instalacji

Na tym etapie elementy kluczowe dla ograniczenia emisji takie jak: uszczelnienia i śruby do króćców przyłączeniowych są dostarczane wraz z urządzeniem. 

Na etapie montażu w miejscu eksploatacji jako standard wymagane jest:
•    usunięcie zabezpieczeń transportowych,
•    oczyszczenie przylg z zabezpieczeń antykorozyjnych,
•    kontrola ich stanu geometrycznego kołnierzy i powierzchni przylgowych,
•    weryfikacja zgodności elementów połączenia z dokumentacją.

Co bardzo ważne - urządzenie powinno być dostarczone wraz z instrukcją montażu określającą metodę dokręcania (klucze dynamometryczne, naciągacze hydrauliczne), sekwencję dokręcania oraz wymagane wartości momentów lub sił naciągu. 
I ponowna uwaga - w praktyce krajów UE, szczególnie w sektorach gazowym, rafineryjnym i petrochemicznym, wymaga się certyfikacji monterów zgodnie z EN 1591-4. Jest to niejako gwarancja tego, że starania co do niskoemisyjnych rozwiązań przyjętych na etapie projektowania,  nie zostaną zaprzepaszczone przez niewykwalifikowany montaż. 

Etap 4. Eksploatacja – systemowe podejście do emisji

Na tym etapie kluczowe znaczenia dla ograniczenia emisji posiadają: przeglądy okresowe, reagowanie na rozszczelnienia czy uszkodzenia, stosowania systemów monitorowania i  wczesnej detekcji.
Biorąc za przykład znane powszechnie „Rozporządzenie metanowe” - narzuca cykle kontroli wycieków między innymi także z połączeń kołnierzowych oraz nakazuje w  wyznaczonych terminach wykonać naprawy w przypadku przekroczeń dopuszczalnych emisji metanu. Pomimo że postępowanie takie nie jest skodyfikowane  na poziomie krajowym czy europejskim, podobne procedury można spotkać w stosunku także do innych mediów niebezpiecznych lub obciążających środowisko, 
Jednakże coraz powszechniej stosowanym podejściem jest system sproceduralizowanego badanie stanu emisji na zakładzie przemysłowym LDAR (Leak Detection and Repair), obejmujący:
1.    identyfikację potencjalnych źródeł emisji,
2.    pomiar ilościowy wycieków,
3.    działania naprawcze,
4.    dokumentowanie i raportowanie.
Profesjonalnie wdrożony system LDAR znacząco ogranicza emisje niezorganizowane oraz straty medium i właśnie z uwagi na jego bardzo dużą skuteczność cieszy się coraz większą popularnością w polskim przemyśle chemicznym, rafineryjnym, ale również gazownictwa i górnictwa gazowego.

Etap 5. Remonty i modernizacje

Podczas remontów znaczna część połączeń kołnierzowych jest demontowana. Ponowny montaż wymaga zastosowania nowych uszczelek, a często również nowych śrub.
Przypominamy! Przed każdym montażem należy sprawdzić stan powierzchni przylgowych kołnierza które w wyniku zużycia mogą wymagać regeneracji lub wymiany.
Niestety, nadal często spotykanym problemem są uszkodzenia przylg powstające podczas demontażu uszczelnień w wyniku zastosowania takich narządzi, jak przecinak i młotek. 
Rozpoznanie cech dyskwalifikujących powierzchnie przylgowe jest kompetencją monterów i inżynierów nadzoru, dzięki którym personel zakładowy jest grupą umożliwiającą systemowe obniżanie poziomu emisji zanieczyszczeń. 
Jeżeli stan powierzchni przylgowych dyskwalifikuje je do montażu uszczelnień, przylgi takie należy poddać obróbce, np. przy użyciu mobilnych „ in situ” montowalnych wytaczarek lub w ostateczności wymienić kołnierz. 
Remont jest również okazją do modernizacji – np. zastosowania uszczelnień o wyższej szczelności, dostosowania materiałów do nowych wymagań regulacyjnych (np. rozporządzenie metanowe), wydłużenia okresów międzyremontowych, czy unifikacji asortymentu uszczelnień w zakładzie. 

Podsumowanie

Zarówno w obszarze regulacyjnym, jak i świadomości ludzi techniki zagadnienie ograniczenia  emisji zyskuje na znaczeniu - w przemysłowych instalacjach ciśnieniowych jest dodatkowo procesem wieloetapowym, obejmującym:
•    projektowanie,
•    wytwarzanie,
•    montaż,
•    eksploatację,
•    remonty i modernizacje.

Największy wpływ na poziom emisji ma etap projektowy, w którym – przy wykorzystaniu narzędzi obliczeniowych (np. EN 1591-1) – można prognozować szczelność i zoptymalizować konstrukcję połączeń kołnierzowych.
 
Jednak także wytwórcy, operatorzy instalacji, czy służby remontowe wnoszą swój udział w minimalizacji emisji. Kluczowe znaczenie będą w tym przypadku miały kwalifikacje personelu (monterów i inżynierów nadzoru), poprawność procedur montażowych czy też systemowe stosowanie monitorowania wycieków w trakcie eksploatacji.

Redukcja emisji niezorganizowanych leży w interesie operatorów (bezpieczeństwo, ograniczenie strat medium, zgodność regulacyjna) oraz w interesie środowiskowym. 
Profesjonalny dobór, obliczeniowa weryfikacja i prawidłowy montaż uszczelnień spoczynkowych stanowią kluczowy element realizacji tych celów.