Janusz Zajączek, Kierownik Laboratorium Badawczego SPETECH^®

Współcześnie stawiane wymagania związane z transformacją energetyczną i ‘zeroemisyjnością’ postawiły nowe wyzwania przed producentami instalacji przemysłowych, jak i producentami ich elementów składowych. Aparatura procesowa, wymienniki ciepła, armatura, złącza, orurowanie - to tylko niektóre z elementów podlegające nowym standardom, normom i przepisom, których wymagania zmierzają do zmniejszenia emisji ulotnej (z ang. fugitive emission). To zmusiło, zarówno projektantów jak i ośrodki badawcze, do pracy nad nowymi konstrukcjami i materiałami uszczelniającymi oraz ich badaniami w obszarze zachowania szczelności.

Laboratorium SPETECH^®

Laboratorium Badań Materiałów Uszczelnieniowych SPETECH^® powstało w roku 1996 jako jednostka badawcza, której celem jest testowanie uszczelnień oraz armatury. Laboratorium zajmuje się głównie badaniem uszczelnień do połączeń typu kołnierzowo-śrubowego oraz uszczelnień dławnicowych. Prowadzone badania to głównie testy wyznaczające poziomy szczelności / przecieków oraz wyznaczanie własności mechanicznych uszczelnień. W wyniku badań uszczelek płaskich projektanci połączeń kołnierzowych otrzymują wartości współczynników obliczeniowych odpowiednich dla danego standardu obliczeniowego i np. charakterystyki zmian grubości uszczelki. Wielkości te umożliwiają poprawne zaprojektowanie złącza kołnierzowego analitycznie lub metodami elementów skończonych (MES).

Badania i certyfikacja zaworów, zasuw, kurków, przepustnic to kolejna składowa działalności laboratorium. Coraz częściej nowo projektowana i produkowana armatura musi posiadać certyfikaty potwierdzające spełnienie rygorystycznych warunków szczelnościowych.
Laboratorium zatrudnia wykwalifikowanych inżynierów, którzy posiadają wieloletnie doświadczenie w pracach związanych z technikami uszczelnień oraz prowadzeniem badań naukowych. Są to specjaliści z dziedzin mechaniki, projektowania, analizy wielkości fizycznych, informatyki i programowania. Posiadana przez nich wiedza gwarantuje nie tylko poprawne wykonanie badań oraz interpretację wyników, ale również możliwość wsparcia technicznego klientów. Wsparcie mogą stanowić analizy techniczne, ekspertyzy, sugestie co do ewentualnych zmian konstrukcyjnych uszczelnień czy badanych elementów. Laboratorium posiada świadectwa uznania Urzędu Dozoru Technicznego oraz TÜV Rheinland. Wszystkie stosowane procedury zawierają się w systemie jakości opartym na normie PN-EN ISO/IEC 17025.

Zakres prowadzonych badań

Stanowiska, jakimi dysponuje laboratorium, można podzielić na różne grupy. Pierwszy podział to stanowiska do badań uszczelek płaskich wg standardów europejskich (normy  EN, ISO) i amerykańskich (ASME). Inny podział to stanowiska do badań szczelności i stanowiska do badań własności mechanicznych. Stanowisko badawcze zaworów opiera się na nich samych – zawór jest stanowiskiem. Odpowiednio oprzyrządowany stanowi w pełni wyposażone miejsce pomiarowe. Unikalną cechą naszych stanowisk badawczych jest to, że zostały zaprojektowane, zbudowane i oprogramowane przez naszych pracowników. To daje nam możliwość dostosowania ich pracy do konkretnych warunków prowadzonego badania. Badania te nie zawsze są zgodne z zapisami standardów, ale zawsze są z godne w wymaganiami klienta.

Badania uszczelek płaskich

Laboratorium dysponuje trzema stanowiskami  badawczymi, zbudowanymi w oparciu o wymagania normy PN-EN 13555. Pierwsze z nich przeznaczone jest do wyznaczania wielkości mechanicznych uszczelek w temperaturach otoczenia i podwyższonych: maksymalna wytrzymałość uszczelki – Qsmax, moduł sprężystości – EG, współczynnik pełzania i relaksacji – PQR. Na tym stanowisku możemy osiągnąć temperaturę do 850^oC. Współczynnik tarcia uszczelka – powierzchnia przylgowa (μG) wyznaczany jest na specjalnie dokładanym module do stanowiska. Temperaturę tego testu można podnieść do 500^oC. Stanowisko to daje możliwość wyznaczania współczynników obliczeniowych m i y używanych w standardzie ASME Code s. VIII do obliczania naciągu na śrubach w połączeniu kołnierzowym.
Drugie stanowisko służy do wyznaczania wielkości szczelnościowych w temperaturze otoczenia i w odniesieniu do klas szczelności; minimalne naprężenie kontaktowe w trakcie obciążania / montażu – Qmin(L); minimalne naprężenie kontaktowe w trakcie odciążania / pracy – Qsmin(L).
Stanowisko trzecie to połączenie możliwości stanowiska pierwszego i drugiego. Dodatkowo daje ono możliwość wyznaczania parametrów szczelnościowych uszczelek w temperaturach podwyższonych (do 500oC) oraz badań uszczelek o wymiarach NPS 4 Class 300.

Laboratorium dysponuje możliwością wyznaczania wielkości relaksacji i pełzania, ściśliwości i powrotu elastycznego według standardów ASME oraz wyznaczania rezystancji i rezystywności według standardu europejskiego.

Certyfikacja zaworów

Badania i certyfikacja zaworów całkowicie wpisują się w pojęcie zapewnienia zeroemisyjności. Szacuje się, że zawory i ich połączenia emitują ok. 90% emisji różnych substancji, w tym szkodliwych dla środowiska. Restrykcyjne wymagania normy EN ISO 15848-1, co do akceptowalnych poziomów emisji, stawiają wyzwania zarówno projektantom zaworów, jak i producentom uszczelnień.
By zawór był postrzegany na rynku jako urządzenie z ograniczoną emisją, musi przejść proces certyfikacji. Badaniom mogą podlegać zarówno zawory odcinające, jak i regulacyjne. Poddawane są one cyklom wytrzymałościowym – zamknięcie /otwarcie zaworu oraz cyklom temperaturowym. Medium używanym w tym procesie jest przeważnie hel, ale można stosować również metan. Producent zaworu, na podstawie zapisów normy, określa w jakiej klasie wytrzymałościowej i klasie temperaturowej zawór ma być badany. Zakres temperatur, w których przeprowadza się badania jest bardzo szeroki - od -196^oC do 400^oC. Na podstawie uzyskanych pozytywnych wyników badań zawór zostaje zaklasyfikowany do jednej z wyszczególnionych w normie klas szczelności i zostaje dla niego sporządzony certyfikat. Zawiera on przede wszystkim informację o spełnianej przez zawór klasie szczelności oraz informacje dotyczące tego w jakiej klasie mechanicznej i temperaturowej wymieniona klasa szczelności została spełniona.

Doradztwo techniczne - studium przypadku: kulowy zawór odcinający NPS 6” z napędem pneumatycznym

Badania armatury w wielu przypadkach wiążą się z koniecznością rozwiązywania różnych problemów technicznych. Jest to spowodowane przede wszystkim tym, że producenci przeznaczają do badań zawory nowe, jeszcze nie wprowadzone na rynek i nie sprawdzane pod kątem możliwości szczelnościowych. Wyniki badania takich zaworów, jak również sam przebieg badań, są obarczone wieloma niewiadomymi co do zachowania się badanego obiektu w czasie testów. Tu przydaje się wiedza i doświadczenie pracowników laboratorium.
Jednym z takich trudnych przypadków był zawór kulowy odcinający NPS 6’’ z napędem pneumatycznym. Badanie prowadzone było wg normy EN ISO 15848-1 dla klasy wytrzymałościowej CO1, przy ciśnieniu 150 bar w 200^oC oraz przy ciśnieniu 200 bar w temperaturze otoczenia. Podczas wykonywania ostatnich 5 cykli, z zaplanowanych 205, dla klasy CO1 i klasy szczelności BH doszło do sytuacji, w której wał nie był w stanie wykonać pełnego obrotu. Badanie przerwano. By zdiagnozować problem w porozumieniu z klientem dokonano demontażu wału i elementów uszczelniających. Już wstępne oględziny wału wykazały, że doszło do jego zatarcia. Dalsze oględziny i analizy elementów komory dławnicowej pozwoliły na postawienie tezy, że przyczyną było zniszczenie mechaniczne podkładki ślizgowej wykonanej z brązu. Wskutek tego zniszczenia drobne kawałki podkładki odszczepiły się od niej i dostały się pomiędzy wał a uszczelnienie.  Trzpień zaworu zatarł się i przestał się obracać, a przeciek wzrósł do wartości powyżej klasy CH (ponad 1000-krotnie).
Wykonana i przesłana klientowi ekspertyza wykazała konieczność zmiany materiału podkładki ślizgowej, wykonania nowego wału i zastosowania nowego uszczelnienia, ewentualnie przeprojektowania elementów związanych z systemem uszczelniającym w dławnicy.

Usługi pomiarów i testów ‘w warunkach rzeczywistych’

Rozszerzeniem oferty laboratorium są usługi testów urządzeń i instalacji w miejscu ich pracy - na terenie instalacji i zakładów. Taki rodzi usługi jest przeznaczony dla sytuacji, kiedy usługi badawcze dotyczą urządzeń wielkogabarytowych, trwale związanych z instalacją  (np. przyspawanych) lub bez możliwości ich demontażu - na przykład z uwagi na konieczność zapewnienia ciągłej pracy zakładu. 

W powyższych sytuacjach pracownicy laboratorium wykonują badania szczelności instalacji lub jej fragmentów ‘w warunkach rzeczywistych’ u klienta - na miejscu zabudowy urządzenia lub instalacji. Posiadane mobilne stanowiska testowe pozwalają na detekcję miejsc przecieków i pomiary szczelności wyznaczające liczbową wielkość emisji. 

Realizowanie zadań w rzeczywistych warunkach pracy powoduje, że naszych usług nie ogranicza ani gabaryt testowanych urządzeń ani wielkość naszego laboratorium. Z kolei brak konieczności odstawienia instalacji pozwala na radykalną oszczędność nakładów czasu i finansów – w trakcie prowadzonych testów zakład może normalnie funkcjonować z racji pełnej dostępności i funkcjonalności elementu poddanego badaniom. 

Specjalnym rodzajem usług prowadzonych przez nasze laboratorium ‘w warunkach rzeczywistych’ są testy sprawności zaworów bezpieczeństwa. Z uwagi na popularność występowania tego typu zaworów oraz konieczność ich regularnego kontrolowania to właśnie okresowe testy zaworów bezpieczeństwa przeprowadzane ‘na ruchu’ są najpopularniejszą mobilną usługą testową realizowaną przez Laboratorium SPETECH^®.