2.2. Návrh zabezpečující náležitou pevnost
2.2.1. Tlakové zařízení se navrhuje pro zatížení, které odpovídá jeho určenému použití a rozumně předvídatelným provozním podmínkám. Je nutné brát v úvahu různá zatížení, která mohou působit společně, se zřetelem k pravděpodobnosti jejich současného výskytu.
2.2.2. Návrh zabezpečující náležitou pevnost je založen na výpočtové metodě podle bodu 2.2.3, v případě potřeby doplněné experimentální metodou. Při zpracování výpočtu se použijí pouze ověřené výpočtové programy.
2.2.3. Výpočtová metoda
2.2.3.1. Výpočtové metody poskytují dostačující míru bezpečnosti v souladu s požadavky stanovenými technickými předpisy nebo technickými normami
2.2.3.1.1. na provádění výpočtů pevnosti,
2.2.3.1.2. na mechanické vlastnosti použitých základních a přídavných materiálů,
2.2.3.1.3. na nerozebíratelné (svarové) spoje a
2.2.3.1.4. na provádění kontrol a zkoušek tlakového zařízení.
2.2.3.2. Odolnost vůči vnitřnímu tlaku a další hlediska zatížení
Dovolené namáhání u tlakových zařízení je omezeno s ohledem na druhy poruch, jejichž výskyt za provozních podmínek a provozních režimů je možné předvídat. Proto je nutné použít takové součinitele bezpečnosti, které umožňují zcela vyloučit jakékoli nejistoty vyplývající z výroby, skutečných provozních podmínek, namáhání, výpočtových modelů, jakož i vlastností a chování materiálu.
2.2.3.3. Pevnost
2.2.3.3.1. K zajištění pevnosti tlakového zařízení se používají vhodné pevnostní výpočty zahrnující příslušná výpočtová, provozní a zkušební zatížení.
2.2.3.3.2. Při výpočtu pevnosti tlakového zařízení se berou v úvahu zejména tato zatížení
a jiná relevantní zatížení vyplývající z analýzy nebezpečí dle bodu 1.7.
2.2.3.3.2.1. vnitřní a vnější tlak,
2.2.3.3.2.2. účinek vlastní tíhy zařízení a jeho náplně,
2.2.3.3.2.3. doplňková zatížení (účinek tíhy připojených zařízení, izolace, potrubí apod.),
2.2.3.3.2.4. síly od podpěr a potrubí,
2.2.3.3.2.5. teplotní účinky včetně teplotních rázů,
2.2.3.3.2.6. vibrační zatížení,
2.2.3.3.2.7. seismické účinky, zatížení větrem, povodní,
2.2.3.3.2.8. procesy způsobující degradaci materiálu vlivem radioaktivity,
2.2.3.3.2.9. hydraulické odpory a tlakové rázy,
2.2.3.3.2.10. pád letadla
2.2.3.3.3. Výpočtová zatížení
2.2.3.3.3.1. Výpočtový tlak se rovná nebo je větší než nejvyšší dovolený tlak a bere v úvahu tlakové rázy, chyby řídícího systému a vlivy konfigurace systému. Zkušební tlak rovný nebo větší než 1,25násobek výpočtového tlaku se použije pro návrh základních rozměrů zařízení. U částí konstrukce, zatížených současně vnitřním a vnějším tlakem, se za výpočtový tlak bere rozdíl obou tlaků, při kterém je dosažena největší tloušťka stěny.
2.2.3.3.3.2. Výpočtová teplota se stanovuje s příslušnou mírou bezpečnosti. Výpočtová teplota nesmí být menší než očekávaná maximální střední teplota po tloušťce uvažované části, na kterou se vztahují limity pro normální a abnormální provozní podmínky. Jsou-li zařízení nebo potrubí vyhřívána přenosem tepla ze zdrojů, jako jsou indukční spirály, opláštění nebo vnitřní zdroj tepla, bere se jejich vliv v úvahu při stanovení výpočtové teploty.
2.2.3.3.3.3. Výpočtová zatížení se vybírají tak, aby v kombinaci s vlivy výpočtového tlaku byla určena největší tloušťka stěny zařízení, na které se vztahují limity pro normální provozní podmínky.
2.2.3.3.3.4. Nejvyšší hodnoty namáhání a koncentrace napětí musí být udrženy v bezpečných mezích.
2.2.3.3.4. Provozní zatížení
Při výpočtu pevnosti tlakového zařízení se vhodným způsobem berou v úvahu veškerá zatížení vyskytující se při normálních provozních podmínkách, dále i ta zatížení, která jsou dána technologickým provozem, ke kterému je tlakové zařízení určeno, a vnější zatížení, která se běžně vyskytují. Náleží k nim také zatížení způsobující napětí a deformace v materiálu zařízení při výrobě, přepravě, montáži a tlakových zkouškách, a to včetně zbytkových napětí, jejichž vliv na mezní stavy pevnosti se posoudí jednotlivě dle jejich významnosti.
2.2.3.3.5. Zkušební zatížení
2.2.3.3.5.1. Při pevnostním výpočtu tlakového zařízení se zohledňují předpokládaná zkušební zatížení, kterými se prověřuje celistvost zařízení po ukončení jeho výroby, montáže, dané periodě provozu, opravě nebo rekonstrukci.
2.2.3.3.5.2. Zkušebním zatížením jsou zejména tlakové zkoušky, jejichž cílem je zkontrolovat, při tlaku stanoveném mírou bezpečnosti v poměru k výpočtovému, případně k nejvyššímu dovolenému tlaku, zda zařízení nevykazuje významné deformace nebo netěsnosti, které překračují stanovenou mez.
2.2.3.3.5.3. Zkušební tlak se stanovuje s přihlédnutím k hodnocení geometrických a materiálových vlastností a zkušebních podmínek ve výrobním závodě či za provozu v souladu s požadavky uvedenými v technických předpisech, technických normách nebo technických podmínkách pro výrobu tlakového zařízení.
2.2.3.3.6. Výpočet pevnosti pro tlaková zařízení se vypracovává pro následující mezní stavy
2.2.3.3.6.1. náhlé porušení (houževnaté nebo křehké),
2.2.3.3.6.2. plastické deformace v celém průřezu součásti,
2.2.3.3.6.3. jednosměrný růst plastické složky poměrné deformace při cyklickém zatížení vedoucí k nepřípustné změně rozměrů nebo k porušení,
2.2.3.3.6.4. vznik trhlin při cyklickém zatížení,
2.2.3.3.6.5. ztráta stability.
2.2.3.3.7. Ve výpočtu pevnosti pro mezní stavy, uvedené v bodě 2.2.3.3.6, se používají hodnoty, které odpovídají materiálovým, pevnostním, plastickým, křehkolomovým charakteristikám a odolnosti vůči deformaci, stanoveným v technických předpisech či technických normách pro dané materiály, nebo experimentálně stanovené akreditovanou zkušebnou.
2.2.3.3.8. V případě svarových spojů je nutné zvolit pro materiálové vlastnosti vhodné hodnoty součinitelů spojů závislé na druhu spojovaných materiálů, na druhu použitých nedestruktivních kontrol a přepokládaných provozních podmínkách.
2.2.3.3.9. U návrhu tlakového zařízení se berou vhodným způsobem v úvahu předvídatelné degradační mechanizmy (např. vliv radioaktivity, koroze, únavy materiálu) odpovídající určenému použití zařízení a související s životností zařízení.
2.2.3.3.10. Výpočet pevnosti tlakového zařízení se vypracuje ve dvou etapách
2.2.3.3.10.1. výpočet pro návrh základních rozměrů zařízení (dále jen „návrh základních rozměrů“),
2.2.3.3.10.2. kontrolní výpočet zařízení (dále jen „kontrolní výpočet“).
2.2.3.3.11. Při návrhu základních rozměrů se dovolená napětí vypočtou z pevnosti v tahu a ze smluvní meze kluzu, které jsou základními charakteristikami materiálů, přípustných pro výrobu zařízení. Při výpočtu dovolených napětí se uvažují příslušné součinitele bezpečnosti.
2.2.3.3.12. Při návrhu základních rozměrů je nutno uvažovat mezní stavy
2.2.3.3.12.1. houževnatého porušení,
2.2.3.3.12.2. plastické deformace v celém průřezu součásti,
2.2.3.3.12.3. ztráty stability.
2.2.3.3.13. Po návrhu základních rozměrů zařízení se vypracuje kontrolní výpočet, jehož cílem je
V kontrolním výpočtu tlakového zařízení se berou v úvahu všechna zatížení, včetně teplotních účinků a všechny provozní režimy uvedené v technických specifikacích a provozních podmínkách. Zejména se berou v úvahu degradace vlastností materiálu během provozu, jakost povrchu, vliv gradientu napětí, vliv korozního prostředí apod.
2.2.3.3.13.1. prokázání pevnosti při statickém (monotónním) zatížení,
2.2.3.3.13.2. prokázání pevnosti při cyklickém (proměnném) zatížení,
2.2.3.3.13.3. prokázání odolnosti proti náhlému (nestabilnímu) porušení,
2.2.3.3.13.4. prokázání pevnosti při vibracích,
2.2.3.3.13.5. prokázání odolnosti proti ztrátě stability a
2.2.3.3.13.6. prokázání odolnosti proti seismickým účinkům.
2.2.4. Experimentální metoda provedení návrhu
2.2.4.1. Správnost návrhu tlakového zařízení jako celku nebo jeho částí se ověřuje vhodným programem kontrol a zkoušek uskutečněným na reprezentativním vzorku zařízení.
2.2.4.2. Před zahájením zkoušek se stanovuje program kontrol a zkoušek. Program kontrol a zkoušek je uznáván autorizovanou osobou odpovědnou za postup posuzování shody návrhu, pokud takový existuje.
2.2.4.3. V programu kontrol a zkoušek se definují zkušební podmínky a kritéria přijetí nebo zamítnutí. Před zkoušením se změří skutečné hodnoty základních rozměrů a vlastností materiálů, z nichž se zkoušené zařízení skládá.