Kontrolní seznamy a jejich využití při stavbě a provozu potrubí (1. část)

Část 1 – Pojmy a bezpečnost potrubí

Předložený soubor čtyř sdělení se zabývá řízením rizik ve prospěch bezpečnosti aplikovaný na provoz potrubí. Respektuje současné odborné poznání a uvádí ho v pojetí, které prosazuje OSN, Evropská Unie, OECD a další. První část uvádí pojmy používané v inženýrské praxi, která se zabývá riziky a bezpečností a uvádí poznatky, které se k bezpečnosti potrubí vztahují.

1. Úvod do problematiky

Inženýrství zahrnuje mnoho specializací, které se věnují problémům spojeným s vývojem a užíváním určitého druhu výrobku nebo objektu, s využíváním určité technologie pro zajištění základních služeb podporujících bezpečí a rozvoj lidské společnosti. Je širokou disciplínou, která řeší problémy od jejich pochopení, přes návrh řešení až po realizaci v daných podmínkách. Inženýrské disciplíny jsou hnací silou lidského vývoje, protože se zabývají i problémy, které je obtížné přesně řešit a k dosažení cíle používají kreativitu lidských jedinců a přístupy označované jako dobrá praxe. Inženýrství zacílené na bezpečnost představuje soubor znalostí a dovedností, které řeší určitý problém, tj. uspokojují požadavky, kterými jsou užitečnost, disponibilita a bezpečnost, a to na základě principů systémových disciplín.

2. Současné pojetí rizika a bezpečnosti

V práci sledujeme pojetí bezpečnosti, které je ve vyspělých zemích prosazované od 90. let. Je kodifikované deklarací a smlouvou OSN v r. 1994 [1] a v Evropské unii je kodifikované Maastrichtskou smlouvou z roku 1992 [2]. Dle něho platí:

• riziko je mírou ztrát a škod na objektu, zařízení, území, procesu, technickém zařízení i technickém díle, které může způsobit / způsobí škodlivý jev z pohledu lidské společnosti,
• bezpečnost je mírou kvality objektu, zařízení, systému, území, procesu, technického zařízení či technického díla, tj. vyjadřuje úroveň kvality souboru antropogenních opatření a činností, která vedou k zajištění bezpečí a rozvoje objektu, zařízení, území, procesu, technického zařízení i technického díla; je základním znakem kvality sledované entity.

Podle současného poznání je riziko inherentní vlastností současného světa a je proměnné v čase i prostoru [3, 4]. Proto bezpečnost každé entity lze zajistit jen permanentním řízením rizik [3, 4]. Protože riziko lze zmírnit nejen technickými, ale i organizačními opatřeními, tak doplňkovou veličinou k bezpečnosti není riziko, ale kritičnost.

Jelikož zdrojů, sil a prostředků není v žádné organizaci či společnosti nikdy dost, tak při zajišťování bezpečnosti se soustřeďujeme jen na položky, které jsou pro bezpečnost důležité. Předmětné položky označujeme jako: kritický prvek, kritická komponenta, kritický systém, kritická vazba apod.

Pojmy spojené s vazbou na slovo „kritický“ se v oblasti bezpečnosti velmi rozšířily po roce 1998, ve kterém vydal prezident USA Bill Clinton Presidential Decision Directive 63, tzv. Bílou knihu [5], jejímž záměrem bylo přijetí nutných opatření pro snížení zranitelnosti důležitých sektorů kritické infrastruktury vůči fyzickým a kybernetickým útokům.

Dnes se pojem „kritický“ v oblasti inženýrských disciplín používá u položek ve smyslu závažnosti / důležitosti pro funkčnost zařízení, objektu, území, organizace, státu [6], tj. je vždy spojen s pojmem bezpečnost. Označuje položku, která je zároveň potřebná a velmi zranitelná. Kritické jsou prvky, vazby mezi prvky či toky mezi prvky, procesy, funkce, komponenty, soustavy, systémy či celé objekty. Pojem kritický není totožný s pojmem vyhrazený, který se vyskytuje v českých právních předpisech, ani s pojmem krizový, což politici a další často používají.

3. Řízení kvality a bezpečnosti

Dle Maastrichtské smlouvy z roku 1992 [2] je bezpečnost znakem nejvyšší kvality objektu či jiné sledované položky. V Evropské unii se od roku 1989 používá řízení typu „Total Quality Management (TQM)“ [7]. Technická zařízení i objekty jsou považovány za systémy systémů – SoS (otevřený soubor propojených otevřených systémů) [3,4] a při jejich charakteristice se sledují specifické vlastnosti: koherentnost; kompatibilita; operabilita; interoperabilita; integrita bezpečnosti; provozní spolehlivost; odolnost; atd. [3, 4, 8]. Platí:

• interoperabilita (tj. schopnost technického zařízení jako celku plnit kvalitně dané úkoly za normálních, abnormálních i kritických podmínek),
• integrita bezpečnosti (SIL), která se většinou sleduje ve spojení s lidskými chybami (při specifikaci, návrhu, instalaci, údržbě, modifikaci apod.),
• kritičnost (tj. míra s jakou může dojít k úrazu osob, zničení materiálu, škodě či jiným ztrátám na aktivech – jde o prahovou hodnotu, pod níž je stav sledovaného zařízení žádoucí a opačně),
• provozní spolehlivost, která zajišťuje, že systém plní stanovené požadavky a jeho provoz vyhovuje stanoveným podmínkám (rozkládá se na dvě základní vlastnosti, kterými jsou zranitelnost a odolnost).

V dané souvislosti dělíme technická díla na spolehlivé, zabezpečené a bezpečné systémy [8]. Spolehlivý systém je systém, který plní požadované funkce na hladině pravděpodobnosti 95 %. Zabezpečený systém je spolehlivý systém, který je ochráněný před všemi riziky. Bezpečný systém je zabezpečený systém, který ani při svých kritických podmínkách neohrožuje sebe, ani své okolí. Při tvorbě a provozu všech uvedených typů systémů se dnes pracuje s riziky, spoléhá se na princip ochrana do hloubky (Defence-In-Depth), a požaduje se řízení pomocí systému řízení bezpečnosti technického díla jako celku (SMS) [3, 8].

4. Souhrn poznatků o potrubí

Dále uvedené poznatky o potrubí a jejich příslušenství jsou sestaveny z poznatků uvedených v knihách [9–11]. Potrubí označuje technické zařízení, které je složeno z těsně spojených rour či trubek, tvarovek a dalších komponentů. Je obvykle určeno k dopravě kapalin, plynů a různých sypkých materiálů (případně jejich vzájemné směsi). Potrubím je však možné přepravovat i drobné předměty (například i poštu – potrubní pošta, nebo seno či slámu v zemědělské technice apod.). K dopravě látek potrubím je nutný rozdíl tlaků na začátku a na konci potrubí, aby byly překonány odpory vznikající při jejich průtoku. Jde o dopravu plynulou s nízkými provozními náklady. Potrubí musí být v každém případě nepropustné, je vybaveno zařízením pro regulaci průtoku dopravované látky potrubím a také pro zastavení průtoku. Potrubí bývá uloženo tak, aby byla umožněna jeho dilatace, a aby bylo chráněno před vnějším mechanickým poškozením, u kovových potrubí také před korozí.

Potrubí je určeno i pro přenos tepelné energie, které je zde vždy vázáno na teplonosné médium, kterým nejčastěji bývá voda nebo vodní pára. Teplovodní nebo parovodní potrubí bývá opatřeno tepelnou izolací před nežádoucí ztrátou tepla do okolí. Pro správnou funkci dopravy potrubím je v takovém případě třeba udržovat:

• pracovní přetlak, tj. předepsaný vnitřní přetlak pracovní látky,
• pracovní teplota, tj. předepsaná teplota pracovní látky,
• pracovní látka, tj. medium, které se dopravuje potrubím.
• pracovní stupeň, který udává provozní teplotu dopravované kapaliny nebo plynu.

Kruhová potrubí se dle normy ČSN EN 6708 označuje bezrozměrným číslem, které je složeno z hlavních parametrů. Hlavní parametry potrubí jsou: jmenovitý tlak PN (udává se v 0,1 MPa); jmenovitá světlost DN (přibližně vnitřní průměr potrubí udaný v milimetrech); a pracovní stupeň (určuje se dle teploty přepravované látky; pro t < 0 °C se používá označení A–C a pro teploty t > 0° se potrubí označuje římskými číslicemi I.–IX).

Potrubí se dělí podle: tlaku (podtlakové, nízkotlaké, vysokotlaké); druhu spoje (svařované, šroubované, přírubové, hrdlové, pájené, lepené, se závitovými objímkami); druhu izolace (technické konopí, pěnový polystyrén, který lze použít jen do +90 °C, skelná nebo čedičová vata pro teploty nad 90 °C); podle umístění (vnitřní, vnější, stěnové, dálkové, tranzitní); podle druhu přepravované látky (vodní, parní, plynové, ropné, cementové, jiné).

Hlavní části potrubí jsou: trubky; spoje trubek, které slouží ke spojování trubek vzájemně i s ostatními částmi potrubí (rozebíratelné i nerozebíratelné spoje); uzavírky, které přerušují průtok potrubím (ventily, kohouty, klapky, šoupátka); tvarovky, které slouží ke změně směru toku a průřezu potrubí, rozdělení a spojení proudů a pro ukončení potrubí (jsou to kolena, oblouky, ohyby, tvarovky, redukce); kompenzátory, které vyrovnávají změnu délky potrubí vlivem tepelné roztažnosti materiálu trubek; zařízení pro uložení a upevnění potrubí (závěsy, podpěry, pružná uložení, pevná zakotvení, osová vedení) a vyprazdňovací soupravy (odvzdušňovací, vypouštěcí, odvodňovací).

Doplňující části potrubí jsou zařízení, která:

• jsou určena k plnění určitých činností. Dělí se na: pojistná (zpětné uzavírky, pojistné ventily); kontrolní (ukazatele proudění, hledítka); ochranná (síta, lapače kalu, filtry atd.); a pomocná (dálkové ovládaní armatur atd.),
• další: zařízení pro řízení teploty, množství a tlaku protékající látky; tepelné izolace, ochranné obaly a nátěry; a zařízení pro měření teploty, jakosti, množství a tlaku dopravovaných látek.

Roury podle použitého materiálu dělíme na: litinové; ocelové; měděné; mosazné; plastové; skleněné; čedičové; a tombakové (u kompenzátoru).

Důležitou součástí potrubí jsou armatury, určené ke spojování trubek a případně ovlivňují průtok pracovní látky otevřením, zavřením, částečným zavřením nebo oddělením pracovní látky. Do armatur se nezahrnují čerpadla, výměníky ani další technologická zařízení. Armatury dělíme:

• na spojovací části (tj. redukce, kolena, T-kusy, které se dále dělí na: šroubované (litinové, mosazné), které se těsní koudelí; O-kroužky; kužely atd.; nástrčné (ocelové, plastové), které se těsní O-kroužky; pájené (olověné, měděné); svařované (ocelové, nerezové, plastové); a přechodové z jednoho systému na druhý,
• dle uzavíracího pohybu na: lineární (šoupátko, ventil); otočné (kulový kohout, ventil, uzavírací klapka); a detonační (membránová armatura),
• dle funkce na: uzavírací (šoupátko, ventil, kulový kohout, klapka); regulační (ventil, šoupátko, kulový kohout; pojistné (ventil); zpětné (klapka); a směšovací.

5. Bezpečnost potrubí

Na základě znalostí uvedených v pracích [3, 8–15] a zkušeností autorky z praxe, základní požadavky na bezpečnost provozu potrubí jsou:

• materiál, ze kterého je potrubí vyrobeno musí respektovat vlastnosti přepravovaného média, způsob provozu a prostředí, ve kterém se plánuje provoz,
• projekt a konstrukce potrubí musí respektovat vlastnosti přepravovaného média, způsob provozu a prostředí, ve kterém se plánuje provoz,
• projekt a konstrukce spojů trub a příslušenství (armatury, speciálně odlehčovací ventily) musí respektovat vlastnosti přepravovaného média, způsob provozu a prostředí, ve kterém se plánuje provoz,
• celý komplex (potrubí a jeho příslušenství) musí obsahovat principy inherentní bezpečnosti a spolehlivé zálohování kritických položek (např. odlehčovací ventily, senzory sledující hodnoty důležitých parametrů),
• projekt a konstrukce uložení potrubí musí respektovat vlastnosti přepravovaného média, způsob provozu a prostředí, ve kterém se plánuje provoz,
• při přejímce potrubí musí být splněny požadavky na:
  • těsnost,
  • pevnost z hlediska tepelné dilatace,
  • chemická odolnost vůči přepravované látce,
  • chemická odolnost vůči vnějšímu prostředí,
  • odolnost proti otěrům
  • minimální tlakové ztráty,
  • jmenovitý tlak PN,
  • jmenovitou světlost DN,
  • pracovní stupeň,
  • únosnost (průhyb musí být menší než spád, tj. dlouhá potrubí musí mít podpěry),
  • odolnost vůči teplotním změnám,
  • odolnost vůči korozi (nátěry, ochranné obálky),
  • izolaci potrubí (ochrana dopravovaného média před ochlazováním či oteplováním),
  • ochranu obsluhy a okolního prostředí,
  • monitoring potrubí, tj. kvalita, rozmístění a spolehlivost senzorů, které sledují základní provozní parametry z pohledu bezpečného provozu,
  • dokumentaci, která:
    • obsahuje: mezní limity pro provoz potrubí, schémata a návody, protokoly o zkouškách, zdrojů rizik, výsledky analýzy rizik, podmínky, při kterých potrubí nesmí být používáno, upozornění na možná nebezpečí, požadavky na vzdělání obsluhy,
    • stanovuje způsob a podmínky provozu, způsob a harmonogram provádění údržby, požadavky na vzdělání obsluhy, ochranu obsluhy (ochranné pomůcky a prostředky) a okolního prostředí,
    • postupy odezvy na poruchy, selhání a havárie,
• při provozu potrubí musí být splněny požadavky na bezpečnost v oblastech: technické; organizační; právní; finanční; i ochrany osob a životního prostředí,
• při údržbě potrubí musí být splněny požadavky na:
  • těsnost,
  • pevnost z hlediska tepelné dilatace,
  • chemická odolnost vůči přepravované látce,
  • chemická odolnost vůči vnějšímu prostředí,
  • odolnost proti otěrům
  • minimální tlakové ztráty,
  • jmenovitý tlak PN,
  • jmenovitou světlost DN,
  • pracovní stupeň,
  • únosnost (průhyb musí být menší než spád, tj. dlouhá potrubí musí mít podpěry),
  • odolnost vůči teplotním změnám,
  • odolnost vůči korozi (nátěry, ochranné obálky),
  • izolaci potrubí (ochrana dopravovaného média před ochlazováním či oteplováním),
  • stav, rozmístění a spolehlivost senzorů, které sledují základní provozní parametry z pohledu bezpečného provozu,
  • ochranu obsluhy a okolního prostředí.

Dle údajů v práci [15] v Evropské unii je věnována specifická pozornost zajištění bezpečnosti potrubí, tj. plynovodům, ropovodům a produktovodům různého druhu. Pro analýzu rizik potrubí se nejčastěji používají předpisy: BARPI – Francie, EIG, CONCAWE – většina západní Evropy, DOT – USA, VNIIGAS – bývalý SSSR. Statistiky ukazují, že ropovody a plynovody jsou zdrojem závažných havárií, např.: v r. 1989 v bývalém SSSR více než 500 úmrtí v důsledku trhliny na potrubí; v r. 1984 v Peru bylo evakuováno více než 3 000 lidí v důsledku trhliny na potrubí s tertraetylem. Statistika havárií na potrubích v západní Evropě ukazuje, že příčiny havárie velkých potrubí byly takto rozděleny:

• 28 % mechanické selhání,
• 4 % selhání managementu,
• 16 % vnitřní nebo vnější koroze,
• 2 % přírodní živly,
• 41 % činnost třetí strany (kriminální nebo teroristický útok).

Z této statistiky vyplynul výskyt závažné havárie na potrubí 10⁻⁴–10⁻³ na 1 km potrubí a na 1 rok a havárie s lidskými oběťmi 10⁻⁵–10⁻⁴ na 1 km potrubí a na 1 rok. Pro srovnání na základě databáze chemických havárií pro období 1970–2000 direktiva Seveso pokrývá havárie, které mají výskyt 3.10⁻³–7.10⁻² na 1 potrubí a na 1 rok. Protože havárie potrubí vyvolá dvě ztráty, a to ztrátu přepravovaného produktu a znečištění životního prostředí, je důležitá detekce poruch na trhlinách a jejich sledování a vyhodnocování včetně systému nápravných opatření.

Z pohledu ochrany kritické infrastruktury [16, 17] u kritických potrubí je důležitá robustnost potrubí, aby byla zajištěna spolehlivost po dlouhou dobu. Robustnost potrubí je vlastnost, která je vložena do projektu potrubí pomocí parametrů použitých materiálů a postupů konstrukce a její úroveň závisí na způsobu údržby [3, 8, 12].

Specifická pozornost musí být věnována bezpečnosti potrubí, která přepravují nebezpečné látky [8, 12]. Jde o takové zabezpečení potrubí, které zabrání úniku nebezpečných látek do prostření, výbuchu a požáru.

Další část seriálu shrnuje poznatky a zásady řízení rizik a uvádí zdroje rizik pro potrubí.