Jak zpracovat plán kontroly a údržby

Pod obecným pojmem „důsledek“ se nemusí skrývat pouze obávané ekonomické ztráty, ale také škody na investičním majetku, ohrožení bezpečnosti personálu a často opomíjené ekologické škody (které mohou vést k nutnosti dalších investic). Proto většina provozovatelů průmyslových zařízení dříve či později dospěje k nevyhnutelné nutnosti provádět mimo pravidelnou údržbu také pravidelné preventivní kontroly. Zatímco velké průmyslové podniky mají plán kontroly a údržby rozpracován do těch nejmenších detailů, malé podniky k provádění preventivních kontrol přistupují mnohdy až poté, co dojde k nějaké poruše.

Tento článek si klade za cíl čtenáři nastínit, na základě jakých podkladů přistupují ke zpracování plánu údržby velké průmyslové podniky. Velmi dobrou ukázkou zvládnutého systému jsou rafinerie. Na jejich příkladu lze názorně ukázat kritéria, jak vybrat optimální zkušební metody. Po drobné modifikaci je možné takový postup snadno využít jako vodítko pro rozpracování vlastního plánu kontroly a údržby.

Na začátku přípravy plánu si musí každý položit tři základní otázky. Je třeba definovat, co se má kontrolovat, jak často je třeba kontrolu provádět a jak má být kontrola provedena.

Přitom je pozoruhodné, že i v případě uvažované rafinerie, tedy technického celku, který může být za jistých okolností relativně nebezpečný, se při rozhodování, co se má kontrolovat, primárně neuvažuje možný druh poškození. Výchozím kritériem je význam kontrolovaného prvku z hlediska výsledného zisku (ty části celku, jejichž porucha povede přímo k zastavení produkce, mají přednost před těmi částmi, které produkci pouze podporují). Z tohoto pohledu bude mít rafinerská destilační kolona zřejmě přednost před jedním z více paralelně pracujících zásobníků na sirovodík. Druhým hlediskem je nákladnost na odstranění poruchy a případně všech jejích důsledků. V případě úniku čpavku je třeba kalkulovat nejen opravu zásobníku, ale také ekologické a bezpečnostní riziko a náklady s ním spojené. Z tohoto pohledu lze kontrolované celky rozlišit do tří skupin (na celky vysoce rizikové, celky se střední úrovní rizika a celky s nízkou úrovní rizika).

Při rozhodování, jak často je třeba daný celek kontrolovat, se již uvažuje možný druh poškození. Vstupem do procesu rozhodování jsou informace o druhu materiálu, druhu pracovního média, provozní teplotě, tlaku a způsobu zatěžování (statické, cyklické, …). Posuzována je rychlost, s jakou může poškození vzniknout a dále se rozvíjet (např. rychlost korozního úbytku, …). Četnost opakování kontroly je závislá na předpokládané rychlosti rozvoje poškození s přihlédnutím k míře rizikovosti daného celku (do které skupiny rizikovosti je celek zařazen).

Při rozhodování, jak se má daný celek kontrolovat, jsou nejprve vybrány ty kontrolní metody, které vyhovují zadání (například podmořské potrubí lze rentgenovat jen stěží). Dále je na základě předpokládaných druhů poškození, které se mohou vyskytnout, vybrána ta metoda, která je vhodná pro jejich detekci. V případě, že je vhodných metod více, dostává přednost ta, která nabízí širší detekční schopnosti (umožní nalézt více druhů poškození).

Je třeba si uvědomit, že žádná z kontrolních metod není univerzální a žádná neposkytuje naprostou jistotu odhalení těch defektů, které mají být odhaleny. Proto se v mnoha případech kontrola provádí několika metodami zároveň. Vícenásobná kontrola představuje vícenásobné výdaje. U vysoce rizikových celků je takový přístup jistě opodstatněný, ale u celků s nízkou úrovní rizika je otázkou, zda se nespokojit použitím jediné kontrolní metody, která dokáže s jistotou odhalit ty nejdůležitější defekty, zatímco detekce těch méně závažných je méně spolehlivá.

V případě rafinerií obvykle vychází posouzení závažnosti jednotlivých druhů defektů ze statistických údajů (je znám počet havárií, které byly daným druhem defektu způsobeny, přihlíží se i k celkovým nákladům vynaloženým na likvidaci následků). Empirické výsledky, na nichž je rozbor založen, se mohou lišit podle podmínek, ve kterých dané zařízení pracuje (při porovnání rafinerie ve střední Evropě s ropnou plošinou v Perském zálivu lze předpokládat poněkud jiné statistiky). Publikace na téma havárií v petrochemickém průmyslu se shodují v tom, že ze všech druhů poškození potrubních systémů se korozní napadení podílí na největším počtu havárií (cca 33 % případů). Dále 18 % poruch je způsobeno únavou, 14 % příčin tvoří mechanické poškození a přetížení, 9 % poruch bylo zapříčiněno křehkým lomem, 9 % výrobní vadou materiálu, 7 % vadou svarů a zbylých 10 % poruch je zapříčiněno jinými důvody.

V případě, že statistiky pro posuzovaný celek nejsou k dispozici, je možné adaptovat údaje obecné, pokud ani to není možné, je třeba provést vlastní analýzu rizik. Složitě by se dalo tvrdit, že taková analýza musí vycházet z okrajových podmínek platných pro provoz dané komponenty. Obecně však platí, že kritická místa znají nejlépe pracovníci údržby, kteří v takovém případě mohou poskytnout mimořádně cenné postřehy.

Bez ohledu na způsob, jak jsou takové údaje získány, se vždy jedná o rozsáhlejší soubor příčin. Pokud má být pro kontrolu daného celku použita pouze jedna zkušební metoda, musí být volena tak, aby byla schopna detekovat zejména ta poškození, která jsou pro daný celek kritická (a charakteristická – nemá smysl kontrolovat přítomnost únavových trhlin na místech, kde je jejich výskyt značně nepravděpodobný).

Výsledkem výše naznačených úvah je plán kontroly a údržby pro daný celek (celkem je myšlena taková část systému, jejíž komponenty jsou ohroženy obdobným druhem poškození). Plán je formálně zpracován do podoby písemného postupu. V souladu s tímto postupem mohou provádět kontrolu nejen interní zaměstnanci, ale také kontrahovaní dodavatelé NDT služeb.

Plán pracuje s jistou mírou přijatelného rizika. Uvažuje se, že pokud se vzniklé vady a poškození rozvíjejí, probíhá jejich rozvoj rovnoměrnou rychlostí. Jejich přítomnost lze tolerovat, dokud nezačnou ohrožovat integritu celku (například uveďme rovnoměrnou korozi – z konstrukčních návrhů vyplývá, jaká je minimální přípustná tloušťka a potrubí a design zahrnuje přídavek na korozi).

Plán říká, v jakých časových rozestupech má být rozvoj poškození monitorován. Výsledkem monitorování jsou obvykle údaje o kritickém poškození (např. přítomnost trhlin, které si žádají bezodkladný servisní zákrok) a pak data o pokračujícím úbytku materiálu (obvykle ve formě hodnoty zbytkové tloušťky). Tloušťkové úbytky lze graficky znázornit a interpretovat.

Aby byla kontrola účinná, musí se periodicky opakovat. Předpokladem úspěchu je kontrolu provádět vždy na stejném místě – musí být stanoveny měřicí body. Volba jejich polohy je do jisté míry ovlivněna technickými možnostmi kontrolní metody.

Z tohoto pohledu je tedy důležité, aby daná metoda nejen umožnila detekci daného poškození, ale také aby poskytovala odpovídající výstup. Metoda zaměřená na přítomnost trhlin musí odpovědět, zda jsou trhliny přítomné a pokud ano, měla by tak poskytnout údaje o jejich poloze. Metoda zaměřená na detekci rovnoměrné koroze by měla poskytnout číselný údaj o zbytkové tloušťce s dostatečnou přesností. Kontroly jsou v drtivé většině případů prováděny nedestruktivně. Přehled o vhodných NDT metodách je nezbytný pro správné naplánování kontroly a údržby.

V případě, porovnávání schopností jednotlivých metod je třeba přihlédnout ke skutečnosti, že některá poškození jsou závažnější než jiná (trhliny a praskliny představují větší nebezpečí než rovnoměrná koroze). Nebezpečnost jednotlivých vad může být oceněna váhovým faktorem . Pravděpodobnost detekce může být také vyjádřena číselně. Faktor pravděpodobnosti detekce ( ) jednotlivých vad danou metodou je obvykle stanoven na základě znalostí základních principů, na kterých je daná detekční metoda postavena. Pokud jsou oba uvedené faktory vyčísleny, lze dle následujícího vzorce vypočítat pro danou metodu faktor efektivity.

Z porovnání vyplývá, že čtyři ze zvažovaných metod jsou pro danou aplikaci výrazně vhodnější než ostatní zvažované metody. Pokud má být rozhodnuto, která z metod je nejvhodnější, je třeba zvážit, do jaké míry je metoda použitelná v případě konkrétního zadání.

Metoda vířivých proudů (ET) je sice velmi citlivá k povrchovým trhlinám, ale hůře detekuje vnitřní vady materiálu. Techniky ultrazvukového zkoušení jsou sice univerzální, ale špatně detekují bodové poškození materiálu (např. pitting). Radiografické zkoušení dokáže dobře detekovat plošné i bodové poškození, jeho nevýhodou je však radiační hazard.

Při provádění kontrol v rafinérských provozech jsou v současné době kombinovány všechny tři uváděné metody. Důvodem je snaha podchytit velmi širokou škálu defektů, které se obvykle vyskytují na různých místech a rozvíjejí se různou rychlostí. V případě menších celků může být dostatečné použít pouze jednu metodu.

Pokud bychom chtěli shrnout hlavní zásady volby vhodné kontrolní metody, je třeba stanovit, které vady mají být kontrolovány (výskyt jednotlivých druhů poškození je obvykle vázán na určité detaily technického celku, a tím jsou definovány i vhodné měřicí body). Dále je třeba zvážit, jak často je třeba kontrolu provést – různé vady se rozvíjejí různou rychlostí. Pokud je rozvoj rychlý, musí být kontrola prováděna častěji. Pak je vhodnější volit jednoduchou a ekonomicky nenáročnou zkušební metodu, a to i za cenu, že může mít nižší vypovídací schopnost. Konkrétní způsob provedení kontroly je volen až v poslední řadě.

Co se má kontrolovat a jak často má kontrola proběhnout, obvykle musí definovat zadavatel kontroly. Na základě takových vstupních údajů je již každý kvalifikovaný odborník na nedestruktivní zkoušení schopen zvolit nejvhodnější způsob provedení kontroly a dodat zadavateli vhodné výstupní údaje. Tím však celý proces nekončí. Údaje musejí být vyhodnocovány nejen v daném okamžiku, ale zejména v časových souvislostech (je třeba je porovnávat s údaji z minulé kontroly, sledovat rozvoj případných poškození). Jedině v takovém případě bude mít kontrola prediktivní funkci. Předvídání blížících se poruch umožní zefektivnit proces údržby, a tím v důsledku snížit provozní náklady.

Ing. Michal Škeřík

ATG

www.atg.cz
skerik@atg.cz