Jednym z czynników wpływających na niezawodność i bezpieczeństwo eksploatacji są zaawansowane obliczenia wytrzymałościowe rurociągów. Jest to ta część projektu inżynieryjnego, która, choć niewidoczna na pierwszy rzut oka, może sprawić by instalacja funkcjonowała bez poważnych awarii, urządzenia w niej zainstalowane nie były mechanicznie przeciążone, a ryzyko awarii i konieczność częstych postojów maksymalnie zminimalizowanie. Obliczenia mechaniczne zwiększają niezawodność i bezpieczeństwo eksploatacji. Ma to oczywiście wymierny wpływ na ekonomikę eksploatacji i bezpieczeństwo obsługi.

W wielu przypadkach formalne obliczenia są wymagane przez Urząd Dozoru Technicznego i ich brak może uniemożliwić rejestrację rurociągu i oddanie go do eksploatacji. Jednak strona formalna to nie wszystko. W wyspecjalizowanych firmach inżynieryjnych wykonuje się analizy wytrzymałościowe uwzględniające duży zakres czynników mających wpływ na bezpieczne użytkowanie urządzeń ciśnieniowych. Przykładem może być Fluor, gdzie w ramach pracowni orurowania funkcjonują dwa wyspecjalizowane zespoły zajmujące się odpowiednio: doborem elementów konstrukcyjnych rurociągów oraz obliczeniami wytrzymałościowymi zaprojektowanych linii.

Dobór elementów konstrukcyjnych realizuje grupa specjalistów do spraw klasyfikacji materiałowej, którzy tworzą tzw. klasy materiałowe grupując elementy konstrukcyjne w zależności od rodzaju medium, parametrów obliczeniowych, specyficznych wymagań realizowanego procesu itp. Dzięki tym klasom projektanci mogą zaprojektować przebieg poszczególnych linii. Tu rozpoczyna się rola grupy inżynierów analizy naprężeń, których zadaniem jest weryfikacja wytrzymałości mechanicznej zaprojektowanych rurociągów przy uwzględnieniu jak najszerszego spektrum czynników na nią wpływających. A ponieważ bardzo rzadko mamy do czynienia z pojedynczym rurociągiem na instalacji, toteż analizuje się kilka scenariuszy termicznych dla wybranego fragmentu sieci, odzwierciedlających rzeczywiste warunki mogące wystąpić w trakcie pracy instalacji.

Istotną rzeczą jest też określenie oddziaływań orurowania na króćce aparatów i sprowadzenie ich do poziomu mieszczącego się w granicach określonych przez normy lub producentów. Bardzo często rurociąg, po przeprowadzeniu analizy wytrzymałościowej wraca do projektanta z zaleceniami zmian, które diametralnie zmieniają jego przebieg. Niezmiernie ważnym jest, aby zmiany te były wychwycone w jak najwcześniejszej fazie projektu. Wówczas, jeśli są konieczne, koszt ich wprowadzenia jest znacznie mniejszy aniżeli gdyby wprowadzać je na etapie budowy instalacji.

Interesującym przykładem wyzwań inżynierskich są rurociągi z wykładziną szklaną, będącą specyficznym rodzajem orurowania, stosowanym przy bardzo agresywnych mediach. Rola doświadczonego inżyniera analizy naprężeń przy projektowaniu takiego rurociągu jest bardzo istotna i wymaga ścisłej współpracy z projektantem gdyż ze względu na bardzo ograniczone obciążenia dopuszczalne trzeba mieć pełną świadomość stanu obciążeń i przemieszczeń takiego rurociągu.

Fluor posiada takie unikalne doświadczenie i wiedzę

W trakcie realizacji jednego z projektów wykonano prawie dwieście szkliwionych rurociągów i obliczeń z nimi związanych. Wszystkie były liczone za pomocą specjalistycznego oprogramowania, jednakże filozofia podejścia do zagadnienia była wypracowana ściśle w ramach zespołu projektowego. Przy projektowaniu tego typu rurociągów w bardzo szerokim zakresie stosuje się różne typy kompensatorów z mieszkami wykonanymi z PTFE (polimer o wysokiej odporności chemicznej) lub powlekanymi tym materiałem. Bardzo często jest to jedyny sposób na zmniejszenie obciążeń termicznych orurowania i aparatów, a w konsekwencji unikniecie pęknięć kruchej i delikatnej warstwy szklanej emalii.

Powyższy przykład dobrze ilustruje fakt, że obliczenia wytrzymałościowe rurociągów są często niezbędnym rozwiązaniem umożliwiającym uzyskanie niezawodności instalacji. W wyniku pracy wyspecjalizowanego zespołu inżynierów możliwe jest rozwiązywanie złożonych problemów technicznych. Ryzyka związane z postojami, przeciążeniami urządzeń i awariami są znacząco redukowane. Dzięki analizie wytrzymałościowej znaczna część problemów eksploatacyjnych instalacji przemysłowych, włączając w to konieczność ich późniejszej naprawy, może być wyeliminowana już na etapie projektowania.

Tomasz Dębicki, Pipe Stress Engineering, Fluor S.A.