Spolehlivost tlakových zařízení nelze zaměňovat s bezpečností tlakových zařízení

Bezpečné tlakové zařízení lze definovat jako technické dílo, které bezchybně plní stanovené úkoly po stanovenou dobu za daných podmínek, je ochráněno proti všem vnitřním a vnějším pohromám, včetně lidského faktoru, a ani při svých kritických podmínkách neohrozí sebe a ani své okolí.

Ing. Jan Tomáš
TECHSEAL s.r.o.

Klíčová slova: zabezpečené tlakové zařízení, bezpečné tlakové zařízení, RBI, Risk-Based Inspection, RBIM, Risk-Based Inspection and Maintenance, RBIF, Risk-Based Inspection Framework

Definice tlakového zařízení

Tlaková zařízení jsou konstrukční tlakové celky (nádoby, potrubí, bezpečnostní a tlaková výstroj; zahrnují také prvky připojené k součástem vystaveným tlaku, jako jsou příruby, hrdla, spojky, podpory, závěsná oka atd.) tvořící vymezené prostory s pevnými, nepohyblivými stěnami nazývanými také jako kontejnment, na které působí plynné nebo kapalné látky vnitřním přetlakem. Tlakové zařízení musí být konstruované, vyrobené a zkoušené na nejvyšší přípustný přetlak, nejvyšší, popř. nejnižší přípustnou teplotu a zabezpečené proti jejich překročení, dále musí být tak provozované a udržované, aby byla zajištěna bezpečnost obsluhy a okolí.

Tlaková zařízení provozovaná v České republice se v legislativě nazývají „vyhrazená tlaková zařízení“ a jsou definována ve vyhláškách č. 18/1979 Sb., 97/1982 Sb. a 551/1990 Sb. Českého úřadu bezpečnosti práce a Českého báňského úřadu a v Evropské unii směrnicí 97/23/ES Pressure Equipment Directive (PED).

Bezpečnost tlakových zařízení

Bezpečnost technického zařízení v současném pojetí, znamená soubor antropogenních opatření a činností, kterými je zajištěno, že sledované komponenty jsou bezpečné, tj. zařízení ani při svých kritických situacích neohrožuje ani sebe, ani veřejná aktiva ve svém okolí. Úrovně souboru opatření a činností jsou různé a závisí na znalostech a možnostech řídícího subjektu. Cíle souboru opatření a činností v praxi jsou: bezpečné tlakové zařízení; bezpečná komponenta; bezpečný provoz; apod. V dynamicky proměnném světě zajišťujeme bezpečnost řízením rizik.

Aspekty důležité pro péči o tlaková zařízení jsou však velmi rozmanité, především jde o znalosti a zkušenosti, které předurčují kapacitní možnosti tlakových zařízení, organizační a právní záležitosti, které umožňují provoz zařízení na určité úrovni v území a v čase, a nelze opominout otázky finanční, personální a politické na národní a mezinárodní úrovni (jaderná tlaková zařízení).

Fenomény současné doby jsou rizika a bezpečnost. Nejde o doplňkové pojmy, protože bezpečnost lze zajistit také organizačními opatřeními založenými na znalostech, výcviku a zkušenosti lidí, a to tak, aniž bychom snížili riziko [1]; doplňkovou veličinou k bezpečnosti je veličina kritičnost (v některých českých předpisech je pojem nebezpečnost [2]).

Na základě poznatků v současné praxi existuje několik způsobů řízení rizik, které jsou založené na systémovém pojetí a na proaktivním přístupu a mají oporu v zákonech, normách a aktuálním stavu techniky. Odlišují se cílem řízení; jde o cíle: zajištění spolehlivého systému; zajištění zabezpečeného systému; a zajištění bezpečného systému. Podle souboru zvažovaných rizik a stanovených cílů řízení je řízení rizik u technických děl zacílené na:

• spolehlivé tlakové zařízení, tj. tlakové zařízení, které bezchybně plní stanovené úkoly po stanovenou dobu za určitých podmínek,
• zabezpečené tlakové zařízení, tj. tlakové zařízení, které bezchybně plní stanovené úkoly po stanovenou dobu za určitých podmínek, a přitom je ochráněno proti všem vnitřním a vnějším pohromám, včetně lidského faktoru,
• bezpečné tlakové zařízení, tj. tlakové zařízení, které bezchybně plní stanovené úkoly po stanovenou dobu za určitých podmínek, je ochráněno proti všem vnitřním a vnějším pohromám, včetně lidského faktoru, a ani při svých kritických podmínkách neohrozí sebe a své okolí.

I když se pro uvedené cíle při práci s riziky používají stejné metody, postupy a techniky, tak jejich výsledky jsou často konfliktní, jak ukazují výsledky v praxi [1], a proto je důležité, že v současné době je kladen důraz na bezpečná technická zařízení, bezpečné postupy, bezpečné procesy, bezpečná technická díla a bezpečný svět [1-7].

Snižování jakéhokoliv rizika je spojeno se zvyšováním nákladů, s nedostatkem znalostí, technických prostředků apod. Proto se v praxi hledá hranice, na kterou je únosné riziko snížit tak, aby vynaložené náklady byly ještě rozumné. Tato míra rizika (určitá optimalizace) je většinou předmětem vrcholového řízení a výsledkem politického rozhodování, při kterém je z hlediska zajištění trvalého rozvoje nutné, aby se využily současné vědecké a technické poznatky a zohlednily ekonomické, sociální a další podmínky [4].

Během provozu je potřeba provádět řízení rizik zacílené na zajištění bezpečnosti. Pro posouzení stavu zařízení jsou prováděny inspekce. Jejich cílem je posoudit kritičnost tlakového zařízení, velikost rizik a stanovit opatření pro zvýšení bezpečnosti.

V procesním průmyslu sledujeme funkční bezpečnost; nejčastěji se používá standard IEC 61508-1 [9]. V případě tlakových zařízení, která jsou součástí technických děl [2], musejí být minimálně rozlišovány tyto typy bezpečnosti: bezpečnost zařízení, bezpečnost provozu (funkční), bezpečnost procesu a bezpečnost celku. Hlavním cílem funkční bezpečnosti je snížení rizika možnosti zranění lidí, poškození výroby nebo narušení životního prostředí. Funkční bezpečnost se opírá o dvě veličiny, a to životní cyklus bezpečnosti (Life Safety Cycle) a úroveň integrity bezpečnosti (Safety Integrity Level – SIL); určení obou veličin vychází z aplikace teorie pravděpodobnosti [4], [10].

Podle IEC 61508-1 [9] musejí bezpečnostní systémy ovládaných tlakových zařízení (Pressure safety instrument control systems) splňovat požadavky SIL 3 pro nové konstrukce tlakových nádob. Předpisy také umožňují systém SIL 2 nebo SIL 1, je-li četnost výskytu přetlaku menší než 10-6/rok nebo je-li četnost výskytu přetlaku nižší než 10-4/rok a jsou-li následky způsobené vysokým tlakem považovány za přijatelné vzhledem k odolnosti konstrukce zařízení na základě posouzení notifikované osoby.

Podle [1], [2] se používají pojmy:

1. Bezpečnost – antropogenní opatření vedoucí ke snížení nepřijatelného rizika.
2. Riziko – kombinace pravděpodobnosti výskytu poškození a závažnosti tohoto poškození u sledovaných chráněných aktiv.
3. Kritičnost – souvisí s provozem zařízení; je antonymem k bezpečnosti; během provozu zařízení kritičnost v čase roste.
4. Poškození – fyzické zranění nebo poškození zdraví lidí buď přímo, nebo nepřímo v důsledku ztráty/zhoršení vlastností nebo prostředí.
5. Nebezpečí – potenciální zdroj poškození.
6. Funkční bezpečnost – technická opatření na snížení rizika daného zařízení; je závislá na správném fungování bezpečnostních systémů.
7. Porucha – ukončení schopnosti bezpečnostního systému či subsystému nebo prvku subsystému plnit požadovanou funkci.
8. Nebezpečná porucha – porucha, která je schopna uvést bezpečnostní systém do nebezpečného stavu nebo do stavu, kdy není schopen plnit svou funkci.
9. Bezpečná porucha – porucha, která není schopna uvést bezpečnostní systém do nebezpečného stavu, v němž není schopen plnit svou funkci.
10. Odolnost proti vadám – schopnost bezpečnostního systému plnit bezpečnostní funkci za přítomnosti vad nebo chyb.

Pro zajištění bezpečnosti sledovaných zařízení v provozu je důležitá údržba [2]. Úkolem údržby při provozu tlakových zařízení je zajištění jejich integrity. To znamená, že obsažené procesní médium o provozní teplotě a tlaku je uzavřeno v kontejnmentu tlakového zařízení a kondice pevnosti a těsnosti tlakového zařízení splňuje požadavky aktuálního stavu techniky, tedy požadavek „best available techniques“, popsaný v referenčních technických dokumentech BREF na úrovni Evropské unie [11].

Současné poznatky a požadavky na údržbu tlakových zařízení

Podle práce [13] měření spolehlivosti v údržbě a měření výkonu provozovatele na úseku údržby jsou charakterizovány účinností řízení údržby, přičemž hlavní kritéria jsou: spolehlivost; dostupnost; udržovatelnost; efektivita zdrojů; a procento neplánovaných činností. Množství sdělení věnovaných údržbě v dokumentech [14,15] ukazuje na to, že stále více si odborníci uvědomují, že údržba byla v posledních letech z finančních důvodů zanedbávána a že to přineslo zvýšený výskyt selhání a havárií tlakových zařízení.

Americká agentura pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (dále OSHA) vyhlásila v roce 1992 normu Process Safety Management of highly hazardous chemicals, dále PSM (CFR 1910.119), která uvádí návod, jak řešit a bojovat s řadou tragických událostí, k nimž došlo po celém světě. Na podzim roku 1994 vydala agentura OSHA směrnice ohledně dodržování zásad a postupů. Předpis CPL 02-02-045 stanovil zásady a prováděcí postupy a poskytl objasnění i obecné pokyny. Tento „předpis“ rovněž poskytl první náznak toho, co je nyní možné popsat jako PSM a její neúspěšnou byrokracii. Vzhledem k tomu, že počáteční provádění kontrol v rámci toho, co se tehdy nazývalo programem ověřování jakosti Program Quality Verification (PQV) bylo finančně natolik náročné, že to v konečném důsledku znamenalo realizaci minimálního počtu kontrol. Dobře zamýšlený program se tak utápěl vlastní vahou a stěží dosahoval požadovaných bezpečnostních výsledků.

Díky tomuto úsilí upustila výše zmíněná organizace od uskutečňování finančně velmi náročných a zdlouhavých inspekcí a místo toho se zaměřila na provádění krátkých a rychlých auditů RBI (Risk-Based Inspection).

Nově vydaná norma v říjnu 2018, ČSN EN 16991 (010305) Rámec managementu rizik prohlídek – Risk-Based Inspection Framework (dále RBIF) [16] pokračuje v nových směrech oblasti RBI, které byly zavedeny již standardem CWA 15740: 2008/2011 a v souladu s koncepty API bude dále podporována národními dokumenty, jako je VGB 506-S. Norma je již zmíněna v legislativě řady zemí a podporuje účinnější a efektivnější plánování v údržbě vyspělého průmyslu (odpovědnost, procesy, atd.). Zároveň norma zlepšuje řízení rizik, a tím i bezpečnost zařízení a jeho provozu, včetně všech aspektů zvýšení bezpečnosti, životního prostředí a podnikového řízení. Pojmy v normě se již v mnoha zemích uplatnily v praxi. Norma specifikuje rámec inspekcí založených na rizicích RBIF a poskytuje pokyny pro inspekci a údržbu založenou na rizicích Risk-Based Inspection and Maintenance (dále RBIM) v chemických a petrochemických procesech, výrobě energie a dalších odvětvích, kde je používáno RBI. Přestože RBIF zahrnuje jak inspekci, tak údržbu, zaměřuje se tento dokument především na inspekci založenou na riziku (RBI) a její použitelnost v kontextu RBIM. RBIF tak podporuje optimalizaci operací, údržby a správu integrity majetku.

Údržba založená na podmínkách (CBM – condition–based maintenance) označuje strategii prognostické (chytré) údržby. Její plán údržby je řízen výsledkem sledování stavu komponent. Údržba se provede, jakmile sledování stavu komponenty ukáže překročení jisté prahové hodnoty popisující stav komponenty (tj. jistou kritičnost). Je založena na neperiodických inspekcích a je cenově výhodná (nová). Strategie údržby orientovaná na stav zařízení CBM vede ke zvyšování výroby, dostupnosti a bezpečnosti zařízení a ke snížení počtu selhání zařízení. Výsledky výzkumu shromážděné v práci [17] ukazují, že ve složitých systémech, kterými jsou tlaková zařízení, je skutečností, že strategie CBM jsou různé pro různé komponenty, a proto z hlediska celého systému je třeba provést jistou optimalizaci. To znamená, že podle kritičnosti zařízení je třeba kombinovat preventivní a prognostickou údržbu. V celém systému preventivní údržby komponent provádět na základě periodických a prognostických inspekcí (prohlídek) při dosažení kritických podmínek u jisté komponenty; neperiodické inspekce zacílené na zjištění kritických podmínek komponent jsou pochopitelně častější u starších komponent.

Závěr

Z pohledu bezpečí a rozvoje lidí je třeba u tlakových zařízení upřednostnit řízení bezpečnosti, které v sobě zahrnuje i řízení spolehlivosti, protože na základě analýzy havárií je bezpečnost nadřazená spolehlivosti. Pro bezpečnost tlakových zařízení musí provozovatel zajišťovat tři cíle z hlediska veřejného zájmu. Prvním cílem je zajistit provozní spolehlivost (dependability) tlakového zařízení, které zabezpečuje služby nebo produkty. Druhým cílem je zajistit integrální (systémovou) bezpečnost sledované položky, tj. ochránit předmětnou položku před pohromami všeho druhu (vnitřními i vnějšími, a to včetně lidského faktoru). Třetím cílem je zajistit, aby tlakové zařízení ani při svých kritických podmínkách neohrožovalo sebe a své okolí, tj. ostatní veřejná aktiva.

Použitá literatura:

[1]    PROCHÁZKOVÁ, D. Bezpečnost složitých technologických systémů. ISBN: 978-80-01-05771-1. Praha: ČVUT 2015, 208p.

[2]    PROCHÁZKOVÁ, D. Zásady řízení rizik složitých technologických zařízení. ISBN: 978-80-01-06180-0, ISBN:78-80-01-06182-4. Praha: ČVUT 2017, 364p. http://hdl.handle.net/10467/725822017

[3]    ČR. Sbírka zákonů.

[4]    PROCHÁZKOVÁ D. Analýza, řízení a vypořádání rizik spojených s technickými díly. ISBN 978-80-01-06480-1. Praha: ČVUT 2018, 222p. http://hdl.handle.net/10467/78442

[5]    UN. Human Development Report. UN, 1994 New York, www.un.org.

[6]    EU. The Safe Community Concept. EU, 2004 Brussels, PASR project.

[7]    EU. Green Paper on a European Programme for Critical Infrastructure Protection. Brussels: EU 2005, http://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/PDF/?uri=CELEX:52005DC05 76&

[8]    API. RP 581, Risk-Based Inspection Technology, Section 7 Pressured Relief Devices, American Petroleum Institute (API) Recommended Practice 581, 2nd ed., September 2008.

[9]    IEC 61508-1, Funkční bezpečnost elektrických/elektronických/programovatelných elektronických systémů souvisejících s bezpečností: Část 1: Všeobecné požadavky. Praha: Český normalizační institut 2002.

[10]  REDMILL, F. IEC 61508: principles and use in the management of safety. IEE Computing and Control Engineering, 9 (1998), 10, pp. 205–13.

[11]  http://eippcb.jrc.ec.europa.eu/reference/

[12]  NOVOTNÝ R., Spolehlivost a diagnostika, ISBN:80-214-1993-8. Brno, VUT 2001, 159 s.

[13]  CAMPBELL, J. D. Outsourcing in Maintenance Management: A Valid Alternative to Self-Provision. Journal of Quality in Maintenance Engineering, 1 (2008), 3, pp 18–24.

[14]  MOUBRAY, J. Reliability-centered maintenance. New York: Industrial Press Inc. 1997.

[15]  VIROLAINEN,  R., AVEN, T. (eds). PSAM11 and ESREL 2012 Proceedings. ISBN 978-162-276-4365, IPSAM & ESRA, Helsinki 2012.USB, 400 MB.

[16]  ČSN EN 16991, Rámec managementu rizik prohlídek. Praha: Český normalizační institut 2018.

[17] OLDE KEIZER, M.C.A., TEUNTER, R. H.  Clustering Condition-Based Maintenance for a Multi-Unit System with Aperiodic Inspections. In: Safety and Reliability of Complex Systems.London: Taylor &Francis Group 2015. ISBN:978-1-138-02879-1 pp. 983-981.