Emise, imise, těsnost

Zákony, nařízení vlády, vyhlášky a směrnice:

Zákon č. 86/2002 Sb. – o ochraně ovzduší
Nařízení vlády č. 350/2002 Sb. – imisní limity a způsob sledování, posuzování, hodnocení a řízení kvality ovzduší
Nařízení vlády č. 351/2002 Sb. – emisní závazné stropy pro některé látky znečišťující ovzduší a způsob přípravy a provádění emisních inventur a projekcí
Vyhláška MŽP č. 355/2002 Sb. – emisní limity a další podmínky provozování ostatních stacionárních zdrojů znečišťování ovzduší emitující organické těkavé látky z procesů aplikujících organická rozpouštědla a ze skladování a distribuce benzinu
Vyhláška MŽP č. 356/2002 Sb. – seznam znečišťujících látek, obecné emisní limity, způsob předávání zpráv a informací, zjišťování množství vypouštěných znečišťujících látek, tmavosti kouře, přípustné míry obtěžování zápachem a intenzity pachů, podmínky autorizace, požadavky na vedení provozní evidence zdrojů znečišťování ovzduší a jejich uplatňování
Směrnice rady Evropy 96/61/EG – úmluva o přístupu k informacím, účasti veřejnosti na rozhodování a přístupu k právní ochraně v záležitostech životního prostředí (Aarhuská úmluva), pozn. dosud nepřijata Rakouskem. Anglická verze směrnice Integrated Pollution Prevention and Control, německá verze směrnice Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung – „Kontrola kvality vzduchu“ (BREFs – best available techniques reference documents)
TA-Luft/2002 – technický návod pro udržení čistoty vzduchu, požadavek na užití „nejlepší dostupné techniky – Best Available Technology“ i u starých zařízení, pro která je platný od 30. října 2007! Tato směrnice je již delší dobu používána v západní Evropě a obsahuje náročnější imisní hodnoty pro ochranu lidského zdraví a životního prostředí než u dosud platných směrnic pro škodlivé látky, zejména u mezní imisní hodnoty pro jemný prach

Co je TA-Luft/2002

TA-Luft/2002 je technický návod pro udržení čistoty vzduchu včetně dalších dílčích směrnic
pro mezní hodnoty emisí např. v rafinériích ropy (netěsností) stanovených hodnotou
1.10^-4 mbar.l.s^-1.m^-1 ve VDI 2440/2001. Tato hodnota překračuje
dřívější požadavek na průmyslovou těsnost o několik řádů. Její určení např. pro přírubové spoje
bude dále popsán. Zdroje emisí u průmyslového zařízení jsou bodová (velké množství plynů: komíny a polní hořáky)
a plošná (menší množství plynů a par, ale četná: doprava kapalin a plynů, přírubové spoje a armatury).

TA-Luft/2002 – základ technických úvah pro čistotu ovzduší

Cílem směrnice TA-Luft je ochrana společnosti před škodlivými vlivy znečištění
ovzduší a prevence těchto vlivů na životní prostředí.

Tématický obsah kapitol:

Stanovení pojmů a jednotek v metrologii
Právní zákony pro schvalování, předběžnou zprávu a povolení k dřívějšímu zahájení výroby zařízení
Požadavky na ochranu před škodlivými účinky na životní prostředí („část imisní“)
Požadavky na prevenci proti škodlivým účinkům na životní prostředí (zahrnující „emisní část“ a „stav techniky“)
Dodatečná ustanovení zejména s ohledem na „rekonstrukce starých zařízení“

V jednotlivých kapitolách jsou uvedeny „mezní emisní a imisní hodnoty“ pro jednotlivé škodlivé látky,
jejich měření a vyhodnocení pro určitá časová období.

Detailně se TA-Luft zabývá imisními ukazateli pro prach, prachové anorganické látky, prachové emise při překládce,
skladování a zpracování tuhých látek, pro plynné anorganické a organické látky, plynné emise při zpracování,
dopravě, plnění nebo skladování kapalných látek (čerpadla, kompresory, přírubové spoje, uzávěry – armatury, regulační orgány).

Na jednotlivých průmyslových odvětvích pak ukazuje, kde se s problémy emisí škodlivých látek uživatelé setkávají.
Jedná se např. o výrobu tepla, hornictví, energetiku; dále pak se jedná o zpracování kamenů a zemin, keramiku a stavební
hmoty. Dále to jsou ocel, železo a ostatní kovy včetně jejich zpracování; chemické výrobky, léčiva, rafinerie a zpracování
minerálních olejů; povrchové úpravy organickými látkami, výroba tažených materiálů z umělých hmot, zpracování pryskyřic
a umělých hmot; dřevo a celulóza; potraviny, poživatiny a krmiva, zemědělské výrobky a chov zemědělských zvířat.

Oblast přírubových spojů

Tři základní strojní součásti zde tvoří sledovaný spoj: příruby + šrouby + těsnění; těsnost spoje ovlivňují všechny
tři součásti. Pro parametry: tlak – teplota – těsněná látka se používají tyto základní materiály těsnění:

měkká těsnění do tlaku 40 bar, teploty v rozsahu – 50° až 800° C (vyjímečně i vyšší) podle materiálu: pryžová, vláknitopryžová, teflonová, z expandovaného grafitu,
slídová aj.; dosahují průmyslových tříd těsnosti, některé i nejvyšší třídy těsnosti
kovová těsnění z různých kovů a tvarů pro tlaky větší než 64 bar a teploty dle druhu materiálu od minusových do plusových teplot; tvar: plochá, kruhová, čočková,
ortogonální, oválná aj.; dosahují nejvyšší třídy těsnosti
kombinovaná těsnění kovová s měkkými v nejrůznějších kombinacích; nejpoužívanější jsou kov s měkkými vložkami nebo obložením (spirálová,
hřebínková, PTFE aj.) nebo měkké vložky obalované kovem aj.; dosahují běžně průmyslové, v některých případech i nejvyšší třídy těsnosti

Třídy těsnosti (max. dovolené množství netěsností)

běžné průmyslové třídy těsnosti: 1 – 0,1 – 0,01 mg.s^-1.m^-1
(1 – běžné kapaliny; 0,1 – plyny a páry; 0,01 – plyny a páry s vyššími nároky)
nejvyšší třída těsnosti: 1.10^-4 mbar.l.s^-1.m^-1
(0,0001 – vybrané látky podle TA-Luft)

Rozdíl v jednotkách je způsoben metodami měření množství netěsností u průmyslových tříd se cesty netěsnosti dají nahradit kanálky,
v nichž proudí tekutiny laminárním prouděním a jejich množství lze změřit přetlakovými metodami. U nejvyšší třídy těsnosti,
která je o několik řádů vyšší než průmyslové třídy je množství netěsnosti již tak malé, že proudění je difúzní a jeho množství
lze změřit jen vakuovými zkouškami. V laboratořích certifikačních ústavů se v současnosti měří netěsnosti na jednotném rozměru
vzorků těsnění: ø 90 / ø 50 mm, tl. 2 mm s dusíkem jako tlakovým mediem při přetlakové
zkoušce a heliem při vakuové zkoušce. Jednotky tříd těsnosti – např. mg/(s.m) se vztahují na střední obvod
těsnění, tedy u vzorků při průměru 70 mm je jejich obvod ˜ 220 mm. To znamená, že pro danou třídu těsnosti lze spočítat u libovolného
rozměru příruby očekávané množství netěsností.

Tak např. pro přírubu DN 250 PN 25 je střední těsnicí průměr 304 mm; množství netěsnosti
q ve třídě těsnosti λ = 0,1 mg.s^-1.m^-1 bude q = π*0,304*0,1 = 0,0955 mg dusíku /s = 0,344 g/h = 8,25 g/d = 3,012 kg/rok.
Přepočet netěsností na jiný plyn, např. etan C₂H₆ se přepočte vztahem

, kde η je dynamická viskozita daného plynu

Pro zvolenou přírubu q_etan = 0,0955*0,009084/0,01683 = 0,0955*0,543 = 0,0519 mg/s

Pro přepočet v oblasti difúzního proudění platí vztah:

, kde M je molekulová hmotnost plynu

Pro vybraný plyn, např. dichlormethan (viz. TA-Luft) (methylenchlorid)CH₂Cl₂ s molekulovou hmotností M_CH2Cl2 = 84,933 kg/kmol, molekulovou
hmotností M_He = 4,003 kg/kmol odpovídá třída těsnosti

Přepočet obou jednotek, tj. z heliové zkoušky na zkoušku s dusíkem se provádí při teplotě měření 293,15 K, normální teplotě 273,15 K,
normálním tlaku p_N = 1,013 bar a hustotě helia ρ_He = 179 mg/dm³ ze stavové rovnice:

Jak postupovat při návrhu přírubového spoje pro nejvyšší třídu těsnosti?

Požadavky pro řešení ukazuje nejnovější směrnice VDI 2200/červen 2007:
Aby odpadly problémy „selháním přírubového spoje“, pak se musí celý systém
složený ze šroubů, přírub a těsnění správně dimenzovat a montovat.

Obecně lze rozdělit problémy utěsňování do dvou skupin:

běžné utěsnění lze realizovat snadno, protože vznikající možné netěsnosti jsou evidovány
pouze jako ztráta látky, např. chladící vody, tlakového vzduchu, páry aj. nebo při beztlakové
dopravě látky; „princip omezeného selhání“
v důsledku škodlivých emisí jsou kladeny vysoké požadavky na kvalitu těsnění nebo těsnicího
systému, např. u látek poškozujících zdraví, jedovatých, hořlavých, výbušných příp. radioaktivních,
nebo když utěsnění je ztíženo nutností užití speciálních těsnicích systémů nebo dokonce i při
znemožnění jejich užití.

Cílem návrhu přírubového spoje pro danou látku, tlak a teplotu, které odpovídají příslušným provozním
stavům nebo zatížením a předpokládané provozní době,
je zajistit těsnost důkazem těsnosti včetně
zohlednění požadované třídy těsnosti a zabránit selhání spoje a tím vzniku velkých netěsností, lomů apod. důkazem pevnosti.

I pro normalizované součásti je nutné doložit rovněž tyto důkazy těsnosti a pevnosti. Oba důkazy lze vytvořit
pomocí výpočtové normy ČSN EN 1591-1 ve spojení s výpočtovými hodnotami podle ČSN EN 13555. Důležitý je závěr,
že pro utěsnění je nezbytné dostatečné předpětí při montáži, které lze dostatečně přesně stanovit pouze
důkazem těsnosti. Zásadně lze použít umístění těsnění jak v hlavním, tak i ve vedlejším silovém spoji.

Výpočet pro důkaz těsnosti a pevnosti musí přitom splňovat pro výpočtáře následující požadavky:

zadat všechny hlavní rozměry spoje a správně stanovit tuhost jednotlivých částí
vybrat vhodné těsnění a správně užít hlavní charakteristiky těsnění podle ČSN EN 13555
znalost hlavních zatížení a jejich zadání
stanovit předpětí s ohledem na změnu posuvu reakce těsnění při zvyšování utahovacího tlaku – (iterativní postup)
zajistit provozní utahovací tlak, aby vyhovoval požadované třídě těsnosti
doložit využití pevnosti jednotlivých součástí spoje.

Montáž přírubových spojů:

Předpokladem pro trvalé a bezpečné spojení je kromě uvedeného výpočtového postupu i správná montáž přírubového spoje:
ve VDI 2200 je tato definice: Montáž je více než jen posledním krokem k zavedení utahovacích sil
(sil předpětí); montáž je proto nutno respektovat jako závěrečnou a důležitou součást řízení kvality. S požadavky na
těsný přírubový spoj stoupají též požadavky na montážní personál, který by měl splnit tyto požadavky:

provést kontrolu okrajových podmínek,
zavést předpětí, které by splňovalo předpokládané požadavky na spoj,
provést kontrolu předpětí

Použitím utahovacího postupu s co nejmenším rozptylem docíleného předpětí (použitím vhodného
utahovacího nástroje), vhodným mazáním „kvalitních“ šroubů, použitím měření předpětí
lze definovat okrajové podmínky. Pod pojmem okrajové podmínky se zde dále rozumí i správná volba
a stav použitých součástí (těsnicí plochy, šrouby, uložení těsnění).

Jsou nutná provozní měření netěsností?

VDI 2200 poukazuje na to, že ač v USA i Evropě byla již provedena četná provozní měření netěsností,
přesto jsou často zatížena vysokými chybami, jsou náročné a mohou být provedena pouze zkušenými odborníky.
Proto tato směrnice nevyžaduje provozní měření netěsností, zejména v případech, kdy návrh přírubového spoje
byl proveden těsnostním a pevnostním výpočtem podle ČSN EN 1591-1 a když se zaručí kvalitativně vysoká jakost
montáže těsnicího spoje.

Zaručí-li pak výrobce těsnění certifikací organizacemi jako MPA Stuttgart (SRN), CETIM Nantes (Francie) nebo BHR Group
Cranfield (GB) kvalitu svého těsnění, lze za těchto okolností tato těsnění použít i pro spoj s nejvyšší třídou těsnosti.