Painelaitteiden mitoitus ja suunnittelu

Painelaite, mikä se on ja mitä sen suunnittelussa on huomioitava?

Painelaite on kiinteäseinäinen suljettu tekninen kokonaisuus, jonka sisältämän kaasun tai nesteen paine on ympäristön painetta suurempi. Painelaitteita ovat höyry- ja kuumavesikattilat, säiliöt ja putkistot, varolaitteet ja paineenalaiset lisälaitteet. Painelaitteista kootaan laitekokonaisuuksia. Koska painelaitteiden käyttöön liittyy merkittäviä henkilö-, ympäristö- ja omaisuusvahinkojen vaaroja, on painelaitteiden suunnittelua, valmistusta ja käyttöä säädelty. Painelaitedirektiivin, PED 2014/68/EU, ja painelaitelain, 16.12.2016/1144, tarkoituksena on varmistaa painelaitteiden turvallisuus laitteen koko elinkaaren ajan.

Painelaitedirektiiviä on sovellettava sellaisten painelaitteiden ja laitekokonaisuuksien suunnitteluun, valmistukseen ja vaatimustenmukaisuuden arviointiin, joissa suurin sallittu käyttöpaine on yli 0,5 bar.

Ennen suunnittelua on määritettävä luokka, johon painelaite kuuluu. Painelaitteen luokitus määrittää vaatimukset painelaitteen suunnittelulle ja valmistamiselle. Mitä vaarallisempaa on painelaitteen sisältö, sitä tarkemmat vaatimukset laitteen suunnittelulle ja valmistamiselle on asetettu. Painelaitteet jaetaan neljään eri luokkaan, luokka määräytyy painelaitteen tyypin, suurimman sallitun käyttöpaineen, tilavuuden, sisällön olomuodon ja vaarallisuuden mukaan. Painelaitteen luokitus puolestaan määrittää millaista vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelyä laitteen suunnittelussa ja valmistuksessa on käytettävä. Painelaitteet ja laitekokonaisuudet, joiden ominaisuudet jäävätä painelaitteille asetettujen arvojen alapuolelle suunnitellaan hyvän konepajakäytännön mukaisesti.

Painelaitteen suunnittelu

Vaarat poistetaan tai sovelletaan tarvittavia suojatoimenpiteitä sellaisten vaarojen varalta, joita ei ole mahdollista poistaa. Laitteet suunnitellaan kestämään käyttötarkoitusta vastaavia kuormituksia sekä huomioidaan muut kohtuudella ennakoitavat olosuhteet. Huomioon on otettava mm. sisäinen ja ulkoinen paine, ympäristön lämpötila ja käyttölämpötila, tuulesta aiheutuvat kuormat, korroosio ja tukien, kiinnikkeiden ja putkistojen aiheuttamat voimat ja momentit.

Painelaitteen riittävän kestävyyden varmistamiseksi painelaitteiden suunnittelu ja mitoitus perustuu yleensä lujuuslaskentaan. Laskennassa käytetään varmuuskertoimia, joilla voidaan poistaa mm. valmistuksesta, materiaalin ominaisuuksista ja käyttäytymisestä sekä jännityksistä johtuvat epävarmuustekijät.

Painelaitesuunnittelua Enmacissa

Asiakkaallamme oli painelaite, jonka käyttöpaine vaihteli nopealla syklillä. Laitteelle oli saatava PED:n mukainen hyväksyntä. Rakenteelle tehtiin standardin EN 13445-3 mukainen mitoitus. Ensiksi tehtiin staattinen mitoitus rakenteelle, jonka jälkeen tarkasteltiin yhdeliitoksien väsymistä. Lopputuloksena oli rakenne, joka täytti standardin asettamat vaatimukset sekä painelaitehyväksyntää varten laaditut laskelmat.

Asiakkaan painelaitteelle tarvittiin standardin mukainen hyväksyntä. Enmac teki paineastialaskelmat huomioiden standardin mukaiset vaatimukset varmuuksissa. Tuloksena oli vaatimukset täyttävä rakenne ja dokumentoidut laskelmat paineastiahyväksyntää varten.

Asiakkaalla oli tarve laitteistolle, jolla asiakas voisi lämpökäsitellä tuotettaan. Enmac suoritti lämmönsiirtoanalyysin, jonka perusteella määritettiin prosessi ja suunniteltiin paineastia. Paineastiasta laadittiin dokumentointi laitekokonaisuuden hyväksyntää varten.

Miksi Enmac?

Yhteistyössä asiakkaan kanssa Enmac tuottaa dokumentit painelaitteen vaatimustenmukaisuuden arviointimenettelyä varten. Enmac osaa jo suunnitteluvaiheessa valita oikeat materiaalit ja riittävän aikaisessa vaiheessa suoritetulla paineastialaskennalla varmistetaan laitteen turvallisuus sen koko elinkaaren ajaksi.