KONŠTRUK NÉ A PREVÁDZKOVO – ÚDRŽBOVÉ CHYBY NADZEMNÝCH PRIECHODOV PLYNOVODOV Ing. František Stejskal* 1. ÚVOD Technické posúdenie plynovodných premostení a nadzemných priechodov (NP) bolo vykonané na základe požiadavky odberate a z dôvodu vstupnej prehliadky pri zakladaní pasportov. Obdobne je to riešené správcom cestných mostov (“mostní list”). Zloženie digitalizovaného aj papierového pasportu je dôležitým opatrením pre sledovanie a plánovanie údržby, rekonštrukcií, opráv, alebo návrhov na zmenu priechodu zhybkou tam, kde je to možné. Vstupné technické posúdenie bolo vykonané kvalifikovaným certifikovaným personálom formou vizuálnej prehliadky vybraných úsekov vtl plynovodov spolu s potrebným koróznym meraním. Zis ované skuto nosti boli v teréne zaznamenávané do interných tla ív protokolov a tieto boli následne spracovávané do komentovanej správy o technickej kontrole pod a objednávate om dodaného vzoru. Boli zis ované aj skuto nosti statického charakteru ako podklad pre posudok kvalifikovaného statika a návrhy na NDT kontrolu ultrazvukom (UT) v korózne a inak (najmä erózne) narušených detailoch. Už po kontrole prvej série NP sa ukázalo, že problémy na nosných konštrukciách potrubí NP výrazne prevažujú nad problémami vlastných potrubí plynovodov a v mnohých prípadoch sú NP zásluhou kritického stavu nosných konštrukcií v nedefinovate nom, až predhavarijnom stave, ktorý si vyžaduje okamžitý zásah alších špecialistov – statikov a konštruktérov. * Ing. František Stejskal, 1948, korózny inžinier – emeritný expert (fy Mirage) L. Svobodu 2, 058 01 Poprad mobil: +421 907 974 943, fax: +421 527 891 622 E–mail:
[email protected]
V tomto zmysle bolo okamžite navrhnuté rozšírenie predmetu innosti, alšie kontroly už rozšírenie technickej prehliadky rešpektovali. Kontrola technického stavu potrubia plynovodu bola zameraná na zrete né, resp. predpokladané (na základe dlhoro ných skúseností) korózne a iné narušenia potrubia a nosných prvkov, nepreverovalo sa teda potrubie priebežne zo všetkých strán ako je to nutné pri klasickej VT NDT kontrole, ale pod a upravených požiadaviek objednávate a pre prvotnú kontrolu a bez špeciálneho zabezpe enia pre práce vo výškach. Niektoré poh ady boli preto obmedzené. Pre posúdenie technického stavu boli však využité zvä ša pravidlá pre VT (STN EN 473/2002). Použité boli bežné pomôcky potrebné pre vykonávanie VT NDT kontroly (fotoaparát s bleskom a zoomom, prenosné reflektorové svietidlo, alekoh ad, prenosný rebrík, istiaci opasok, univerzálny merací prístroj s medenou elektródou a mera zemných odporov). Každý NP bol podrobne popísaný v osobitnom protokole, ktorý sa založí spolu s fotografickou prílohou do pasportovej dokumentácie. Komentár pri každom protokole obsahuje odporú ania pre údržbu a prípadné rekonštrukcie (po alšej kontrole statikom a ultrazvukom), ich zovšeobecnenie je v súhrnnej závere nej správe. Základné pre plánovanie je však zaradenie do štyroch kategórií, charakterizujúcich sú asný stav potrubia plynovodu a podporných konštrukcií: I. nadzemný prechod bez zjavných a zásadných chýb (návrh pre údržbu) II. výskyt chýb korózneho charakteru (návrh pre údržbu) III. výskyt chýb korózneho a statického charakteru (návrh na iasto nú rekonštrukciu) IV. zásadné chyby brániace ihne alebo v krátkom asovom období spo ahlivej prevádzke (kompletná rekonštrukcia)
strana 1 zo 1
V niektorých prípadoch sa kategórie prelínajú, na kone né zaradenie bude ma vplyv aj posúdenie alšími metódami NDT) a špecialistami (statik, betonár – sana ný špecialista a pod.) Z technickej prehliadky mnohých NP je patrné, že po as výstavby a alšej prevádzky chýbal kvalifikovaný dozor certifikovanou osobou. Mnohé NP boli projektované a budované v eskoslovensku celoštátnymi organizáciami, je preto ve mi pravdepodobné, že rovnaké alebo ve mi podobné problémy sa vyskytujú aj na NP v R. Stavy na plynovodoch sú aspo bežne preverované, ale na niektorých ostatných médiách (voda, para) s potrubnou prepravou boli zistené ove a horšie skuto nosti (pri poh ade na paralelné premostenie). Podstatné konštruk né, resp. montážne nedostatky celkové alebo v detailoch boli len málokedy údržbovými prácami eliminované a neboli ani modernizované. Kontrolované NP boli prevážne odlišných konštrukcií, bolo teda treba ku každému NP pristupova individuálne, aj ke zdanlivo si boli niektoré konštrukcie ve mi podobné, odlišovali sa min. v nieko kých dôležitých detailoch, tak ako projektové ústavy iasto ne kopírovali svoju robotu. Ukázalo sa, že absolútna vä šina problémov NP (predhavarijný stav) bola na nosných astiach, najmä závesných prvkoch (lanách, ahadlách) a pri použití tzv. samonosných konštrukcií (so zdvojením potrubia). Najviac problémov na potrubí bolo zasa na výstupoch zo zeme (rozpadnutá zemná izolácia vplyvom ÚV žiarenia, konštruk ne zlé a nedomyslené „chráni kové“ vstupy). Zo skúsenosti spracovate a je známe, že pri výstavbe neboli dodávate om rešpektované pripomienky a projektované „stavebné úpravy“ (t. j. konštruk né detaily pre kompatibilitu NP s katódovou ochranou a naväzne s prepä ovou ochranou – „nepriamym uzemnením“). Tie sú v protokoloch podrobne opísané. Chybou bolo (a je), že projektant protikoróznej ochrany nebýva pozývaný na kolauda né konania, kedy je ešte posledná možnos túto problematiku zachyti a eliminova .
Pri zachycovaní problematických miest NP bola použitá klasická fotografická metóda (na kinofilm), aj ke má svoje nedostatky. Význam spo íva v tom, že jej zásadný originálny nosi a fotografie z neho nemôžu by digitálne upravované a prvotný záznam s vysokou dokumenta nou výpove ou teda vždy zodpovedá skuto nosti, o má pre technickú kontrolu a/alebo znalecké posúdenie ve ký význam (pre archiváciu ). Až alšie kópie a spracovania boli spravené po naskenovaní digitálne. Digitálne techniky pri následnom spracovávaní potom môžu zvýrazni alebo potla niektoré potrebné i naopak nepotrebné detaily (farbu, h bku ostrosti, potla enie pozadia, škály nebezpe enstva, odfiltrovanie nepodstatných astí celku alebo polocelku at .). Fotografovanie bežným fotoaparátom sa v zopár detailoch ukázalo ako nevhodné (odraz svetla, automatické zaostrovanie na iný prvok, tieniaca pavu ina), tieto detaily sú však vždy dostato ne a pod a pravdy popísané v protokole. Je nutné vysvetli ešte niektoré spomenuté pojmy. Predhavarijným stavom sa myslí stav, kde sú silne narušené najmä nosné prvky alebo ich uzlové detaily a nedá sa spo ahlivo ur as do havárie, a to zrejme ani dodato ným skúšaním inými NDT metódami. Impulz, ktorý haváriu spustí, môže prís kedyko vek (búrka, silný vietor, otras pôdy, vstup loveka na konštrukciu, náhla teplotná zmena a pod.), nedá sa teda ani odhadnú as, kedy k havárii dôjde. alšie NDT metódy však môžu stanovi min. as, po ktorý je havária ešte málo pravdepodobná a dá sa vcelku bezpe ne pripravi investi ná akcia. Iba technická prehliadka takéto asové minimum nemôže ur . Výraz „vyšší potenciál“ je treba pod a zaužívaného zvyku v aktívnej protikoróznej ochrane chápa v zmysle zápornom, teda nie ako „kladnejší“. V kontexte protokolov to osvet ujú aj doplnkové údaje. Ozna enie avobrežná a pravobrežná strana je v smere po toku vodote e, tak ako je to obvyklé geograficky. Najdôležitejšie problematické miesta a konštruk né detaily sú zrejmé z fotoprílohy.
strana 2 zo 2
2. ZÁVERY Technická prehliadka zadaných NP vo všeobecnosti ukázala na nie ve mi dobrý stav. Ur ité chyby vznikli už pri projektovaní. Napr. ochranné niky pre potrubia v pilieroch síce zabránili ich poškodeniu plávajúcimi predmetmi alebo adom pri zvýšenej hladine vody, ale aj ich ahkému prístupu pre kontrolu a údržbu, najmä na rozhraní vzduch – zem. Zdvojenie potrubí na niektorých NP síce zjednodušilo samonosnú konštrukciu, ale aj zabránilo spriechodneniu potrubia istiacim ježkom (s ktorým sa ešte v nedávnej minulosti nerátalo). Spriechodneniu potrubia zabra ujú aj niektoré kompenza né kolená pre elimináciu dilatácií, lebo majú malý polomer ohybu. Kotviace a nosné laná sú mimo bežný dosah a preto prakticky neudržiavate né klasickým náterom i impregnovaním. Vo všeobecnosti podkladné dosky, dorazy a objímky nie sú riešené s odizolovaním pre dlhodobú trvácnos , izola né materiály, ak vôbec sú, sú zni ené už po krátkom ase poveternostnými a ÚV vplyvmi. Nie sú kvalifikovane a trvácne vyriešené vstupy potrubia do zeme a rozhranie náter – zemná izolácia. „Chráni kové“typy vstupov sú nedomyslené a takmer vždy je vo vnútri kritický korózny stav. Na tranzitnom ropovode už boli odstránené. Korózne nebezpe né sú neodvodnené kazety, úmyselne i neúmyselne navarené duté rúrky, kde na ich dolnom konci sústre ovaná kondenzovaná i zrážková voda spôsobuje nekontrolovate nú koróziu a mrazové trhliny od tlaku zmrznutej vody. Netesné zvary trubkových výstuh spolu s nasávacím „efektom svetla v prá ovni“majú podobné problémy, rovnako sú na tom aj trubkové závesné tiahla. Nosné a kotevné laná sú vo né, skorodované, nemajú (funk nú) dopínaciu vložku. Konštruk né nedostatky sú zvýraznené nedostatkami vzniknutými pri montáži, resp. výstavbe. Sú to nezakryté montážne otvory v betónových základoch, nepokrytie menej kvalitného betónu aspo kvalitnou krycou vrstvou (naimpregnovanou omietkou), prev tanie dutých priestorov odvod ovacím otvorom alebo ich
vyplnenie (betón, PUR pena, ML vosk). Uvažova sa dá aj o rekryštalizácii betónových blokov, typu ochrany proti ÚV a o odnímate ných strieškach nad potrubím popri cestných mostoch (proti chloridovým posypom) alebo o kombinovaných typizovaných konštrukciách (betónová prefabrikovaná zábrana s integrovanou výstražnou tabu kou). Pri samotnej údržbe je vidite ná ur itá nesystemati nos až bezradnos . Celá údržba zvy ajne spo íva vo vykonaní náterového povlaku, pri om sa korózne a mechanicky kritické miesta vynechávajú, obídu alebo sa nehodnotia. Málo známe je, že pod odchlípenou zemnou izoláciou je katódová ochrana prakticky neú inná. Ku kritickým prvkom patria takmer vždy nosné a napínacie laná, ktoré sú len s obtiažami udržiavate né v bezkoróznom stave. Nosné laná by mali by samozrejme z pozinkovaných drôtov. Bežný náter nesta í. Bolo by ich vhodné napr. zapúzdri do zmrš ovacích manžiet (bužírok) s nápl ou butylkau ukového tmelu a následne proti ÚV žiareniu a poveternostným vplyvom obmota napr. páskou so zinkovým povrchom. Sú možné samozrejme aj iné riešenia. Taktiež vstupy do pôdy sú kritickým miestom, ktoré nie je ani po opravách celkom komplexne doriešené. Pod a zahrani ných skúseností je v tomto prípade trvácna vosková (!) priechodka novej generácie. Jej životnos je min. 25 rokov. Vosky sú tesné, odolné aj proti ÚV žiareniu, môžu sa však aj zatieni napr. páskou z hliníka. Ako poukázali niektoré (skontrolované a vyfotografované) poruchy bleskoistiek, sú tieto takmer vo všetkých prípadoch výkonovo poddimenzované (2,5 až 5kA, skúšobná vlna max. 8/20 s) a bez „fail – safe“efektu (pri prekro ení výkonu idú do trvalého skratu), ktorý je v sú asnosti predpisovaný novými EN (IEC 62305 a náväzné). Tento trvalý skrat je potrebný z dvoch dôvodov – jednak je ahko objavite ný (prostredníctvom zisteného poklesu EON pri dia kových i miestnych kontrolách katódovej ochrany), jednak aj v prípade poruchy – skratu bleskoistiek – vždy zais uje uzemnenie chránenej konštrukcie (a náväzných zariadení – SKAO, izola ných spojov, idiel, RS i PS) i v prípade alších úderov blesku.
strana 3 zo 3
Odporú a sa osadenie moderných výkonových bleskoistiek s parametrami 100kA, (skúšobná vlna 10/350 s, fail – safe efekt) v rôznom vyhotovení pod a potreby (interné, externé, nevýbušné, podzemné – proti vandalom). V sú asnosti sú na trhu takéto výrobky. Podzemné uloženie špeciálnych bleskoistiek sa ve mi osved ilo. Ale pozor na zapojenie, aby boli merate né bleskoistky aj samotné uzemnenie! Samostatnou kapitolou sú základové a oporné železobetónové konštrukcie NP. Skuto ná fyzická životnos betónovej (železobetónových) konštrukcie závisí od ve a faktorov a ich vzájomných kombinácií (normálne a agresívne zložky vzduchu, agresívne zložky v zrážkovej, zatekajúcej i pôdnej vode, chemické vplyvy – sírany, chloridy, dusi nany, uhli itany, biologické vplyvy, fyzikálne vplyvy prevádzky, rozptyl kvality parametrov použitých diel ích materiálov, nesprávne výrobné postupy). Predpokladaná životnos betónových konštrukcií 100 rokov sa tak môže skráti o 20 až (viacej ako) 50 %. Ve ká as betónových konštrukcií NP je teda už narušená (chloridy, CO2, karbonizáciou a biovplyvmi) a správca stojí pred problémom ich sanácie. Tá vo vä šine prípadov spo íva iba v povrchových náteroch, o síce zlepší vzh ad, ale nebráni už za atej vnútornej deštrukcii, iba ju mierne spomalí. Komplexné sanácie (otryskanie ažna výstuž, utes ovanie rekryštalizáciou, injektáž) zasa môžu by neadekvátne drahé a niekedy zbyto ne rozsiahle. Aby sa zabezpe ila spo ahlivos funkcií betónových konštrukcií, je nutné dodrža predsana né postupy, ktoré celý proces pomôžu optimalizova : 1. vizuálna prehliadka – bola sú as ou tejto technickej kontroly – ur í hlavné a nazna í skryté škodlivé vplyvy, odporu í prípadne alší stavebno – technický prieskum aspo uzlových astí konštrukcie. 2. stavebno – technický prieskum špecialistom zistí s vysokou pravdepodobnos ou stav betónu a výstuže, navrhne spôsob a rozsah opravy vrátane použitia vhodných sana ných materiálov. Sú as ou prieskumu môžu by aj laboratórne a terénne experimenty.
3. vyhotovenie sana ných opráv pod a výsledkov stavebno – technického prieskumu. Po as prác však môžu by zistené alšie skuto nosti, ktoré stavebno – technický prieskum nezachytil (napr. trhliny alebo silná korózia vo vnútri konštrukcie po odkrytí výstuže) a je ich treba dorieši na mieste. 4. neoddelite nou sú as ou sana ných prác je stanovenie po etnosti pravidelných periodických prieskumov a ich bka ich podrobností. Archivované údaje môžu výrazne spresni d žky medzisana ných dôb, prípadne stanovi skuto nú životnos konštrukcie a v as pripravi novú stavbu. Týmto postupom sa výrazne zníži riziko havárií. Samozrejme, spolu s prieskumom železobetónových konštrukcií sa musí prihliada na ich väzby na náväzné oce ové konštrukcie. Najvýraznejšie sa na NP prejavovala karbonizácia betónu. Tá prebieha v štyroch etapách: 1. utes ovacia – reakciou zvyškového hydroxidu vápenatého s CO 2 sa povrch pokrýva nerozpustným uhli itanom, ale znižuje sa pH. 2. alším pôsobením CO2 vznikajú jemnozrnné modifikácie CaCO3 , alej klesá pH. 3. prekryštalizáciou CaCO3 na kalcit a aragonit (10x vä šie zrná) dochádza k rýchlej povrchovej deštrukcii betónu. Pri pH 9,5 dochádza k lavínovitej korózii povrchovej výstuže s „odstre ovaním“ betónu nad výstužou. Toto urých uje aj obsah chloridov. 4. celková karbonizácia, kedy kalcit a aragonit prestúpil do vä ších h bok a vnútornými tlakmi sa deštruuje betón. Chloridy naviac reagujú s aluminátovými zložkami betónu, o spolu s ú inkami mrazu predstavuje akútne nebezpe enstvo náhleho zlyhania pevnosti konštrukcie. Overenie armovania a zvyškových prierezov výstuže býva v tomto prípade ve mi potrebné. Korózia výstuže tiež prispieva k deštrukcii betónu vnútorným pnutím, lebo jej produkty majú až trojnásobný objem oproti
strana 4 zo 4
pôvodnej oceli. V skarbonátovanom a chloridmi nasýtenom betóne už nefunguje alkalická pasiva ná ochrana výstuže betónom. Korózne napadnutie výstuže je merate né aj elektricky – meraním jej potenciálov. Ak sú zápornejšie ako – 350 mV (Ca/CuSO4 elektróda), výstuž ( i kotevné prvky) zaru ene korodujú. Pre sana né práce je nutné oslovi renomované sana né firmy a použi osved ené sana né a izola né materiály. Existujúca vegetácia nižších druhov (lišajníky, machy) sved í o skarbonizovaní povrchu betónu. Vegetácia vyšších typov (tráva, kríky) už sved í o hlbokých trhlinách i dutinách v betóne s trvalou vlhkos ou. Korene rastlín svojím leptavým pôsobením a rozpínavou silou (spolu s mrazom) silne prispievajú k celkovej deštrukcii betónových blokov. Pri navrhovaní statiky pri rekonštrukciách a opravách by mal projektant postupova už v súlade s tzv. EUROKÓDMI (stavebno – konštruk né nové európske normy STN – EN). Markantným príkladom nedotiahnutia detailov podrobne v protokoloch uvedených (spôsobenom alebo konštruktérom, alebo stavebným dodávate om, na o však nebolo pravdepodobne z neznalosti upozornené pri kolaudácii) je most cez rieku Orava. Nádherná, pevná a korózne stabilná konštrukcia, inak bez technických chýb, sa ocitla v predhavarijnom stave vplyvom priesaku vody do závesných ahadiel a neutesnením lanových kotevných hrncov, ktoré sú pre únosnos premostenia najdôležitejšie a ich zlyhanie „re azovou reakciou“ by viedlo zaru ene k pádu NP a k prerušeniu dodávok plynu na Hornú Oravu. Tieto problémy však nie sú nijako ojedinelé, sved í o tom aj obdobný stav – vznik mrazových trhlín v „uzavretej“ stojine mostovky krásneho Ž ákovského mosta v R (pozri Stavebnictví 06/07 str. 69). Záverom tejto technickej kontroly by bolo potrebné navrhnú systém opatrení :
a. Bezodkladné opatrenia V protokoloch sú odporú ané prípady, ke predhavarijný stav neznesie odklad riešenia a preto by Havarijná komisia riskmanagementu mala kona bezodkladne. b. Krátkodobé opatrenia Množstvo nedoriešených kritických detailov evokuje potrebu ich sumarizácie, zovšeobecnenia a doriešenia, napr. formou náväznej úlohy technického rozvoja, ktorá by mala zefektívni a optimalizova kone né riešenie (jej výsledkom by mal by katalóg konštruk ných odporú aní a detailov, prípadne celých konštruk ných osved ených riešení). Každý NP by mal ma pasport so všetkými dôležitými a potrebnými údajmi, ktoré by v bezpe nom archíve boli zdrojom informácií pre štatistické a eviden né údaje, ako aj pre rozhodovanie managementu v otázkach plánovanej údržby a krízových stavov (obchvatov plynovodov a náhradného zásobovania ZP). Sú asne by sa malo vykona školenie (s exkurziou) konštruktérov a údržbárov o zásadách údržby a rozpoznania kritických detailov NP a vz ahu NP ku APKO. Korózny špecialista (level 3) by sa mal spoluú ast ova na vyjadreniach k projektu NP pri kontrolách na stavbe a pri kolaudácii NP. Pri výstavbe NP, ke prevažne vznikajú korózne konštruk né problémy, tieto nie sú zaregistrované a prenášajú sa tak bez patri ného usmernenia do prevádzky. Mnohé spomínané problémy by trebárs vyriešili zav asu odv tané dierky (so záslepkami ako tomu bolo na bloku motorov proti prasknutiu zmrznutou chladiacou vodou v zime, alebo bez nich), dostato né odvod ovacie otvory a pozitívne spády v kazetách. c. Strednodobé opatrenia Údaje získavané a uchovávané v pasportoch NP by mali slúži pre periodické diagnostiky, štatistiky poruchovostí jednotlivých konštrukcií NP a pre celkové bodové ohodnotenie spo ahlivosti jednotlivých úsekov plynovodov. Z tohto poh adu by mal by v dlhodobom asovom horizonte pripravovaný obslužný personál pre NP.
strana 5 zo 5
Výsledkom všetkých týchto kontrol a navrhovaných opatrení by malo by zaistenie bezpe ného a spo ahlivého prevádzkovania plynovodných sietí, teda aj bezpe nú a trvalú dodávku ZP všetkým zákazníkom a obnovená dôvera v zemný plyn ako bezpe né palivo. Použité skratky: APKO - aktívna protikorózna ochrana ZP - zemný plyn NDT - nedeštruktívne technológie KAO - katódová ochrana UT - ultrazvuková technológia NP - nadzemný priechod VT - vizuálna kontrola R eská republika ÚV - ultrafialové žiarenie EN - Európska norma TU - trasový uzáver STN - Slovenská technická norma RS, PS - regula ná, prepúš acia stanica Pl - plynovod Level - úrove
strana 6 zo 6
