Paineastia

Teräksinen paineastia

Paineastia on suljettu, kiinteäseinäinen säiliö, jossa säilytetään kaasuja tai nesteitä suuremmassa paineessa kuin ympäristön paine (yleensä ilmanpaine). Tarkemmin paineastia on turvallisuussyistä määritetty erityisessä paineastialainsäädännössä, jossa määrätään myös paineastioiden testauksesta. Suomen paineastialainsäädäntö perustuu EU-direktiiviin (PED, Pressure Equipment Directive).

Esimerkkejä paineastioista ovat kaasupullot, kuumavesikattilat ja itse asiassa koko painevesiverkosto on myös paineastia. Paineastioita käytetään paljon prosessiteollisuudessa. Ydinvoimaloiden paineastioista on omia säännöksiä. Pienelläkin paine-erolla voi saada aikaan suuria voimia, jos pinta-ala on suuri. Siksi paineastialuokituksissa tarkastellaan tilavuuden ja paineen tuloa (bar l).

Yleensä paineastia suunnitellaan standardeissa esitetyillä laskentakaavoilla, jolloin voidaan olla varmoja, että ne läpäisevät testit ja täyttävät direktiivin vaatimukset. Paineastiat suunnitellaan toimimaan tietyissä paine- ja lämpötilarajoissa. Rajojen ylittäminen tai huonosti tehty suunnittelu johtaa merkittäviin turvallisuusriskeihin. Tämän vuoksi paineastioiden suunnittelu ja tarkastus on sidottu lainsäädännöllä ja standardeilla, kuten Yhdysvalloissa ASME (American Society of Mechanical Engineers, The ASME Boiler and Pressure Vessel Code (BPVC)), Euroopassa PED (Pressure Equipment Directive], Japanissa JIS (Japanese Industrial Standard), Kanadassa CSA (Canadian Standards Association) B51 ja muiden luokituslaitosten kansainvälisillä standardeilla kuten Lloyd's, Germanischer Lloyd, Det Norske Veritas, Stoomwezen yms.

Paineastian muoto

Pallo olisi teoreettisesti optimaalinen muoto paineastialle. Pallomaisia astioita käytetään erityisesti hyvin suurille paineille tai tilavuuksille. Useimmat paineastiat on tehty teräksestä, ja rakenteellisesti niissä on putkimainen keskiosa sekä puolipallon muotoiset päädyt. Putkirakenne ei ole kaikkein edullisin, koska putkiosan vaipan paksuutta kasvattamalla joudutaan lisäämään paineenkestävyyttä. Optimaalinen tuhannen litran paineastia 250 bar paineelle putkimaisena olisi 6 500 mm pitkä ja halkaisija olisi 450 mm. Kaasupulloissa on käytössä pitkämuoto. Paineastioita valmistettaessa hitsataan päädyt runkoon. Rakenteissa käytetään usein terästä, joka on muokkauslujittunut valssauksessa, mutta hitsaus voi joskus huonontaa materiaalin lujuusominaisuuksia. Siksi paineastioissa käytetään erikoisteräksiä, joilla on suuri sitkeys.

Astian paino

Kaikille muodoille paineastian minimimassa on laskettavissa paineesta ja astian tilavuudesta. Pallomaisen paineastian massa on

$m={3 \over 2}pV{\rho \over \sigma }$,

missä $m$ on massa, $p$ paine, $V$ tilavuus, $\rho$ paineastiamateriaalin tiheys ja $\sigma$ on materiaalin suurin sallittu kuormitus. Muilla kuin pallomaisilla paineastoilla on vakiokerroin suurempi kuin 3/2.

Ohutseinäisen paineastian kuormitus

Ohutseinäisen paineastian seinämän kuormitus on

$\sigma _{\theta }={\frac {pr}{2t}}$,

missä $\sigma _{\theta }$ on seinämän kuormitus tai kuormitus säteen suunnassa, p on astian ylipaine, r on pallon säde ja t on seinämän paksuus. Paineastiaa voidaan pitää ohutseinäisenä, jos säde on vähintään 20-kertainen seinämän paksuuteen verrattuna.

Sylinterimäisen ohutseinäisen paineastian kuormitukset ovat
$\sigma _{\theta }={\frac {pr}{t}}$ ja
$\sigma _{long}={\frac {pr}{2t}}$,
missä $\sigma _{\theta }$ on kehän kuormitus tai kuormitus säteen suunnassa, $\sigma _{long}$ on kuormitus pituussuunnassa, p on ylipaine, r on sylinterin säde ja t on seinämän paksuus.

Painelaitteen määräaikaistarkastus

Painelaitelaki määrää painelaitteet, kuten kompressoritankit ja höyrykattilat yms, määräajoin testattavaksi ja tarkastettavaksi. Aikaväli määräytyy käytön ja aineen mukaan.

Kuljetettavat painelaitteet kuten kaasupullot ja kuljetettavien painelaitteiden kaltaiset säiliöt, kuten hengityslaitteiden ja käsisammuttimien säiliöt, tulee painelaitelain mukaan testata ja tarkastaa määräajoin myös. Niiden testauksesta ja tarkastuksesta määrää tarkemmin laki vaarallisista aineista ja vaarallisten aineiden kuljettamista koskevat määräykset.

Tarkastukset ja testaukset kuuluvat tarkastuslaitoksille tai niiden valvonnassa oleville tarkastuspalveluille. Määräaikaistarkastus ei ole painelaitteen huoltoa, eikä liity painelaitteiden huoltoon.

Puhekielessä koeponnistus, katsastus ja tarkastus, yllämainituissa yhteyksissä, viittaa yleensä määräaikaistarkastukseen.

Katso myös

• Kaasupullo

Lähteet

• EU:n paineastia direktiivi
• EU:n yksinkertaisten paineastioiden määräykset
• EU:n paineastialuokittelu

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Paineastia Wikimedia Commonsissa