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 

,

missä  on massa,  paine,  tilavuus,  paineastiamateriaalin tiheys ja  on materiaalin suurin sallittu kuormitus. 
Muilla kuin pallomaisilla paineastoilla on vakiokerroin suurempi kuin 3/2.

Ohutseinäisen paineastian kuormitus 
Ohutseinäisen paineastian seinämän kuormitus on

,

missä  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

 ja

,

missä  on kehän kuormitus tai kuormitus säteen suunnassa,  on kuormitus pituussuunnassa, p on ylipaine, r on sylinterin säde ja t on seinämän paksuus.

Katso myös 
 Kaasupullo

Lähteet 

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

Viitteet

Aiheesta muualla