Zpracování 3D modelu a dokumentace ocelové konstrukce HRSG kotle na odpadní teplo

TECHNOLOGIE KOTLE NA ODPADNÍ TEPLO
Kotel na odpadní teplo (Heat Recovery Steem Generator = HRSG) za spalovací turbínu bývá nejčastěji umístěn v paroplynovém cyklu, kde využívá teplo spalin, které vycházejí z turbíny. Kotel generuje páru, která pohání parní turbínu. V současné době patří paroplynové cykly mezi nejefektivnější a dosahují nejvyšších účinností.

V zásadě můžeme kotle na odpadní teplo rozdělit na kotle s přídavnými hořáky, které dodržují požadované parametry spalin. Těchto kotlů se využívá tam, kde jsou velké výkyvy parametrů spalin. A kotle bez přídavných hořáků, tyto se požívají tam, kde jsou parametry spalin stabilní. Podle konstrukce můžeme kotel rozdělit na vertikální, kde horké plyny proudí přes horizontálně umístěné potrubí a horizontální (kde horné plyny proudí přes vertikálně umístěné potrubí).

Kotle na odpadní teplo mohou být osazeny v podstatě kdekoli, kde vzniká odpadní teplo např. z různých průmyslových procesů jako je sklářský, potravinářský, chemický, hutnický průmysl. Při současných cenách energií, se podílí na zefektivnění celého procesu.

Statický výpočet ocelové konstrukce tohoto kotle byl zpracováván na základě těchto norem:

• zatížení větrem a seismicita dle UBC 1997
• strukturální analýza dle ANSI 360-05, AISC2005
• přípoje a návrh kotvení dle EN (Eurocode)

Pro zahájení prací na 3D modelu sloužily jako vstupní podklady základní schémata rozmístění sloupů hlavní konstrukce kotle + inletu, tvar casingu a schéma hlavních plošin. Jako další podklad sloužil dodávaný model ze statického programu SCIA Engineer, který byl importován do programu Tekla Structures jako referenční model pro určení typu navržených profilů. Současně jsme také vycházeli z referenční dokumentace obdobného typu HRSG kotle, který byl již realizován na jiném kontinentu, ale s ohledem na odlišnou seismicitu v oblasti nové výstavby byla dokumentace použita pouze jako informace o způsobu možného provedení.

Po zpracování modelu hlavní části OK byly vytvořeny projekční výkresy s označením „Preliminary“ a tyto zaslány klientovy k dalšímu doplnění informací. Součástí předávaného balíčku byl také model zpracované OK vyexportovaný do formátu dle požadavků klienta, který bylo možno vložit do jeho programu s technologií k porovnání. Případné kolize takto mohly být rychle objeveny a odstraněny ještě v projektové fázi.

U takto složité konstrukce jsme i s ohledem na množství nově doplňovaných informací ocenili možnost práce v multi-useru, kdy souběžně konstruktéři zpracovávali úpravy na hlavní nosné konstrukci podle nových podkladů, další pracoval na sekundárních konstrukcích a zároveň bylo možné modelovat casing a inlet.

Díky možnosti importu/exportu modelů ze statického programu a 3D modelů technologie si bylo možné vzájemně předávat informace mezi zúčastněnými stranami, označovat kolize a tyto operativně řešit, případně pro aktualizovanou technologii navrhovat doplnění podpůrných konstrukcí (např. pro závěsy a vedení potrubí apod.).

S ohledem na požadavek klienta na postupné vydávání dokumentace dle jednotlivých logických celků (hlavní konstrukce a schodišťová věž, pomocné OK, casing a inlet včetně všech technologických prostupů a vstupních dveří, komín s obslužnými plošinami a přístupovými žebříky) jsme ocenili možnost souběžné práce a fázování modelu, kdy bylo možné pracovat na různých částech a zároveň kontrolovat vliv změn a úprav na ostatní části konstrukce či technologii.

Po vytvoření a schválení 3D modelu a projekčních výkresů byly tyto vydány s označením „For construction“ a díky existenci prostorového modelu bylo možné ihned zahájit práce na zpracování a vydání výrobních výkresů. Protože bylo již při tvorbě 3D modelu přistupováno k jeho vytvoření s důrazem na maximální vyřešení a namodelování všech detailů (např. vstupní dveře do casingu, příprava uchycení Tuned Liquid Damper (TLD) na komínu, vymodelování všech výztuh a přípojů v casingu atd.) došlo k výraznému zkrácení nutného času pro vytvoření výrobní dokumentace oproti standartnímu způsobu tvorby a tímto dosaženo požadovaných termínů plnění, u některých částí i v předstihu.

Souběžně při tvorbě výrobní dokumentace docházelo k nutným úpravám již zpracovaného díla vlivem dalších doplňujících údajů, kdy bylo nutné revidovat množství dílců a dalších navazujících prvků. Nicméně revizí dotčené prvky byly v Tekla Structures evidovány a vydány v patřičných revizích.

Jedním z důležitých faktorů byla možnost úpravy vzhledu a obsahu reportů (výkazů materiálů, spojovacích prvků atd.) dle požadavků a standardů objednatele a současně možnost jejich okamžitého generování i v průběhu zpracování díla, čímž měl klient kdykoliv možnost kontroly – např. o dosažené hmotnosti OK.

Získané zkušenosti s těmito konstrukcemi naše společnost zúročila v další spolupráci, tentokrát na zpracování HRSG kotlů horizontálních, kdy tyto budou postaveny v západní Evropě a jižní Asii.

Výše uvedený způsob práce se nám osvědčil také u jiných projektů, kdy bylo možné souběžně s prováděným statickým výpočtem modelovat danou OK a následně s projekčními výkresy v předstihu vydat téměř finální výkaz materiálu pro předvýrobní proces. S ohledem na již zpracovaný projekční 3D model lze okamžitě po schválení projektu zahájit zpracování výrobních výkresů. Tímto je optimalizován čas zpracování dokumentace, jsou řešeny případné kolize hned v počátcích díla a v neposlední řadě dochází k celkovému zefektivnění naší činnosti v souladu s požadavky klienta.

ZÁKLADNÍ ÚDAJE O ZPRACOVANÉ OK HRSG KOTLE

• výška: 46 m
• výška s komínem: 80 m
• délka: 30 m
• šířka: 12 m (s FWT cca 27,5 m)
• hmotnost OK: 1 300 tun (včetně FWT)

Program Tekla Structures
Komplexní softwarové řešení stavebních konstrukcí od návrhu až po výrobu a montáž. Detailní 3D model obsahuje všechna data potřebná pro generování výkresů, výpisů, NC souborů a řízení stavby. Nová verze Tekla Structures 19 rozšiřuje možnosti projektování, usnadňuje tvorbu výkazů pomocí nového nástroje Object Browser a další. Propojení různých softwarů a komunikaci mezi účastníky projektu zajišťuje prohlížeč modelů Tekla BIMsight, který je zdarma ke stažení na stránce www.teklabimsight.com. 

Designing and a 3D Model of a Steel Structure Shell for Waste Heating of a Vertical Boiler
In 2012, company SteelPro 4 s. r. o. designed a 3D model together with design drawings and subsequent manufacture and assembly documentation of a steel structure and a shell for waste heating of a vertical boiler including a structure for FeedWater Tank (FWT) whose construction is being prepared at the moment in the South-East Europe.

Autoři

• Drochýtek Jan
• Jaroš Jan