Kiedy pracownicy Midwestern Collage przyjrzeli się bliżej problemowi zapotrzebowania ich uczelni na nowy system czterech kotłów grzewczych w 100-letnim budynku, stało się jasne, że nie jest to jedynie kwestia zwiększenia wydajności tegoż systemu w produkcji pary.
– Nastąpiła ewidentna potrzeba modernizacji systemu kotłów, tak by spełniał on współczesne wymogi przepisów EPA – Agencji Ochrony Środowiska, a jednocześnie projekt jego modernizacji powinien uwzględniać możliwe zapotrzebowanie College’u na gorącą parę wodną w ciągu kolejnych 20 lat – opowiada Tony Smith, starszy inżynier mechanik w firmie Monsanto Enviro-Chem Systems (MECS, Inc.), Inc. z St. Louis, który koordynował prace projektowe nad nowym systemem. – W swoich działaniach musieliśmy również zachować detale architektoniczne ścian budynku kotłowni, był on bowiem obiektem zabytkowym.
Istniało jeszcze jedno podstawowe utrudnienie. – Urządzenia ciepłownicze nie mogły być wyłączone, a ich funkcjonalność w najmniejszym stopniu naruszona przez cały czas trwania procesu modernizacji – komentuje Mike Reim, projektant rurociągów systemu w firmie Monsanto Enviro- Chem. – W tej kotłowni prowadzono badania naukowe już od 15–20 lat. Jeżeli zniszczylibyśmy któreś z urządzeń, wszystko poszłoby na marne.
Nieco zdziwiony Tony Smith mówi: – Ze względu na wielką skalę tego przedsięwzięcia, olbrzymią ilość istniejącej już armatury i sprzętu oraz konieczność utrzymania pełnej, niczym niezakłóconej funkcjonalności systemu, projekt ten był niezwykle skomplikowany zarówno pod względem inżynieryjnym, jak i planowo-konstrukcyjnym.
Jednym z najcenniejszych i najmocniejszych atutów firmy prowadzącej modernizację okazały się zdolności jej pracowników do pracy z trójwymiarowymi (3D) modelami systemu kotłów, dającymi przejrzysty obraz tego, w jaki sposób istniejący system i jego armatura mogłyby funkcjonować po podłączeniu do niego nowych kotłów. – Modelowanie trójwymiarowe to niezwykle przydatne narzędzie. Mając kompletny model systemu z nowym kotłem oraz nowymi rurociągami, mogliśmy spokojnie projektować armaturę o średnicy wewnętrznej rur 1/16 cali – przyznaje Tony Smith – Naszym zadaniem było udać się do konkretnego miejsca w systemie, wykonać tam niezbędne pomiary, następnie przenieść je do wirtualnego modelu i wstawić w tym miejscu nowy, zamodelowany wcześniej fragment rury. Nie musieliśmy już być uzależnieni od tego, co podpowiadają nam, niekiedy mylnie, nasze wewnętrzne przeczucia i intuicja – dodaje Mike Reim.
System pozwalał również projektantom na obejrzenie pełnego modelu w formacie aplikacji CAD, tak więc cała ekipa pracująca przy jego realizacji mogła wcześniej obejrzeć w wersji elektronicznej istniejący już w budynku układ armatury i urządzeń. Laptop wyposażony w odpowiednie oprogramowanie projektowe umożliwił pracownikom znajdującym się w terenie wprowadzanie do systemu niezbędnych danych, które były automatycznie aktualizowane i udostępniane wszystkim innym osobom pracującym w danym momencie nad projektem. W ten sposób ludzie z zespołu projektowego i zespołu konstrukcyjnego widzieli na bieżąco, w czasie rzeczywistym, wyniki wszystkich pomiarów i dzięki temu mogli szybciej i bardziej efektywnie podejmować najważniejsze, kluczowe decyzje dotyczące kształtu i realizacji projektu.
Pracownicy firmy Monsanto udostępnili pełne dane, niezbędne zespołowi projektantów. – Rozpoczęliśmy nasze prace w gronie trzech inżynierów, jednakże, w miarę upływu czasu, grupa ta zwiększyła się początkowo do czterech, a ostatecznie do 12 osób wpatrzonych w tworzący się trójwymiarowy model systemu – wspomina Jim Cope, administrator systemu CAD. – Obecnie w całym budynku mamy rozmieszczone od 50 do 75 stanowisk z komputerami typu laptop.
Istniejący system pozwalał również na wykonywanie komputerowych, dokładnych analiz występujących w nim naprężeń, zamiast działań na zasadzie prób i błędów. – W chwili gdy decydowaliśmy się na przecięcie rury i wniknięcie w ten sposób w jej strukturę, reakcje otoczenia były bardzo zróżnicowane – stwierdza Mike Reim. – Musieliśmy zatem planować swoje działania bardzo starannie, tak by nie przeciążyć systemu. Był to bowiem potencjalny czynnik grożący olbrzymimi zniszczeniami w strukturze całego systemu.
Na koniec warto wspomnieć o tym, że opracowany model 3D systemu, dzięki swej elastyczności, możliwości swobodnego modelowania i bieżącej korekty lub zmiany parametrów, stanowił fundamentalny element projektu i pozwolił na stworzenie solidnego systemu armatury wraz z kotłami grzewczymi. – Kiedy w trakcie realizacji projektu pojawiały się problemy, mogliśmy w prosty sposób uwzględnić je w naszym modelu i analizować różne metody ich rozwiązywania – przyznaje Mike Reim.
Spojrzenie od strony przemysłowej
Według dr. Jeffreya Hollingsa, starszego wiceprezesa firmy Bentley Plant z Walnut Creek w stanie Kalifornia (USA), oprogramowanie mapujące to narzędzie powszechnie stosowane przy realizacji nowych konstrukcji, warto jednak o nim pamiętać również przy modernizacji starych systemów i urządzeń. Proponowany przez tę właśnie firmę pakiet AutoPLANT Plant Design to jedno z narzędzi wykorzystujących inżynierskie środowisko modelowe 3D CAD wraz z narzędziami skanującymi. Pakiet ten jest często stosowany, szczególnie tam, gdzie wymagana jest minimalizacja czasu przestoju istniejącego już systemu w trakcie jego modernizacji. Tu właśnie niebagatelną rolę odgrywa laser skanujący.
– Wszelkie modernizacje i unowocześnienia systemów grzewczych budynków i obiektów przemysłowych są w obecnym czasie szczególnie popularne w Stanach Zjednoczonych. Powszechnie wiadomo na przykład, że niejedna z elektrowni jądrowych nie podlegała gruntownym modernizacjom od roku 1974 – zauważa Jeffrey Hollings.
Wymienia on kilka czynników, jakie należy uwzględniać przy tworzeniu projektów modernizacyjnych:
-
wykonalność procesu mapowania systemu – dostęp do niezbędnych informacji,
-
dostępność do istniejącej dokumentacji, wykonywanych wcześniej skanów, dokumentów lub modeli CAD,
-
wstępna ocena bazy dla prowadzonego projektu, istniejącej w zakładzie (budynku).
– Zrozumienie i świadomość sytuacji, jaka istnieje w danym momencie na miejscu realizacji projektu, będzie bardzo pomocna dla grupy inżynierów projektantów, umożliwiając im zrozumienie, jakiego rodzaju zadania należy wykonać i jakie wykorzystać do tego narzędzia – stwierdza Jeffrey Hollings. Jednakże, jak ilustruje przykład firmy Monsanto, istnieje jeszcze jeden wielki plus takiego podejścia, widoczny w trakcie prac. – Istotna korzyść to fakt, że wszelkie propozycje zmian mogą być rozważane „na sucho”, na raz zmapowanym, wirtualnym modelu systemu, umożliwiając symulację jego działania i obserwację możliwych skutków tegoż działania – przyznaje Hollings. – Daje to zespołowi projektantów dużą pewność i swobodę działania w trakcie procesu modernizacji.
UR
Artykuł pod redakcją Andrzeja Ożadowicza
Autor:
Bob Vavra, redaktor naczelny Plant Engineering, USA
