CADmaster

Ведущаяся в НТП «Трубопровод» разработка программы нового поколения для проектирования тепловой изоляции оборудования и трубопроводов вступила в решающий этап. Идет сборка и отладка программы в целом, тестируются и дополняются расчетные функции, шлифуется пользовательский интерфейс, завершается сбор информации для базы данных теплоизоляционных материалов, настраивается формат выходных документов.

В связи с этим мы решили до определенной степени снять black-out на информацию о будущей программе, рассказать о достоинствах и недостатках старой программы, а также о том, зачем нужна новая и какие идеи мы планируем в ней реализовать.

Как выбирают тепловую изоляцию

Одной из важных областей применения теплоизоляционных материалов и изделий является так называемая промышленная (или «техническая») теплоизоляция — теплоизоляционная защита технологических и магистральных трубопроводов, трубопроводов тепловых сетей, арматуры, сосудов и аппаратов технологических установок. То, насколько правильно выбрана, спроектирована и смонтирована такая теплоизоляция, определяет не только величину потерь тепла в окружающую среду, но и возможность поддерживать требуемую температуру и свойства продукта, а следовательно и работоспособность установки. Последствия применения неэффективно выбранной или недолговечной теплоизоляции каждый имеет возможность ощутить на себе — когда в квартире отключают горячую воду, чтобы переложить или отремонтировать теплосеть…

Какие же требования предъявляются к теплоизоляционным конструкциям оборудования и трубопроводов? Перечислим только основные.

• Эффективность. Тепловая изоляция должна иметь достаточно высокое термическое сопротивление (то есть низкие коэффициенты теплопроводности и теплоотдачи в окружающую среду), чтобы при минимальной толщине гарантировать экономически допустимые потери тепла или холода в окружающую среду либо обеспечивать поддержание температуры продукта или ее изменение в пределах допустимого. Кроме того, она должна защищать обслуживающий персонал от слишком высокой или слишком низкой температуры на поверхности изоляции.
• Надежность. Теплоизоляционная конструкция должна быть достаточно прочной, чтобы в процессе эксплуатации выдерживать различные температурные, механические (статические нагрузки от объекта, грунта, транспорта; вибрация объекта), а также погодные воздействия.
• Безопасность. Теплоизоляционные материалы не должны выделять никаких вредных продуктов (газов, пыли), а также соответствовать требованиям пожаро- и взрывобезопасности: быть несгораемыми, не выделять никаких взрывоопасных или пожароопасных веществ.
• Долговечность. Срок службы тепловой изоляции должен быть достаточно велик, причем в течение этого срока все тепломеханические характеристики изоляции должны сохраняться.
• Применимость для условий технологического процесса и окружающей среды. В частности, материалы теплоизоляционной конструкции должны быть применимы при температурах, принимаемых продуктом и окружающей средой. Для подземных объектов требуется, чтобы изоляция не боялась попадания грунтовых вод. Для объектов с отрицательными температурами — чтобы влага не конденсировалась на поверхности изоляции и не проникала через изоляцию к трубе или сосуду.
• Применимость для формы и размеров изолируемого объекта. Жесткие плиты никак не приложишь к трубопроводу малого диаметра, а теплоизоляционный шнур трудно намотать на плоскую стенку…
• Удобство монтажа и демонтажа. Трудоемкость и сроки монтажа (а для тех объектов, где требуется съемная теплоизоляция, — и демонтажа) должны быть минимальными. Предпочтительны формованные объекты (цилиндры, полуцилиндры и сегменты), соответствующие диаметру трубы, или же трубы и детали с уже нанесенной изоляцией. Отдельные изделия (маты, матрацы, плиты) не должны быть слишком тяжелы для персонала, выполняющего теплоизоляционные работы.
• Экономичность. Желательно, чтобы стоимость теплоизоляции была минимальной.

Естественно, как не может быть лекарства на все случаи жизни, так и все эти требования, различные для разных объектов и условий эксплуатации, а иногда и противоречащие друг другу, невозможно удовлетворить одним материалом или одним типом изоляционной конструкции. В России и за рубежом производится целый набор различных теплоизоляционных материалов (минеральная вата, базальтовое волокно, стекловолокно, каолиновая вата, асбест, перлит, вспененные полимерные материалы и др.) и изделий из них (плиты, маты, холсты, шнуры, цилиндры и сегменты). А вот выбрать оптимальные материал и конструкцию для различных типов изолируемых объектов и условий эксплуатации должен проектировщик. Таким образом, при проектировании тепловой изоляции в задачу проектировщика входит:

• оптимальный выбор теплоизоляционных материалов и марок изделий (а также других материалов, входящих в изоляционную конструкцию, — для покровного слоя, пароизоляционного и т.д.) для различных типов изолируемых объектов, технологических параметров и условий эксплуатации;
• расчет минимально необходимой толщины теплоизоляционного слоя для обеспечения допустимых теплопотерь;
• подбор типоразмеров теплоизоляционных изделий (возможно, в несколько слоев) для формирования соответствующей теплоизоляционной конструкции;
• расчет общего количества основных и вспомогательных изделий и объемов работ;
• выпуск соответствующих сводных проектных документов.

Эта задача (и без того совсем не простая) усложняется тем, что проекты теплоизоляции трубопроводов и оборудования, выполняемые проектными подразделениями, как правило, весьма велики (десятки, а то и сотни изолируемых объектов), а времени на их выполнение обычно отводится крайне мало. Необходима программа, которая бы в максимальной степени ускоряла и автоматизировала работу по проектированию тепловой изоляции.

20 лет на проектной службе

Именно такая программа, разработанная около 20 лет назад в лаборатории трубопроводных систем института ВНИПИНЕФТЬ (которая впоследствии выделилась в ООО НТП «Трубопровод»), до сих пор верой и правдой служит во многих проектных организациях и подразделениях. Создававшаяся для работы на больших ЭВМ, она затем была перенесена на PC, дополнена диалоговым пользовательским интерфейсом на Clipper и, в основном, именно такой дошла до наших дней.

Программа «Изоляция» обеспечивает полную автоматизацию выпуска проекта тепловой изоляции оборудования и трубопроводов. В фонд программы были заложены основные теплоизоляционные материалы, использовавшиеся в СССР. В зависимости от типа и параметров изолируемого объекта и в соответствии с заложенными в нее правилами программа автоматически подбирает оптимальную теплоизоляционную конструкцию. Возможно также задание материалов изоляционного и покровного слоя самим пользователем.

Программа выполняет расчет и выбор тепловой изоляции в строгом соответствии с действующим СНиП 2.04.14−88 с изм. 1 и имеет соответствующий Сертификат соответствия Госстроя. Расчет толщины изоляции осуществляется с учетом основных критериев, предусмотренных СНиП: по нормативной плотности теплопотока, по заданному теплопотоку, по температуре на поверхности изоляции (ограниченной от ожога — для горячих продуктов или от конденсации влаги на поверхности — для продуктов с отрицательными температурами), по заданному изменению температуры продукта по длине участка трубопровода и основных их сочетаний. Рассчитываются участки трубопроводов, арматура, оборудование различных типов: как типовое (емкости, теплообменники, насосы, резервуары), так и нестандартное, описываемое набором конструктивных элементов (обечаек, днищ, фланцев, люков). Выполняется расчет подземных трубопроводов и оборудования, а также трубопроводов с обогревающими спутниками различной конфигурации (по нормативным теплопотерям и по критерию поддержания заданной температуры продукта). Программа оптимальным образом формирует из предусмотренных нормативными документами стандартных изделий теплоизоляционный слой нужной толщины с учетом коэффициента уплотнения материалов.

По результатам расчета автоматически формируются сводные документы по всему проекту: техномонтажная ведомость, ведомость объемов работ и ведомость материалов.

Программа «Изоляция» оказалась одной из самых востребованных программ НТП «Трубопровод». Эффективность ее применения очень высока: программа действительно экономит время проектировщиков. Например, с ее помощью группа из всего трех специалистов АО ВНИПИНЕФТЬ уже много лет успешно справляется с расчетом теплоизоляции всех проектов института!

В последние годы специалисты НТП «Трубопровод» прикладывали немалые усилия для поддержания программы в актуальном виде и ее модернизации в соответствии с пожеланиями пользователей. В связи с изменениями СНиП менялись нормы теплопотерь, добавлялись новые теплоизоляционные материалы и типы изолируемых объектов, вносились уточнения в правила выбора материалов и алгоритмы расчета. В 2002 году по заказу Атомэнергопроекта (Москва) была выпущена версия программы для расчета по нормам НР 34−70−118−87 для атомных и тепловых электростанций.

Однако структура программы и программные решения, заложенные в основном два десятилетия назад, стали затруднять дальнейшую модернизацию. Трудозатраты на внесение изменений резко возросли, а с появлением новых, более эффективных изоляционных материалов необходимость в таких изменениях всё увеличивалась. Недостаточные по сегодняшним меркам открытость и гибкость архитектуры и перенасыщенный по сложности (за 20 лет постоянного совершенствования) программный код сделали задачу дальнейшего «эволюционного» развития неразрешимой.

Поэтому было принято решение разработать «с чистого листа» новую, современной программной архитектуры программу с учетом накопленного к настоящему времени опыта и ноу-хау. В процессе разработки было заключено соглашение с АО «Теплопроект», согласно которому его ведущие специалисты оказывают информационно-методическую помощь и обеспечивают учет планируемых изменений нормативных документов по тепловой изоляции в разрабатываемой программе.

Что же нового увидят пользователи?

Новое расчетно-методическое ядро — максимальная универсальность

На основе детального критического анализа методик действующих и разрабатываемых СНиП и СП, а также ноу-хау НТП «Трубопровод» расчетное ядро переписано заново и сделано максимально универсальным. Предполагается в полном объеме реализовать все расчетные случаи СНиП и все их возможные осмысленные сочетания — в том числе те, которые были не полностью реализованы в старой программе или не реализовывались вовсе. В частности, дополнительно к уже имеющимся возможностям новая программа будет:

• рассчитывать толщину тепловой изоляции по заданному времени изменения температуры продукта в емкости, по заданному времени приостановки движения продукта в трубопроводах, по заданному количеству конденсата в паропроводах, по требованию предотвращения конденсации влаги на внутренних поверхностях изолируемых объектов;
• учитывать термическое сопротивление неметаллических стенок труб и оборудования, а также (при необходимости) коэффициент теплоотдачи от продукта к стенке объекта;
• рассчитывать двухслойную изоляцию из двух различных определенных пользователем материалов.

Планируется также реализовать возможность расчета трубопроводов со спутником при канальной прокладке, а в перспективе — расчет толщины изоляции с учетом электрообогрева.

Точность расчета повышена за счет более аккуратного учета зависимости коэффициента теплопроводности материала от температуры.

Кроме того, вместе с проектным расчетом программа всегда будет производить поверочный расчет выбранной изоляционной конструкции, выводить фактические расчетные теплопотери и температуру на поверхности изоляции, так что пользователь всегда сможет оценить эффективность и экономичность выбранной изоляционной конструкции.

Расчет объемов работ и материалов будет определяться программой с учетом расчетных коэффициентов и нормативов, определенных в последних сметных нормах ГЭСН-2001.

Новая архитектура программы — открытость и гибкость

Новая архитектура программы ставит во главу угла максимальную открытость и возможность настройки под нужды и корпоративные стандарты различных пользователей.

Рис. 1

Предполагается использовать открытую для корректировки и пополнения базу данных теплоизоляционных и вспомогательных материалов. В поставляемую разработчиком базу войдут как традиционные плиты и маты из минеральной ваты и стекловолокна (по ГОСТ 9573–96, ГОСТ 21880–94, ГОСТ 10499–95 и т.п.), так и самые современные изделия из базальтового и стекловолокна таких ведущих российских производителей, как ЗАО «Минеральная вата"-Rockwool-Russia, ОАО «Тизол», ОАО АКСИ, ЗАО «Дмитровская теплоизоляция», Назаровского ЗТИиК, ОАО «Мостермостекло», ОАО «Ивотстекло», маты и плиты URSA Флайдерер-Чудово и др. Также планируется включить важнейшие изделия из перлита, асбеста и муллитокремнезема. Для изоляции тепловых сетей включаются плиты, скорлупы и трубы с готовой изоляцией из пенополиуретана и других полимерных материалов. Вместе с базой данных будет поставляться инструментарий для ее пополнения конечными пользователями.

Особое значение при разработке программы придавалось открытости и гибкости правил выбора материалов и конструкций в зависимости от параметров изолируемого объекта. Раньше эти правила были «намертво» зашиты в программу, и если выбираемые материалы почему-либо не устраивали пользователя, ему приходилось задавать их вручную для каждого объекта. В новой программе различные варианты правил хранятся в базе данных материалов; пользователь может создавать и сохранять собственные варианты («с чистого листа» или на основе поставленных разработчиком) — с учетом своих корпоративных стандартов и особенностей конкретного проекта. Для этого в программу встроен редактор правил (рис. 1), позволяющий задать перечень автоматически выбираемых программой материалов для каждого из слоев изоляционной конструкции вместе с приоритетами и условиями их применения. На формируемых программой графических диаграммах в координатах «Условный диаметр» — «Температура продукта» при этом можно видеть, какие материалы и когда будут автоматически выбираться при использовании данного варианта правил (рис. 2). По умолчанию программа использует заданный в параметрах проекта в целом вариант правил и в соответствии с ним сама выбирает все материалы, толщины и типоразмеры. Сохраняется возможность принудительно задать для конкретного объекта все или часть материалов и даже конкретные типоразмеры изделий — в этом случае программа выберет недостающую часть материалов и типоразмеров и/или проведет поверочный расчет.

Рис. 2

Среди особенностей новой программы — возможность учета в правилах не только вида материалов, но и конкретного завода-изготовителя. В этом случае при формировании изоляционной конструкции будут использоваться только типоразмеры, выпускаемые именно этим заводом.

Наряду с базой данных теплоизоляционных материалов в открытые базы данных вынесены виды и свойства материалов стенок неметаллических труб, а также виды и свойства грунтов.

В отдельную базу вынесены различные нормативные данные, указанные в нормативных документах, — такие как значения нормативной плотности теплопотока, предельные толщины и т.д. Тем самым упрощаются проведение расчетов в соответствии с несколькими различными нормативными документами (в первой версии — по СНиП и НР 34−70−118−87) и модернизация программы при изменении нормативных документов или появлении новых.

Программа будет формировать техномонтажную ведомость, спецификацию и ведомость объемов работ в соответствии с ГОСТ 21.405−93, ГОСТ 21.110−95 и ГОСТ 21.101−97. Для этого в нее встроена новейшая версия генератора отчетов List & Label фирмы Combit, позволяющего пользователю выводить документы на просмотр, печать, сохранять их в форматах MS Excel и PDF, а также настраивать форматы документов в специальном графическом редакторе.

Новый пользовательский интерфейс — удобство и быстрота

Большое внимание при разработке программы уделяется пользовательскому интерфейсу. Построенный аналогично другим технологическим программам НТП «Трубопровод» на основе модели трех синхронизированных окон (рис. 3) — дерева проекта, окна параметров объекта и окна списка, — интерфейс учитывает особенность этой программы, по которой придется рассчитывать очень большие проекты, содержащие сотни объектов. Поэтому при проектировании интерфейса применялись различные методы сокращения и ускорения ввода данных, а также компактного и наглядного представления информации.

Рис. 3

Все необязательные или редко используемые данные по объектам вынесены на дополнительные закладки. В максимальной степени используются значения по умолчанию и автоматическое формирование данных программой в соответствии с требованиями нормативных документов — если пользователь явно не укажет иное. Используется также система наследования параметров объекта: большинство параметров при создании нового объекта в дереве программа автоматически берет из вышестоящего или предыдущего объекта. Кроме того, реализованы групповые операции выделения, удаления, копирования и вставки.

Все это позволяет пользователям быстро создать даже большой проект и легко найти в нем нужную информацию.

Дополнительные модули — «все данные в одном флаконе»

Логическим следствием идеи автоматически обеспечивать пользователя всеми данными, необходимыми для расчета, стало включение в программу модуля строительной климатологии и библиотеки СТАРС.

Рис. 4

Модуль строительной климатологии содержит всю климатологическую информацию по СНиП 23−01−99. Пользователь вводит название или географические координаты населенного пункта либо указывает его на карте (рис. 4, 5) и получает из базы данных модуля все необходимые значения температур, которые автоматически используются при расчете. Модуль климатологии разработан для программы «Изоляция», но может работать и самостоятельно, а также использоваться вместе с другими программами.

Рис. 5

Библиотека СТАРС (о ней подробно рассказывается в этом номере) позволяет по составу продукта рассчитывать его теплофизические свойства (плотность, теплоемкость, энтальпию и др.), а также определять точку росы, что бывает необходимо при расчете изоляции, обеспечивающей сохранение или заданное изменение температуры продукта.

Вскоре начнется бета-тестирование нашей новой разработки. Фирмы, принявшие в нем активное участие, получат дополнительную скидку при приобретении программы.

Скачать статью в формате PDF — 316.5 Кбайт