Náplň práce projektanta chemických zařízení

Pod pojmem projektant si většina z nás představí klasického stavaře, za kterým zajde, pokud si chce postavit např. rodinný dům. Vy mu sdělíte své zadání...že chcete barák tak a tak velký, s tolika patry, s takovou střechou a další a další požadavky a on vám podle toho navrhne barák a návrh vám dodá formou projektu, kde bude do detailu specifikováno, jak má dům i jednotlivé stavební prvky vypadat a z jakého materiálu to všechno bude.

Projektant chemických zařízení dělá něco podobného, jen jeho zákazníky nejsou jednotlivci z řad běžných občanů, nýbrž firmy. Pokud se totiž chemická továrna chystá na nějakou změnu, ať už se jedná např. o náhradu jednoho čerpadla a částečnou změnu potrubních tras, nebo o stavbu nového provozu, vždy je potřeba mít k tomu příslušnou dokumentaci, ze které je jasné, jak bude nový stav vypadat a co k tomu budeme potřebovat. A takovou dokumentaci zpracuje projektant.

Projektant rodinných domů, stejně jako projektant chemických zařízení, pokud dělá dokumentaci specifikovanou ve stavebním zákoně (§158 stavebního zákona č.183/2006), měl by k tomu mít příslušnou autorizaci, popř. tuto dokumentaci dělat pod dohledem někoho, kdo autorizaci má a následně ji po něm zkontroluje a orazítkuje. Autorizace v oboru chemických zařízení je u ČKAIT (Česká komora autorizovaných inženýrů a techniků ve výstavbě) vedena jako IT00 - Technologická zařízení staveb a v zásadě to znamená stavby, kde je technologické zařízení pro stavbu určující...a vlastní stavba nám tvoří jen takovou pomocnou konstrukci, kam všechna zařízení umístit nebo schovat. Pozor ještě neplést s oborem IE01 - Technika prostředí staveb, což zahrnuje klasické TZB.

A co tedy patří mezi každodenní náplň práce projektanta technologických zařízení?

• Prohlídky stavby - Pokud se nejedná o novou stavbu na zelené louce, je potřeba, aby projektant byl přítomný na stavbě alespoň jednou za čas a to v každé fázi návrhu. Před samotným projektem je důležité vědět, na co se připravit a dát si pozor, v průběhu realizace je nutné často něco měřit a při montáži je dobré koordinovat práci s montážní firmou, protože sebedetailnější dokumentaci si dva lidé mohou vyložit úplně jinak a nikdy není možné do dokumentace nakreslit/napsat úplně všechno, proto by měl projektant pravidelně kontrolovat, zda stavba pokračuje v souladu s projektem.
• Výpočty - Tento bod je často delegován na dodavatele, ale i tak je dobré znát základní hydro- a termomechanické výpočty, podle kterých si uděláte prvotní odhad výkonu zařízení a podle toho odhadnete např. velikost nebo najdete v katalogu podobný model, který vám bude sloužit jako "place holder" do doby, než získáte od dodavatele přesný model. Jinak obvykle stačí dodavateli poslat vyplněný datasheet, který obsahuje všechny důležité vstupní údaje a požadavky a on vám vše následně dopočítá a vybere vhodný model zařízení, ať už se jedná o čerpadlo, kompresor, výměník apod.

Tady pár vzorečků, které se určitě vyplatí znát a používat...takové ty jednodušší na výpočty objemů, obsahů, průtoků apod. ani nezmiňuju, ty už musí každý umět automaticky :)

P = dp . Q 

P...hydraulický výkon (W), dp...tlak dodaný čerpadlem (Pa), Q...průtok (m3/s)

Pokud ještě vynásobte přibližnou účinností el. motoru a čerpadla η, máte výsledný výkon čerpadla...daný vzoreček platí i pro ventilátory

dp_z = (λ. l/d . v2/2).rho

dp_z...tlaková ztráta v rovném úseku potrubí (Pa), λ...součinitel tření (-), l...délka (m), d...vnitřní průměr (m), v...rychlost kapaliny (m/s), rho...hustota kapaliny (kg/m3)

Pokud bychom si za rychlost dosadili z rovnice kontinuity, zjistili bychom, že ztráta dokonce závisí na průměru potrubí s pátou mocninou...takže volbou průměru můžeme výrazně ovlivnit ztrátu...jenže zase větší průměr trubky víc stojí, složitěji se instaluje, takže se vždy hledá kompromis...menší trubka znamená větší ztráty, větší a dražší čerpadlo, provozní náklady...větší trubka zase znamená dražší počáteční investici. Takže tak, vždy kompromis...jinak průměr trubky volíme podle doporučených rychlostí pro dané médium (např. zde: https://www.engineeringtoolbox.com/fluid-velocities-pipes-d_1885.html).

Q=m.c.dT=k.S.dT

Q...tepelný výkon (W), m...hmotnostní průtok (kg/s), c...měrná tepelná kapacita (J/kg/K), k...celkový součinitel přestupu tepla (W/m2/K), S...teplosměnná plocha (m2), dT...rozdíl teplot vstup/výstup (K)

Pomocí tohoto vzorečku si např. pro výměník můžeme předběžně určit vstupní a výstupní teploty a vzoreček napravo slouží pro výpočet výměníků. Celkový součinitel tepla k je pro nejčastější média a případy např. zde: https://www.engineeringtoolbox.com/overall-heat-transfer-coefficients-d_284.html a zde https://www.engineeringtoolbox.com/heat-transfer-coefficients-coils-d_178.html, popř. se dá spočítat...v praxi vám postačí přibližně udávané hodnoty.

Pokud by se chtěl někdo zavrtat do výpočtů hlouběji, mohu doporučit např. Perry's Chemical engineers Handbook, různé Piping či Pumping Handbooky a na výměníky např. VDI Wärmeatlas. Je také dobré znát i jak fungují křivky čerpadel apod., ale o tom až někdy příště.

• Tvorba výkresů - Asi hlavní a nejdůležitější složkou projektu jsou výkresy...technické zprávy se vždy jen rychle prolistují, výkazy materiálu zajímají jen toho, kdo to bude nakupovat, ale jak to bude vypadat, zajímá každou zainteresovanou stranu. Výkresy se dají rozdělit jak z hlediska fáze výstavby, pro kterou vznikají tzn. Basic Design, Detail Design, resp. Koncept, Dokumentace provádění stavby, Realizační dokumentace, As-built aj.... a také podle toho, co obsahují, takže např. Technologické schéma, Dispoziční výkres, Izometrie, Výkres zatížení, Výrobní výkres, Výkres pro poptávku aj. Z takto vytvořených výkresů by potom mělo být jasné, jak nový stav funguje, umístění jednotlivých zařízení a dispoziční uspořádání potrubních tras a jednotlivých prvků.
• Tvorba ostatní dokumentace - Mezi ostatní dokumentaci řadím různé výkazy, seznamy, zprávy. Patří sem hlavně technická zpráva, výkazy materiálu, specifikace zařízení a někdy se můžete dostat i ke tvorbě potrubních tříd, nátěrového systému apod., které jsou spíše záležitostí zákazníka, který je má většinou zpracované, ale pokud zrovna děláte na něčem úplně novém, je potřeba tyto vytvořit.

• Komunikace - Jak to tak bývá, projektant není samostatná jednotka, ale spolupracuje s různými členy týmu i zainteresovanými stranami, a tak musí zvládat dobře i komunikaci, ať už bude vysvětlovat zákazníkovi svůj návrh, či tlumočit montážní firmě, jak je co myšleno, nebo třeba obstarávat komunikaci s úřady. Protože sebelíp udělaná dokumentace se dá vysvětlit různě a Murphyho zákony fungují, věřte tomu, že když nevysvětlíte dotyčnému, jak jste to myslel, vždy to pochopí jinak.

To jen tedy velice stručně k práci projektanta, dalo by se toho napsat mnohem víc, popř. rozepsat jednotlivé body (k čemuž se nejspíš v budoucnu dostanu v dalších článcích), ale pro takovou rychlou představu snad stačí a pro hezký a názorný postup návrhu potrubní trasy doporučuji shlédnout přiložené video v úvodu.