Mit zunehmenden Anforderungen an Konstrukteure im Hinblick auf geringen Materialverbrauch, höhere Planungsqualität, Anlagensicherheit, Einhaltung gesetzlicher Vorgaben und Haftungsfragen gewinnt die Rohrstressanalyse zunehmend an Bedeutung. Wo in der Vergangenheit oftmals die Regeln der guten Ingenieurpraxis ausreichten, sind heute Analysen mithilfe international anerkannter Softwaretools gefordert.

Rohrleitungen in der Industrie werden typischerweise durch Rohrstress-Ingenieure geprüft. Sie stellen sicher, dass Leitungstrassierung und Halterungskonzept richtig angeordnet und ausgewählt werden, damit zulässige Rohrspannungen, Stutzen-, Halterungskräfte und Bewegungen nicht überschritten werden. Hierzu gibt es verschiedene Berechnungsmethoden, die in der EN 13480, im ASME-Code oder anderen gesetzlichen Regelwerken und lokalen Normen vorgegeben sind. Generell werden Spannungen folgendermaßen unterschieden: Primär aus direkt wirkenden Lasten (z.B. Druck, Eigengewicht, Wind) und sekundär aus selbstbegrenzenden Spannungen (z.B. Gebäudesetzungen, behinderte Wärmedehnung). Die Primärspannungen werden weiter in ständige Lasten (Druck, Eigengewicht), gelegentliche Lasten (Wind, Schneelast, Erdbeben, Druckstoß) und Prüfbedingungen (Wasserdruckprobe) unterschieden. In der Regel reicht die ersatzstatische Betrachtung dieser Lastfälle aus. Bei hohen Belastungen (z.B. Druckstoß) und/oder hohen Anforderungen an die Rohrleitung, ist die Notwendigkeit einer dynamischen Betrachtung zu prüfen.

Fehlermöglichkeiten
Es gibt zahlreiche Fehlermöglichkeiten, die sich auf ein Rohrsystem auswirken können. Hierzu zählen Bemessungstemperatur und -druck, sowie umweltbedingte Lasten wie Schnee, Eis und Wind. Der Prüfer verlässt sich auf die Genauigkeit der bereitgestellten Geometrie, um sicherzustellen, dass ein Rohrsystem widerstandsfähig gegen die Umweltbedingungen ist, unter denen es funktionieren soll. Die Geometrie muss typischerweise nochmals in ein Analyse-Tool eingegeben werden - meist auf Grundlage einer ausgedruckten Isometrie. Der Markt strebt schon seit langem eine Integration von Analyse und CAD an, auch wenn sich in EPC-Unternehmen häufig die Kluft zwischen diesen Disziplinen zeigt: Jeder Experte hält den anderen für unzureichend qualifiziert, um die bereitgestellten Daten zu nutzen.
Wer sorgt also für konstruktive Änderungen? Ganz gleich, ob man an einem Strang zieht oder eine fragliche Allianz besteht: Der kritische Punkt jedes Projekts ist seine schnelle Realisierung.

Herausforderungen in der Planung
Viele Faktoren stehen einer positiven Entscheidungsfindung im Weg. Die Frage lautet: Wie schafft man ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Projektanforderungen, Anbieterbindung, Investitionsschutz und Nutzung kostengünstigerer Lösungen bei gleichzeitiger Erfüllung der Kundenvorgaben?
Planungssicherheit hat ihren Preis, und Konflikte sind an der Tagesordnung. Der Projektleiter will sicher sein, dass er Budget und Zeitplan einhält und Risiken begrenzt sind. Der technische Leiter muss hingegen den verwendeten IT-Tools vertrauen. Gleichzeitig sollen die gesamten Cost of Ownership des Projekts einschließlich Lizenzen, Schulung, Verwaltung und Arbeitsstunden verlässlich sein.
Ungeachtet politischer Fragen, Tatsache ist: Die Integration von CAD und Analyse liefert mehr Produktivität und genauere Ergebnisse. Zumindest werden Fehler vermieden, die bei dem langwierigen Prozess der erneuten Eingabe geometrischer Daten entstehen können. Die aktuelle Praxis aber erfindet das Rad buchstäblich neu und kommt zudem Kunden teuer zu stehen.
Hier kommt CADWorx, die integrierte Lösung zur Anlagenplanung von Intergraph, ins Spiel. CADWorx basiert auf der AutoCAD-Plattform und bietet intelligente Konnektivität von der Zeichnung zur Datenbank, von P&IDs zu 3D-Modellen und sorgt für stärkere Automatisierung und benutzerfreundliche Verfahren.

Integration in der Praxis
Die Wuxi Huaguang Boiler Company (WHBC) fertigt Industriekessel und Druckbehälter und entwickelt Prozesssysteme. WHBC erhielt vom Kraftwerk Putian Liquidized Natural Gas (PLNG) den Zuschlag für ein Abhitzedampferzeuger-Kesselprojekt (Heat Recovery Steam Generator, HRSG) in der Provinz Fujian. Nachdem WHBC beschlossen hatte, nach über 50 Jahren in der Anlagenplanung von 2D auf 3D umzusteigen, entschied man sich, für das HRSG-Projekt die Intergraph CADWorx Plant Design Suite und Caesar II Rohrstress-Analyse einzusetzen.
Der Austausch nativer Daten zwischen CADWorx Plant und Caesar II sorgte für präzisere Ergebnisse und ermöglichte eine schnellere Entwurfsiteration als herkömmliche Methoden. Die Stressanalyse-Experten von WHBC konnten die CADWorx Plant-Rohrmodelle zu Caesar II übertragen, dort die erforderlichen Änderungen vornehmen und dann wiederum im CADWorx Plant-Modell übernehmen. Da alle Analysedaten direkt verfügbar sind, ist höchste Präzision gesichert. „Wir haben die Effizienz und Präzision von Stressanalysen um über 50 % gesteigert", erklärt Gu Quanbin, Project Engineer bei WHBC. „Mit der CADWorx Plant Design Suite realisieren wir enorme Einsparungen und anders als bei anderen Anwendungen bestehen keinerlei Risiken", fasst Quanbin zusammen.
Darüber hinaus konnte WHBC mithilfe von Isogen automatisch Isometrien und Stücklisten für die Fertigung erzeugen. Dadurch wurden die Produktions- und Montagezeiten verkürzt und Materialkosten gesenkt. WHBC benötigte nur drei Tage für die Schulung der Mitarbeiter, zwei Tage für die Aufbereitung von Daten und nur zwei Monate, um das gesamte Projekt zum abzuschließen.

Geschäftlicher Nutzen
Angesichts dieser klaren Vorteile wurde Intergraph CADWorx von EPC-Unternehmen, Anlageneignern und -betreibern in Prozessindustrie, Kraftwerkbau, Offshore-Industrie, Schiffbau, Wasseraufbereitung und Hygiene-senstiven Branchen wie Lebensmittel, Pharmazie, Biotechnologie und Halbleiter schnell akzeptiert.
Als Urheber beider Lösungen bietet nur Intergraph diese Schnittstelle. Andere Systeme mit ähnlichem Workflow exportieren typischerweise eine neutrale Datei aus ihrem CAD-System, die dann in das Analysesystem importiert wird. Zwar wird viel über die Interoperabilität von Plattformen gesprochen - doch eigentlich wollen die meisten Entwickler ihr geistiges Eigentum schützen. Als Folge dieser kurzsichtigen Politik zahlen Kunden für Nacharbeit, die sich oft vermeiden ließe. Die bidirektionale Integration von CAD und Analyse bietet Konstrukteuren eine einzigartige Möglichkeit, Übertragungsfehler zu vermeiden und ihre Planungsprozesse zu beschleunigen. Dieser Ansatz sorgt für mehr Sicherheit, spart Zeit und Geld.