REALIZACJA. Aby dobrze przygotować konstrukcję. nowoczesnej hali ocynkowni

Transkrypt

1 NOWOCZESNE HALE 2/10 TECHNIKI I TECHNOLOGIE dr inż. Manfred Frejno REALIZACJA nowoczesnej hali ocynkowni jjedną z technologii wykonywania powłok ochronnych elementów stalowych jest cynkowanie ogniowe. Omawiana technologia polega na dyfuzji atomów cynku z zewnętrzną strukturą molekularną stali w czasie kąpieli w ciekłym cynku. Aby dobrze przygotować konstrukcję stalową do ocynkowania, należy przy jej projektowaniu przewidzieć wiele warunków konstrukcyjnych i materiałowych, między innymi: gatunek stali musi odpowiadać pewnym rygorom w zakresie zawartości fosforu i krzemu; elementy zamknięte (rury wewnątrz puste) należy w tych elementach przewidzieć otwory dla odpowietrzenia; gabaryty elementów montażowych należy konstruować, dostosowując wymiary do wielkości wanny cynkowniczej; Fot. 1. Ściana szczytowa z trzema bramami o szerokości po 12 m każda, Fot. 2. Stopa fundamentowa, Fot. 3a. Fragment suwnicy obrotowej, 18

2 TECHNIKI I TECHNOLOGIE NOWOCZESNE HALE 2/10 elementy do cynkowania powinny mieć równe powierzchnie zewnętrzne. Liczące się na rynku biura konstrukcyjne projektujące elementy przeznaczone do ocynkowania posiadają opracowane dla swoich konstruktorów wytyczne dla właściwego przygotowania konstrukcji stalowej do cynkowania ogniowego. Przy fachowym podejściu do przygotowania elementów konstrukcji stalowych do cynkowania otrzymamy estetyczne powłoki antykorozyjne, które będą wytrzymałe na ścieranie i uszkodzenia mechaniczne. W Polsce istnieje wiele ocynkowni, które były zbudowane w różnych okresach. Nowsze mają większe możliwości technologiczne. Jednym z ważnych atutów danej ocynkowni jest wielkość wanny cynkowniczej. W artykule zostanie przedstawiona realizacja hali ocynkowni ZinkPower Wielkopolska Sp. z o.o. o wielu nowoczesnych rozwiązaniach technologicznych na skalę europejską. Technologia cynkowania [1] Grupa Kopf Holding GmbH to światowy potentat w branży cynkowania ogniowego. Posiada swoje zakłady w Europie, Ameryce Północnej, Azji i na Półwyspie Arabskim. Grupa Kopf posiada w Polsce obecnie ocynkownię ZinkPower Szczecin Sp. z o.o., która cynkuje elementy w wannie o parametrach 13 m x 1,5 m x 3,2 m. Zakład ten ma już ustaloną na rynku pozycję i renomę. W związku z dalszym rozwojem w Polsce grupa zdecydowała się zainwestować w budowę nowej ocynkowni ogniowej ZinkPower Wielkopolska Sp. z o.o. Nowa ocynkownia ZinkPower Wielkopolska jest obiektem, przy budowie którego wykorzystano wszystkie najlepsze doświadczenia z wcześniej powstałych obiektów oraz najnowocześniejsze dostępne technologie. Wielkość wanny to 15,5 m x 2,4 m x 3,2 m. Jest to jedna z największych wanien cynkowniczych w Europie. Pozwala ona na wykonywanie powłok ochronnych wysokiej jakości na elementach, które dotychczas nie mogły być zabezpieczane tą metodą ze względu na swoje niestandardowe gabaryty i masę. Wszystko to dzięki największej w Polsce wannie, mieszczącej około 800 ton roztopionego w temp. 450 C cynku. Instalacja do cynkowania zanurzeniowego to składowa elementów: przestrzeni do kompletacji i dekompletacji wsadu, linii chemicznego czyszczenia i przygotowania powierzchni, pieca cynkowniczego oraz systemów odzysku energii i zapobiegających emisji zanieczyszczeń. Przy konstruowaniu hali ocynkowni za istotną uznano optymalizację obiegu materiału na linii technologicznej, służącą maksymalnemu wykorzystaniu potencjału zainstalowanych urządzeń. Istotnym elementem jest więc system transportu pozwalający na przemieszczenia elementów o całkowitej masie 12 ton za pomocą pracujących w trybie automatycznym wózków i suwnic. Sercem tego systemu jest układ 3 wciągników obsługujących przestrzeń wokół pieca cynkowniczego. Dwa z nich manipulują wsadem przed i po cynkowaniu, a trzeci może praktycznie bez przerw wykonywać operacje zanurzania wsadu. Pozwala to na maksymalizację wydajności procesu. Dla zapewnienia wysokich eksploatacyjnych i wizualnych walorów powłoki cynkowej oraz zabezpieczenia skomplikowanego wsadu przed odkształceniami termicznymi zastosowano niespotykanie szeroki zakres regulacji prędkości pracy wciągników piecowych. Umożliwia on wykonywanie zanurzeń i wynurzeń elementów w ciekłym cynku z optymalną, właściwą dla danego elementu prędkością. W ocynkowni ZinkPower Wielkopolska Sp. z o.o. zostały zastosowane najnowocześniejsze systemy związane z ochroną środowiska. Część z tych urządzeń to autorskie projekty Grupy Kopf. Dzięki zastosowanym urządzeniom ocynkownia wywiera minimalny wpływ na środowisko naturalne, daleko wykraczający poza normatywy krajowe i unijne. Grupa Kopf Holding GmbH jest postrzegana jako wytwórca zorientowany na ochronę środowiska naturalnego. Konstrukcja hali ZinkPower Wielkopolska została dostosowana do wymagań wysokiej wydajności procesu nakładania powłoki cynkowej, skrócenia czasu wykonywania poszczególnych zleceń oraz zapewnienia najwyższej jakości elementów o niestandardowych kształtach i gabarytach. Umożliwia w szczególności wykonywanie powłok ochronnych elementów kon- Fot. 3b. Fragment suwnicy obrotowej, Fot 4a. Fragment konstrukcji dachu, Fot. 4b. Fragment konstrukcji dachu, 19

3 NOWOCZESNE HALE 2/10 TECHNIKI I TECHNOLOGIE strukcyjnych hal i innych obiektów, projektowanych z podobną swobodą i rozmachem. Zastosowana technologia jest obecnie zdecydowanie najnowocześniejszą z dostępnych i stanowi know-how inwestora, jest ona nie tylko nowatorska w skali Polski, ale również świata. Cynkowanie ogniowe to tradycyjna metoda zabezpieczenia stali przed korozją, w Europie znana od ponad 160 lat. W Polsce do końca lat 90. XX w. zdecydowanie niepopularna ze względu na małe i nienowoczesne ocynkownie. Po 2000 roku, kiedy powstało kilka nowych ocynkowni, w tym ZinkPower Szczecin, zdecydowanie bardziej rozpowszechniona. Jest to metoda pozwalająca zabezpieczyć stal na okres eksploatacji przekraczający 50 lat, bez potrzeby renowacji i naprawy. Samo cynkowanie zanurzeniowe to proces, który jest realizowany bez względu na warunki pogodowe, bez konieczności przygotowania podłoża w procesie obróbki mechanicznej. Wydajność procesu przekracza w przypadku ZinkPower Wielkopolska 200 ton na dobę. Uczestnicy inwestycji Inwestor: ZinkPower Wielkopolska Sp. z o.o. Generalny Wykonawca: Tulcon Sp. z o.o. Projekt budowlany: Assman Polska Grupa Projektowa Sp z o.o. Projekt warsztatowy: Trasko Stal Sp. z o.o. Wykonawca hali konstrukcja stalowa: Trasko Stal Sp. z o.o. Fundamenty: Tulcon Sp. z o.o. Montaż: Tulcon Sp. z o.o. Montaż urządzeń technologicznych: Gewa Wärmetechnische Anlagen GmbH Weber Kunstofftechnik GmbH Elektro Dürnberger Fischer - Haustechnik Konstrukcja hali Hala ocynkowni jest budynkiem o szerokości 78,0 m oraz długości 126,6 m w osiach. Główny ustrój nośny stanowią ramy z blachownic spawanych, trzynawowe, o rozpiętości 26,0 m każda (rys. 1). Rozstaw ram wynosi 6,0 m. Słupy ram zostały utwierdzone w fundamentach, aby spełnić ostre warunki normowe dotyczące przemieszczeń bocznych na poziomie belek podsuwnicowych. W miejscach podwieszenia wciągarek w jednej nawie zamiast rygla spawanego zaprojektowano kratownicę (rys. 2). Powyższe rozwiązanie dotyczy hali w 7 polach, tzn. o długości 42,0 m. W szczycie hali z jednej strony zaprojektowano ramę skrajną, w której przewidziano 3 bramy o szerokości po 12,0 m każda (fot. 1). W przeciwległym szczycie hali zaprojektowano jednonawową halę o rozpiętości 12,0 m, prostopadłą do osi podłużnej obiektu i nieco wyższej wysokości ko- Fot. 6a. Faza montażu rygla środkowego ramy, źródło: Assmann Polska Grupa Projektowa Sp. z. o.o. Fot. 5a. Faza montażu słupów ram, Fot. 6b. Faza montażu rygli ram podczas wykonywania styków sprężanych, Fot. 5b. Faza montażu słupów ram, 20

4 TECHNIKI I TECHNOLOGIE NOWOCZESNE HALE 2/10 niecznej ze względów technologicznych. Rozstaw ram w tym rejonie wynosi 5,20 m. Są to ramy jednospadowe o pochyleniu 12,5% (fot. 7a, 7b). Rygle zaprojektowano kratowe, sztywno połączone ze słupem (rys. 3). Rysunki warsztatowe wykonano za pomocą programu BOCAD-3D. Fundamenty hali zaprojektowano jako stopowe. Na fot. 2 przedstawiono stopę fundamentową po zabetonowaniu. Fundament pieca ocynkowni Fundament pieca stanowi odrębną konstrukcję inżynierską. Jak wspomniano w opisie technologicznym, całkowity ciężar samego ciekłego cynku może wynosić 800 ton. Aby zachować równomierne osiadanie płyty żelbetowej wartości rzędu s<5 mm, płytę posadowiono na palach. Zastosowano iniekcyjne pale żeliwne firmy BAUER. Pale te stanowią bardziej ekonomiczne rozwiązanie w porównaniu do pali konwencjonalnych. Schemat fragmentu płyty na palach żeliwnych przedstawiono na rys. 4. Według [2] pal żeliwny stanowi łatwy system fundamentowania, składający się z koparki gąsienicowej o masie do 28 ton, do której przytwierdzony jest młot hydrauliczny. Rury odlewane z żeliwa posiadają dzięki sferoidalnej strukturze grafitu wysoką ciągliwość, która jest niezbędna dla umożliwienia wbijania rur szybkoudarowym młotem. W palach iniekcyjnych wokół rury Fot. 7a. Fragment kratownicy hali poprzecznej, źródło: Trasko-Stal Fot. 7b. Początek montażu hali poprzecznej o rozpiętości 12 m, źródło: Trasko-Stal Rys. 1. Schemat statyczny ram przypadek obciążenia suwnicami [3] Rys. 2. Schematy statyczne ram z obciążeniem suwnicami i wciągarkami [3] Fot. 8. Tor wciągarki z pomostem, Rys. 3. Schemat statyczny ramy hali wyższej obciążonej wciągarkami [3] Rys. 4. Schemat pali żeliwnych [2] Fot. 9a. Faza montażu obudowy hali poprzecznej, 21

5 NOWOCZESNE HALE 2/10 TECHNIKI I TECHNOLOGIE Fot. 9b. Faza montażu obudowy hali podłużnej, Fot. 10. Świetlik dachowy, Fot. 11a. Piec cynkowniczy, źródło: Assmann Polska Grupa Projektowa Sp. z. o.o. żeliwnej jest wykonywana osłona betonowa, która przenosi obciążenie przez tarcie pobocznicy (podobnie jak dawniej w palach typu Franki). W celu utworzenia betonowej osłony podstawa pala, w której znajdują się otwory, zakończona jest stopką o większej średnicy. Podczas wbijania tworzy ona okrągłą przestrzeń wokół rury. Pal tarciowy wypełniany jest zaprawą cementową w trakcie wbijania w podłoże. Dzięki otworom w podstawie pala zaprawa betonowa wypełnia przestrzeń utworzoną wokół jego pobocznicy. W wyniku wewnętrznego ciśnienia betonu w rurze następuje tzw. iniekcja. Pale połączone są z płytą fundamentową około 15 cm w głąb płyty. Dla warunków gruntowych występujących pod piecem tak zabezpieczona płyta fundamentowa będzie osiadała s<5 cm, co spełnia ostre warunki przewidziane w technologii produkcji pieca. Transport w hali Hala wyposażona jest w wiele suwnic zarówno natorowych, jak i podwieszonych. Z uwagi na proces technologiczny w hali suwnice zaliczono do grupy klasyfikacyjnej A5. W związku z powyższym belki podsuwnicowe, belki wciągników i elementy, do których są podwieszone, Fot. 11b. Piec cynkowniczy, źródło: ZinkPower Szczecin oraz łączniki (blachy, spoiny i śruby) sprawdzono na zmęczenie wysokocyklowe zgodnie z odpowiednimi polskimi normami. Zastosowano bardzo nowoczesne rozwiązania urządzeń transportowych wewnątrz hali. Są to suwnice dwudźwigarowe natorowe 2 x 8 ton o rozpiętości po 25,0 m, dwudźwigarowe natorowe z wciągarką obrotową 2 x 8 ton i zespół wciągarek obrotowych 2 x 8 ton, a także zespół wciągarek obrotowych DEMAG o udźwigu 4 x 25 ton i 2 x 8 ton. Na fot. 3a, 3b przedstawiono jedną z suwnic obrotowych. Konstrukcja drewniana dachu Z uwagi na kategorię korozyjności wewnątrz hali C4 przyjęto drewnianą konstrukcję dachu. Płatwie drewniane o rozpiętości 6,0 m przyjęto przekrój 150 x 200 mm drewno kl. C27. Łaty drewniane o przekroju 50 x 63 mm drewno kl. C24. Deskowanie przyjęto o grubości 32 mm szerokość desek 150 mm. Fragment konstrukcji dachu przedstawiono na fot. 4a i 4b. Fot. 12a. Instalacja technologiczna, źródło: Assmann Polska Grupa Projektowa Sp. z. o.o. Montaż hali Montaż został rozpoczęty od strony ściany szczytowej z trzema bramami. Równolegle zamontowano ramę środkową trzynawową oraz stężenia pionowe i połaciowe. Stężenia pionowe zaprojektowano ze sztywnych elementów z uwagi na dużą liczbę suwnic pracujących z wielką częstotliwością. Tak stężone pole umożliwiło dalszy montaż ram, zapewniając ich stateczność w kierunku podłużnym hali. Na fot. 6a i 6b przedstawiono fazę montażu jednego z rygli ram i podczas wykonywania styków sprężanych rygla, natomiast na fot. 5a i 5b fazy montażu słupów ram. Węzły zaprojektowano na śruby o wysokiej wytrzymałości klasy [3]. Są to styki, których położenie ustalono w projekcie warsztatowym [4]. Ponieważ konstrukcja nośna hali jest zabezpieczona przed korozją przez ocynkowanie ogniowe, wymiary gabarytowe elementów konstrukcyjnych ustalono, dostosowując je do istniejących możliwości wykonania cynkowania ogniowego (wymiarów wanny). Po zmontowaniu 12 pól ramy trzynawowe z blachownic spawanych zastąpiono w jednym polu rygiel spawany kratownicą, do której w dolnym pasie są podwieszone wciągarki. W rejonie tym znajdują się również pomosty technologiczne (fot. 8). Obudowa hali Obudowę ścian hali zaprojektowano z blach fałdowych. Na fot. 9a i 9b przed- 22

6 TECHNIKI I TECHNOLOGIE NOWOCZESNE HALE 2/10 stawiono fragmenty montażu obudowy ścian. Obudowę dachu stanowią, jak wspomniano, płatwie drewniane, łaty oraz deski od strony wewnętrznej hali. Na tych warstwach zaprojektowano płyty faliste cementowe. W kalenicy każdej nawy wykonano świetliki dachowe wzdłuż hali (fot. 10). W części opisu technologii ocynkowni wymieniono m.in. piec cynkowniczy, którego fragment został przedstawiony na fot. 11a i 11b. Fragmenty instalacji technologicznych przedstawiono na fot. 12a, 12b, 12c. Podsumowanie Według [1] ocynkownia zanurzeniowa ZinkPower Wielkopolska to wyjątkowy obiekt w skali europejskiej. Stanowi przykład perfekcyjnego dostosowania budowli do wymagań prowadzonej działalności. Uzyskano w ten sposób niespotykane zdolności wykonywania zabezpieczenia antykorozyjnego konstrukcji niestandardowych. Przekraczają one dotychczasowe granice możliwości projektowania i wytwarzania konstrukcji stalowych cynkowanych zanurzeniowo. Fot. 12b. Fragment instalacji technologicznej, źródło: ZinkPower Szczecin Piśmiennictwo 1. Materiały informacyjne firmy ZinkPower Szczecin Sp z o.o. 2. Materiały informacyjne firmy Bauer. 3. Obliczenia statyczne. Projekt Budowlany, część konstrukcyjna. Assmann Polska Grupa Projektowa. Poznań Projekt warsztatowy. Trasko Stal Sp. z o.o., Ostrów Wielkopolski Fot. 12c. Fragment instalacji technologicznej, źródło: Assmann Polska Grupa Projektowa Sp. z. o. o. reklama Suwnice : Doskonałe parametry Wysoka jakość wykonania Wyjątkowa wydajność Najwyższy poziom bezpieczeństwa Oszczędność miejsca Szybki zwrot inwestycji KONECRANES Sp. z o.o Gdańsk ul. Grunwaldzka 250 tel fax polska@konecranes.com KONECRANES Sp. z o.o. Biuro w Katowicach Katowice ul. Połomińska 16 tel fax