Decommissioning di impianti industriali:

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1 Decommissioning di impianti industriali: Applicazione della Tecnica Laser Scanner alla progettazione del decommissioning - case study Mariangela Venco e Stefano Grisi Innovazione Tecnologica e Ingegneria Ambientale syndial spa San Donato Milanese,

2 Introduzione Società del gruppo eni che nasce nel 2002 per la gestione e la bonifica dei siti industriali dismessi italiani, prevalentemente associati alla petrolchimica di base Oggi syndial opera e gestisce, con azioni dirette di program management ed engineering, attività di risanamento ambientale in circa 50 aree in Italia, di cui 17 sono siti di interesse nazionale, per una superficie complessiva di ha Inoltre opera su mandato per conto di altre società del gruppo. Ad oggi sono attivi 25 mandati di cui ca. la metà riguardano attività di decommissiong principali attività Messa in sicurezza d emergenza e attività di bonifica del sottosuolo Messa in sicurezza, bonifica e demolizione di impianti dismessi Global client per le altre aree di business del gruppo eni 2

3 Introduzione Gli interventi ambientali di decommissioning degli impianti inattivi costituiscono attività di assoluta rilevanza per syndial Sono già avviati o in fase di avvio su buona parte dei siti syndial piani di decommissioning di rilevante impegno economico ed organizzativo 1 Ingegneria DECOMMISSIONING 2 Bonifica, Smontaggio, Demolizione 3 Gestione rifiuti 3

4 Un nuovo approccio Prima dell'inizio di lavori di demolizione è fatto obbligo di procedere alla verifica delle condizioni di conservazione e di stabilità delle varie strutture da demolire (DL 81/2008 Art. 150) In una disciplina in cui si demanda molto all esperienza del progettista, nasce la necessità di fare affidamento ad uno strumento oramai comune nel campo del commissioning Risulta sempre più conveniente e sicuro eseguire una modellazione agli elementi finiti delle strutture portanti e degli elementi da demolire Finite Elements Method (F.E.M.) CAGLIARI (CA) - SEQUENZA DEMOLIZIONE SILOS 4

5 Introduzione al metodo F.E.M. Il metodo F.E.M. consiste nel discretizzare la struttura in un numero finito di punti e analizzare in ognuno di essi lo stato tenso-deformativo (σ-ε). È possibile suddividere tale approccio in tre macro-fasi: 1 Modelling geometria (mesh, ) vincoli e condizioni al contorno (incastro, ) carichi (concentrati, ) proprietà meccaniche (modulo elastico, ) 2 Analysis lineare/non lineare statica lineare Dinamica buclking (instabilità) 5

6 Introduzione al metodo F.E.M. Il metodo F.E.M. consiste nel discretizzare la struttura in un numero finito di punti e analizzare in ognuno di essi lo stato tenso-deformativo (σ-ε). È possibile suddividere tale approccio in tre macro-fasi: 3 Post-processing Il post-processing è la fase di visualizzazione dei risultati, una volta risolti il problema agli elementi finiti e la matrice di rigidezza della struttura [K] reazioni vincolari stato tensionale stato deformativo criterio a rottura se σmax < σlim è verificato lo stato tensionale 6

7 Case study* : impianto VCM 2 (area frazionamento) - Assemini (CA) * lavoro svolto con la collaborazione di Tecno In S.p.A 7

8 Rilievo laser scanner La tecnologia di scansione 3D: uno strumento imprescindibile nel campo dei rilievi d impianti industriali ASSEMINI (CA) - IMPIANTO VCM 8

9 Rilievo laser scanner - applicazione Il modello parametrico può essere integrato con le schede delle apparecchiature e con delle prove non distruttive alfine di caratterizzare completamente l impianto dal punto di vista geometrico e in termini di materiali presenti (quantità e stato di conservazione) Il modello consente l esportazione di telai tridimensionali per i più comuni software di analisi e calcolo strutturale Il processo di demolizione determina modifiche sia ai carichi locali sia allo schema statico globale della struttura: occorrono quindi verifiche globali e locali Finite Elements Method (F.E.M) 9

10 Modellazione 3D - unifilare Prima di implementare il modello parametrico all interno del software è necessario sviluppare il modello unifilare tralasciando gli elementi non influenti nella definizione dello schema statico (apparecchiature, serbatoi, impianti..etc) Il modello unifilare è uno schema semplificato della struttura in cui gli elementi principali (travi, pilastri, controventi..) sono rappresentati da semplici linee posizionate nel baricentro della sezione 10

11 Modellazione 3D - unifilare Lo strutturista definisce le schede dei materiali e dei profili introducendo le corrette caratteristiche meccaniche e di inerzia delle sezioni Travi HEA ad ali larghe parallele UNI solo successivamente può vestire l unifilare, ovvero assegnare ad ogni asta il tipo di elemento (beam, shell, brick..), la sezione corrispondente e l allineamento corretto 11

12 Modellazione 3D - F.E.M Dettaglio impianto senza apparecchiature Dettaglio portale 1 Modelling 12

13 Stato di fatto dell impianto Attraverso un analisi lineare è possibile definire lo stato di fatto della struttura, ovvero lo stato tensionale degli elementi prima di eseguire la demolizione e con ancora i serbatoi e le apparecchiature presenti sui solai 1 Modelling carichi vincoli pesi propri e carichi permanenti portati 2 Analysis 13

14 Stato di fatto dell impianto Attraverso un analisi lineare è possibile definire lo stato di fatto della struttura, ovvero lo stato tensionale degli elementi prima di eseguire la demolizione e con ancora i serbatoi e le apparecchiature presenti sui solai 3 Post-processing Stato tensionale di una particolare trave 14

15 Fasi della demolizione L efficacia della modellazione numerica si manifesta specialmente nello studio della resistenza e della stabilità durante la demolizione di strutture critiche 1.Smontaggio impianti e Rack 2.Rimozione serbatoi e strutture a terra 3.Rimozioni tubazioni, passerelle, pianerottoli dalle colonne 4.Taglio e rimozione colonna di distillazione T Taglio e rimozione colonna di distillazione T Rimozione serbatoi in quota (decantatore D 413) 7.Demolizione struttura in acciaio Top to Down T 404 T 405 D

16 Fasi della demolizione - fasi 1, 2 e 3 Le prime tre fasi di demolizione possono essere rappresentate semplicemente attraverso uno spegnimento delle porzioni di impianto interessate poiché non considerate influenti nella stabilità locale e globale della struttura FASE 1 Smontaggio impianti e Rack FASE 2 Rimozione serbatoi e strutture a terra FASE 3 Rimozioni tubazioni, passerelle, pianerottoli dalle colonne 16

17 Fasi della demolizione - fasi 4 e 5 Per le fasi più delicate della demolizione, ovvero il taglio e la rimozione delle colonne di distillazione T405 e T 404 con relativo sollevamento, si sono eseguiti dei modelli di calcolo appositi e dettagliati Si eseguono n 4 tiri, sezionandola in porzioni da 10 m ciascuna ad eccezione dell ultimo tratto che sarà da 12 m circa; ogni sezione viene sollevata per mezzo di un autogru realizzando delle tasche nel mantello per far passare le catene di imbragatura T 405 Peso: 81 ton Altezza: 42 m Diametro: 2700 mm Spessore: 20 mm Capacità sollevamento autogru Fase n 3 di tiro 17

18 Fasi della demolizione - fasi 4 e 5 Il processo di sollevamento viene modellato attraverso l interazione tra il castello meccanico dell autogru e la porzione di colonna: la sezione più sollecitata risulta l intorno degli attacchi plate max = 210 MPa < 235 Mpa Verificato Disporre di un modello FEM 3D consente di controllare nel dettaglio lo stato tensionale degli elementi anche durante la fase di volo 18

19 Fasi della demolizione - fase 6 Demolizione graticcio superiore b)taglio e sollevamento parte superiore D 413 c)calata a terra parte inferiore D 413 a) Risulta interessante comprendere la ridistribuzione degli sforzi sull impalcato tra la fase b e c a) b) c) Analizzando lo stato tensionale della struttura restante incremento di sforzi sulla trave a sostegno della parte inferiore D 413 beam max = 162 MPa < 235 Mpa Verificato 19

20 Fasi della demolizione - fase 7 Lo smantellamento della struttura metallica avviene attraverso la tecnica Top to Down, procedendo da est verso ovest al fine di preservare la parte controventata così da evitare instabilità II I III ovest est Come per la fase 6, si studia la ridistribuzione degli sforzi durante la demolizione dell impalcato beam max = 19 MPa < 235 Mpa Verificato 20

21 Sviluppo del know how Il metodo F.E.M risulta applicabile per qualsiasi simulazione di demolizione industriale, permettendo un analisi in transitorio dell assetto statico di ogni apparecchiatura in fase di demolizione Priolo - demolizione serbatoi Tiro e sollevamento accoppiato ad intagli alla base Priolo - demolizione essiccatoi Tiro e sollevamento più ribaltamento 21

22 Conclusioni La modellazione agli elementi finiti, grazie al supporto della tecnica laser scanner, risulta un potente strumento per simulare ciascuna fase della demolizione di un impianto industriale in ogni dettaglio Vantag gi Studio dell ingegneria di dettaglio Indicazioni più precise per l appaltatore Elevato controllo Rapido studio di varianti progettuali DEMOLIZIONE SICURA 22

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