CC BY
117
12 3
Баранников Ю.Н. , Сафин И.Ф. , Давыденко С.А. ,
Костровский М.А.4, Братыгин О.А.5 ©
Начальник лаборатории металлов и сварки ООО "КамЭнергоРемонт"; Инженер-лаборант ООО "КамЭнергоРемонт"; Генеральный директор ООО «Техэксперт КМВ»; 4Эксперт химической, нефтехимической промышленности ООО «Техэксперт КМВ»; 5Эксперт ООО
«Энерго-Эксперт»
ОБСЛЕДОВАНИЕ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ СООРУЖЕНИЯ НА ОПАСНОМ ПРОИЗВОДСТВЕННОМ ОБЪЕКТЕ НА ПРИМЕРЕ КИРПИЧНОЙ ДЫМОВОЙ ТРУБЫ ВЫСОТОЙ 45,0 МЕТРОВ, УСТАНОВЛЕННОЙ НА ТЕРРИТОРИИ
КОТЕЛЬНОЙ
Аннотация
Статья посвящена обследованию технического состояния опасного производственного объекта на примере кирпичной дымовой трубы высотой 45,0 метров, установленной на территории котельной. Основной задачей обследования опасного производственного объекта является определение технического состояния эксплуатируемых конструкций и оценка его эксплуатационной пригодности, в том числе строительных конструкций и сооружения в целом. Итогом диагностирования является заключение на соответствие объекта требованиям промышленной безопасности и возможные рекомендации по приведению объекта в соответствии с требованиями нормативной документации.
Ключевые слова: обследование, техническое состояние, степень повреждения, дефекты, техническое диагностирование, кирпичная дымовая труба, котельная, оценка.
Введение: В соответствии с Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» №116-ФЗ от 21.07.97г. экспертизе промышленной безопасности подлежат технические устройства, применяемые на опасном производственном объекте. Техническое диагностирование позволяет определить техническое состояние объекта и в дальнейшем дать оценку его эксплуатационной пригодности.
Цель проведения технического обследования.
Оценка соответствия объекта, а именно, кирпичной дымовой трубы, требованиям промышленной безопасности и нормативно-технической документации. А также определение возможности, условий и срока дальнейшей безопасной эксплуатации кирпичной дымовой трубы, по результатам проведенного технического обследования.
Анализ результатов обследования
Анализ обследования строительных конструкций, условий эксплуатации дымовой кирпичной трубы котельной высотой 45,0 метров, а также анализ условий эксплуатации однотипных кирпичных дымовых труб, показал:
Кирпичная дымовая труба в процессе длительной эксплуатации (38 лет) работает в особо сложных условиях перепадов температур, давления, влажности, агрессивного воздействия дымовых газов, ветровых нагрузок и нагрузок от собственной массы. Конструкция трубы одновременно подвергается различным видам коррозии, эрозии, испытывает значительные температурные напряжения, физические и механические нагрузки.
Температурные воздействия:
Конструкция дымовой трубы испытывает температурные воздействия как от эвакуируемых ими дымовых газов, так и от воздействия солнечной радиации при одностороннем нагреве, суточного колебания температур, климатических изменений и т.п.
© Баранников Ю.Н., Сафин И.Ф., Давыденко С.А., Костровский М.А., Братыгин О.А., 2015 г.
При температурных перепадах, вызываемых как отдельными источниками, так и в большинстве случаев их совокупностью, в стволе и футеровке возникают серьезные термические напряжения, приводящие к значительным усилиям растяжения с холодной стороны конструкции и сжатия с горячей. Это происходит благодаря тому, что при нагревании температура слоев, на которые непосредственно влияют источники нагрева, растет значительно быстрее, чем слоев внутренних, которые нагреваются лишь за счет теплопроводности. При охлаждении же картина меняется на диаметрально противоположную — внутренние слои сохраняют полученную теплоту значительно дольше, и температура их падает намного медленнее.
Следует также иметь в виду при наличии трещин, что при сжатии усилие передается через трещину, а при растяжении оно не только не передается через трещину, но и из-за трещины напряжение увеличивается. Исследования показали, что напряжение на краю трещины, как правило, в 7—9 раз больше, чем при ее отсутствии.
На службу футеровки всех видов дымовых труб основное влияние оказывают или частые изменения температуры отходящих газов и ее резкие колебания, или превышение их расчетной максимальной температуры.
В первом случае это приводит к постепенному выходу футеровки из строя из-за растрескивания и дальнейшего разрушения, во втором — к ее незапланированному увеличению как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, результатом чего может быть, наряду с нарушением ее геометрических размеров и частичным обрушением, появление наиболее опасных горизонтальных трещин ствола трубы, когда вертикальные усилия от растущей футеровки разрывают ствол, создавая реальную угрозу устойчивости трубы и распирают его, создавая «бочки» и сеть вертикальных трещин. Если при этом труба имела изоляционный слой или паровлагоизоляцию, они также приходят в негодность.
Частые температурные изменения на поверхности кирпичного ствола вызывают так называемую форму усталости кирпича, результатом чего является повреждение поверхности из-за отслоения мелких частиц, что значительно ускоряет процесс атмосферной коррозии кладки.
При изменении технологического процесса и возникающих при этом резких температурных перепадах на стволе кирпичной дымовой трубы появляются значительные вертикальные трещины. Особенно чувствительна верхняя часть дымовой трубы, ибо здесь мала вертикальная нагрузка и возникающие напряжения на разрыв не могут компенсироваться силами давления.
Нарушения технологического режима часто наблюдаются в начальном периоде эксплуатации трубы при ее просушке и первом разогреве, в результате появляются серьезные деформации кладки, выражающиеся также в образовании вертикальных трещин. Причины возникновения дефектов и повреждений дымовых труб при строительстве и эксплуатации:
Дефекты и повреждения, имеющие место в конструкции кирпичной дымовой трубы, возникают либо в процессе их сооружения, либо в процессе эксплуатации, либо при ошибках в проектировании.
Для кирпичных дымовых труб основное влияние на стойкость конструкций имеет качество глиняного кирпича, из которого выполнено подавляющее большинство их стволов (имеются стволы из кислотоупорного кирпича). При попадании даже небольшого количества пережженного, трещиноватого или низкомарочного кирпича с малой морозостойкостью уже через несколько лет службы появляются местные разрушения.
В кирпичной кладке наиболее уязвимым местом потенциально является шов, ибо прочность раствора всегда меньше прочности кирпича. Швы подвергаются разрушению и в результате неодинакового обжатия швов массой вышележащей кладки в процессе возведения ствола дымовой трубы из-за междусменных перерывов в работе даже при тщательном ее выполнении, а также воздействия сульфатной коррозии и увлажнения от
конденсации паров воды отходящих газов, которая из-за большого количества пор довольно легко проникает к внешней поверхности шва.
Довольно часто на практике оставляют не заделанными или заделанными небрежно гнезда от пальцев переставных подмостей. Это во многом способствует фильтрации конденсата на наружную поверхность ствола.
И, наконец, при монтаже стяжных колец контроль их натяжения по разным причинам может быть недостаточным, а малое обжатие ствола трубы способствует появлению вертикальных трещин от термических напряжений. Тем более, что в процессе эксплуатации раз в три года положено производить протяжку стяжных колец.
Взаимодействие материалов дымовой трубы с атмосферой:
Конструкция дымовой трубы, контактирующая с атмосферой, подвергается различным видам физико-химических воздействий, источником которых являются осадки (дождь, туман, роса, снег), твердые частицы (пыль, аэрозоль), газообразные компоненты, содержащиеся в воздухе, солнечное облучение, ветровое давление, суточные и периодические колебания температуры воздуха, его влажность и др.
Для кирпича дымовой трубы наиболее опасными факторами атмосферных воздействий, способных в короткий срок снизить их прочностные свойства, являются увлажнение и последующее размораживание, причем интенсивность разрушений зависит не только от увлажнения и замерзания, но и от количества таких циклов в течение года.
У неметаллов внутренняя структура пористая или капиллярно-пористая, что предполагает наличие значительной внутренней поверхности (часто превышающей наружную). У кирпича и раствора имеется огромная внутренняя поверхность, также адсорбирующая влагу. Эту поверхность образуют многочисленные поры, пронизывающие материал. Если поры кирпича заполнены водой, то в начальный период нагружения большую часть внешней нагрузки воспринимает вода, вследствие ее не сжимаемости и отсутствия оттока. Внешняя сжимающая нагрузка в свою очередь вызывает расклинивающее действие воды, которое способствует росту поперечных деформаций, поскольку в этом направлении действие воды воспринимается только стенками пор. С увеличением внешней нагрузки возрастает гидростатическое давление воды. Происходит проникновение ее в «закрытые» поры. Процесс сопровождается развитием как продольных, так и поперечных деформаций.
Иначе обстоит дело при переменном воздействии отрицательных и положительных температур. Кирпич без увлажнения может выдерживать многочисленные циклы перехода температуры через 0°С, в то время как в насыщенном состоянии за короткий период начинается его разрушение. Это объясняется не только расширением объема воды при замерзании (примерно в 1,1 раза). У насыщенного водой пористого материала в крупных порах и капиллярах образуются микроскопические кристаллы льда, а незамерзшая вода мигрирует из тонких пор в более крупные и к поверхности. Миграция воды происходит из незамерзших участков с образованием льда в крупных порах, созданием линз льда, так как при перемещении воды из замороженных областей структура материала сопротивляется этому перемещению. Степень повреждения зависит от водонасыщения, а также от температуры замерзания, так как объем замерзшей воды увеличивается с ростом отрицательной температуры и скорости замерзания.
Коррозионные воздействия отходящих дымовых газов:
Негативное влияние воздействия отходящих газов на стойкость конструкций дымовой трубы проявляется в виде сульфатной коррозии, фильтрации влаги на наружную поверхность ствола, эрозии внутренней поверхности футеровки и температурных колебаний. Коррозионное воздействие дымовых газов зависит от их температуры, скорости, вида и состава используемого топлива, а также режима работы.
Основными компонентами продуктов сгорания в трубах являются оксид углерода, диоксид серы и азота, водяной пар.
Снижение температуры дымовых газов приводит к образованию конденсата, представляющего раствор серной кислоты. Чем больше в газах сернистых соединений, тем выше температура точки росы. Считается, что при содержании в топливе более 3 % серы конденсат на стенках трубы может быть в виде серной кислоты концентрацией до 70—80 % .
Коррозия в кирпичной трубе может развиваться и без образования конденсата на внутренней поверхности. Диффузия газов через не плотности футеровки к стволу трубы вызывается как разностью концентраций, так и возможным избыточным давлением на отдельных участках трубы по высоте. Учитывая, что в дымовых газах содержание паров влаги достигает иногда 20—25 % по объему и превышает на порядок их содержание в воздухе, вследствие разницы парциальных давлений они проникают из полости трубы в стены ствола, принося с собой конденсат. Конденсат при малой его жесткости, без примесей кислот и сульфатов, например, при газообразном топливе, вызывает коррозию первого вида — выщелачивание свободной извести из цементного раствора. В футеровке из штучного красного кирпича наиболее характерным дефектом является пустошовка, образующаяся при вытекании части раствора из вертикальных швов, что при прижимной ее конструкции способствует фильтрации конденсата к поверхности ствола.
Репера для наблюдения за осадками и креном фундамента устанавливают не менее четырех. Центр трубы фиксируют цилиндрическим стальным репером, устанавливаемым в фундаментной плите, на поверхности которого керном наносят углубление, являющееся центром. Центр обычно фиксируют арматурным вертикальным стержнем. Отсутствие реперов не даёт возможности своевременно предотвратить нарушение несущей способности основания под фундаментом трубы или неравномерной его осадки.
Оголовок кирпичной дымовой трубы работает в наиболее неблагоприятных условиях, находясь в зоне окутывания, где конденсируется и выпадает значительное количество вредных составляющих отходящих газов и одновременно присутствуют максимальные температурные нагрузки. Поэтому конструктивной прочности оголовка уделяют большое внимание, выполняя ее стенки с утолщением по сравнению с нижележащей частью ствола.
Во избежание вредного воздействия агрессивных газов наружную и внутреннюю поверхности оголовка покрывают кислотоустойчивыми составами, иногда головку выполняют из кислотоупорного кирпича. Сверху оголовок дымовой трубы можно защитить колпаком из легированного чугуна или кислотостойкой керамики. Колпак состоит из отдельных звеньев, укладываемых последовательно на растворе с уклоном к наружной поверхности оголовка. Следует помнить, что оголовок трубы одновременно является и основным элементом ее архитектурного оформления, поэтому он обычно выполняется с консольным карнизом, выпущенным из рядов кладки, горизонтальными поясами, нишами, согласованными с декоративным оформлением цоколя.
Ходовая лестница. Для подъема персонала на светофорную площадку дымовой трубы, связанного с заменой сигнальных фонарей, осмотром наружной поверхности ствола, различными ремонтными работами в процессе эксплуатации служит ходовая лестница. На дымовой трубе она предназначена также для подъема и спуска людей в период строительства и монтажа.
Ходовая лестница кирпичной дымовой трубы выполняется из скоб и ограждений. Ходовые скобы устанавливают в процессе кладки ствола трубы с шагом 375 мм и заделывают в кладку на глубину не менее 250 мм начиная с отметки 2,0 м от уровня земли с наиболее доступной для подъема стороны. Для удобства пользования их устанавливают в разбежку с расстоянием 300 мм по осям. Для безопасного подъема и спуска людей ставят ограждение скоб на всю высоту ходовой лестницы, за исключением участка головки трубы. Ограждение состоит из скоб и прикрепленных к ним полос. Скобы ограждения устанавливают в кладку ствола в процессе его возведения с шагом 1500 мм, после установки скоб выполняют монтаж полос, отставание от уровня кладки не должно превышать величины одного пролета. В данном случае ходовые скобы не имеют ограждение, нет скоб для отдыха. Кирпичная дымовая труба не имеет ограждения и является источником
повышенной опасности согласно «СниП III-4-80 Часть III Глава 4 Техника безопасности в строительстве».
Светофорная площадка. Трубы, находящиеся вблизи аэродромов (менее 4-х километров) и являющиеся препятствием при взлете и посадке самолетов, относятся к категории аэродромных препятствий. В ночное время они должны быть согласно «Руководства по эксплуатации гражданских аэродромов РФ» РЭГА РФ-94 обозначены красными сигнальными заградительными огнями, видимыми со всех сторон. Для размещения сигнальных огней светоограждения на дымовых трубах устанавливают светофорные площадки. На данной обследуемой дымовой трубе отсутствует светофорная площадка.
Футеровка в дымовой трубе служит для защиты ствола от температурного и агрессивного воздействий отходящих газов. Наиболее распространенные футеровки из красного кирпича или штучных керамических изделий выполняют звеньями таким образом, чтобы вышележащее звено не препятствовало температурному росту футеровки нижнего звена. Звенья футеровки при толщине ее в 1 кирпич выполняют высотой до 25 м, при толщине в полкирпича — высотой до 12 м. Обрыв футеровки посредине звена не допускается. Опирается футеровка на выступы при уменьшении толщины ствола трубы по высоте или на специально устраиваемые консоли.
При температуре дымовых газов менее 100оС футеровку из штучной керамики выполняют вплотную к стволу трубы, при более высоких температурах между стволом и футеровкой оставляют зазор, величина которого обычно 50 мм.
Для исключения возможности попадания конденсата, образующегося на поверхности вышележащего звена футеровки, зазор между стволом и нижележащим звеном перекрывают козырьком из кислотоупорных изделий, носящих название «слезниковые».
Довольно часто футеровку наносят методом торкретирования, обеспечивая газоплотность внутренней части ствола дымовой трубы.
Молниезащита - комплекс устройств, предназначенных для обеспечения безопасности людей, сохранности зданий, сооружений и оборудования от возможных разрушений и загораний, возникающих при воздействии молнии.
Все здания и сооружения в зависимости от назначения, а также от возможного числа поражений в течение года делят на различные категории. Дымовые трубы относятся к III категории устройств молниезащиты.
Молниеотвод состоит из опоры, молниеприемников, объединяющего их каната, одного или двух токоотводящих канатов и электродов заземления, соединенных между собой шиной.
В дымовых трубах опорой молниеотвода служит само сооружение, функцию защиты от прямых ударов молнии выполняют отдельно стоящие не изолированные молниеприемники из водогазопроводных труб диаметром 40 мм и длиной 3650 мм. Верхние концы молниеприемников заостряют и возвышают над уровнем оголовка на 1800 мм.
Количество молниеприемников зависит от высоты и диаметра устья дымовой трубы. Молниеприемники соединены между собой объединяющим канатом. От молниеприемников вдоль ходовой лестницы прокладывается токоотводящий канат, который крепят специальными держателями, заделанными в ствол дымовой трубы, и соединяют с шиной заземления электродов, находящихся в грунте.
Для токоотводящих элементов используют стальной канат диаметром 7—16 мм. В нижней части трубы каждый токоотводящий канат заключают в металлическую трубу, чтобы предохранить его от механических повреждений.
Заземляющий контур состоит из электродов, в качестве которых обычно используют водогазовые трубы диаметром 50 мм или металлические стержни диаметром 10 мм, длиной
2,5 м, и объединяющей их шины из полосовой стали 6x60 мм. К верхней части электродов приваривают шину заземления, к которой крепят токоотводящие канаты.
Электроды и шину заземляющего контура располагают вокруг фундамента на глубине 0,5 м от поверхности земли, на расстоянии не менее 2,5 м от плиты фундамента. Электроды устанавливают по окружности на расстоянии 5 м друг от друга. В стесненных условиях шаг электродов допускается уменьшать до 2,5 м. В данном случае молниезащита находится в исправном состоянии. Имеется два молниеприемника. Специализированная организация ежегодно проверяет сопротивление заземляющего устройства молниезащиты с записью в журнале.
Крен кирпичной дымовой трубы не превышает предельно допустимый. Отклонение от вертикали оси трубы составило 81,8 мм на отм. 45,0 м, что не превышает предельно допустимое значение 290 мм.
Состав дымовых газов за котлами: окислы азота- NO, окислы углерода- СО в уходящих газах за тремя котлоагрегатами типа Е-25-14 находятся в пределах норм согласно ГОСТ 21204-97 «Горелки газовые промышленные. Общие технические требования», ГОСТ Р 50591-93. «Агрегаты тепловые газопотребляющие. Горелки газовые промышленные. Предельные нормы концентраций NОх в продуктах сгорания».
Заключительная часть
По результатам проведенного обследования установлено:
- кирпичная дымовая труба котельной высотой 45,0 метров, находится в исправном состоянии, что определено в соответствии с п. 4. раздела II ПБ 03-445-02 «Правил безопасности при эксплуатации дымовых и вентиляционных промышленных труб» и п. 3.2. РД 03-610-03 «Методических указаний по обследованию дымовых и вентиляционных промышленных труб» и соответствует требованиям промышленной безопасности.
Выводы.
По итогам технического диагностирования составляется заключение о соответствии объекта требованиям Промышленной Безопасности, действующих нормативно-правовых и технических документов Российской Федерации. В отдельных случаях помимо заключения о соответствии объекта Заказчику направляются мероприятия по устранению замечаний, полученных в ходе обследования, которые необходимо устранить для дальнейшей безаварийной эксплуатации ОПО.
