Обеспечение надежности функционирования пространственных опорных конструкций технологических установок при сверхнормативной эксплуатации
На правах рукописи
МУНИРОВА ЛИЛИЯ НАИЛЬЕВНА
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОПОРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
УСТАНОВОК ПРИ СВЕРХНОРМАТИВНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ
Специальность 05.26.03 – Пожарная и промышленная безопасность
(Нефтегазовая отрасль)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Уфа - 2005 2
Работа выполнена на кафедре Машины и аппараты химических произ водств Уфимского государственного нефтяного технического университета.
Научный руководитель доктор технических наук Абызгильдин Айрат Юнирович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук Нигматуллин Ришат Гаязович;
кандидат технических наук, доцент Сахибгареев Ринат Рашидович.
Ведущая организация ГУП Институт нефтехимпереработки АН РБ (ИНХП).
Защита состоится 9 июня 2005 года в 11-30 на заседании диссертаци онного совета Д 212.289.05 в Уфимском государственном нефтяном техниче ском университете по адресу: 450062, Республика Башкортостан г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государст венного нефтяного технического университета.
Автореферат разослан _ мая 2005 года.
Ученый секретарь диссертационного совета Закирничная М.М.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. Технологические установки и объекты нефтепереработки относятся к сложным технологическим системам, где ведется переработка уг леводородного сырья в товарные продукты или полуфабрикаты, предназначен ные для дальнейшей переработки. К элементам этой системы относится не только оборудование, но и строительные сооружения (эстакады, постаменты этажерки, фундаменты под оборудование и др.). Предъявляя к ним определен ные требования с позиций технологии производства, как правило, не учитыва ются условия длительной эксплуатации конструкций, часто при агрессивном воздействии среды. Исследования показывают, что износ строительных конст рукций в производствах с химически агрессивными реагентами протекает бы стрее, чем предусмотрено нормами. При этом кроме прямого ущерба, необхо димо учитывать потери вследствие нарушения функционирования объекта.
В соответствии с Федеральным законом № 116 - ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», сооружения опасных производственных объектов должны отвечать требованиям безопасной экс плуатации. Срок службы большинства сооружений нефтеперерабатывающего комплекса РБ составляет более 40 лет. Многие их них находятся в аварийном или предаварийном состоянии, что ставит под угрозу безопасную работу тех нологической системы в целом. Известны примеры, когда в аварийной ситуа ции отказы нескольких или даже одного элемента сооружения, приводили к цепному развитию аварии (так называемый эффект «домино»). В связи с опас ностью развития подобных ситуаций необходимо заменить неисправные конст рукции и сооружения, что невозможно, так как это ведет к остановке всего тех нологического процесса. Решение проблемы состоит в продлении срока экс плуатации существующих сооружений. Для этого, согласно РД 03-484-02 «По ложение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических уст ройств, оборудования и сооружений на опасных производственных объектах», требуется провести оценку их фактической надежности и определить условия их дальнейшей безопасной эксплуатации.
Цель работы. Оценка надежности железобетонных конструкций техно логических установок при сверхнормативной эксплуатации в слабоагрессив ной среде и определение условий для продления срока службы.
Задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) анализ методик и нормативных документов по обследованию сооруже ний;
2) анализ повреждений сооружений, характерных для нефтеперерабаты вающих предприятий и причин их возникновения;
3) оценка влияния повреждений на фактическую надежность конструк ций, на примере железобетонной этажерки под оборудование одного из нефте перерабатывающего заводов г.Уфы;
4) определение остаточного ресурса конструкций;
5) разработка мероприятий по продлению срока безопасной эксплуата ции конструкций этажерки.
Научная новизна работы характеризуется следующими результатами:
1) определены количественные показатели степени снижения несущей способности конструкций, эксплуатируемых в слабоагрессивных средах, по ка тегориям технического состояния;
2) предложены коэффициенты условия работы (), учитывающие сверх нормативную эксплуатацию в слабоагрессивной среде, которые позволяют создать необходимый резерв долговечности при проектировании, а также опре делять остаточный запас прочности при эксплуатации. Для сжатых элементов = 1,07, для изгибаемых =1,11.
Практическое значение работы заключается в следующем:
- разработана методика оценки технического состояния сооружений, по зволяющая оперативно оценить их поврежденность;
- получены данные о фактической надежности железобетонных конст рукций технологических установок при сверхнормативной эксплуатации;
- разработаны мероприятия, позволяющие продлить срок безопасной экс плуатации конструкций этажерки установки сернокислотного алкилирования 25 - 4/2 ОАО «НОВОЙЛ» при сверхнормативной эксплуатации Апробация работы. Основные положения работы докладывались:
- на VI научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России», г.Уфа, 2002г.;
- VII научно-технической конференции «Проблемы строительного ком плекса России», г.Уфа, 2003г.;
- научно-практической конференции «Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводо родного сырья», г.Уфа, 2004г.;
- II Межотраслевой научно-технической конференции «Проблемы со вершенствования дополнительного профессионального и социогуманитарного образования специалистов ТЭК», г.Уфа, 2005.
Публикации. По материалам исследований опубликованы тезисы докладов.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введе ния, четырех глав, выводов, содержит 120 страниц машинописного текста, в том числе 19 рисунков, 19 таблиц, 13 фотографий, список использованных ис точников из 130 наименований, 4 приложения.
Основное содержание работы
Во введении обоснованы актуальность рассматриваемой темы и научное значение, изложены цели и задачи исследования.
Первая глава посвящена проблеме надежности промышленных соору жений. Обзор публикаций показал, что в настоящее время сложились две тен денции развития теории надежности. В одной из них основное внимание уделя ется обеспечению проектной надежности, основанной на коэффициентах запа са. Второе направление теории надежности рассматривает проблему долговеч ности, как замедление скорости ухудшения свойств конструкций (процессов коррозии, гниения, накопления повреждений и т.п.). Таким образом, исследо вание эксплуатационной надежности сооружений заключается в решении сле дующих задач:
1) выявление конструктивных элементов, не отвечающих требованиям нормальной эксплуатации и снижающих общий уровень надежности сооруже ния, путем сбора информации об отказах конструкций и вызвавших их причин;
2) определение действительной надежности и остаточных коэффициентов запаса при длительной эксплуатации сооружений в конкретных условиях. Для этого необходимы сведения о фактических характеристиках материалов конст рукций;
3) корректирование нормативов периодичности обследований и ремонтов на основании данных о закономерностях темпов износа в зависимости от усло вий и времени эксплуатации.
Анализ аварий на основе статистической информации показал, что наи более ответственными в аварийных ситуациях являются несущие конструкции перекрытия. Разрушения стальных сооружениях чаще происходят из-за потери устойчивости элементов. Причиной обрушения железобетонных конструкций являются коррозионные повреждения бетона и арматуры.
Также в этой главе проводится исследование современного состояния со оружений предприятий нефтепереработки. Специфика нефтеперерабатывающе го производства (токсичность, взрывоопасность и т.д.) обусловливает вынос технологического оборудования на открытые площадки. Анализ конструктив ных решений сооружений показал, что для размещения оборудования наиболее распространены каркасные схемы. Отличительной особенностью эксплуата ционной среды таких сооружений является повышенная агрессивность в соче тании с неблагоприятным температурно-влажностным режимом. Результатом воздействия агрессивных жидких и газовых сред является ускоренное развитие коррозии материалов, как оборудования, так и строительных конструкций.
Влияние агрессивных факторов среды усиливается прямыми атмосферными воздействиями. Однако наиболее значительные повреждения произошли в ре зультате пожаров и взрывов.
Проведенный анализ позволил условно разделить факторы, снижающие эксплуатационную надежность сооружений, на следующие виды:
- -прямые атмосферные воздействия (многократные попеременные увлаж нение-высушивание, замораживание-оттаивание и др.);
- эксплуатация в агрессивных газовых и жидких средах;
повреждения, полученные в результате замены технологического обору дования;
- повреждения, полученные в результате аварийных ситуаций.
Вторая глава посвящена объекту и методике исследования. Объектом исследования выбрана этажерка для оборудования, которая находится на уста новке сернокислотного алкилирования 25-4/2 ОАО «НОВОЙЛ». Этажерка по строена в 1959 г. и представляет собой двухэтажное каркасное сооружение, вы полненное из монолитного железобетона. Она состоит из колонн, главных и вспомогательных балок и плит перекрытия. Габаритные размеры сооружения в плане составляют 32,0 х 9,0 м. Перекрытие первого этажа располагается на отм. +4.000м, второго – на отм. +10.000 м. Проектная прочность бетона кон струкций Rв = 110 кг/см2, что соответствует бетону класса В20. Арматура вы полнена из стали Ст-3.
На данной этажерке располагается емкостное и холодильное оборудова ние блока ректификации. Опасными веществами установки являются воспла меняющиеся газы – изобутан, бутилен, пропан, смесь углеводородных газов, а также горючие жидкости – алкилат. Анализ количеств данных веществ позво ляет отнести установку к опасным производственным объектам.
Согласно декларации безопасности установки, при развитии наиболее опасной ситуации (полная разгерметизация колонны К-21) этажерка оказывает ся в зоне полных разрушений. В наиболее вероятной аварийной ситуации (пол ная разгерметизация напорного трубопровода насоса Н-8) этажерка находится в радиусе слабых разрушений (рис. 1). Следовательно, существует опасность об рушения конструкций, ослабленных длительным износом, от воздействия ударных нагрузок. Это может вызвать дополнительные разрушения оборудова R R R R R1 – полное разрушение R2 – среднее разрушение c массовыми обвалами R3 – среднее повреждение Рис. 1. Схема установки и вероятные зоны действия поражающих факторов.
ния. Дальнейшим продолжением аварии могут быть неконтролируемые хими ческие реакции и физические взрывы, которые могут произойти при разруше нии сосудов, находящихся под давлением.
Также в этой главе проведен анализ нормативных документов и методик, используемых при оценке технического состояния сооружений и их остаточно го ресурса. Соответствующие нормативные документы Ростехнадзора, в част ности РД-22-01-97, устанавливая требования к проведению оценки безопас ности эксплуатации производственных зданий и сооружений, не содержат ме тодики обследования. Применение существующие методик затруднительно из за различий в терминологии технических состояний.
Предложена методика, в которой критерии повреждений конструкций и категории их технического состояния приведены в соответствие с классифика цией, установленной в нормативных документах. При этом главным фактором, определяющим состояние конструкции при предварительном осмотре, являют ся повреждения, влияние которых оценивается по 5-бальной шкале (табл.1).
Для оценки состояния достаточно хотя бы одного признака, приведенного в ха рактеристиках.
Общая поврежденность сооружения определяется по известной формуле:
1 1+ 2 2 +... + =, (1) 1 + 2 +... + где 1, 2, … i – максимальная поврежденность отдельных видов конструкций;
1, 2, … i - коэффициенты значимости соответствующих конструкций, при нимаются для плит перекрытий и покрытий = 2, для балок = 4, для ферм = 7, для колонн = 8, для несущих стен и фундаментов = 3, для прочих конст рукций = 2.
В зависимости от общей поврежденности сооружения дается оценка тех нического состояния сооружения в целом.
С целью установления фактических прочностных свойств материалов конструкций проводятся инструментальные обследования. Степень коррозии бетона определялась по изменению величины водородного показателя рН, пу тем нанесения на скол бетона 0,1% -го раствора фенолфталеина в этиловом спирте. Определение предела прочности бетона конструкций на сжатие прово дилось неразрушающим ударно-импульсным методом с помощью прибора «ОНИКС –2.4». Толщина защитного слоя определялась электромагнитным ме тодом с помощью прибора «Поиск–2.3».
Таблица 1 - Критерии оценки технического состояния железобетонных конструкций по внешним признакам Категории тех- Повреж- Категория нического со- Признаки, характеризующие состояния денность повреж стояния конст- конструкций дения рукций Коррозионные повреждения отсутствуют Ориен Работоспо тировочная прочность бетона не ниже проектной. собное А Незначительные нарушения защитного слоя.
Ориентировочная прочность бетона ниже проект- 0, ной не более 10%.
Незначительное обнажение арматуры, начало в работоспособное ней коррозионных процессов. Снижение ориен Ограниченно 0, тировочной прочности бетона до 20%.
Б Многочисленные нарушения защитного слоя.
Значительное обнажение арматуры. Снижение 0, ориентировочной прочности бетона до 30%.
Сверхнормативные трещины и прогибы.
Массовое отслоение защитного слоя бетона, ого (аварийное) способное Неработо ление, местами разрывы арматуры. Слоистая ржавчина или язвы, вызывающие уменьшение В 0, площади сечения арматуры более 15%. Снижение прочности бетона более 30%.
В третьей главе приведены результаты исследований. В целях обследо вания газовоздушной среды установки был произведен отбор проб воздуха. По лученные концентрации газов в сочетании с «нормальным» режимом влажно сти позволили отнести эксплуатационную среду к слабоагрессивной. Повреж дения конструкций, выявленные в ходе визуального осмотра, носят эксплуата ционный характер. Наиболее поврежденными оказались конструкции перекры тия. На поверхности плит обнаруживаются пятна ржавчины вследствие кор розии арматуры, трещины, разрушение бетона защитного слоя, оголение и ин тенсивная коррозия арматуры (фото 1, 2). Часть плит была подвергнута вымо раживанию, о чем свидетельствует потемнение поверхности бетона. Кроме этого, в ряде случаев имеет место пропитывание плит нефтепродуктами. По добные повреждения обнаружены и у балок перекрытий. В отличие от плит, разрушение бетона и обнажение арматуры в балках происходит в ребрах.
Фото 1. Разрушения конструкций перекрытий Фото 2. Разрушения конструкций перекрытий и колонн Колонны подверглись коррозии в меньшей степени (фото 2, 3). Здесь по всеместно прослеживается шелушение граней вследствие коррозии бетона, раз рушение бетона стыков колонн между собой, в ряде случаев с обнажением ра бочей арматуры. В некоторых колоннах имеются значительные по длине верти кальные трещины, вызванные нарушением сцепления арматуры с бетоном вследствие ее коррозии.
Визуальный осмотр показал, что техническое состояние конструкций за висит от вида и места их расположения. Так, под перекрытием влажность и концентрация агрессивных веществ выше, чем на нижних отметках этажей.
При этом конструкции перекрытия работают на изгиб, что сопровождается возможностью образования и раскрытия трещин в бетоне, способствующих проникновению влаги и агрессивных реагентов, вызывающих коррозию арма туры. Кроме того, плиты перекрытия, являясь тонкостенными конструкциями, имеют наименьшую толщину защитного слоя.
Фото 3. Разрушение стыков колонн По результатам визуального осмотра (табл. 2) было определено среднее значение поврежденности каждой группы элементов по известной формуле:
i i (2) i Общая поврежденность сооружения, определенная по формуле (1), составила = 0,28. Таким образом, техническое состояние обследуемой этажерки можно характеризовать как «ограниченно работоспособное», т.е. имеются поврежде ния, снижающие несущую способность конструкций, но отсутствует опасность внезапного разрушения. Однако при дальнейшем их развитии или в случае ава рийной ситуации они могут стать причиной разрушения.
Таблица 2 - Результаты оценки технического состояния конструкций эта жерки по внешним признакам Конст- Категория техниче- Оценка по Количество, % Средняя пов рукции ского состояния визуальным режденность критериям работоспособное 2 Плиты пе рекрытия ограниченно- 0, 3 (90 шт.) работоспособное 4 неработоспособное 5 работоспособное 2 Ригели ограниченно- 0, 3 (36 шт.) работоспособное 4 работоспособное 1 Балки (112 шт.) ограниченно- 0, 3 работоспособное 4 неработоспособное 5 работоспособное 2 Колонны 0, ограниченно- 3 (54 шт.) работоспособное 4 В целях установления фактических прочностных свойств материалов конструкций были проведены инструментальные исследования состояния бе тона и арматуры. Фактический класс бетона определялся статистическим мето дом по формуле В = в (1 - t · ), (3) где в – средняя прочность бетона на сжатие по данным инструменталь ного контроля, МПа;
– коэффициент вариации;
t – коэффициент Стьюдента;
В – класс бетона.
Результаты исследований (табл. 3) позволяют сделать следующие выво ды:
- прочность бетона конструкций этажерки снижена по сравнению с про ектной. Бетон 80% колонн и балок соответствует классу В15, остальных В12,5. У плит перекрытий снижение прочности произошло в бльшей степени.
Так, классу В15 соответствует бетон примерно 20% плит, прочность более по ловины плит (56%) отвечает классу В12,5. Оставшиеся плиты имеют еще более низкую прочность – В10.
Глубина карбонизации бетона защитного слоя в конструкциях «работо способного» состояния не превышает половины толщины защитного слоя. В конструкциях «ограниченно-работоспособного» состояния этот показатель со ставляет половину (для колонн) или близок к толщине защитного слоя.
Таблица 3 - Результаты определения фактических характеристик бетона Оценка со- Средняя Коэффи- Класс Толщина Глубина стояния кон- прочность циент бетона защитного карбони струкций бетона на вариации на сжатие слоя, мм зации, мм сжатие,% В проек. факт.
в, МПа Колонны В 2 23,4 14 25 20-23 7- В 3 19,5 В12, 4 13,3 3, Главные бал ки В 1 21,2 В15 35 26-30 7- 2 21,7 14, В 3 20,3 14, В12, 4 17,9 В12, 5 17,5 Второстепен ные балки В 2 21,2 12 25 21-25 9- В 3 19,4 В12, 4 16,4 12, Плиты перекр.
В 2 19,5 В12,5 10 8-13 6- 3 18,8 В 4 14,6 В 5 13,3 Определение толщины защитного слоя показало отклонения от проект ных значений на 20-30%. Этим объясняются многочисленные нарушения за щитного слоя даже в тех конструкциях, где прочность бетона снижена незначи тельно. Кроме того, проектная толщина защитного слоя бетона вспомогатель ных балок и плит не соответствует требованиям предела огнестойкости конст рукций. Выявленные отклонения и разрушения еще больше снижают предел огнестойкости этих конструкций.
Проверка фактического армирования прибором «ПОИСК –2.3» показала полное соответствие фактического армирования проектным данным. Для при ведения проектной марки стали Ст-3 в соответствие с классом по ныне действующему СНиП 2.03.01-84*, было проведено контрольное вскрытие бето на на всех типах конструкций. В результате установлено, что по профилю ар матура соответствует классу А- II.
По результатам инструментальных исследований была выполнена оценка несущей способности с помощью проектно-вычислительного комплекса SCAD. Для сравнения были смоделированы две расчетные схемы с одинаковым количеством конечных элементов, но с различными жесткостными характери стиками: проектными и фактическими. Анализ и сравнение результатов стати ческого расчета показывает, что внутренние усилия и напряжения по фактиче ским значениям превышают проектные. Вследствие этого, значительно увели чилась требуемая площадь сечения арматуры. Результаты подбора арматуры показывают, что сечение на некоторых участках плит и балок недостаточно для размещения рабочей арматуры. Таким образом, для приведения этажерки в исправное состояние необходимо усиление элементов с недостаточным арми рованием.
Четвертая глава посвящена оценке критериев технического состояния коррозионного износа и снижения несущей способности. В настоящее время существуют математические модели, основанные на том, что критерием долго вечности является срок до начала коррозии арматуры, т.е. время, необходимое для коррозионного повреждения защитного слоя бетона на всю его глубину Тк.
При всем многообразии моделей срок Тк обобщено можно представить из вестным уравнением:
L Tk =, (4) K где L – глубина коррозии (толщина покрытия или защитного слоя бетона);
К – константа скорости коррозии.
Применение на практике таких моделей требует экспериментального оп ределения К, поэтому при прогнозировании долговечности, применяют выра жение (4), исключая при этом значение К. Тогда прогнозируемый срок tрасч (год), в течение которого бетон сохранит защитные свойства по отношению к арматуре, может быть рассчитан по формуле:
a 2 t обсл t расч =, (5) L2обсл где a – толщина защитного слоя;
Lобсл – глубина карбонизации на момент исследования;
tрасч – расчетное время эксплуатации.
Результаты расчета по формуле (5) показали, что конструкции соответст вующие «работоспособной» категории технического состояния, имеют боль шой резерв долговечности без применения средств вторичной защиты, т.к.
выполняется условие L0а (табл. 4). Долговечность остальных конструкций различна. Так, колонны и главные балки имеют достаточный резерв благодаря большей толщине защитного слоя бетона и сравнительно малой глубине ней трализации. Расчет для вспомогательных балок показал, что резерв защитной способности бетона практически израсходован и недостаточен для межре монтного срока. Защитные способности бетона плит этой же категории по от ношению к арматуре исчерпали себя 9 лет назад, в результате чего произошло отслоение нейтрализованного защитного слоя с обнажением и интенсивной коррозией арматуры. Для продления срока службы этих конструкций необхо димо выполнить восстановление защитного слоя с предварительной очисткой их поверхности от загрязнений и продуктов коррозии.
СНиП 2.03.11–85 не предусматривает вторичную защиту конструкций от коррозии в слабоагрессивной среде, т.е. долговечность должна обеспечиваться за счет собственной стойкости. Тем не менее, бльшая часть конструкций пока зала недостаточную стойкость в данных условиях эксплуатации. В связи с этим для стабилизации во времени коррозионных процессов одним из ре шающих условий, помимо восстановления защитного слоя, является защитное покрытие всех конструкций.
Таблица 4 - Результаты оценки долговечности конструкций этажерки Тип Толщина защитного слоя бетона Глубина кар- Резерв по сроку конструкции для рабочей арматуры а,мм бонизации службы бетона L0, конструкций, год фактическая по проекту мм (min…max) Колонны 25 20…23 7…13 (+62)…(+100) Главные балки 35 26…30 7…16 (+75)…(+100) Вспомогатель- 25 21…25 9…18 (+16)…(+ 100) ные балки Плиты 10 8…13 6…9 (-9)…(+ 100) Сравнение двух видов антикоррозионной защиты: лакокрасочных и тор кретных, выявило ряд преимуществ последних по целому ряду показателей, в том числе главному – сроку службы защитного действия покрытия. Долговеч ность лакокрасочных покрытий недостаточна для обеспечения межремонтного срока, равного 20 годам. Возможность увеличения предела огнестойкости нане сением торкретного покрытия также выступает в пользу последнего.
Другим критерием оценки технического состояния конструкций является снижение их несущей способности, обусловленное уменьшением расчетных характеристик вследствие воздействия агрессивной среды. Известно, что на дежность является функцией коэффициентов запаса. При этом фактическая на дежность зависит от того, насколько реализованы случайные факторы, учиты ваемые этими коэффициентами. При длительной эксплуатации резерв надеж ности, обеспечиваемый коэффициентом запаса прочности, может быть полно стью поглощен, что приведет конструкцию в предельное состояние. В связи с этим представляет интерес оценка фактического уровня надежности, т.е. оста точного коэффициента запаса прочности.
Если за условие надежности принимается условие прочности, обобщенно представленное известным уравнением, то критерием надежности является не сущая способность.
р =, tр = t, (6) где р, рt – разрушающие напряжения, характеризующие несущую спо собность конструкций в начале эксплуатации и через время t;
– напряжение от внешней нагрузки,, t – коэффициенты запаса прочности конструкции на начало эксплуата ции и через время t.
Предполагая, что нагрузка за время эксплуатации остается постоянной, из (7) следует р tр = =. (7) t Поскольку уменьшение расчетных характеристик обусловлено воздейст вием эксплуатационной среды, то снижение несущей способности конструкций отражает степень влияния среды:
р =, (8) tр При известном начальном коэффициенте запаса прочности из (7) можно определить остаточный:
р = = (9) tр t По результатам статического расчета (см.гл.4), по проектным и фактиче ским характеристикам, определены степень влияния среды и коэффициент за паса прочности конструкций этажерки. За напряжения, характеризующие не сущую способность колонн, приняты продольные усилия N, балок и плит перекрытий – изгибающий момент М. По результатам расчетов (табл. 5) по строены графики.
Из рис. 2 видно, что влияние агрессивной среды в большей степени отра зилось на плитах перекрытия и балках. При этом снижение несущей способно сти у плит происходит интенсивней, чем у балок. Несмотря на то, что фактиче ская несущая способность конструкций оказалась ниже расчетной ( 1), часть конструкций сохраняют работоспособное состояние, обладая резервом несущей способности в среднем 8 % для колонн и 18 % для конструкций перекрытия.
Для конструкций достигших предельного состояния, потеря прочности состав ляет в среднем 17% для колонн и 35% для конструкций перекрытия. Из этого следует, что сохранение работоспособного состояния всех конструкций было бы возможно при изначальном повышении несущей способности на 9% и 17% соответственно.
Таблица 5 - Степень влияния среды на конструкции этажерки и остаточ ные коэффициенты запаса прочности Оценка тех- Колонны Балки Плиты перекрытия нического состояния 1 = N/N1 1 = Мр/ 1 =Мху/ конструкций Мр1. Мху 0 - - - - 0,89 1, 1 0,93 1,08 0,85 1,18 0,85 1, 2 0,9 1,11 0,81 1,23 0,79 1, 3 0,86 1,17 0,78 1,29 0,74 1, 4 0,72 1,25 - - 0,67 1, Рис. 2. Зависимость технического состоя ния от степени влияния среды.
Из рис. 3 видно, что коэффициент надежности 1 при одинаковом техни ческом состоянии наиболее израсходован также у плит перекрытий. При этом имеется некоторый резерв, обеспечивающий работоспособное состояние при дальнейшем его снижении в среднем до 10 % для колонн и 20 % для плит и балок.
Рис. 3. Зависимость технического со стояния от коэффициента запаса Зависимость коэффициента надежности от степени влияния среды (рис. 4) показывает, что понижение его до 15% одинаково отражается на несу щей способности конструкций независимо от их типа. При его дальнейшем снижении несущая способность у балок и плит перекрытия исчерпывается ин тенсивней, чем у колонн. Достижение необходимого запаса несущей способно сти в 9% для колонн и 17% для конструкций перекрытия обеспечивается уве личением коэффициента надежности на 7% и 11% соответственно.
Рассмотренный выше коэффициент надежности затронул две стороны безопасности: одна из них связана с условиями работы, другая с длительностью эксплуатации. Отсутствие данных по износу конструкций за предыдущий пе риод не позволяет трактовать его как коэффициент, учитывающий фактор вре мени. В связи с этим, данный коэффициент по своему значению более всего со ответствует коэффициенту условий работы.
Рис. 4. Зависимость коэффициента запаса от степени влияния среды.
Проведенный анализ также показал, что резерв надежности конструкций зависит не только от степени агрессивности среды, а также от их типа и распо ложения, что не учитывается в действующих нормах.
Общие выводы 1. Проведена оценка фактической надежности железобетонной этажерки под оборудование при сверхнормативной эксплуатации в слабоагрессивной среде.
2. Показано, что одним из факторов, обеспечивающих безопасную экс плуатацию оборудования, является надежность сооружений технологических установок. Неработоспособное состояние конструкций таких сооружений может послужить причиной вторичной аварии.
Выявлены повреждения, характерные для сооружений НПЗ, а также уста новлены факторы, снижающие их эксплуатационную надежность.
3. Разработанная методика апробирована при проведении экспертизы безопасной эксплуатации ряда сооружений ОАО «НОВОЙЛ».
4. Обследование этажерки под оборудование на установке сернокислот ного алкилирования 25-4/2 ОАО «НОВОЙЛ» позволило установить, что ее тех ническое состояние можно характеризовать как «ограничено работоспособное».
Определены конструктивные элементы, снижающие общий уровень надежно сти. Установлено, что отклонения по толщине защитного слоя бетона снижают предел огнестойкости конструкций.
5.Определена фактическая долговечность конструкций этажерки по при знаку сохранности арматуры. Установлено, что для продления срока службы более 50 % конструкций требуется восстановление защитного слоя бетона.
Однако, с учетом недостаточной стойкости бетона в данных условиях, опти мальным является устройство защитных покрытий для всех конструкций.
6. Анализ влияния эксплуатационной среды показал, что элементы со оружений имеют различные характеристики надежности. В связи с этим, пред ложено дифференцировать коэффициент условий работы в зависимости от типа конструкций и срока эксплуатации.
7. Определены количественные показатели степени снижения несущей способности конструкций, эксплуатируемых в слабоагрессивных средах, по ка тегориям технического состояния. Сохранение работоспособного состояния при сверхнормативной эксплуатации возможно при изначальном повышении несущей способности на 9% для колонн и 17% для конструкций перекрытия.
Достижение необходимого запаса несущей способности обеспечивается увели чением коэффициента надежности на 7% и 11% соответственно.
8. Результаты проведенных исследований внедрены при разработке про екта и проведении капитального ремонта конструкций этажерки на установке сернокислотного алкилирования 25-4/2 ОАО «НОВОЙЛ».
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих рабо тах:
1. Капитонов С.М., Мунирова Л.Н., Кведер Е.В. Повреждения и дефекты несущих и ограждающих конструкций предприятий нефтехимического ком плекса в процессе их длительной эксплуатации // Проблемы строительного комплекса России: Материалы VI Международной научно-технической конфе ренции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
2. Кведер Е.В., Мунирова Л.Н., Капитонов С.М. О специфике проведения технико-инструментальных обследований строительных конструкций зданий и сооружений нефтехимического комплекса // Проблемы строительного комплек са России: Материалы VI Международной научно-технической конференции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
3. Мунирова Л.Н., Абызгильдина С.Ш. О надёжности и долговечности строительных конструкций зданий и сооружений с позиций промышленной безопасности предприятий нефтехимии и нефтепереработки // Проблемы строительного комплекса России: Материалы VI Международной научно технической конференции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
4. Мунирова Л.Н. Промышленная безопасность предприятий нефтепере рабатывающей промышленности с позиций устойчивой и надежной работы многоэтажных сборно-монолитных ж/б этажерок-постаментов // Проблемы строительного комплекса России: Материалы VI Международной научно технической конференции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
5. Мунирова Л.Н., Капитонов С.М. Об учете внешних факторов, обуслав ливающих снижение несущей способности ж/б сборно-монолитных конструк ций этажерок-постаментов // Проблемы строительного комплекса России: Ма териалы VII Международной научно-технической конференции. – Уфа:
УГНТУ, 2002.
6. Давлетбаев Н.В., Капитонов С.М., Мунирова Л.Н. Повреждения и ре комендации по восстановлению несущей способности конструктивных элемен тов сборно-монолитных ж/б этажерок-постаментов // Проблемы строительного комплекса России: Материалы VII Международной научно-технической кон ференции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
7. Мунирова Л.Н. Методика проведения технико-инструментальных об следований фактического состояния сборно-монолитных ж/б этажерок постаментов // Проблемы строительного комплекса России: Материалы VII Международной научно-технической конференции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
8. Кведер Е.В., Мунирова Л.Н., Кроткова Л.В., Капитонов С.М. Особен ности поверочных расчетов по оценке остаточной фактической несущей спо собности конструктивных элементов сборно-монолитных ж/б этажерок постаментов // Проблемы строительного комплекса России: Материалы VII Международной научно-технической конференции. – Уфа: УГНТУ, 2002.
9. Мунирова Л.Н. Результаты обследований ж/б конструкций этажерки на установке алкилирования 25-4/2 НУНПЗ // Проблемы и методы обеспечения надежности и безопасности объектов трубопроводного транспорта углеводо родного сырья: Тезисы докладов научно-практической конференции. – Уфа:
ТРАНСТЭК, 2004.
10. Мунирова Л.Н. Фактическое состояние конструкций этажерки под оборудование после сверхнормативной эксплуатации в неблагоприятных усло виях // Проблемы совершенствования дополнительного профессионального и социогуманитарного образования специалистов ТЭК: Материалы II Межотрас левой научно-технической конференции. – Уфа: ИПК УГНТУ, 2005.
11. Мунирова Л.Н. Резерв прочности конструкций открытых сооружений, эксплуатируемых в агрессивной среде // Проблемы совершенствования допол нительного профессионального и социогуманитарного образования специали стов ТЭК: Материалы II Межотраслевой научно-технической конференции. – Уфа: ИПК УГНТУ, 2005.
12.Мунирова Л.Н. Оценка технического состояния конструкций зданий и сооружений НПЗ // Проблемы совершенствования дополнительного профес сионального и социогуманитарного образования специалистов ТЭК: Материа лы II Межотраслевой научно-технической конференции. – Уфа: ИПК УГНТУ, 2005.