Сборник докладов студентов и аспирантов на IV Международной конференции на тему "Охрана окружающей среды и рациональное использование природоохранных ресурсов". Донецк:ДонНТУ,2005
Тема: ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ АГРЕСИВНЫХ ОКРУЖАЮЩИХ СРЕД
Марьенков С.В., Топоров А.А.
Донецкий национальный технический университет
Машины и аппараты химических производств
Значительный вклад в уровень технике безопасности на предприятиях с агрессивной окружающей средой вносит коррозия металлоконструкции. Коррозия металлов наносит большой ущерб на промышленных предприятиях, особенно тех, где имеются большие выбросы агрессивных веществ в окружающую среду. Потери от коррозии металлов складываются из стоимости изготовления металлических конструкций, пришедших в негодность вследствие коррозии, из безвозвратных потерь в виде продуктов коррозии и из косвенных убытков. Все это приводит к тому, что на многих промышленных предприятиях сложился низкий уровень техногенной безопасности, что связано с прогрессирующим старением основных фондов, отсутствием или медленными темпами восстановления, реконструкции и обновления техники.
Потери от коррозии металлов складываются из стоимости изготовления металлических конструкций, пришедших в негодность вследствие коррозии, из безвозвратных потерь в виде продуктов коррозии и из косвенных убытков.
Целью данного исследования является разработка системы обеспечения техногенной безопасности металлоконструкций, которая включает разработку моделей изменения состояния металлоконструкций во времени с анализом надежности и напряженно деформированного состояния металлоконструкций, а также позволит определять работоспособность металлоконструкции.
Первой задачей исследования являлось рассмотрения трехмерной модели металлоконструкции, нагруженной распределенной или сосредоточенной нагрузкой, таких как направляющие, опоры аппаратов и емкостей, при условии, что коррозия протекает равномерно с известной скоростью.
Основным условием нормальной работы металлоконструкции является случай, когда действующие напряжение в металлоконструкции меньше допускаемых:
[б] <= б
В качестве примера рассмотрим элемент металлоконструкции – пролет галереи между опорами, представленный как система балок с заданными длиной L, значением распределенной нагрузки q действующей на балку, материал из которого изготовлена балка, массо-центрическими характеристиками Мх, Тх. Используя формулы для расчета балочных систем, определили допускаемые напряжения [б] и максимальный момент Мmax, действующий на балку и по осевому моменту инерции Wx подобрали сечение балки:
[б] = бb / nb
Мmax= f(q,L, Мх, Тх)
Wx = Mmax / [б]
По полученным данным для исследования были выбраны сечение стандартных стальных прокатов из справочной литературы.
Для дальнейшего исследования была использована программа КОМПАС, которая позволила построить изменения сечения балки, с заданным шагом в соответствии со скоростью коррозии. Также с помощью программы КОМПАС было просчитано площади и осевые моменты инерции измененных сечений балок. Все полученные результаты программы КОМПАС были внесены в таблицу Microsoft Excel, также расчеты были проведены в программе Microsoft Excel, по полученным данным были построены графики зависимости б от Т и Wx от Т.
Эта модель позволяет изменять длину, нагрузку и материал балки с получением результатов в виде таблицы, и изменение графиков. А также определить срок службы металлоконструкции.
На графиках показаны кривые изменения:
Как видно из графиков со временем напряженно-деформированное состояния металлоконструкций растет не прямолинейно, а изменение момента инерции носит прямолинейный характер. Также программа позволяет определить время, когда металлоконструкция потеряет работоспособность.
Такая система расчета позволит определять точный срок действия металлоконструкции и позволит правильно организовать все виды ремонтных работ, и демонтажа металлоконструкции.
Эта система может позволить учесть не равномерность коррозии металлоконструкции, действия на металлоконструкции таких факторов: температур, напряжений, контакт разнородных металлов и различных материалов и характер обработки поверхности металла.
С использованием программ САПР, в частности КОМПАС, будет построена карта коксового цеха, на которой будет указано количественное содержание компонентов в воздухе в местах выбросов и скорость коррозии металлоконструкций. Затем на карту будет нанесена сетка с указанием содержание компонентов в воздухе в каждой точки сетки. Что позволит учесть влияние различных химических компонентов на скорость коррозии металлоконструкций в цехе.
Предлагаемая система может быть использована для разработки мероприятий по защите от коррозии металлоконструкций, организации ремонтных работ, влияние различных факторов на скорость коррозии а, следовательно, и на срок службы металлоконструкций.
В дальнейшем предлагается использовать для анализа напряженно-деформированное состояния металлоконструкций программные комплексы конечно-элементного анализа.