Сборник докладов студентов и аспирантов на V Международной конференции на тему "Охрана окружающей среды и рациональное использование природоохранных ресурсов". Донецк:ДонНТУ,2005
Тема: РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНОГЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ В УСЛОВИЯХ КОКСОХИМИЧЕСКОГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Марьенков С.В., Топоров А.А.
Донецкий национальный технический университет
Машины и аппараты химических производств
В последнее время 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. Одним из основных элементов, подверженных деградации, являются металлоконструкции, которые работают в наиболее тяжелых условиях, так как на них одновременно воздействует механический, коррозионный и другие факторы.
Обеспечение техногенной безопасности металлоконструкций является одной из важных задач для предотвращения травматизма, аварий и возможного загрязнения окружающей среды, что особо важно для коксохимических, химических, нефтеперерабатывающих и других производств.
Ежегодно потери от коррозионного износа составляют не менее 3 - 5 % от общего объема применяемых металлоконструкций. В настоящее время на производствах отсутствует эффективная система анализа состояния металлоконструкций, замена и сроки ремонтов назначаются без научного обоснования. Все это приводит к повышению затрат на содержания фонда металлоконструкций и повышенному уроню техногенной безопасности.
Предлагается система обеспечения техногенной безопасности металлоконструкций, которая основана на системном подходе, что позволит с большой точностью определять коррозионное состояния металлоконструкций в процессе эксплуатации, выбрать тот или иной способ защиты учитывающая условие работы и коррозионную активность среды, определить экономическую выгоду от комплекса защитных мер, как на стадии проектировании, так и для существующих металлоконструкций. Система разработана для основных металлоконструкций (опоры, перекрытия, фермы, направляющие).
Разработана база данных для: марок сталей используемых в металлоконструкциях, стандартных профилей, скоростей коррозии в основных коррозионных средах. Составлена программа, позволяющая определять изменение основных параметров профилей в зависимости от коррозии с фиксированным или переменным шагом. Это позволяет определять изменение основных геометрических и массо–центровочных характеристик, таких как площадь сечения, моменты инерции и моменты сопротивления сечения. По опыту эксплуатации металлоконструкции на любом предприятии уже известна средняя скорость коррозии в данных условиях, что позволяет определить возможные изменения во времени приведенных выше параметров металлоконструкций.
Основным условием работоспособности металлоконструкции является критерий прочности:
б <= [б] = бв / n
Коэффициент запаса прочности элементов металлоконструкции в зависимости от степени их ответственности (уровень технологической опасности, тяжесть последствий при аварии, величины территориального риска и т.п.)
Для реализации проверки условия работоспособности металлоконструкции использованы САПР. Методика реализуется в несколько этапов. На первом этапе разработана 3D – модель элементов металлоконструкции и ее сборка (CAD – система). На втором этапе выполняется расчет ее напряженно – деформируемого состояния (CAE – система) на момент пуска в эксплуатацию. На этих этапах использована описанная выше база данных марок сталей и профилей. На третьем этапе выполняется расчет напряженно – деформируемого состояния металлоконструкции на протяжении всего времени эксплуатации с учетом коррозии, то есть при изменяющихся массо-центровочных характеристиках элементов.
На рисунке представлен результат расчета несущей балки опоры трубопровода башни мокрого тушения кокса.
Полученная графическая зависимость позволяет определить время работы металлоконструкций по более нагруженному элементу (9 лет с учетом запаса прочности и 17 лет до разрушения металлоконструкции). Система позволит спрогнозировать срок безопасной работы металлоконструкции, организовать график ремонтных работ металлоконструкции.
Для этого разработана система мероприятий (база данных) по обеспечению комплексной защиты металлоконструкции. В нее входят выбор методов обработки поверхностей (механические и химические), такие как зачистка поверхностей наиболее подверженных коррозии, сварных швов, выбор защитных покрытий и другие меры, применяемые для защиты или замедления деградации от действия коррозии.
В дальнейшем предлагается ввести возможности расчетов, таких видах коррозии как межкристаллитная коррозия (МКК) и контактная коррозия, то есть там где идет не равномерный коррозионный процесс по сечению элементов, а в качестве условия работоспособности металлоконструкции дополнительно использовать критерии жесткости, устойчивости и других влияющих ее на состояние.