Навигация

   




 

Автореферат

Агеев Алексей Игоревич
Тема выпускной работы магистра:
Повышение надежности и безопасности конвейерных галерей на коксохимическом заводе
Руководитель: профессор Парфенюк Александр Сергеевич

   ●  Введение
   ●  Анализ конструкций
   ●  Экспериментальная часть
   ●  Выводы
   ●  Перечень ссылок

Введение
     Конвейерная галерея представляет собой инженерное сооружение мостового типа массой сотни тонн, расположенное на значительной высоте (до 40 м и более). Галереи состоят из пролетных строений и опор. Внутри пролетных строений размещаются ленточные конвейеры для транспортировки сыпучих материалов, а также проходят различные технологические коммуникации. На коксохимических предприятиях стальные конструкции конвейерных галерей работают в условия средней степени агрессивности среды, основной вид износа – коррозионный.
      Функционирование конвейерных галерей обеспечивает непрерывное транспортирование угля, шихты и кокса. Длительная остановка конвейера на любой стадии производства может привести к нарушению работы коксовых печей, что определяется непрерывностью производственного цикла. Бункеры-накопители на складах угля обеспечивают запас не более чем на 3 суток, а бункеры угольной башни на коксовых батареях – до 24 часов.
      Аварии галерей наносят экологический ущерб и представляют угрозу для жизни и здоровья рабочих. При предаварийных ситуациях опасность для обслуживающего персонала и монтажников возрастает, так как обнаруженные дефекты необходимо быстро ликвидировать, а обеспечить безопасность работ в этом случае очень сложно. К тому же кроме явных дефектов (прогибы, трещины, отрыв элементов конструкции и др.) могут быть скрытые, которые повышают вероятность аварии. Поэтому одна из важнейших задач – обеспечение надежности и безаварийности строительных конструкций галерей в течение всего срока службы, который составляет 20-40 лет.

Анализ конструкций
      Одним из путей решения данной задачи является анализ причин аварийных состояний и аварий. Анализ множества аварийных состояний и аварий конвейерных галерей позволил нам установить следующие основные их причины:
      1. Ошибки проекта КМ и КМД;
      2. Дефекты монтажа конструкций;
      3. Низкое качество стального проката;
      4. Длительный срок эксплуатации без капитального ремонта и обследования;
      5. Несоблюдение требований по антикоррозионной защите;
      6. Несоблюдение норм пожарной безопасности;
      7. Перегрузка несущих конструкций.
      Для перехода конвейерных галерей в аварийное состояние достаточно, чаще всего, одной причины (47,4% случаев) или сочетания двух причин (43,0% случаев). Следовательно, предупредить аварии можно организацией надежной системы технического контроля и надзора на стадиях проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации. Этот наиболее перспективный путь требует длительного времени на осуществление, а также совершенствования нормативной и законодательной базы.
      Другим путем предупреждения аварийных состояний является применение наиболее надежных и долговечных типов конструкций, которые позволяют снизить и даже предотвратить влияние некоторых из указанных выше причин.
      По типу конструктивных решений пролетные строения галерей принадлежат к одной из трех групп с несущими конструкциями из стальных ферм с параллельными поясами, сварных двутавровых балок или металлических оболочек прямоугольного и круглого сечения, совмещающих несущие и ограждающие функции.
      Опыт применение конвейерных галерей с металлическими оболочками показал, что их долговечность и ремонтопригодность заметно ниже чем у галерей других типов. Для них характерны неточности монтажа, неоднородность металла по всей длине галереи, повышенная степень коррозии в нижней части оболочки. Снижение несущей способности оболочки вследствие интенсивного коррозионного износа требует усиления конструкции. Однако произвести непосредственное усиление оболочки невозможно, а значит для обеспечения дальнейшей работы необходим монтаж фермы с параллельными поясами вокруг нее. Данный тип усиления нерационален. Это значит, что при проектировании данного типа галерей в дальнейшем необходимо учитывать их невысокую долговечность и высокую стоимость ремонтно-восстановительных работ.
      Среди несущих конструкций из стальных ферм наиболее перспективными являются конструкции из труб. Применение труб позволяет снизить влияние коррозионной среды за счет уменьшения удельной поверхности конструкций. Коэффициент влияния типа сечения на скорость коррозии для труб равен 1; для замкнутого коробчатого сечения – 1,1; для листа, одиночного проката или гнутого профиля – 1,4; для составного профиля – 2,0. Значит такое решение теоретически позволит снизить скорость коррозии в 2 раза, так как наиболее распространены составные профили. Кроме этого сложно нанести качественное антикоррозионное покрытие на составные профили, а значит между его элементами на незащищенных покрытием поверхностях возникнут участки повышенного коррозионного износа. Окраска труб более технологична. Следовательно, качество покрытия будет выше, а стоимость его нанесения ниже. По предварительным прогнозам применение труб позволяет повысить долговечность конструкции на 40%.
      Недостатками такого конструктивного решения являются увеличение материалоемкости несущих конструкций на 13% и увеличение стоимости монтажа на 10% за счет его усложнения. Определить дефекты элементов трубчатых конструкций значительно сложнее, чем у профиля. Кроме этого цена труб превышает цену профиля, а повышение спроса на них приведет к дефициту и дополнительному росту цены.
      Альтернативными являются балочные несущие конструкции с размещением их под покрытием. Размещение несущих конструкций под бетонными плитами покрытия позволяет надежно изолировать их от воздействия температуры при возможном пожаре. Монтаж, защита антикоррозионными покрытиями и ремонт таких конструкций являются самыми простыми из всех и позволяют снизить капитальные и эксплуатационные затраты, но при этом возрастает материалоемкость конструкции.
      Еще одной немаловажной деталью является то, что срок возведения такой конструкции значительно ниже чем у несущих конструкций из оболочек и ферм, а значит такая конструкция позволит обеспечить быстрое восстановление подачи материала при возможной аварии.

Экспериментальная часть
      Для того, чтобы утверждать, что применение новых типов конструкции галерей повышает их надежность, необходимо провести экспериментальные исследования в условиях коксохимического завода
      При эксплуатации зданий и сооружений, а также при их обследовании широко применяются для оценки технического состояния конструкций визуальные обследования. В связи с этим возникает необходимость в установлении надежности обследуемых конструкций по внешним признакам повреждений.
      Как показали наблюдения, в процессе эксплуатации конструкций происходит циклическое изменение их надежности, что связывается с изменчивостью величин нагрузок и изменением несущей способности вследствие различных повреждений.
      При достижении конструкцией определенного уровня надежности в ней будут наблюдаться необратимые повреждения: трещины, потеря устойчивости сжатых элементов, пластические деформации, коррозионные повреждения и т.п. Повреждения критического характера в конструкциях могут привести к обрушению конструкции и аварии здания или сооружения.
      Для удобства оценки надежности составлены подробные таблицы для различных видов конструкций.
      Не менее важным вопросом является экспертиза здания или сооружения на предрасположенность к аварии. Выявление таких объектов позволит эксперту или автору проекта критически подойти к оценке их надежности и принять в случае необходимости дополнительные мероприятия по контролю качества, что в итоге будет способствовать повышению надежности [4].
      Под надежностью строительных конструкций понимается сохранение во времени, установленного нормами их качества: необходимой несущей способности, долговечности, деформативности.
      Оценка надежности строительных конструкций при эксплуатации производится на основе имеющихся в них повреждений, устанавливаемых на основе визуальных обследований.
      Оценка вероятностей аварий зданий и сооружений и их надежность осуществляется по методике экспертных оценок.
      Повреждения в конструкции разделяются в зависимости от причин их возникновения на две группы: от силовых воздействий и от воздействия внешней среды. Последняя группа повреждений снижает не только прочность конструкции, но и уменьшает ее долговечность.
      В зависимости от имеющейся поврежденности и надежности, техническое состояние конструкций разделяется на 5 категорий: нормальное, удовлетворительное, не совсем удовлетворительное, неудовлетворительное, аварийное.
      Влияние повреждений на надежность конструкций оценивается посредством уменьшения общего нормируемого коэффициента надежности (запаса) γ_о = γ_m * γ_c * γ_f * γ_n конструкций в процессе эксплуатации, где γ_m - коэффициент надежности по материалу, γ_c - коэффициент условий работы, γ_f - коэффициент надежности по нагрузке, γ_n - коэффициент надежности по назначению.
      Относительная надежность конструкции при эксплуатации γ = γ/γ₀ и поврежденность конструкции ε = 1 - γ, где γ - фактический коэффициент надежности конструкции с учетом имеющихся повреждений.
      Общая оценка поврежденности здания и сооружения производится по формуле

ε = (α₁*ε₁+α₂*ε₂+...+α_i*ε_i)/ (α₁+α₂+...+α_i)
где ε₁, ε₂, …, ε_i - средняя величина повреждений отдельных видов конструкций, ε₁, ε₂, …, ε_i - коэффициенты значимости отдельных видов конструкций.
      При оценке величин повреждений учитывают их максимальную величину, так как авария здания или сооружения обычно происходит из-за наличия критического дефекта в отдельно взятой конструкции.
      Коэффициенты значимости α_i принимаются: для плит и панелей перекрытия и покрытия α = 2, для балок α = 4, для ферм α = 7, для колонн α = 8, для несущих стен и фундаментов α = 3, для прочих строительных конструкций α = 2.
      Относительная оценка надежности здания или сооружения производится по формуле

γ = 1 -ε
      Величину повреждения строительных конструкций через t лет ее эксплуатации определяют по формуле

γ= 1- e^-λ*t
где λ = - lnγ / t_φ постоянная износа, определяемая по данным обследования на основании изменения несущей способности в момент обследования; - относительная надежность, определяемая по категории технического состояния конструкции в зависимости от повреждений; t_φ - срок эксплуатации в годах на момент обследования [4].

Выводы
      Практическое исследование новых конструктивных решений в условиях ОАО «Авдеевский КХЗ» подтверждает их эффективность и надежность.
      Но главным фактором повышения надежности остается соблюдение норм и стандартов. Без применения контроля за состоянием строительных конструкций конвейерных галерей и своевременного (1 раз в 3 года) восстановления антикоррозионного покрытия, прогнозировать их долговечность и безопасность тяжело. В этом случае идут путем несущей способности конструкций галереи, чтобы компенсировать ускоренный коррозионный износ, и наносят косвенный ущерб экологии.

Перечень ссылок
1. Ткачев В. С., Остапенко М. А. Оборудование коксохимических заводов. – М.: Металлургия 1983. – 360 с.
2. Руководство по проектированию транспортерных галерей / Ленингр. Промстройпроект Госстроя СССР. – М.: Стройиздат, 1979. – 104 с.
3. Шевяков В. П. Проектирование защиты строительных конструкций химических предприятий от коррозии. – М.: Стройиздат, 1984. – 168 с.
4. Рекомендации по оценке надежности строительных конструкций зданий и сооружений по внешним признакам. ЦНИИПромзданий, 2001 г.

© ДонНТУ 2008 Агеев