В ночь с 19 на 20 февраля 2021 года в результате обрушения на обогатительной фабрике погибли трое рабочих, еще пятеро пострадали. Фабрика принадлежит дочернему предприятию «Норникеля».
В ночь с 19 на 20 февраля 2021 года в результате обрушения на
обогатительной фабрике погибли трое рабочих, еще пятеро пострадали. Фабрика
принадлежит дочернему предприятию «Норникеля».
https://tvk6.ru/publications/news/56405/ https://www.rbc.ru/business/22/02/2021/6033ccef9a79477ed82c4311
При обрушении погибло трое рабочих Состояние
президента Норникеля Владимира Потанина сократилось до 29,9
миллиарда долларов в результате падения стоимости акций компании. Падение
вызвано очередной аварией в Норильске, сообщает РБК. https://www.interfax.ru/russia/737323
По предварительным данным следствия, еще в июле 2018 года в обрушившейся
галерее обогатительного цеха были выявлены дефекты, но к устранению приступили
только через три года.
Это не первая авария на предприятии подконтрольном «Норникелю». Так, самая
масштабная экологическая катастрофа в современной России произошла в мае 2020 года.
Выдвигалось много предположений относительно причин произошедшего, не обошлось
и без обвинений в адрес СССР — проектировали в Союзе плохо.
https://www.rbc.ru/society/21/02/2021/6031c2079a794710de45243e?
Наверняка, как и в случае с аварией на ТЭЦ-3 в Норильске, «крайние» будут
найдены очень быстро. Сообщается, что уже задержано четыре человека.
Однако по факту проблема одна: износ советской инфраструктуры и отсутствие должного
ремонта. Все это — следствие погони за прибылью, которая в прямом смысле
отнимает человеческие жизни.
https://www.rotfront.su/pri-razbore-zavalov-na-shahte-v-komi-obn/ https://www.rbc.ru/spb_sz/31/01/2020/5e3421759a7947d4a3b45d1d
https://www.rotfront.su/potanin-stal-bednee-na-14-milliarda-dol/
Мониторинг
технического состояния конструкций транспортной галереи ВКС рудника
АЙХАЛ Набережный А Д https://en.ppt-online.org/870086 https://disk.yandex.ru/i/F-437HGw_OGcgw https://disk.yandex.ru/i/kb-Q6Ukcn1DF6w
https://ppt-online.org/871131
https://ru.scribd.com/document/495704824/Monitoring-Texnicheskogo-Sostoyaniya-Konstruktsiy-Transprtnoy-Galerei-VKS-Rudnik-AYXAL
МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНОЙ ГАЛЕРЕИ ВКС РУДНИКА «АЙХАЛ»Набережный А.Д.
Аннотация
В статье приведены результаты работы
по мониторингу технического состояния конструкций транспортной галереи
вертикального клетьевого ствола рудника «Айхал». В ходе проведенного
исследования напряженно - деформированного состояния конструкций были сделаны
выводы: конструкции галереи находятся в ограниченно работоспособном состоянии,
негативных тенденций в работе транспортной галереи не наблюдается.
Ключевые слова: мониторинг; обследование;
оценка технического состояния.
MONITORING OF THE TECHNICAL STATE OF THE STRUCTURES OF TRANSPORT GALLERY
MINE "AYHAL"
Naberezhniy A.
Annotation
The article presents the
results of monitoring of the technical state of the structures of transport
gallery of vertical cage shaft mine "Ayhal" In the course of investigation
of the stress-strain state of the structures has been concluded: the
constructions of gallery are on the limited-working state, the negative trends
in the transport gallery is not observed.
Key words: monitoring;
survey; assessment of technical condition.
Доходы от добычи
и реализации алмазного сырья являются значительной частью бюджета не только
Республики Саха (Якутия), но и Российской Федерации. Поэтому безотказная работа
производственных объектов алмазодобывающей отрасли имеет большую значимость для
развития нашей страны. Для этого необходимо своевременное обследование и оценка
технического состояния производственных зданий и сооружений. Наиболее точно
работу строительных конструкций отражает мониторинг.
В марте 2012 года произошло обрушение
строительного объекта «Транспортная галерея ВКС рудника «Айхал»» Айхальского
ГОКа в осях «12», «А-Б». Нами было произведено обследование технического
состояния конструкций галереи в осях «3-7», а также анализ причин обрушения
конструкций галереи в осях «1-2»/1/. Причинами обрушения явились следующие
факторы:
- Ошибки проекта - отсутствие ребер
жесткости во фланцевых соединениях и перенапряжение сварных швов, а также
применение труб; применение треугольного контура пролетного строения.
- Дефекты изготовления - Некачественные
сварные швы во фланцевых соединениях, применение стали 3 вместо
низколегированной; низкая хладостойкость высокопрочных болтов в некоторых
соединениях, коррозионный износ труб пролетного строения.
- Дефекты монтажа - недостаточное
натяжение высокопрочных болтов во фланцевых соединениях.
Конструктивно несущая система пролетных строений представляет
конструкцию, образованную из труб, объединенных в треугольный пространственный
каркас (рис.1). Общая длина пролетных строений составляет 52 м. Высота опор
7,31 - 13,660 м, размеры пролетного строения - высота по осям поясов - 7,361 м,
ширина - 8,5 м.
Для обеспечения работоспособности
оставшейся части галереи были даны рекомендации по обеспечению прочности и
устойчивости несущих конструкций в осях «3-7»: восстановить наиболее
поврежденные участки галереи, установить дополнительную опору в осях «5-6» по
результатам расчета, установить ребра жесткости во фланцевых и стыковых
соединениях, произвести контроль качества сварных швов физическими методами,
заключить пролетное строение в теплый контур в виду низкой хладостойкости
стали.
Летом 2012 г. конструкции в осях «3-4» были демонтированы, а конструкции
в осях «5-7» усилены согласно наших рекомендаций.
Рис.1. Общий вид транспортной
галереи Усиление узлов верхнего и нижнего поясов произведено из листов шириной
250 мм и толщиной 14 мм (см. рис.2). При расчете без учета дополнительной опоры
/1/ было выявлено перенапряжение сварных швов. Поэтому было решено установить
дополнительную опору в середине пролета (рис.3).
С декабря 2012 г. по февраль 2013
г. нами проведен мониторинг технического состояния конструкций в осях «5-7», целями
мониторинга являлись: фиксация развития дефектов и повреждений, оценка приращения
деформаций, анализ изменения величины прогибов и отклонений, оценка
технического состояния несущих конструкций, анализ уровня вибрации, расчет
конструкций, болтовых соединений и сварных швов.
Рис.2. Усиление узла фермы В ходе
обследования было выявлено, что рекомендации по дополнительной протяжке
высокопрочных болтов не были выполнены.
Согласно /2/ недостаточное
натяжение болтов может иметь серьезные последствия, вплоть до разрушения узлов.
Развития дефектов и повреждений в течение времени, на которое приходился
мониторинг, обнаружено не было.
Изменения величины прогибов и отклонения
конструкций фиксировались с помощью электронного тахеометра. Значения прогибов
и отклонения поясов от горизонтали находятся в предельно допустимых пределах,
предусмотренных нормами /3/. Перемещения в целом соответствуют данным,
полученным при расчете. Смещения осей колонн от вертикали превышают допустимые
величины при приемке работ /3/ в продольном направлении до 6,7 раз, а в
поперечном - до 3 раз. Но согласно съемке дальнейшего развития отклонений не
происходит.
Рис.3. Дополнительная опора
Расчет конструкций галереи с
учетом дополнительной опоры, а также болтовых соединений и сварных швов показал
на достаточный запас прочности.
Оценка приращения деформаций
производилась с помощью тензометров, установленных в 4 точках на наиболее
напряженных элементах конструкций. По результатам наблюдений за тензометрами
было выявлено, что изменений в напряженно-деформированном состоянии не
происходит.
Анализ уровня вибрации показал, что
динамические перемещения строительных конструкций от работы транспортного
конвейера находятся в предельно допустимых пределах, обеспечивается
геометрическая жесткость и
неизменяемость сооружения, гармонические колебания по характеру
воздействия на людей относятся к «слабо ощутимым». Повышения вибрации не
происходит.
По результатам проведенного обследования,
геодезических изысканий и проверочных расчетов несущих конструкций галереи можно
сделать о том, что общее техническое состояние транспортной галереи оценивается
как ограниченно работоспособное. То есть в соответствии с /4/ дальнейшая
эксплуатация возможна только после принятия ряда мер по обеспечению прочности и
устойчивости несущих конструкций.
В целом, негативных тенденций в
работе строительных конструкций галереи ВКС не наблюдается.
Список литературы
1. Отчет по договору №1/12 ОЗС «Обследование и оценка технического
состояния объекта «Рудник Айхал: Транспортная галерея ВКС в осях «3-7», «А- Б».
ООО «НПО Надежность» - Якутск, 2012.
2. Эксплуатационная надежность металлических конструкций и сооружений
производственных зданий в экстремальных условиях Севера / СВФУ им.
М.К.Аммосова; [под редакцией чл.-корр. РАН В.В. Филиппова]. М.: Изд-во
ФИЗМАТЛИТ, 2012 - 22-23 с.
3. СНиП 3.03.01-87. Несущие и ограждающие конструкции/ Госстрой России.
- М.: ФГУП ЦПП, 2007. - 192 с.
4. ГОСТ Р 53778-2010. Здания и сооружения. Правила обследования и
мониторинга технического состояния. Москва: Стандартинформ, 2010. - 66 с.
Данные об авторе: Набережный Артем Дмитриевич, стажер-исследователь
кафедры «Строительные конструкции и проектирование» Инженерно-
технического института Северо-восточного федерального университета им.
М.К. Аммосова, ул.Белинского, д.58, г. Якутск, 677000, Россия.
E-mail: artemon2003@inbox.ru
Рецензент: Рыков Андрей Викторович, директор ООО «НПО Надежность», к.т.н., доцент
АНАЛИЗ
РАЗРУШЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА транспортной галереи горно-
обогатительной фабрики НОРНИКЕЛЬ,
из-за конструктивных недоработок, использование
низкой хладостойкость стали, отсутствие контроля
некачественными сварными швами, отсутствие технического
надзора за воздействия на кровлю транспортной галереи
момента от перегрузки снегом, отсутствие контроля за
динамическими воздействия от транспортера перемещающего
горную выработку по конвейерной линии транспортной галереи в
условиях низких температур и переохлаждение стали - низких марок,
отсутствие контроля от перегруженной транспортной галереи снегом на
кровле транспортной галереии , высокая коррозия металла в рамных узлах,
разрушение сварных узлов от старения металла, а также, не применение для
усиления транспортной галереи, антивибрационных фрикционно –подвижных
болтовых соединений,( изобретений проф дтн ПГУПС А.М.Уздина № 1143895,
1168755, 1174616) для исключение влияние переохлажденного металла
от Северных морозов, отсутствие технического надзора за
эксплуатацией галереи и отсутствие осмотра за трещинами
в переохлажденных сварных швах , а так - же из за отсутствие
фланцевых фрикционно –подвижных соединений (ФФПС)и антисейсмических
демпфирующих связей Кагановского, в рамных узлах транспортной галереи НОРНИКЕЛЯ
Заключение
Таким образом, исследования данных разрушений
впервые показали наличие протяженных усталостных трещин, образовавшихся в
результате многолетней эксплуатации, а также деформационного старения металла
резервуаров и газопроводов, являющегося необходимым и достаточным фактом
полного исчерпания несущей способности и запаса прочности.
https://disk.yandex.ru/i/Ax2ecAM7UTKoEA
https://disk.yandex.ru/i/TWH6KW6v3Gun2w
https://ppt-online.org/870351
https://ru.scribd.com/document/495571893/SOS-Analiz-Razrusheniy-Metallokonstruktsiy-Rabotayuschih-v-Usloviyah-Severa
https://disk.yandex.ru/i/VRbUaV--qSXW3w
https://ppt-online.org/870352
https://ru.scribd.com/document/495572543/NORNIKEL-BOLSHAOV-Analiz-Razrusheniy-Metallokonstruktsiy-Rabotayuschih-v-Usloviyah-Severa-5-Str
Дополнение к анализу
причин обрушение промышленных зданий , дополнительное
обрушение транспортной галереи горно- обогатительной фабрики
НОРНИКЕЛЬ, в том числе из-за конструктивных недоработок,
использование низкой хладостойкость стали, отсутствие
контроля некачественными сварными швами, отсутствие технического
надзора за воздействия на кровлю транспортной галереи
момента от перегрузки снегом, отсутствие контроля за
динамическими воздействия от транспортера перемещающего
горную выработку по конвейерной линии транспортной галереи в
условиях низких температур и переохлаждение стали - низких марок,
отсутствие контроля от перегруженной транспортной галереи снегом на
кровле транспортной галереии , высокая коррозия металла в рамных узлах,
разрушение сварных узлов от старения металла, а также, не применение для
усиления транспортной галереи, антивибрационных фрикционно –подвижных
болтовых соединений,( изобретений проф дтн ПГУПС А.М.Уздина № 1143895,
1168755, 1174616) для исключение влияние переохлажденного металла
от Северных морозов, отсутствие технического надзора за
эксплуатацией галереи и отсутствие осмотра за трещинами
в переохлажденных сварных швах , а так - же из за отсутствие
фланцевых фрикционно –подвижных соединений (ФФПС)и антисейсмических
демпфирующих связей Кагановского, в рамных узлах транспортной галереи
НОРНИКЕЛЯ
Более подробно смотри о
причинах обрушения транспортной галереи смотрите статью :
1. МОНИТОРИНГ ТЕХНИЧЕСКОГО
СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ ТРАНСПОРТНОЙ ГАЛЕРЕИ ВКС РУДНИКА «АЙХАЛ» Набережный
А.Д.https://disk.yandex.ru/i/F-437HGw_OGcgw
https://ppt-online.org/870183
https://ru.scribd.com/document/495437305/Monitoring-Texnicheskogo-Sostoyaniya-Konstruktsiy-Transportnoy-Uflerei-Rudnik-AYXAL
2. Анализ разрушений
металлических конструкций , работающих в условиях севера А.М.Большаков,
Я.М. Андреев https://disk.yandex.ru/i/TWH6KW6v3Gun2w https://ppt-online.org/870119
https://ru.scribd.com/document/495437973/Analiz-Razrusheniya-Metallicheskix-Konstruktsiy-v-Usloviyzx-Severa-1
https://ppt-online.org/870149 https://disk.yandex.ru/i/33yD4U7x2VZJvg https://disk.yandex.ru/i/rJz45cyXYcLu7w
https://disk.yandex.ru/i/6E-wZ4B-Kp0MfA https://ppt-online.org/870114
https://ru.scribd.com/document/495364953/Nauchnaya-Konferentsiya-Molodix-Uchenix
https://ru.scribd.com/document/495366103/Analiz-Razrusheniya-Metallicheskix-Konstruktsiy-v-Usloviyzx-Severa https://ppt-online.org/870119 https://disk.yandex.ru/i/yiVScMHoaRyqhw
УДК 622.691.4
A.M.
Большаков, ЯМ. Андреев
АНАЛИЗ
РАЗРУШЕНИЙ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ СЕВЕРА
DOI:
10.18577/2071 -9140-2015-0-S1 -27-31
Проведен анализ разрушений резервуаров и
магистральных трубопроводов, эксплуатируемых в условиях Севера. Исследованы
основные причины аварий, зависимость частоты инцидентов от температуры
эксплуатации резервуаров, работающих в условиях Севера.
Ключевые слова: дефект, отказы, разрушения,
резервуары, газопроводы.
In the article an analysis of destructions of
reservoirs and long distance pipe lines operated in the conditions of the North
is represented. Main causes offailures, dependence offrequency of incidents on
temperature of operation of reservoirs operated in the conditions of the North
are researched.
Keywords:
defect, failures, destructions, reservoirs, gas pipelines.
"'Федеральное
государственное бюджетное учреждение науки «Институт физико-технических проблем
Севера им. В.П. Ларионова» СО РАН [Federal state unitary enterprise «Institute of
Physical and Technical Problems of the North named after V.P. Larionov» SB RAS]
E-mail: administration@iptpn.ysn.ru
Введение
Более половины общего числа нефтяных
резервуаров в Якутии сдано в эксплуатацию до 1966 г., т. е. у большинства
емкостей выработаны нормативные сроки службы. В результате обследования
технического состояния во многих резервуарах выявлены дефекты и повреждения,
параметры которых превышают предельно допустимые значения. Неудовлетворительное
техническое состояние резервуаров увеличивает вероятность их частичного
разрушения.
Экономический ущерб от утери
работоспособности резервуаров и утечки нефтепродуктов включает не только прямые
потери, но и затраты на восстановление окружающей среды, а также на восполнение
запасов нефтепродуктов. Расходы на экстренную доставку нефтепродуктов
значительны ввиду использования авиации или автотранспорта (по временным зимним
дорогам).
Виды
дефектов
Типы
дефектов
Виды
дефектов
Плоскостные
Непровары
(несплавления), трещины, микротрещины, подрезы, цепочки несплошностей (взаимное
влияние двух несплошностей начинает проявляться при расстоянии между ними, меньшем
или равном радиусу поры) и одиночных включений в виде пор, шлаков, раковин.
Ножевая коррозия, расслоение, нитевидная коррозия, коррозионное расстрески-
вание. Неправильное сопряжение сварного шва
Объемные
Одинарные
или группа: пор, шлаковых включений, раковин. Одинарные несплошности. Местная
коррозия
Оценка технического состояния резервуаров при
высоком уровне накопления дефектов и повреждений в условиях Крайнего Севера [1]
представляет собой комплексную задачу, решение которой в первую очередь включает
определение степени опасности тех или иных дефектов в сварных соединениях
резервуаров с учетом влияния низких температур.
Материалы
и методы
С целью выявления степени опасности дефектов
сварных соединений резервуаров в условиях Крайнего Севера проведен
сравнительный анализ видов дефектов резервуаров, находящихся в Республике Саха
(Якутия) [2].
При анализе дефекты резервуаров разделили на
плоскостные и объемные [3]. К плоскостным дефектам относятся скопления
дефектов, расположенных в плоскости, перпендикулярной направлению главного
напряжения. Переход к ускоренному росту наступает для плоскостного и линейного
инициаторов раньше и процесс идет интенсивнее, чем для объемного дефекта.
Поэтому инициаторами аварий (отказов) в большинстве случаев являются
микротрещины, подрезы и не- провары. К объемным дефектам относятся раковины,
поры, скопления пор, цепочки пор и т. д. (см. таблицу).
По
результатам анализа резервуаров, находящихся в Республике Саха (Якутия),
выявлено, что в основном плоскостные дефекты приходятся на
наиболее
нагруженные элементы резервуара - в участках, подверженных неравномерно
распределенному напряженно-деформированному состоянию, например на нижних
поясах резервуара. В зависимости от расположения резервуара (т. е. при неравномерной
осадке резервуара) плоскостные дефекты составляют 2-3% от общего числа дефектов
(вместе с количеством одиночных не- сплошностей) - это в основном трещины,
расположенные на наиболее нагруженных элементах резервуара. Плоскостные дефекты
(например, непровары) в основном приходятся на участки резервуара, такие как
монтажный шов стенки, соединение типа «ласточкин хвост» (на переходе с
нахлесточного соединения на стыковое) и монтажные окна.
Для установления достоверности проведен
анализ изменений работоспособности резервуаров от времени года, при этом
выявлено, что одной из основных причин аварий или инцидентов в условиях Севера
является хрупкое разрушение металла (рис. l) [4-6], - 30-40% разрушений
приходится на холодные месяцы года (рис. 2) [7].
При анализе хрупкого разрушения установлено,
что плоскостные дефекты в виде трещин на резервуарах являются продольными
холодными трещинами в зоне термического влияния и усталостными плоскостными
трещинами, которые обычно зарождаются при эксплуатации объекта (рис. 3).
По результатам проведенного визуально-
измерительного контроля резервуаров для хранения горючесмазочных материалов в
период с 2008 по 2010 год составлена статистика дефектности резервуаров из
общего числа дефектов по условным размерам - обследовано более 160 резервуаров,
которые были смонтированы в 1958-1987 годах.
При анализе дефектов сварных швов выбраны
следующие методы контроля: радиографический, ультразвуковой и
визуально-измерительный. Статистическая обработка информации по дефектности состоит
в группировке дефектов по видам и размерам, построении диаграмм. Плоскостные
дефекты распределяются по длине, объемные - по размеру каждого дефекта.
Анализ обнаруженных дефектов показал, что от
общего количества всех дефектов объемные дефекты составляют 53%, плоскостные
47%. Распределение дефектов по элементам резервуаров показало, что плоскостные
дефекты расположены в наиболее нагруженных элементах резервуаров, таких как
стенка и уторный шов стенки с днищем, которые значительно повышают риск утраты
безотказной работоспособности.
Результаты
и обсуждение
Общую последовательность развития разрушения
трубопровода можно представить следующим образом. В результате циклических
температурных напряжений и колебания рабочего давления за время эксплуатации
трубопровода около дефектов (пор, непроваров, шлаковых включений и т. д.)
накапливаются повреждения, которые служат зародышами магистральной трещины. В
процессе эксплуатации в результате образования сквозной трещины-свища
происходит хрупкое или квазихрупкое распространение трещины по металлу
кольцевого сварного шва с последующим выходом в основной металл. Изломы
разрушившихся труб и сварных соединений, как правило, имеют хрупкое строение
без видимой пластической деформации с характерным для этого вида шевронным
узором. Основным механизмом разрушения является отрыв, однако имеется и вязкое
разрушение основного металла труб с незначительной утяжкой, при этом разрушение
происходит по механизму сдвига.
Статистический анализ отказов работы
газопровода показал, что частота разрушений имеет определенную связь со сменой
времени года, т. е. с сезонными колебаниями температуры грунта и газа.
Наибольшее количество отказов приходится на осенне-зимние месяцы, именно в этот
период произошло >40% всех разрушений, что объясняется резким увеличением
потребления газа и геокриологическими условиями этого времени года.
Анализируя опыт эксплуатации магистральных
газопроводов в Якутии, можно выделить ряд основных моментов:
- материал труб газопровода (сталь 09Г2С) при
работе в условиях низких климатических температур показал достаточно высокую
прочность и хладостойкость;
- надежность газопроводов подземной укладки в
условиях многолетних мерзлых грунтов выше надежности их надземной прокладки;
- наибольшее количество отказов газопровода с
разрушением металла труб приходится на кольцевые сварные соединения, причинами
которых являются дефекты сварки;
- типичные для средней полосы России отказы,
связанные с развитием коррозии, для газопроводов, эксплуатирующихся в условиях
Якутии, являются незначительными, что можно объяснить продолжительным периодом
действия отрицательных температур.
Однако в последнее время ряд разрушений на
магистральных газопроводах «первого поколения» указывает на усталостный вид
развития трещин по основному металлу. Так, часть системы газопроводов имеет
эксплуатационный возраст 30 и более лет, общее техническое состояние линейной
части этих газопроводов с каждым годом ухудшается, поскольку эксплуатационный
ресурс практически исчерпан. Моральный и физический износ линейной части
газопроводов привел в настоящее время к непрерывному увеличению затрат на их
восстановление, а также объема работ по ликвидации и частичному предупрежде-
Рис.
1. Последствия аварии резервуара марки РВС-700 в результате хрупкого разрушения
основного металла (б - вид сверху)
Январь
Фторгить Мпрт Октябрь- Ноябрь Дшабрь-
Рис.
2. Распределение количества трещин по месяцам
Рис.
3. Трещины с выходом на стенку резервуара марки РВС-2000
Рис.
4. Общий вид разрушения на 185 км второй нитки магистрального газопровода
Берге-Якутск
нию
аварий, в том числе по ремонту свищей и трещин в сварных швах, вырезке гофров,
замене антикоррозионного покрытия в местах его нарушения, подсыпке и обваловке
отдельных участков газопровода. Из-за старения металла труб газопровода
существенно снизилась сопротивляемость сварных соединений и основного металла
хрупкому разрушению, происходит необратимое изменение механических свойств и
характеристик трещиностойкости. В этих условиях, очевидно, возрастает риск
катастрофических разрушений, прежде всего - участков газопроводов,
смонтированных более 30 лет назад, общая длина которых составляет ~ 500 км, так
как скорость протекания разрушения в этих конструкциях значительно больше, чем
в конструкциях с наибольшим запасом прочности. Кроме того, необходимо учитывать
тот факт, что исследуемый газопровод был спроектирован и смонтирован в то
время, когда не было достаточного опыта по эксплуатации газопроводов в условиях
Крайнего Севера.
Так, на 185 и 183 км второй нитки
магистрального газопровода Берге-Якутск произошли аварии с разрушением металла
трубопровода (рис. 4). Аварии представляют собой раскрытие металла вдоль
газопровода протяженностью несколько метров, что является следствием развития
очага (места зарождения) усталостной трещины на теле трубопровода. Визуальные и
фракто- графические обследования фрагментов разрушившихся труб газопровода
Берге-Якутск на 185 км показывают, что очаг разрушения расположен с внутренней
стороны исследуемой трубы в околошовной зоне, имеет достаточную протяженность и
долговременность развития усталостной трещины по основному металлу, о чем
свидетельствует окисление поверхности. Непосредственный очаг усталостного
разрушения, имеющий коррозионное растрескивание, покрыт толстым слоем продуктов
коррозии и отложений органических продуктов, вследствие чего невозможно
определить тонкую структуру очага разрушения. Зона распространения трещины
составляет 30 мм глубиной 3,5 мм, просматриваются бороздчатые структуры,
свидетельствующие об усталостном росте трещины, также присутствуют продукты
коррозии. Общую продолжительность роста данной трещины можно оценить от
нескольких до десятков лет. Изломы очага распространения трещины указывают на
хрупкий вид - разрушение происходило по механизму отрыва, на местах остановки
трещины переходит в квазихрупкий вид с пластическими составляющими.
С помощью спектрального анализа установлено,
что материалы разрушившихся труб соответствуют маркам сталей 17Г1С и 09Г2С.
Наибольшее разрушение произошло по основному материалу из стали 17Г1С.
Расчетное значение внутреннего разрушающего давления с обнаруженной усталостной
трещиной составляет 45,38 кгс/см2 (—4,54 МПа). В результате механических
испытаний показано повышение прочностных характеристик - пределов прочности при
растяжении и текучести, а также снижение пластических характеристик материала
труб (относительного удлинения и относительного сужения) до 10-18% от
требований ГОСТ 19281 и ГОСТ 20291. Результаты испытаний на ударную вязкость
указывают на снижение характеристик ударной вязкости в околошовной зоне до 50%
и более (по сравнению с основным металлом трубопровода). Это объясняется
деформационным старением основного металла газопровода, особенно в зоне
термического влияния, вследствие длительного периода эксплуатации.
Исследование поверхности излома при разрушении
труб выявило, что очаг разрушения расположен с внутренней стороны трубы -
перпендикулярно кольцевому шву, в зоне термического влияния, на месте
соединения основного металла и сварного шва, и имеет достаточную протяженность
и долговременность роста трещины. Поверхность излома разрушения свидетельствует
о длительном развитии трещины.
Трещина временно перестала расти при переходе
к основному металлу, о чем свидетельствует переходная зона, затем она начала
продвижение в глубь основного материала, где наблюдаются радиальные рубцы,
исходящие от этой зоны, впоследствии перешедшие в магистральную трещину,
имеющую шевронный узор. Трещина более длительно и равномерно развивалась по
основному металлу в направлении, перпендикулярном максимальным растягивающим
напряжениям (окружные напряжения), она характеризовалась усталостными
бороздками и остановилась непосредственно в сварном шве, что свидетельствует о
достаточной сопротивляемости распространению трещины сварного шва (по сравнению
с основным металлом).
Схема
излома с усталостной трещиной длиной 30 мм и глубиной 3,5 мм характеризуется
тремя основными зонами:
- непосредственный очаг усталостного
разрушения - имеет коррозионное растрескивание, покрыт толстым слоем продуктов
коррозии и отложений органических продуктов, вследствие чего невозможно
определить тонкую структуру очага разрушения;
- зона усталостного излома - просматривается
бороздчатая структура, также присутствуют продукты коррозии;
- зона ускоренного развития трещины -
просматриваются участки хрупкого разрушения с ручьистым узором, что
свидетельствует о внутри- зеренном разрушении, наблюдаются питтинги (язвы), на
участках скола зона покрыта более тонким слоем продуктов коррозии.
Основной металл труб характеризуется
относительно равномерным распределением микротвердости по толщине проката.
Средняя величина микротвердости для образца из исходного материала составляет
159,4 кгс/мм2 (-1594 МПа), для образца после 30 лет эксплуатации 254,2 кгс/мм2
(-2542 МПа). Микротвердость металла сварного соединения существенно выше.
Измеренные значения микротвердости на образце меняются от 266 до 283 кгс/мм2
(от -2660 до -2830 МПа). Такие значения и распределение микротвердости
свидетельствуют о том, что образец подвергся различным температурным
воздействиям.
В результате исследований структуры и свойств
металла магистрального газопровода Ма- стах-Берге-Якугск выявлены следующие
изменения в металле газопровода после 30 лет эксплуатации:
- микротвердость образцов повысилась на 59%,
т. е. газопровод подвергался различным температурным воздействиям;
- при исследовании микроструктуры обнаружено,
что произошло выпадение сульфидов, насыщенные составляющие которых приводят к
ухудшению механических свойств материала и к его старению.
Очагом разрушения газопровода Берге-Якутск на
183 км послужила сквозная трещина-свищ, расположенная на нижней части трубопровода
в месте соединения кольцевого сварного шва и заводского продольного шва. Свищ
длиной 33 мм образовался от сварного дефекта - канальной поры размером 15x2 мм.
Поток газа был направлен в сторону грунта и, в результате действия свища (как
«сопла») возникла реактивная сила, послужившая причиной разрыва кольцевого
сварного шва, с последующим выбросом труб от оси укладки на расстояние 30-50 м.
С помощью спектрального анализа установлено, что материал разрушившихся труб
соответствует марке стали 09Г2С. Расчетное значение внутреннего давления на 183
км газопровода Берге-Якутск в момент разрушения трубопровода составляет 42,61
кгс/см2 (-4,26 МПа).
Заключение
Таким образом, исследования данных разрушений
впервые показали наличие протяженных усталостных трещин, образовавшихся в
результате многолетней эксплуатации, а также деформационного старения металла
резервуаров и газопроводов, являющегося необходимым и достаточным фактом
полного исчерпания несущей способности и запаса прочности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков
A.M. Анализ разрушений и дефектов в
магистральных
газопроводах и резервуарах Севера //Газовая промышленность. 2010. №5. С. 52-53.
2.
Большаков A.M., Андреев Я.М. Характер дефектов и
виды
отказов резервуаров, работающих в условиях Севера //Газовая промышленность.
2012. №3. С. 90-92.
3.
Коновалов Н.Н. Нормирование дефектов и достовер
ность
неразрушающего контроля сварных соединений. М.: НТЦ «Промышленная
безопасность». 2006. 111 с.
4.
Большаков A.M., Татаринов Л.Н. Надежность маги
стральных
газопроводов после 30 лет эксплуатации в условиях Крайнего Севера //Газовая
промышленность. 2009. №2. С. 28-31.
5.
Большаков A.M., Голиков Н.И., Сыромятникова А.С.,
Алексеев
А. А., Литвинцев Н.М., Тихонов Р.П. Разрушения и повреждения при длительной
эксплуатации объектов нефтяной и газовой промышленности//Газовая
промышленность. 2007. №7. С. 89-91.
6.
Дубов А.А. Проблемы оценки ресурса стареющего
оборудования
//Безопасность труда в промышленности. 2002. №12. С. 30-38.
7.
Березин В.Л., Шутов В.Е. Прочность и устойчивость
резервуаров
и трубопроводов. М.: Недра. 1973. 200 с.
АВИАЦИОННЫЕ
МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИИ №S1 2015
Анализ
причин обрушений промышленных зданий Гарькин И.Н., студент
Пензенский
государственный университет архитектуры и строительства
Рассматриваются актуальные вопросы о
снижении опасности лавинообразного обрушения покрытия промышленного здания.
Указываются причины возникновения аварийных ситуаций и меры по их
предотвращению.
Ключевые
слова: обрушение покрытия, аварийные ситуации, лавинообразное обрушение,
обследование промышленных зданий.
Увеличение доли промышленного производства в
экономике РФ повлекло за собой введение в строй новых, а так же реконструкцию
старых производственных площадей. Однако зачастую, как и новые, так и реконструированные
промышленные здания в последнее время эксплуатируются с большой вероятностью
обрушения (статистикой отмечается рост трагических аварий на территории
Российской Федерации). Приведем несколько примеров крупных аварий, случившихся
за последнее десятилетие [1]:
— обрушение двух ферм здания готовой
продукции ПЦ №3 ОАО «МЕЧЕЛ», г.Челябинск ( 2000 г);
— обрушение покрытия здания цеха литья
Троицкого дизельного завода (2000г.)
— обрушение покрытия здания готовой продукции
ОАО «Златоустовский металлургический завод» (2001 г.);
— обрушение покрытия здания адъюстажа
термокалибровочного цеха ОАО «Златоустовский металлургический завод» (2001 г.);
— обрушение покрытия здания гуммировочного
отделения Горно-обогатительного производства ОАО «Магнитогорский
металлургический комбинат» (2001 г.);
— аварийное обрушение вытяжной башни высотой
100 метров сероулавливающих установок Горно-обогатительного производства ОАО
«Магнитогорский металлургический комбинат»( 2002 г.) ;
— обрушение покрытия здания электросталеплавильного
цеха ООО «ОМЗ-Спецсталь» (2003 г.);
— обрушение покрытия формовочного отделения
ОАО «Чебоксарский агрегатный завод» (2003 г.) ;
— обрушение части покрытия здания
мартеновского цеха №1 ОАО «Магнитогорский металлургический ком- бинат»(2004 г.)
;
— обрушение покрытий цехов обжига на
Магнитогорском и Коркинском цементных заводах (2006 г.);
— обрушение покрытия травильного отделения
здания ЛПЦ-5 ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (2006 г.);
— обрушение части покрытия здания склада
готовой продукции Плавильного цеха комбината «Печенга Никель» (2007 г.)
Многолетняя повторяемость аварий с одинаковыми
причинами указывает на то, что одной из актуальных проблем является изучение
участниками строительства и эксплуатационными организациями причин, приводящих
к аварийному состоянию и обрушению зданий и сооружений, на конкретных примерах.
Рассмотрим в качестве примера причины
обрушения сталелитейного цеха ЛАЗа (Литейно-арматурный завод) 7.12.1988 году.
Высота здания 35 м. Стропильные фермы покрытия из уголков по среднему ряду
опирались на подстропильные фермы, пролётом 24 м. Колонны сварные,
двухступенчатые, двутавровые вверху и решётчатые в нижней части. В большем
пролёте здание было оборудовано мостовыми кранами грузоподъемностью 50 т в двух
ярусах, в 18 метровом пролёте — 30 и 20 — тоннами. Покрытие было выполнено из
сборных ребристых железобетонных плит покрытия 1,5x12 и 3x12 м. В результате
аварии обрушилось 4032 м2 покрытия сталелитейного цеха; был нанесён значительный
материальный ущерб, погибли люди. При установлении причин аварии комиссия
пришла к следующим выводам [2,c. 76]:
- использование кипящей стали (Ст3кп) в
качестве основного материала для конструкций;
- низкое качество железобетонные плит
покрытия 3x12 м;
- периодическое замачивание утеплителя
приводило к превышению действующих нагрузок;
- повышенная снеговая нагрузка;
- повышенная динамическая нагрузка;
- беспрогонная система покрытия (её функции
были возложены на ребристые плиты).
Эти причины характерны практически для всех
обрушений промышленных зданий, случившихся на территории России.
Опыт расследования причин аварий зданий и
сооружений показывает, что они являются следствием нарушения требований
нормативных документов при выполнении проектно-изыскательских и производстве
строительно-монтажных работ, изготовлении строительных материалов, конструкций
и изделий; несоблюдения норм и правил технической эксплуатации зданий и
сооружений. Как правило, аварии являются следствием невыгодного сочетания
нескольких из этих факторов.
На примере ЛАЗа, можно рассмотреть основные
мероприятия, выполнение которых, могло бы помочь, если не избежать, то хотя бы
минимизировать ущерб. Остановимся на этом подробнее.
Недопустимость использования кипящей стали
для изготовления строительных конструкций. Сварные швы при сварке элементов из
кипящей стали имеют высокий коэффициент концентрации напряжений и низкую
прочность при динамических нагрузках, что особенно актуально в промышленных
зданиях, где динамические нагрузки являются неотъемлемой частью эксплуатации.
Поэтому стальные конструкции должны выполняться из спокойной стали, что должно
быть заложено ещё на уровне проектирования и во время строительства строго
проверяться.
Низкое качество железобетонных плит покрытия
(размером 3x12м) объясняется тем, что в период возведения здания они только
начинали применяться, технология их изготовления была ещё не отработана, что
существенно сказалось на их характеристиках.
К сожалению, превышение действующих нагрузок
вследствие периодического замачивания утеплителя очень частое явление не только
на промышленных, но и на общественных зданиях. Зачастую (как это было и на
ЛАЗе) своевременное устранение протечек кровли не выполнялось. В качестве
гидроизоляционного материала использовался рубероид (на момент обрушения
существовало несколько слоёв).
И повышенная динамическая нагрузка возникла
вследствие нарушения правил эксплуатаций цехового оборудования, что, в свою
очередь, объясняется низкой культурой производства, и попустительством со
стороны проверяющих органов.
Все эти факторы усугубила и беспрогонная
система покрытия (функции прогонов были возложены на ребристые плиты). Авария
развивалась так: 12 метровая железобетонная плита (массой около 10 т) срывается
одним концом с фермы и падает, удерживаясь сваркой за вторую, закручивает
сжатый пояс второй фермы, который теряет устойчивость. Ферма обрушивается, и
ситуация повторяется. Обрушение происходило лавинообразно, и остановилось,
только дойдя до температурного шва, разрушив тем самым весь температурный блок.
При использовании же прогонов, этого удалось бы избежать, и, в случае,
обрушения даже нескольких плит, разрушение бы не пошло дальше.
Обрушение на Пензенском ЛАЗе относится к
первой группе предельных состояний. Данный вид обрушения является наиболее
опасным, так как оно происходит внезапно, хрупко, без видимых перемещений и
деформаций. В настоящее время нужно стремиться к переходу к таким
конструкционным схемам, при которых первое предельное состояние не возникал бы,
например, к балочным системам покрытия.
Но все эти негативные факторы, приведшие к
аварии и обрушению здания, можно (и нужно) было выявить не после, а до
обрушения, путём комплексного технического обследования.
Техническое обследование здания и сооружения
должно проводиться в два этапа [3,c.166]:
— предварительное обследование;
— детальное обследование.
Предварительное обследование включает в себя
следующие основные работы:
— анализ и изучение проектной документации
(строительных чертежей и заключений об инженерно-геологических условиях);
— визуальный наружный и внутренний осмотр
конструкции с необходимыми обмерами (конструкция сопряжения, стыков элементов,
условия опирания, нарушения сплошности, характер трещин и т.п.);
— обследование фундаментов зданий и их
состояния путём проходки шурфов;
— инженерно-геологические работы (бурение
скважин, зондирование, отбор проб грунтов, лабораторные исследования и др.) для
установления фактических характеристик грунтов.
Обследование зданий и сооружений на первом
этапе заканчивается оценкой изменения инженерно-геологических условий за период
строительства и эксплуатации, установлением причин имеющихся деформаций, трещи-
нообразовании и составлением дефектной ведомости.
Детальное обследование включает следующие
работы:
— отбор проб и определение прочности
материалов несущих конструкций неразрушающими методами на механическом прессе
лаборатории;
— контрольные замеры и составление схем
расположение несущих конструкций и поперечных разрезов здания;
— выполнение поверочных статических расчётов
элементов конструкций здания и определение нагрузок на фундаменты с учётом их
увеличения при реконструкции;
— определение расчётного сопротивления грунтов
основания применительно к существующей конструкции фундамента при увеличении
нагрузок.
Литература
Обследования зданий и сооружений на втором
этапе заканчивается составлением технического, заключения о физико-механических
свойствах грунтов и материалов конструкций, принимается расчётная схема несущих
конструкций, и сооружения в целом с учётом выявленных дефектов.
В заключении по техническому обследованию
здания приводятся также рекомендации по усилению конструкций, дальнейшему
использованию, наблюдения за строительными конструкциями и всем сооружением в
целом (деформационный мониторинг).
1.
Пермяков М.Б. Аварии промышленных зданий: анализ причин// Электронный журнал
Предотвращение аварий зданий и сооружений
2. Кузин
Н.Я., Нежданов К.К., Елизаров Ю.В, и др.// Обследование строительных
конструкций сталелитейного цеха ЛАЗа после обрушения и разработка рекомендации
по и разборке. — Пенза. 1989.
3.
И.Н.Гарькин, В.С. Сухно, М.А.Петрянина, Л.Н.Петрянина//Новые достижения по
приоритетным направлениям науки и техники//сб.докладов Междунар. науч.-техн.
конф. Молодых учёных и исследователей 12—16 апреля 2010г. //Наука молодых —
итлеллектуальный потенциал XXI века: сб. докл. Междунар. науч форума. — Пенза:
ПГУАС,2010-С.166—167
Комментарии
Отправить комментарий