25 августа 2015Состояние железобетонных дымовых труб первой массовой серии

Статья предоставлена ООО "СПЕЦВЫСОТСТРОЙПРОЕКТ"

ВВЕДЕНИЕ

В нашей стране массовое строительство железобетонных дымовых труб началось в конце 40-хгодов. По экспертным оценкам к началу60-х годов было возведено примерно 1000...1200 монолитных железобетонных труб, условно называемых «первой массовой серией». Они строились по схожим проектам, технологии, имели близкие проблемы, связанные с их эксплуатацией, и внестоящее время исчерпали нормативный срок эксплуатации железобетонных дымовых труб, равный 50-ти годам (см. РД-22-01-97 «Требования проведению оценки безопасной эксплуатации производственных зданий и сооружений поднадзорных промышленных производств и объектов ЦНИИПСК, 1997 г. ид. Документы).

В начале февраля 2015 г. произошло обрушение железобетонной дымовой трубы высотой 120 модной из ТЭЦ Российской Федерации (далее трубы). Обрушение произошло за счет разрушения стенки трубы на том. 47,0... 50,5 м (рис. 1), жертв и существенных повреждений расположенных рядом объектов не было.

Труба была построена и введена в эксплуатацию в 1959 г., т.е. отслужила 56 лет. По нашему мнению, обрушение этой трубы было проявлением определенных закономерностей, вытекающих из проектирования, строительства и эксплуатации дымовых труб.

АНАЛИЗ ПРОЕКТА ТРУБЫ

В 1952 г., когда проектировалась труба, нормативная база практически отсутствовала, опыт проектирования, строительства и эксплуатации железобетонных дымовых труб был на начальном уровне. В книге А.Н. Конева «Аварии на строительных объектах...» М,1962, при анализе состояния проектирования дымовых труб в тот период указывалось:

«Отсутствовали общеобязательные нормативные документы ПО проектированию дымовых труб. Отсутствовала также единая методика учета силовых воздействий и других факторов, влияющих на работу трубы. Не проводились с достаточной полнотой теоретические и экспериментальные работы по жароупорным и обычным бетонам, применяемым для стволов дымовых труб.

Проектировщики были лишены возможности достаточной полнотой учитывать все факторы, влияющие на работу ствола дымовой трубы, вследствие чего конструкции труб были недостаточно надёжными, что в сочетании с дефектами при производстве работ приводило к авариям.

Только с1957 - 1960 гг. были проведены теоретические и экспериментальные работы с необходимой полнотой лабораторией жароупорных конструкций НИИ бетона и железобетона Академии строительства и архитектуры СССР с учетом богатой практики тепло проекта по проектированию железобетонных дымовых труб. В результате этими же организациями была разработана издана «Инструкция по проектированию железобетонных дымовых труб» (Академия строительства и архитектуры СССР, Госстройиздат, М,1962).»

Проекту данной трубы (как и другим проектам дымовых труб, выполненных в 50-е годы) были присущи определённые «детские болезни», которые со временем были осознаны и устранены в современном проектировании. Если сопоставить современные нормы проектирования дымовых труб СП43.13330.2012 «Сооружения промышленных предприятий» и проект ствола обрушившейся трубы, то можно выделить следующее:

1. В проекте была заложена марка бетона по прочности М200; не нормировались морозостойкость и водонепроницаемость бетона. В настоящее время регламентируется класс бетона не ниже В22,5 (что соответствует прочности бетона в полтора раза больше - марке

МЗОО), задаются высокие показатели бетона по морозостойкости (не ниже F200) и по водонепроницаемости (не ниже W8).

2. Арматура в проекте расположена только с наружной стороны стенки трубы (так называемое «однослойное армирование»). Это явилось следствием того, что принятая расчётная схема в виде консольного стержня понималась слишком буквально. Осознание того, что ствол дымовой трубы - это оболочка и его стенка должна армироваться с обеих сторон -пришло гораздо позже. В СП 43.13330.2012 армирование предусматривается как с наружной, так и с внутренней сторон стенки трубы -«двухслойное армирование».

3. Ныне действующие нормы проектирования предполагают армирование стволов дымовых труб арматурой периодического профиля из стали повышенной прочности (А400, А500), причём процент армирования вертикальной арматурой должен быть не ниже 0,4%. Проектом трубы предусмотрена вертикальная арматура периодического профиля изст.5 до том. +60,Ом, а выше - гладкая из ст., при этом процент армирования составляет 0,26...0,37%. Вводя поправку к проценту армирования на низкую прочность стали, можно утверждать, что вертикальное армирование по всей высоте ствола трубы в два и более раз «недотягивает» до того минимума, который требуют современные нормы проектирования.

4. Для улучшения удобоукладываемой бетонной смеси проектом предусмотрено водоцементное отношение В/Ц =0,6. СП43.13330.2012 предписывает В/Ц <0,45. Завышенное водоцементное отношение увеличивает пористость бетона, при этом снижается его прочность, водонепроницаемость, долговечность, ухудшается сохранность арматуры в теле бетона.
5. Узлы футеровки в проекте были выполнены для «сухого режима работы» трубы - то есть без слезниковых поясов. В дальнейшем за счет изменения способа очистки дымовых газов и вида топлива труба стала работать в «мокром режиме», не предусмотренном конструкцией трубы.


АНАЛИЗ КАЧЕСТВА СТРОИТЕЛЬСТВА

Обследования дымовых труб первой массовой серии, выполненные нами и другими организациями, показывают, что недостатки проектирования этих труб усугублялись низким качеством их строительства.

В те годы бетонная смесь готовилась на стройплощадке без должного контроля компонентов, что не позволяло получить хороший бетон. Испытания бетонных кубов, выполняемые при строительстве дымовых труб, зачастую показывали прочность существенно ниже проектной. Тем не менее, усиление дымовых труб не производилось, и трубы пониженной прочностью бетона сдавались в эксплуатацию.

Обрушившаяся труба не явилась исключением из общей закономерности. В табл. 1 приведена выписка из журнала бетонных работ, из которой следует, что при проектной прочности бетона 200 кг/см2 из 61 испытания бетонных кубов лишь 15испытаний (24,5%) показали значение прочности бетона соответствующие проекту;17испытаний (28%) показали прочность менее 75% от проектной; для 14-ой секции бетонирования была зафиксирована прочность два раза ниже проектной. Для 19. .21 секций бетонирования (тех секций где произошло разрушение трубы) ни одно испытание не показало прочность выше проектной; фактическая прочность данных секций составляет от 134,4кг/см2 до174,5кг/см2 при проектном значении прочности 200кг/см2.

Имелись многочисленные дефекты строительства: повсеместно заниженный защитный слой бетона по отношению к арматуре; оголенная арматура, участки плохо уплотненного бетона.

АНАЛИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТРУБЫ

К трубе были подключены три котлаЛМЗ-200. По проекту предполагалась их работа неместном угле, однако с 1984 г. в качестве топлива стал использоваться природный газ как вмеси с угольной пылью, так и в чистом виде. Продукты сгорания природного газа содержат до 20% (по объему) и более паров воды иприт заниженных тепловых нагрузках на трубу неизбежно происходит образование конденсата, т.е. «мокрый режим работы». При отсутствии слезниковых поясов конденсат свободно выходит наружу преимущественно через рабочие швы бетонирования, образуя в зимнее время кольцевые гирлянды сосулек (см. рис. 2).

Замерзание конденсата очень губительно для дымовых труб, поскольку расширяясь, лед вызывает нарушение структуры бетона. Циклическое «замораживание - оттаивание», которое в течении зимы может проходить многократно, ускоряет процесс разрушения. Кроме того, происходит утяжеление ствола трубы, а при падении сосулек повреждаются газоходы, площадки и лестница трубы.

В2009 году дымовая труба исчерпала нормативный срок эксплуатации равный 50 годам. Какие-либо мероприятия по продлению срока безопасной эксплуатации владельцем трубные были предусмотрены. На необходимость проведения этих работ экспертными организациями также не указывалось, хотя в соответствии с действующим в то время РД 03-484-02«Положение о порядке продления срока безопасной эксплуатации технических устройств оборудования и сооружений на опасных производственных объектах» эксплуатация дымовой трубы, исчерпавшей нормативный срок эксплуатации, без проведения комплекса работ по продлению срока безопасной эксплуатации, не допускалась.
Примечательно, что за 4 месяца до обрушения трубы была проведена экспертиза её промышленной безопасности. Никаких существенных отклонений режимов эксплуатации трубы от проектных выявлено не было, не были обнаружены повреждения и дефекты ствола, опасные для её эксплуатации. Оценка соответствия (несоответствия) дымовой трубы требованиям промышленной безопасности не была выполнена. В целом заключение экспертизы показало недостаточную компетентность экспертной организации в обследовании и экспертизе промышленной безопасности дымовых труб.


ВЫВОДЫ

1.Обрушившаясятруба была запроектирована в 1952 г и построена в 1957-59г.г. К моменту обрушения, она эксплуатировалась56 лет, что превосходит нормативный срок эксплуатации монолитных железобетонных труб равный 50-ти годам.

Причиной обрушения трубы явились следующие факторы:

- недостатки проектирования, существенное несоответствие ствола трубы современным нормам проектирования;

- низкое качество строительно-монтажных работ, заниженная (до 2-х раз) прочность бетона при строительстве трубы;

-эксплуатация в течение длительного времени, начиная с 1984 г., дымовой трубы при температурно-влажностных режимах, не соответствующих её конструкции (работа на природном газе вместо угля, с недостаточной тепловой нагрузкой на трубу-«мокрый режим

работы»), систематическое обледенение ствола трубы, т.е. нарушение требованийПБ03-445-02(гл1. п.15.аигл. IV п.5);

- некомпетентность экспертной организации.

2. Обобщая большой объем материалов обследований железобетонных дымовых труб первой массовой серии, можно утверждать, что они являются потенциально опасными объектами, поскольку проектировались при отсутствии проверенных опытом конструктивных решений, отсутствии отработанных методов расчёта, при строительстве допускались существенные отклонения от проектов в неблагоприятную сторону.
Ненадёжность конструкции труб в сочетании с грубыми дефектами строительства и непроектными режимами эксплуатации, приводили к обрушениям этих труб.

Например,

- в1956 г. после года эксплуатации обрушилась труба Н = 120 м аглофабрики
Магнитогорского металлургического комбината;

- в1959 г. после двух лет эксплуатации обрушилась труба Н=100м Аргаяшской ТЭЦ;

- в1985 г. после 30 лет эксплуатации на комбинате «Магнезит» (г.Сатка) осели верхние 20 м дымовой трубы Н = 80 м ( см. рис. 3); вторая труба - «близнец» начала разрушаться в 2001 г. на той же отметке, но аварийный участок успели разобрать;

- в2002 г. после 40 лет эксплуатации обрушилась труба Н = 80 м (см. рис. 4)ЗАО«Уралцемент» (п.Первомайский Челябинской обл.);

В 2010 г. обрушилась труба Н = 120 м Березниковской ТЭЦ-2(см. рис. 5). Труба выработала нормативный срок эксплуатации и находилась в «холодном резерве».

3. Все железобетонные дымовые трубы, построенные до 1965 г., исчерпали нормативный срок эксплуатации и при количестве 1000... 1200 их замена внестоящее время нереальна. Поэтому актуальными являются грамотное обследование этих труб, обоснованная оценка их технического состояния и остаточного ресурса, разработка и осуществление мероприятий по дальнейшей безопасной эксплуатации. Одним из препятствий в решении этих задач является повсеместно практикуемый выбор обследовательских, проектных строительно-монтажных организаций, основанный на минимальной стоимости предоставляемых услуг без объективной оценки их качества. Такой подход отсекает наиболее компетентные организации, открывая дорогу неграмотным техническим решениям и низкому качеству строительных работ.

4. Ситуация с дымовыми трубами усугубляется ещё тем, что приказом от 01.07.2014 г. Ростехнадзор отменил «Правила безопасности при эксплуатации дымовых и вентиляционных промышленных труб» (ПБ03445-02) не выпустив взамен эквивалентный нормативный документ. Тем самым Ростехнадзор ликвидировал им созданную и до недавнего времени эффективно действовавшую систему надзора за дымовыми трубами безопасностью их эксплуатации. Во всех регионах России дымовые трубы были поставлены на учет, подготовлены эксперты по трубам, обучены и аттестованы специалисты, эксплуатирующие трубы, определены требования промышленной безопасности к дымовым трубам, регламентированы сроки осмотров и обследований дымовых труб. Теперь эта отлаженная система упразднена, что крайне негативно должно сказаться небезопасности дымовых труб и неизбежно повлечет за собой новые аварии и обрушения.


РЕКОМЕНДАЦИИ

1.Возможность продления срока безопасной эксплуатации железобетонных дымовых труб, срок службы которых превысил нормативное значение (50 лет), определяется экспертными (обследовательскими)организациями на основе результатов диагностирования дымовой трубы, предусматривающего, как правило:

анализ проектной, исполнительской и эксплуатационной документации, температурно-влажностных, газовых и аэродинамических режимов, изучение материалов предшествующих обследований, осмотров, ремонтов;

-тепловизионное обследование ствола трубы;

- наружный осмотр ствола трубы, внутренний осмотр футеровки с фиксацией дефектов и повреждений, вскрытие футеровки на нескольких участках высоте с определением состояния тепловой изоляции и состояние внутренней поверхности железобетонного ствола;

- оценку коррозии арматуры, металлоконструкций, бетона, оценку старения бетона и снижения его пассирующих свойств р.-методом;

- определение характеристик материалов методами неразрушающего контроля, при необходимости отбор образцов и проведение их лабораторных испытаний;

-определение осадки и крена фундамента, отклонения оси трубы от вертикали;

- исследование изменений физико-механических характеристик грунтов основания, гидрогеологических условий и обследование фундамента (при необходимости).

Объем работ по диагностированию должен быть достаточным для выполнения экспертной(обследовательской) организацией достоверного поверочного расчета дымовой трубы и расчета остаточного ресурса (до прогнозируемого наступления предельного состояния), в том числе с учетом сейсмических воздействий для сейсмоопасных районов.

ПО результатам работ по определению возможности продления срока безопасной эксплуатации трубы принимается одно из решений:

- продолжение эксплуатации несуществующих параметрах в пределах срока прогнозируемого наступления предельного состояния (остаточного ресурса);

- продолжение эксплуатации (в пределах остаточного ресурса) на ограниченных параметрах;

- капитальный ремонт, усиление, техническое перевооружение либо реконструкция трубы, позволяющие продлить срок безопасной эксплуатации;

- вывод из эксплуатации и ликвидация трубы.

2. При капитальном ремонте выполняется замена и (или) восстановление конструктивных элементов дымовой трубы: футеровки, тепловой изоляции, оголовка дымовой трубы. Восстановление (повышение)несущей способности железобетонного ствола выполняется различного рода усиливающими обоймами: наружными, внутренними, железобетонными или из фибр бетона. В качестве внутренних обойм могут выступать монолитные футеровки из легкого армированного полимерцементного бетона, выполняемые взамен кирпичных футеровок.

Недостаточное количество арматуры ствола может быть восполнено путем устройства внешнего армирования из стали, композитных материалов, либо за счет расположения дополнительной арматуры в штабах.

Эффективным способом продления ресурса стволов эксплуатируемых дымовых труб является техническое перевооружение трубы путем установки одного или нескольких

внутренних газоотводящих стволов. В этом случае наружный ствол выполняет только несущие функции и воспринимает внешние силовые и климатические воздействия, будучи полностью изолированным изнутри от температурного и агрессивного воздействия дымовых газов.

Газоотводящие стволы обычно выполняются из металла или из полимерных композитов. Применение полимерных композитов в последние годы становится все более популярным, т.к. они имеют большую коррозийную стойкость по сравнению с малоуглеродистыми низколегированными сталями, не требуют антикоррозионной защиты, легче монтируются. Приведенные затраты на их монтаж и эксплуатацию оказываются, как правило, меньше чем у газоотводящих стволов измотала. В соответствии с нормами проектирования для газоотводящих стволов применяются несгораемые и трудно сгораемые полимерные композиты. В зависимости от вида связующего они могут эксплуатироваться при температуре отводимых газов до 200°С.

3. Для решения указанных задач в нашей стране имеется достаточное количество компетентных специализированных организаций, обладающих многолетним опытом выполнения данных работ с соответствующим кадровым составом и технической базой. Стоит отметить, что за внедрение дымовых труб с газоотводящими столами из стеклопластика группа специалистов была удостоена премии правительства в области науки и техники за 2013 г.


17 июля 2017 В период с 2015 по 2016 годы Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Субподрядчика был выполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи.
В период с 2015 по 2016 годы  Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Субподрядчика был выполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи. [подробнее]
17 июля 2017 В период с 2015 по 2016 годы Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Генерального подрядчика был выполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи.
В  период с 2015 по 2016 годы Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Генерального подрядчика был выполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи. [подробнее]
30 января 2017 Работы по монтажу трубы отходящих газов высотой 72м ОАО "Электроцинк" (г. Владикавказ) закончены.
Работы по монтажу трубы отходящих газов высотой 72м ОАО "Электроцинк" (г. [подробнее]
29 января 2017 АО "УСЭР" благополучно прошло аккредитация на предприятии ООО "РН-Туапсинский НПЗ"
АО "УСЭР" благополучно прошло аккредитация на пре. [подробнее]
28 января 2017 АО "УСЭР" благополучно прошло аккредитацию в организации ООО «ИНТЕР РАО
АО "УСЭР" благополучно прошло аккредитацию в организации ООО «ИНТЕР РАО - Центр управления закупками» по следующим видам деятельности:             - Работы по ремонту зданий и сооружений (кроме промышленных дымовых труб и гидротехнических сооружений);             - Работы по капитальному ремонту, реконструкции зданий и сооружений (кроме промышленных дымовых труб и гидротехнических сооружений);             - Работы по ремонту, реконструкции промышленных дымовых труб и градирен. [подробнее]
01 ноября 2016 Работы по капитальному ремонту дымовой трубы №3 БАЗ-СУАЛ
01.11.16г. Работы по капитальному ремонту дымовой трубы №3БАЗ-СУАЛ (г. [подробнее]
17 октября 2016 В период с 2015 по 2016 годы Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Субподрядчика был выполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи. Этап 2.
В период с 2015 по 2016 годы  Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт»в качестве Субподрядчика был выполнен большой объем работ по строительствукомплекса 6-й вельц-печи. [подробнее]
15 октября 2016 В период с 2015 по 2016 годы Акционерным обществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Генерального подрядчика был выполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи. Этап №1
В период с 2015 по 2016 годы Акционернымобществом «Уралспецэнерогоремонт» в качестве Генерального подрядчика былвыполнен большой объем работ по строительству комплекса 6-й вельц-печи. [подробнее]
13 января 2015 Подведение итогов 2014 г.
С гордостью подводим итоги прошедшего 2014г.Нами были получены аккредитации ОАО «ЭНЕЛ Россия» по ремонту дымовых труб, теплоизоляции и антикоррозионной защите, что является констатацией высокого профессионализма нашей компании и качественной инженерной подготовки при проведении ремонтных работ. [подробнее]
25 ноября 2014 Введен комплекс системы оборотного водоснабжения СКЦ на ОАО "Члябинский Цинковый Завод"
03 декабря 2012 Статья под названием "Покорители промышленных высот" размещена в журнале " ТОП ЭНЕРГОПРОМ"
Первая новая новость. [подробнее]
16 октября 2012 Работы в г.Владикавказе
Приступили к строительству "насосной", начали заливку второй очереди фундамента градирен охлаждения электролита в г. [подробнее]
15 октября 2012 Работы в г. Тобольске
Приступили к выполнению работ по антикоррозионной защите  шаровых резервуаров   объемом 600 м3 в количестве 8-ми штук, шесть из которых объединены общими внешними металлоконструкциями (лестницами, площадками обслуживания) в три двухшаровые установки и две одношаровые установки с индивидуальными лестницами и площадками обслуживания, на монтажной площадке строительства промежуточного склада хранения пропилена на Тобольской промышленной площадке ООО «Тобольск-Полимер», г. [подробнее]
12 октября 2012 Работы на ОАО "Челябинский Цинковый Завод"
Приступили к благоустройству химической лаборатори. [подробнее]
11 октября 2012 Тендер на на ОАО "УралЭлектроМедь"
Выиграли торги по замене окон Ж/Д Цеха "УралЭлектр. [подробнее]
11 октября 2012 Тендер на на ОАО "Челябинский Цинковый Завод"
Выиграли торги по замене реактора на ОАО "Челябинс. [подробнее]
15 апреля 2011 Статья в газете "ДАСТАН.Башкортостан"
 Газета «ДАСТАН. Башкортостан»Рубрика: Лучшие в отраслиЗаголовок: КОМПАНИЯ, КОТОРОЙ ПОЧТИ НЕТ РАВНЫХТакие блага как тепло и свет, создающие привычный комфорт и дающиевсевозможные удобства так обыденны, что мало кто задумывается о том, чьи икакие труды и усилия стоят за всем этим. [подробнее]
15 апреля 2011 Работы на Учалинском ГОКе
Завершены  в  срок работы по монтажу  стеклопластикового  ствола  дымовой  трубы  H=100 м  котельной  Учалинского   ГОКа. [подробнее]
15 апреля 2011 Свидетельства и Сертификаты Саморегилируемых организаций
Получены Свидетельства и Сертификаты Саморегилируемых организаций:1. [подробнее]
2004 (c)
АО УРАЛСПЕЦЭНЕРГОРЕМОНТ