Главная

 

 

О нас

 

Услуги

Документы

Контакты

 

Экспертиза безопасности ответственных производственных объектов

 

Износ и повреждаемость технических устройств, а также каркасов промышленных зданий предприятий черной металлургии связаны с их интенсивной эксплуатацией, отсутствием необходимых средств и времени на ведение ремонтно-восстановительных работ, несовершенствами конструктивных решений и неграмотными приёмами усиления. В основном, производимые усиления не учитывают реальные особенности работы конструкций, такие, как воздействия циклических нагрузок, повышенных и низких температур, концентрации напряжений и т.д. Следствием этого являются усталостные и хрупкие повреждения и разрушения элементов и узлов металлических конструкций, создающие предаварийные и аварийные ситуации, ведущие к краткосрочным или длительным остановкам производства.

Специалисты холдинговой компании "ВЕЛД" (г. Магнитогорск), начиная с 1992 года, ведут на территории Российской Федерации и сопредельных государств работы по предупреждению аварий и разрушений промышленных зданий и сооружений, объектов городского хозяйства, гражданских и общественных зданий, грузоподъемных машин и крановых путей, водопроводных и канализационных сетей, металлургического и горного оборудования.

За прошедший период компания расширила свою область деятельности исходя из потребности предприятий, изменившихся экономических условий и выходом ряда новых нормативных документов по безопасной эксплуатации зданий, сооружений и технических устройств.

В настоящее время компания проводит работу по нескольким направлениям:

- экспертиза промышленной безопасности проектной документации, технических устройств, зданий и сооружений металлургических, коксохимических и горнорудных производств, объектов котлонадзора, химической и нефтехимической промышленности;

- проведение контроля оборудования и материалов неразрушающими методами (визуально-измерительный контроль, ультразвуковая дефектоскопия и толщинометрия, магнитопорошковая дефектоскопия, тепловой контроль);

- обследование и оценка технического состояния зданий и  сооружений различного назначения (жилых, общественных, производственных);

- комплексное обследование крановых путей грузоподъемных машин и оборудования;

- расчеты остаточного ресурса конструкций, зданий, сооружений и технических устройств;

- исследования, направленные на изучение действительной работы и напряженно-деформированного состояния конструкций;

- расследование причин аварий и разработка рекомендаций по предотвращению подобных разрушений;

- разработка проектных решений на усиление и восстановление работоспособности конструкций;

- разработка и согласование методик проведения обследований зданий и экспертиз промышленной безопасности опасных производственных объектов.

Кроме данных направлений, проводится работа по разработке и согласованию методик проведения обследований зданий и экспертиз промышленной безопасности опасных производственных объектов.

Полученные на предприятиях данные по состоянию зданий и сооружений анализируются и обобщаются. По результатам работы защищаются докторские и кандидатские диссертации. Специалисты компании выступают с докладами на региональных, общероссийских и международных конференциях. Результаты работы публикуются в российских и зарубежных изданиях.

Анализ полученных при обследованиях и экспертизах данных позволил создать классификацию зданий металлургического комплекса, выявить наиболее повреждаемые конструкции, собрать данные по действительной работе элементов. Все эти данные легли в разработанные методики оценки остаточного ресурса циклически нагруженных конструкций зданий и сооружений.

В числе наших постоянных заказчиков более 150 промышленных предприятий, среди которых ОАО "Магнитогорский металлургический комбинат" (г. Магнитогорск), ЗАО "Русская металлургическая компания"(г. Магнитогорск), ОАО "Златоустовский металлургический завод"(г. Златоуст), ОАО "Челябинский электрометаллургический комбинат" (г. Челябинск), ОАО "Мечел" (г. Челябинск), ОАО "Нижнетагильский металлургический комбинат" (г. Нижний Тагил), ОАО "Белорецкий металлургический комбинат" ( г. Белорецк), ОАО "Белебеевский завод Автонормаль" (г.Белебей), ОАО "Ижсталь" (г. Ижевск), Троицкая ГРЭС (г. Троицк), АООТ «Башкирский медно-серный комбинат» (г. Сибай), «Медногорский медносерный комбинат» (г. Медногорск), ЗАО «Алапаевская ферросплавная компания» (г. Алапаевск), ОАО «Серовский металлургический завод» (г. Серов), ОАО «БУММАШ» (г.Ижевск) и др.

Опыт проведенных работ, позволил провести анализ причин и последствий аварийного разрушения конструкций. На рисунке 1 представлена диаграмма распределения аварий по их причинам:

 

Рисунок 1. Распределение аварий по причинам их возникновения: 1. низкое качество строительно-монтажных работ;

2. нарушение правил технической эксплуатации; 3. низкое качество изготовления конструкций; 4. низкое качество материала конструкций; 5. ошибки на стадии проектирования; 6. недостатки норм проектирования, правил изготовления и монтажа конструкций.

 

Изучение, анализ и систематизация обследований показали, что аварии в большинстве случаев происходят не по какой-либо одной причине, а являются результатом совокупности ряда причин и недоучета особенностей работы в сооружении различных по прочности, долговечности и другим физико-математическим характеристикам строительных материалов. Вместе с тем, в каждом таком случае, главной и решающей причиной возникновения аварийной ситуации является чаще всего один наиболее выраженный просчет или дефект в конструкции. Даже незначительные по размерам дефекты и изъяны, оставленные без внимания исполнителями и техническими службами или своевременно не выявленные, могут привести к дальнейшему ослаблению конструкций, развиваться во времени количественно и качественно. Поверхностные и глубинные нарушения в конструкциях должны быть выявлены задолго до того момента, когда конструкция утратит свою прочность и устойчивость. При современном индустриальном и круглогодичном строительстве вопросы безаварийного и бездефектного строительства, повышения надежности и долговечности являются одной из актуальнейших задач современного проектирования зданий и сооружений.

Недостаточная проверка прочностных свойств или полное отсутствие таковой при производстве строительно-монтажных работ и, в первую очередь, при устройстве оснований и фундаментов, выполнении монолитного бетона, сварки, точности монтажа железобетонных и металлических конструкций придают каждой аварии элементы повторяемости уже известных ошибок. Это может касаться и тех скрытых и уязвимых узлов, которые недоступны для осмотра и контроля в эксплуатационных условиях.

В 1990 году на Магнитогорском металлургическом комбинате введены в эксплуатацию конвертеры емкостью 370 т, изготовленные производственным объединением "Азовмаш"  по техническому проекту ВНИИМЕТМАШ.

В сроки холодных ремонтов конвертеров, специалистами компании осуществлялось натурное обследование конструкций опорных колец и корпусов конвертеров. Высокая интенсивность эксплуатации и значительный нагрев конструкций являются основными факторами, характеризующими работу конвертера.

Цикличность нагрева и охлаждения, повторяемость температурных напряжений, а также местные перегревы вызывают остаточные деформации и трещины. Поэтому исследования температурного режима работы и определение температурных полей конвертера является важной задачей.

Таблица 1

Температурный режим работы конвертера

 

№ пп

Наименование

Температура, °С

1

Поверхность футеровки в процессе сушки и обжига

до 1200

2

Скрап и другие добавки

20

3

Жидкий чугун

1300

4

Жидкая сталь

1640

5

Газы при продувке кислородом в зоне реакций:

-  на выходе из горловины

-  пламя под колпаком системы газоотвода

 

 

2100-2600

до 1650

6

Окружающая среда

-10...+20

 

Приведенные в таблице 1 данные показывают, что конвертер работает в условиях высоких температур со значительными их перепадами по толщине стенки.

Во время исследований были определены температурные поля опорного кольца конвертера в процессе плавки конвертера.

Температуру измеряли с помощью инфракрасного пирометра "Кельвин".

Пирометром замеряли температуру по наружной поверхности опорного кольца на расстоянии 5-7 м от рабочей площади при вертикальном положении конвертера.

Неравномерный нагрев опорного кольца приводит к неравномерному распределению температуры по окружности, высоте и ширине кольца, вследствие чего из-за неравномерного теплового расширения отдельных элементов возникают значительные температурные напряжения, превышающие напряжения от силовой нагрузки [1].

Экспериментальными исследованиями установлено, что температура в отдельных точках по сечению кольца в течение цикла плавки в начале срока службы футеровки изменяется неравномерно, затем наступает стабилизация температурного режима и температура в этих точках изменяется равномерно. При этом перепад по ширине полки в начале продувки составляет 20 °С, а в конце слива стали достигает 65 °С.

Из схем распределения температур по высоте наружной стенки опорного кольца (рис.1, 2) со сторон слива стали и шлака следует, что за цикл плавки максимальной температуры +240 °С достигает верхняя часть внутренней стенки кольца под леткой во время продувки. Температура в этом месте за цикл плавки изменяется на 70 °С, в середине стенки на 60 °С и внизу - на 55 °С.


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рис. 1.
Схема распределения температур по наружной стенке опорного кольца в середине цикла плавки со стороны слива стали

 

Со стороны слива шлака температура внешней стенки опорного кольца распределяется относительно равномерно и колеблется в пределах 95-130 °С по высоте, так как эта часть конвертера меньше подвержена тепловым воздействиям от внешних источников. Перепад температур между верхней и нижней кромками стенки кольца составил 30 °С.

По результатам проведенных измерений построен график (рис.3-4), из которых видно, что максимальная температура по срединному сечению со стороны слива стали составила +240 °С, а со стороны слива шлака +160 °С. Вблизи цапф температура не превышала 120-130 °С.

Максимальный перепад температур по окружности 120 °С, в сечениях соединения цапфовых узлов и полуколец температура соответственно ниже и перепад составил 45 °С.

Установлено, что перепады температур зависят от неритмичности работы конвертера, излучения от ковшей с жидкими сталью и шлаком, попадания воды на корпус и опорное кольцо и выбросов шлака из конвертера.

Замеры температуры на участке между цапфовым узлом и подшипниковым узлом в середине кампании показали, что температура на этих участках колеблется в пределах 70-85 °С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 


Рис. 2. Схема распределения температур по наружной стенке опорного кольца в середине цикла плавки со стороны слива шлака

Для изучения температурных воздействий на конструкции применяли также тепловизионные съемки, выполненные тепловизором «TermaCAM E45». Для получения более полной информации о температурном режиме исследования проводились в несколько этапов. В результате установлено: диапазон температур для опорного кольца составляет 55,2-183,5оС, для корпуса конвертера 69,0-258,6оС.

 Кроме того, специалистами «ВЕЛД» были проведены контрольные замеры геометрических параметров, а также проверена дефектность сварных швов опорного кольца конвертора №2 после окончания сварочных работ. В результате был выявлен ряд отклонений от проектных величин: в процессе сварки отклонение соосности цапф в вертикальной плоскости имели как односторонний, так и знакопеременный характер смещения, а в горизонтальной плоскости (ввиду большой жесткости конструкции в этом направлении) отклонения всегда имели односторонний характер смещения.

Проведенная дефектоскопия сварного шва показала наличие трещины в местах стыка стенки с верхним и нижним поясом (см. рисунок 4).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Рис. 4. Трещина в корне сварного шва

 В результате работ совместно со строительно-монтажной организацией было принято решение, срезать подкладку с внутренней стороны и осуществить подварку корня шва. После чего опорное кольцо было смонтировано на конвертер №2.

Статический и прочностной расчеты опорного кольца конвертера были выполнены с помощью программного комплекса “proFEt&STARK ES 2.14”. Расчетная схема представляет собой модель опорного кольца конвертера, выполненную из 21604 конечных элементов. Конечные элементы заданы в виде прямоугольных пластин. В расчетной схеме сопряжения конечных элементов в конструкции приняты жесткими. Опорное кольцо конвертера подвешивается к поворотному механизму при помощи цапф. Краевые условия заданы в соответствии с действительным опиранием опорного кольца конвертера. Опорное кольцо конвертера воспринимает нагрузку от самого конвертера и веса жидкой садки. Собственный вес опорного кольца конвертера учитывается расчетным комплексом автоматически.

В ходе выполнения статического и прочностного расчетов были определены кольцевые и осевые напряжения, действующие в элементах опорного кольца конвертера, и деформации корпуса.

Выполненные работы позволили сделать следующие выводы:

1.Температурное поле наружной стенки опорного кольца конвертера неравномерное и имеет значительные колебания в течении цикла плавки. Наибольшее значение показали замеры по наружной стенке, вблизи летки (со стороны слива стали): здесь температура достигла +240 ºC. В течение цикла плавки температура по наружной стенке опорного кольца, при установившейся работе конвертера, изменяется на 50-100 ºC, что говорит о необходимости оценки температурных напряжений, их перепадов  и прогнозе ресурса с учетом температурной усталости.

2.Наиболее опасны местные перегревы опорного кольца, приводящие к пластическим деформациям, выгоранию внутренней стенки по толщине и образованию трещин. Применяемая система экранирования опорного кольца по внутренней стенке от корпуса либо малоэффективна, либо не соблюдаются требования по ее эксплуатации.

3.Необходима установка системы контроля температуры конструкции кольца во время работы, а также системы искусственного охлаждения конструкции кольца за счет дополнительной обдувки воздухом или парами жидкого азота, что позволит снизить уровень температурных напряжений и избежать появления пластических шарниров в одном из сечений кольца.

 Еремин К.И., Финогенов С.В., ООО "Велд"

 

 

117246, Москва, Научный проезд, д. 10 

Тел./факс  +7 (495) 230-84-94  

e-mail: mail@asnorg.org 

    

 

© ЭЦ "Академстройнаука". Все права защищены    

 

На главную