Контроль деформаций конструкций опасных объектов

На промышленных площадках нашей страны эксплуатируются сотни миллионов тонн строительных металлических и железобетонных конструкций каркасов зданий и сооружений. Их срок службы в условиях нормальной эксплуатации составляет 40-70 лет. Совершенствование технологических процессов приводит к ускоренному износу как отдельных строительных конструкций, так и каркасов зданий в целом.
Необходимость мероприятий по предотвращению отказов оборудования и аварий очевидна. Поэтому, увеличение надежности и продления срока службы конструкций является актуальной хозяйственной задачей.

Геодезический контроль геометрических параметров является важной частью системы технического контроля и управления качеством эксплуатации промышленных предприятий. Специалисты ЗАО «Инженерный центр» проводят геодезический контроль геометрических параметров зданий и сооружений энергопредприятий г. Новосибирска.
В инфраструктуре любой электростанции, что предусмотрено технологическим процессом выработки электроэнергии, участвуют паровые котлы (Рис. 1) На примере паровых котлов и бака-аккумулятора горячей воды, рассмотрим процедуры контроля оборудования.
Геодезический контроль каркасов паровых котлов на Новосибирской ТЭЦ-4 выполнялся в период технического освидетельствования металлоконструкций несущих каркасов котлов.
Целью этой работы являлось:

определение фактического технического состояния основных несущих элементов металлоконструкций каркаса котла, а также их соответствие проектным характеристикам;
выявление существующих повреждений, снижающих эксплуатационный ресурс и надежность работы конструкций, а также определение причин их возникновения и степени влияния на надежность работы котла.

Каркас котла представляет собой пространственную рамную конструкцию, состоящую из 12 вертикальных металлических колонн высотой 30 м. Жесткость конструкции обеспечивается установкой промежуточных балок. На верхней отметке выполнено потолочное перекрытие каркаса котла из четырех поперечных и одной продольной хребтовых балок. План потолочного перекрытия приведен на рисунке 2. В результате нерасчетных воздействий, типа взрыва в топке или газоходе котла, высоких температур (вследствие разрушения обмуровки), происходит нарушение геометрии каркаса котла. При техническом освидетельствовании двух паровых котлов были выявлены сверхдопустимые прогибы основных несущих балок потолочного перекрытия и отклонения от вертикали центральных колонн каркаса котла. Нарушение геометрической формы явилось следствием внутренних факторов и могло произойти по причине восприятия конструкциями высокотемпературных воздействий.

С помощью электронного тахеометра Leica TCR 802 power в безотражательном режиме были получены значения отклонений колонн от вертикали (Рис. 3). Результаты геодезических измерений колонн позволяют утверждать, что рассматриваемые колонны имеют сложный характер пространственной деформации. На данных участках колонн присутствуют прогибы со значениями отклонений от вертикали, превышающими предельно допустимые (согласно руководящих документов РД 10-210-98 «Методические указания по проведению технического освидетельствования металлоконструкций паровых и водогрейных котлов»). Превышение допусков по отдельным колоннам составляет более 50%. Расположение колонн каркаса указывает на то, что фактически испытываемые ими усилия, возможно, выше предусмотренных проектом.
Вертикальные отклонения несущих балок потолочного перекрытия в верхней части каркасов котлов были определены на открытых участках с помощью нивелира и в труднодоступных местах с помощью электронного тахеометра Leica TCR 802 power.

По результатам геодезических измерений на одном из котлов был выявлен сверхдопустимый прогиб основной хребтовой балки потолочного перекрытия каркаса котла. Прогиб балки в середине пролета в вертикальной плоскости составил 110 мм, что превышает допуск в 4,5 раза (Рис. 4). Также были отмечены значительные сверхдопустимые просадки одного конца относительно другого у балок потолочного перекрытия. Максимальное значение просадки у одной из балок на доступном участке длиной L=5000 мм (при общей длине 7210 мм) составило 130 мм, что превысило допуск в 8,7 раза (Рис.5). Вероятной причиной деформаций является воздействие высоких температур в процессе эксплуатации котла. Сверхдопустимые деформации свидетельствуют о фактически исчерпанном эксплуатационном ресурсе, что существенно снижает надежность работы несущих конструкций.

В данном случае результаты геодезических измерений являлись составной частью технического освидетельствования каркаса котла. При обследовании были выявлены деформации несущих конструкций, превышающие нормируемые показатели, поэтому, как предписывает п.6.3. РД 10-210-98, необходимым стало выполнить расчет на прочность. Все результаты были направлены в специализированную организацию — НПО ЦКТИ им. Ползунова (г. Санкт-Петербург) для разработки и принятия решения о возможности дальнейшей безопасной эксплуатации паровых котлов.
Уникальность применения электронного тахеометра в безотражательном режиме очевидна, поскольку позволяет получить значения отклонений в необходимых труднодоступных местах. Это обусловлено конструктивной особенностью каркаса котла (ограниченный доступ к точкам фиксации). Прибор хорошо зарекомендовал себя в работе в условиях запыленности, на высоте, при вибрации и высокой температуре.

Баки-аккумуляторы горячей воды также являются объектами геодезического контроля. Они предназначены для хранения нагретой воды, необходимой для выравнивания токов горячего водоснабжения в открытых системах централизованного теплоснабжения. Резервуары представляют собой цилиндрические сооружения высотой до 15 метров и диаметром до 45 метров (Рис.6). При оценке геометрической формы резервуара измеряются отклонения образующих корпуса от вертикали и величины неравномерной осадки наружного контура окрайка днища. Определение отклонений стенок образующих от вертикали является одной из контрольных составляющих геометрической формы резервуара.
Замер отклонений образующих корпуса от вертикали выполняются традиционным методом при помощи отвеса путем прямых измерений, либо с помощью теодолита. Такие измерения проводятся при пустом и заполненном резервуарах с целью определения мест расположения наиболее опасных деформаций. При пустом резервуаре геодезические работы проводятся внутри бака. В процессе выполнения измерений традиционным способом сложность заключается в построении передвижных лесов (в этом случае работа занимает не менее 3 дней). При заполненном резервуаре выполнение замеров усложняется наличием обшивки у резервуара и проведением специальных верхолазных работ. Применение тахеометра Leica TCR 802 power в безотражательном режиме позволяет выполнить эту работу при пустом резервуаре в течение 3-х часов. На рисунке 7 показан схематический пример результата геодезических измерений по выявлению отклонений образующих стенок резервуара от вертикали. При выявленных отклонениях, превышающих допуск, геодезические измерения проводятся при заполненном резервуаре в местах расположения наиболее опасных деформаций. В оцинкованных обшивочных листах резервуара проделывают отверстия для марок и определяют отклонения стенок от вертикали с помощью тахеометра Leica TCR 802 power в безотражательном режиме.

Заключение:
Применение электронных тахеометров в безотражательном режиме позволяет выполнить геодезические измерения в условиях действующего производства и выявить недопустимые деформации, представляющие опасность дальнейшей эксплуатации оборудования. Особенно это касается конструкций, расположенных на большой высоте с ограниченным доступом к точкам фиксации. Затем, по результатам измерений, выполняются организационно-технические мероприятия, позволяющие существенно продлить сроки эксплуатации конструкций каркасов промышленных зданий и сооружений.

Пожарницкий Юрий Иванович
Начальник отдела геодезии ЗАО «Инженерный центр»
г. Новосибирск