.

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ОСТАТОЧНОГО РЕСУРСА ДЫМОВЫХ И ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТРУБ

Губайдулин Рафкат Галимович – Профессор кафедры строительных
конструкций и инженерных сооружений Южно-Уральского
государственного университета, г.Челябинск,
доктор технических наук

Губайдулин Марат Рафкатович – Директор ООО «Проектно-экспертная
организация ТЕПЛОСТРОЙ», г.Челябинск,
кандидат технических наук

Шматков А.С. – Научный сотрудник


Одним из этапов экспертизы промышленной безопасности дымовых и вентиляционных промышленных труб является проведение расчета остаточного ресурса. В соответствии с [1, п.8] расчетный срок эксплуатации устанавливается после соответствующих расчетных обоснований по утвержденной Ростехнадзором методике. На данный момент времени утвержденных методик по определению срока эксплуатации дымовых и вентиляционных дымовых труб нет. Вследствие этого экспертные организации применяют методики расчетов, разработанных для других технических устройств и сооружений, а также методы оценки по косвенным признакам.

При этом основным условием для расчета принимают критерий достижения предельного состояния. Например, для металлических дымовых труб это условие прочности, выносливости и устойчивости. Расчет сводится к определению периода времени, через которое характеристики конструкций достигнут предельных параметров. Основными характеристиками являются геометрические и прочностные параметры конструкций. Геометрия конструкций меняется от воздействия агрессивной среды эксплуатации и выражается в уменьшении сечений элементов из-за коррозионных процессов, а также от непроектных нагрузок, которые приводят к деформациям элементов.

На прочностные свойства материалов влияют химические процессы, а также время эксплуатации. При этом прочностные свойства материалов могут как уменьшаться, так и увеличиваться, как это происходит в бетоне, который за долгие годы эксплуатации может набрать прочность, превышающую в два раза проектную.

Методика, изложенная в [2, раздел 6], применяется к оценке остаточного ресурса сосудов. Расчет проводится по формуле

Т=(Sф — Sр) / а,

где Sф – фактическая минимальная толщина стенки ствола, мм;
Sр – расчетная толщина стенки ствола, мм;
а – скорость равномерной коррозии, мм/год.

Аналогичный подход расчета с адаптацией к специфике дымовых труб используется в [2].

Для расчета металлических дымовых труб эта методика вполне подходит и может успешно применяться при проведении экспертиз.

Для расчета железобетонных и кирпичных дымовых труб эту методику применить проблематично. Опыт расчета на прочность таких труб показывает, что уровень напряжений, возникающих в стволе трубы, на порядок ниже прочностных свойств материала. В процессе эксплуатации толщина стенок труб практически не меняется, за исключением дымовых труб, которые эксплуатируются в особо тяжелых не проектных условиях на протяжении длительных промежутков времени.

В соответствии с [3] оценка надежности производится в зависимости от степени повреждений конструкций с учетом значимости этих конструкций в работе всего сооружения в целом. Расчеты проводятся по косвенным признакам и основываются на сравнении фактического состояния конструкций с проектными данными.

Методика позволяет оценить степень износа сооружений и срок эксплуатации до капитального ремонта. При этом итогом является приведение характеристик дымовой трубы к проектным параметрам. В расчетах не учитываются условия, связанные с введением новых нормативных документов, изменением технологических и внешних нагрузок.

Оценка остаточного ресурса в соответствии с [4] производится по анализу изменения коэффициентов запасов по предельным состояниям во времени. В процессе экспертизы определяются запасы прочности по первому предельному состоянию (прочность, устойчивость, выносливость), по второму предельному состоянию (перемещение, прогиб, раскрытие трещин) и по конструктивным требованиям. Исправное состояние определяется при значениях этих коэффициентов больше 1. Для расчета остаточного ресурса производится сравнение изменений коэффициентов запаса по сравнению с проектными значениями, или если этих данных нет, то с результатами предыдущих обследований.

Повреждения несущих конструкций стальных дымовых труб происходят вследствие либо хрупкого разрушения, либо зарождения и развития усталостных трещин, которые могут переходить в хрупкие. Это говорит о несовершенстве методов проектирования и расчетной оценки усталостной долговечности и сопротивления хрупкому разрушению конструкций СМТ. Причем вопросы усталостной и хрупкой прочности необходимо рассматривать совместно, так как зародившаяся усталостная трещина может стать причиной разрушения при низком номинальном уровне напряжений и даже при положительных температурах.

Uchet_faktora_vremeni_pri_prognozirovanii_rezerva_prochnosti_konstrukcij

Рис.1. Учет фактора времени при прогнозировании резерва прочности конструкций

При разработке методики комплексной расчетной оценки надежности металлических дымовых труб [5] использована кинетическая концепция прочности конструкционных материалов, которая предполагает, что разрушение представляет собой непрерывный процесс накопления повреждений с момента приложения нагрузки (рис.1).

В действующих нормативных документах принято, что несущая способность (прямая 3) и внутреннее сопротивление, т.е. нагруженность (прямая 4), элемента конструкции в течение срока эксплуатации не меняются, т.е. принятый запас прочности сохраняется (∆i=Const).

В принятой методике комплексной расчетной оценки металлических труб показатели несущей способности (кривая 1) и нагруженности (кривая 2) зависят от времени, а точка пересечения этих кривых определяет эксплуатационный ресурс конструкции (τp) (∆*i→0). Из сказанного следует, что величина резерва прочности (∆*iR,i*— σmax,i*) есть функция времени, в то время как по действующим нормативным документам эта величина постоянная (∆iR,i— σmax,i).

В практике проектирования конструкций, работающих на циклические нагрузки, как в нашей стране, так и за рубежом предлагается оценку долговечности элементов и сварных соединений вести на основании корректированной теории накопления усталостных повреждений:

Raschetnoe_chislo_blokov_nagruzheniya

Для дымовых труб ветер является основной нагрузкой, поэтому при расчете таких сооружений, наряду с необходимостью определения характера изменения средних скоростей ветра по высоте, должно быть также учтено воздействие порывов ветра, накладывающихся на установившийся поток ветра.

Для оценки усталостной долговечности с точки зрения современных подходов необходимо реальное нагружение заменить блочным, эквивалентным по степени вносимого усталостного повреждения, а также иметь предельно допустимые амплитуды цикла нагружения и параметры, характеризующие кривую усталости в коррозионной среде.

Блок напряжений может быть получен как расчетным, так и экспериментальным путем (рис.2).

Raspredelenie_skorosti_vetra_i_blokov_nagruzheniya

Рис.2. Распределение скорости ветра и блоков нагружения

Определение предельно допустимых амплитуд цикла нагружения с учетом влияния коррозионной среды, конструктивно-технологических факторов и плоского напряженного состояния, предлагается по следующим зависимостям:

— для знакопеременного цикла:

Predel_vynoslivosti_konstrukcii_dlya_znakoperemennogo_cikla

— для знакопостоянного цикла растяжения:

Predel_vynoslivosti_konstrukcii_dlya_znakopostoyannogo_cikla_rastyazheniya

— для знакопостоянного цикла сжатия:

Predel_vynoslivosti_konstrukcii_dlya_znakopostoyannogo_cikla_szhatiya

где   σ/R– предел выносливости конструкции с учетом реального напряженного состояния, условий нагружения и свойств материала;
σ-1K– предел выносливости при симметричном цикле нагружения с учетом влияния конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов;
α, К, Rσ0, Mmax, Ma, η1K, η2K, η3K, η4K– коэффициенты учитывающие влияние сложного напряженного состояния, асимметрии цикла нагружения, свойств материала.

Идея метода состоит в том, что при наличии диаграмм предельной пластичности стали и деформационных критериев первой (εС1) и второй (εС2) критических температур можно определить температурный интервал вязко-хрупкого перехода для конкретного конструктивного элемента, если известен длянего показатель жесткости напряженного состояния (рис.3). За диаграмму предельной пластичности стали принята зависимость степени интенсивности пластической деформации (εС), накопленная материальной частицей на момент разрушения образца, от показателя жесткости и вида напряженного состояния.

Principialnaya_sxema_opredeleniya_kriticheskix_temperatur_xrupkosti_stali_pri_slozhnom_napryazhennom_sostoyanii

Рис.3. Принципиальная схема определения критических температур хрупкости стали при сложном напряженном состоянии: 1-5 – зависимости ε(П) при температурах T1-T5 соответственно

Согласно принятой схеме (см. рис.3) критические температуры хрупкости определялись из условий:

Kriticheskie_temperatury_xrupkosti

решая которые были получены соответствующие расчетные зависимости,имеющие вид

Raschetnye_zavisimosti

К числу достоинств разработанного метода следует отнести возможность дифференцированного учета практически всех наиболее значимых факторов хрупкого разрушения. При этом важно отметить, что результаты расчета не противоречат общепринятым представлениями о закономерностях влияния этих факторов на критические температуры хрупкости стали.

Библиографический список
  1. РД 03-421-01. Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определения остаточного срока службы сосудов и аппаратов. Серия 03. Выпуск 17. – М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2002.
  2. Способ определения остаточного ресурса промышленных дымовых и вентиляцоинных труб / В.Г. Сатьянов, П.Б. Пилипенко, В.А. Французов, С.В. Сатьянов, В.С. Котельников // Безопасность труда в строительстве, – 2007. — №12.
  3. Рекомендации по оценки надежности строительных конструкций по внешним признакам. ЦНИИпромзданий, 1989.
  4. Шматков С.Б. Определение остаточного ресурса промышленных дымовых труб. Технадзор, – 2007. — №5.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.