Реферат: Технологічна безпека та продовження ресурсу сталевих конструкцій в корозійних середовищах

--PAGE_BREAK--–   кількісна оцінка показника ремонтопридатності Tв,j на підставі розрахунку сталевих конструкцій на корозійну стійкість і довговічність;
–   аналіз рівня вразливості сталевих конструкцій залежно від ступеня критичності (категорії) дефектів і ушкоджень;
–   оцінювання погроз (категорії технічного стану) при експлуатації за фактичним станом для встановлених значень ремонтопридатності сталевих конструкцій;
–   відновлення експлуатаційних властивостей, подовження ресурсу сталевих конструкцій і зниження рівня ризику при реалізації заходів ПЗН виробничих будівель і споруд.
Ступінь критичності дефектів і пошкоджень конструкцій (Qf) визначається за формулою:
<shape id="_x0000_i1027" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«69500.files/image006.wmz» o:><img width=«85» height=«41» src=«dopb275847.zip» v:shapes="_x0000_i1027"> ь(2)
де wi — вагова характеристика виявлених недосконалостей конструкції; ni — відносна частота виявлення дефектів та ушкоджень, 1/рік.
На підставі оцінки показників якості експлуатації, реєстрації дефектів і ушкоджень призначається режим безперервного або вибіркового контролю (табл. 1) з урахуванням категорії виявлених недосконалостей. Вибірковий контроль може бути трьох видів: посилений, нормальний та послаблений. Показник ремонтопридатності (Тв, рік) визначається за формулою:
Тв =То + Ту, (3)
де То – тривалість контролю при виявленні дефектів та пошкоджень, рік; Ту – тривалість технічного обслуговування і ремонту, рік.
Таблиця 1
Режим контролю технічного стану і відновлення експлуатаційних властивостей конструкцій
Група ремонто-придатності
Показник ремонто-придатності,
Тв, рік
Режим контролю
Характеристика виду дефектів та ушкоджень
І
0<Тв£0,02
Безперервний
Наявність хоча б одного критичного дефекту або пошкодження (категорія «А»). Припускаються недосконалості категорій «Б», «В».
ІІ
0,02<Тв£0,08
Посилений
Є один або кілька дефектів або пошкоджень (категорія «Б»). Припускаються недосконалості категорії «В».
ІІІ
0,08<Тв£0,5
Нормальний
Є незначні дефекти або пошкодження (категорія «В»)
ІV
Тв>0,5
Послаблений
Дефекти та пошкодження категорій «А», «Б», «В» відсутні.
Як основна характеристика для визначення ресурсу сталевих конструкцій при агресивних впливах приймається характеристичне значення річних корозійних втрат (An, г/м2рік).
Розрахункові річні втрати від зовнішніх факторів агресивних впливів (A, г/м2рік) визначаються за формулою:
<shape id="_x0000_i1028" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«69500.files/image008.wmz» o:><img width=«123» height=«25» src=«dopb275848.zip» v:shapes="_x0000_i1028"> (4)
де t — тривалість впливів корозійно-активних компонентів в годинах за рік; gfk — коефіцієнт надійності за впливами, що залежить від ступеня агресивності та категорії конструкцій.
Розрахункові річні втрати з урахуванням конструктивної форми (Ak, г/м2рік) визначаються за формулою:
<shape id="_x0000_i1029" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«69500.files/image010.wmz» o:><img width=«111» height=«28» src=«dopb275849.zip» v:shapes="_x0000_i1029"> (5)
де gmk – коефіцієнт надійності за матеріалом при оцінці ступеня агресивності впливів; af – конструктивний коефіцієнт, що враховує нерівномірність корозійного руйнування перетину.
Результатами моделювання корозійного стану сталевих конструкцій є масиви значень коефіцієнта gzf для обґрунтування показників корозійної стійкості (К, мм/рік) і строку експлуатації (Т, рік) елементів конструкцій (рис. 1). Оцінка залишкового ресурсу (Trg) виконується з урахуванням значень коефіцієнта gzf для визначення стратегії технічного обслуговування сталевих конструкцій в агресивних середовищах. Результати розрахункової оцінки залишкового ресурсу сталевих конструкцій (Trg) на прикладі однорідних конструктивних елементів шихтового прольоту мартенівського цеху наведені в табл. 2.
Систематизація показників корозійної стійкості і довговічності сталевих конструкцій виконана для основних груп цехів ВАТ «Донецьксталь» — металургійний завод» за даними розрахунково-експериментального визначення показника якості експлуатації Fe, що включає аналіз пошкоджуваності по відхиленню від середини поля допуску (метод Г. Тагуті).
Дані контролю корозійного стану об'єктів (параметри «виходу» системи) дозволяють зробити аналіз вимог технологічної безпеки (параметри «входу») для обґрунтування регламенту ремонтно-відновлюваних робіт з урахуванням показників ремонтопридатності і післяремонтної несучої здатності.
Таблиця 2
Специфікація параметрів залишкового ресурсу для однорідних конструктивних елементів
№ п/п
Прольот
шихтовий
Показник якості експлуатації, Fe, (номер осей)
Ступінь агресивності впливів, An, г/(м2рік)
Залишковий ресурс конструкцій Trg, років
1
Кроквяні ферми та ліхтареві конструкції
1,24 –1,35
(в осях 10-22)
Неагресивні впливи, 250–400
6,5 – 7,0
1,16-1,30
(в осях 22-34)
Слабоагресивні впливи, 500-750
6,5 – 7, 5
0,91-1,01
(в осях 1-10)
Низькоагресивні впливи, 750–1200
5,0 – 6,0
2
Колони
1,54-1,66
(в осях 1-34)
8,0 – 9,0
3
Підкранові балки
1,89-2,07
(в осях 1-34)
11,0-12,0
Завдання критеріїв граничних станів при продовженні ресурсу за результатами оцінки фактичного стану виконується за допомогою коефіцієнта зворотного зв'язку режиму експлуатації конструкцій (y) на підставі залежності:
<shape id="_x0000_i1030" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«69500.files/image012.wmz» o:><img width=«97» height=«23» src=«dopb275850.zip» v:shapes="_x0000_i1030">, (6)
де N – найбільше розрахункове зусилля в конструктивному елементі, кН; Ф – граничне зусилля, кН, яке може сприйняти елемент з характеристикою пошкоджуваності Qf; Г – відношення резерву надійності.
Використання коефіцієнта зворотного зв'язку режиму експлуатації (y) забезпечує реалізацію аналітичного підходу до керування технологічною безпекою, формування програм забезпечення надійності на основі рішення завдань аналізу причин, наслідків відмов (FMEA) і оцінки критичності відмов (FMECA). При цьому критерієм технологічної безпеки конструкцій залишається характеристика (h), що визначає пропускну здатність регулювання ресурсу:
h=1/(Г-y). (7)
При накопиченні пошкоджень Qf коефіцієнт зворотного зв'язку (y) характеризує зниження експлуатаційних показників сталевих конструкцій при встановленому проектному значенні відношення резерву надійності (Г). Впливи негативних зовнішніх факторів A(L,G,S,T,R) і внутрішніх параметрів A(f) викликають корозійне руйнування і появу ознак граничних станів конструкцій. Пропускна здатність регулювання ресурсу характеризує припустиму зміну проектного значення відношення резерву надійності (Г) для відновлення працездатного стану і продовження ресурсу за рахунок конструктивно-технологічних обмежень і методів забезпечення необхідної післяремонтної несучої здатності. Скінченно-елементне моделювання напружено-деформованого стану (НДС) сталевих конструкцій для оцінки показників ресурсу (y,h) виконане з використанням інтегрованого розрахункового комплексу SCAD 7.29.
Третій розділ містить розрахунково-експериментальне обґрунтування показників ремонтопридатності сталевих конструкцій. За даними обстежень технічного стану захисних покриттів об'єктів металургійного виробництва встановлено, що експлуатаційні параметри конструкцій суттєво залежать від умов експлуатації, якості ремонтних робіт, виконання вимог щодо забезпечення довговічності конструкцій.
При завданні вимог щодо надійності на етапі продовження ресурсу вибір засобів і методів поновлення протикорозійного захисту робиться з урахуванням коефіцієнта готовності сталевих конструкцій (Kg). Завдання визначення коефіцієнта готовності при експлуатаційних впливах середовища (An) сформульоване як розрахунок сталевих конструкцій за граничними станами на корозійну стійкість і довговічність для обґрунтування техніко-економічних показників продовження ресурсу:
граничний стан I групи
<shape id="_x0000_i1031" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«69500.files/image014.wmz» o:><img width=«75» height=«51» src=«dopb275851.zip» v:shapes="_x0000_i1031">
(8)
<shape id="_x0000_i1032" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«69500.files/image016.wmz» o:><img width=«124» height=«44» src=«dopb275852.zip» v:shapes="_x0000_i1032">
(9)
граничний стан II групи
<shape id="_x0000_i1033" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«69500.files/image018.wmz» o:><img width=«151» height=«49» src=«dopb275853.zip» v:shapes="_x0000_i1033">
(10)
<shape id="_x0000_i1034" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«69500.files/image020.wmz» o:><img width=«108» height=«28» src=«dopb275854.zip» v:shapes="_x0000_i1034">
(11)
<shape id="_x0000_i1035" type="#_x0000_t75" o:ole="" fillcolor=«window»><imagedata src=«69500.files/image022.wmz» o:><img width=«143» height=«58» src=«dopb275855.zip» v:shapes="_x0000_i1035">
(12)
де gsr³ h — коефіцієнт технологічної безпеки; gzf – коефіцієнт надійності протикорозійного захисту на момент контролю корозійного стану; gzr — коефіцієнт надійності, що характеризує граничний рівень корозійних втрат елемента конструкції при експлуатації в працездатному стані; gzrv — коефіцієнт надійності при поновленні протикорозійних покриттів; Тrg — залишковий термін експлуатації без додаткових заходів на протикорозійний захист і підсилення; Тz — нормативний термін служби захисних покриттів за даними сертифікаційних випробувань; Тzg — розрахунковий термін служби захисних покриттів з довірчою ймовірністю g=0,95; Тzv — розрахунковий термін продовження ресурсу за корозійною стійкістю.
З метою порівняльної оцінки показників ремонтопридатності для обґрунтування параметрів специфікації по ресурсу (gzrv, Тzg) при поновленні протикорозійного захисту конструкцій проведені прискорені випробування у соляному тумані (ISO 12944-6) зразків конструктивних елементів із захисними покриттями. Коефіцієнт надійності (gzrv) установлює граничний рівень корозійних втрат для заданої розрахункової схеми узагальнених впливів «Навантаження-Конструкція-Середовище» («Н–К–С») при експлуатації з урахуванням припустимого терміну (Тzv) відновлення працездатності захисних покриттів конструкцій за граничним станом ІІ групи.
Як основна розрахункова характеристика корозійної системи «Н–К–С» розглядається реакція опору поверхневому руйнуванню однорідного конструктивного елемента Arn, г/м2рік.
Термін служби системи захисного покриття (СЗП) для заданого режиму експлуатації об'єкта встановлений за експериментальними даними прискорених корозійних випробувань і визначається за формулою:
<shape id="_x0000_i1036" type="#_x0000_t75" o:ole=""><imagedata src=«69500.files/image024.wmz» o:><img width=«137» height=«27» src=«dopb275856.zip» v:shapes="_x0000_i1036">; (13)
де DP(N) – корозійні втрати незахищеної сталі, що відповідають N циклам прискорених випробувань до відмови захисного покриття, г/м2.
Результати розрахунково-експериментальної оцінки показників ремонтопридатності представлені в табл. 3. На основі теоретичних та експериментальних досліджень зроблена оцінка контрольного нормативу СЗП за даними прискорених випробувань для визначення гарантованої довговічності і ремонтопридатності конструкцій.
Таблиця 3
Специфікація систем покриттів при поновленні протикорозійного захисту конструкцій
№№
п/п
Найменування матеріалу покриття
Позначення системи за СНиП 2.03.11-85*
Характеристика стійкості при прискорених випробуваннях
За розробленою методикою при tmax=720 годин
За ISO 12944
gzrv
Kg
Тzg,
год
Тривалість
випробуван-ня, tmax, годин
Інтервальна оцінка довго-вічності, годин
1.
Пентафталеві ПФ-115
Ia-2 (55)
PSt2
0,9
0,65
4,0
480
низька,
від 2 до 5
2.
Пентафталеві ПФ-132 МР «ФЕРРОКОР®»
Ia-2 (80)
PSt2
0,95
0,6
6,5
720
середня,
від 5 до 15
3.
Перхлорвінілові ХВ-124
IIa-3 (80)
PSt2
1,00
0,4
10,5
720
середня,
від 5 до 15
Четвертий розділ містить матеріали оцінки і управління технологічною безпекою на основі аналізу пропускної здатності регулювання ресурсу (h) конструкцій. Невизначеність та ймовірні характеристики об’єктно-суб’єктних взаємозв’язків при технічному обслуговуванні та ремонтних роботах за фактичним станом вимагають створення організаційної структури, яка забезпечує умови прийняття рішень щодо відновлення працездатного стану конструкцій з урахуванням коефіцієнта зворотного зв’язку (y). Для моніторингу, оцінки, контролю і визначення характеристик ризиків використовуються можливості експертної системи «Діагностика–Антикорозійний захист–Реконструкція» і бази даних «Ресурс», склад і функції якої регламентовані положеннями «Інтегрованої системи управління якістю, екологією та охороною праці» стандарту підприємства СТП 101С-6.3-05-2007 «Забезпечення технологічної безпеки при експлуатації будівельних конструкцій будівель та споруд».
Результати розрахункової оцінки показників ремонтопридатності та післяремонтної несучої здатності при продовженні терміну експлуатації конструкцій обробляються у відповідності до встановленої ієрархією побудови інформаційних баз даних об’єктів (рис. 2). Систематизація ознак експлуатаційного стану конструкцій виконується в залежності від рівня вразливості та загроз, груп відповідальності з технологічної безпеки будівель та споруд (табл. 4, 5).
Кількісний показник рівня вразливості змінюється від 1 до 8 балів в залежності від ступеня критичності пошкоджень.
Група конструкцій за показниками ремонтопридатності визначає можливість і терміни їхнього відновлення в залежності від режиму функціонування об’єкту. Категорія дефекту або пошкодження визначається за табл. 13 ДБН 362-92.
Рівень вразливості при моніторингу технічного стану конструкцій класифікується наступним чином:
·                   низький (Н) – від 1 до 2 балів;
·                   середній (С) – від 3 до 5 балів;
·                   високий (В) – від 6 до 8 балів.
Група ремонтопридатності визначає вид контролю і терміни проведення робіт з підвищення працездатності сталевих конструкцій.
Основні етапи робіт, пов’язані з продовженням терміну експлуатації, розглянуті для сталевих конструкцій рудного перевантажувача вантажопідйомністю 30 т прольотом 76,2 м. Рудно-грейферний кран (РГК-2) експлуатується з 1954 р. в тяжкому режимі роботи (табл. 6). Кран-перевантажувач встановлений на рудному дворі доменного цеху (рис. 3, 4).
В конструктивному відношенні сталева клепана гратчаста конструкція РГК-2 має проліт 76,2 м і консолі з боку шарнірної опори 21,85 м, з боку жорсткої опори – 34,5 м. Чисельні дослідження напружено-деформованого стану несучих конструкцій враховували специфіку роботи конструкцій мостових перевантажувачів.
При постановці задачі продовження терміну експлуатації розглянуті параметри вантажопідйомності, інтенсивності експлуатації (діюча продуктивність, фактичні швидкості підйому вантажу, рух візка і мосту крана) і ремонтопридатності.
Таблиця 4
Рівень вразливості конструкцій
Категорія дефекту або ушкодження      Група ремонтопридатності
                    І           ІІ         ІІІ
А                 6-8       -           —
Б                  -           3-5       —
В                  -           -           1-2
Як розрахункова прийнята просторова схема мосту з П-подібним перетином в гратчастому виконанні (рис. 5).
Зусилля в елементах визначалися методом просторових скінченних елементів з використанням обчислювального комплексу «SCAD Office». Виявлені елементи, напруження в яких перевищують граничні з урахуванням чинних режимів навантаження та технічного стану.

Таблиця 5
Рівні ризиків з технологічної безпеки (Ri) в залежності від груп відповідальності, рівня загроз та вразливості конструкцій будівель та споруд
Групи відповідальності з технологічної безпеки
Рівень загрози (категорія технічного стану)
Низький (I)
Низький (II)
Середній (III)
Високий (IV)
Оцінка вразливості конструкцій
Н
С
В
Н
С
В
Н
С
В
Н
С
В
Об’єкти з функціями обслуговування невиробничого призначення (R5)
1
2
3
2
3
4
3
4
5
4
5
6
Об’єкти з функціями обслуговування виробничого призначення (R4)
2
3
3
3
4
5
4
5
6
5
6
7
Допоміжні об’єкти (R3)
3
3
4
4
5
6
5
6
7
6
7
8
Основні об’єкти, що припускають ремонт і технічне обслуговування без технологічної зупинки (R2)
4
4
5
5
5
7
6
7
8
7
8
9
Основні об’єкти, для яких ремонт і технічне обслуговування виконується при технологічній зупинці (R1)
5
5
6
5
6
7
7
8
8
8
9
10
    продолжение
--PAGE_BREAK--