В 2012 году специалистами ООО ЦНЭПБ «ПРОМТЭК» было произведено обследование (экспертиза промышленной безопасности здания цеха №8).

В здании цеха ОАО «Пензхиммаш» применены двухветвевые колонны одноэтажный производственных зданий типа КДIII-48(колонны средних рядов) по серии КЭ-01-52 вып.III общей длинной H=13,950мм. Такие колонны выполнены из бетона марки М400 и предназначены для применения в одноэтажных производственных зданиях с пролётами 18,24 и 30м., оборудованных мостовыми кранами грузоподъёмностью 10, 20/5,30/5 и 50/10тс тяжёлого и среднего режимов работы.

В качестве несущих элементов покрытия здания применены металлические стропильные фермы пролётом L=24м с шарнирным опиранием на оголовок железобетонной колонны. Для исключения вне узловой передачи нагрузки от плит покрытия размером B=1,5м применена треугольная шпренгельная система решётки с размером панели по верхнему поясу равном 1,5м. В каждом температурном блоке ниже подкрановых балок между колоннами установлены крестовые связи в середине температурного блока. По покрытию выполнены распорки между фермами в уровне верхнего и нижнего поясов, а так же крестовые вертикальные связи в торцах по середине температурного блока. По верхнему поясу ферм устроены поперечные связевые фермы по всем четырём пролётам. Обычно для ферм пролётом 24м и более в середине фермы по верхнему поясу устраиваются распорки, раскрепляющие верхний сжатый пояс из плоскости расы. Такой распорки по верхнему поясу нет. По нижнему поясу ферм также должны быть поперечные и продольные связевые фермы, а их в конструкции покрытия нет.

Ограждающими конструкциями наружных стен здания являются панели   из   ячеистого бетона, панели выполнены из ячеистого бетона для отапливаемых производственных зданий с шагом колонн 6 м, толщина панелей 240 мм. Марка ячеистого бетона панелей М35 при марке по морозостойкости М_рз 25. объемный вес ячеистого бетона составляет 700-800 кг/м³. Так же часть панелей выполнена из керамического кирпича М-75,внутренние стены выполнены из керамического кирпича марки М-75 на цементо-песчаном растворе марки М-25. В качестве плит покрытия применены плиты ГКП-IV по серии ПК-01-92 под нормативную нагрузку q^н=444кгс/м² и расчётную нагрузку q^р=573кгс/м².Данные плиты имеют размер 240×1490×5980мм выполнены из ячеистого бетона автоклавного твердения для покрытия из рулонных материалов цехов с относительной влажностью воздуха не более 60% и при отсутствии агрессивной среды. Марка бетона М50 при γ=700кгс/м³.Вес одной плиты составляет 1812кгс. Основная рабочая арматура класса A-II 12мм(8 стержней общей площадью A_s=9,048 см² и А^//_s=9,048 см²). В плитах покрытия имеются 4 закладные детали из ∟63×6 длиной L=80 мм. Эти плиты разработаны Ленинградским ГПИ “Промстройпроект” при участии НИИЖБ.

По результатам обследования были даны рекомендации для устранения выявленных дефектов. Так для устранения возникших неравномерных осадок (в пристрое здания) были разработаны ряд методик основанных на использовании реактивных фундаментов[7..9]. Для восстановления работоспособности плит покрытий и железобетонных колонн находившихся в ограниченно работоспособном состоянии были так же применены технологии, разработанные в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства [10,11].

В результате грамотно проведенного обследования и рациональных предложений по устранению дефектов удалось повысить безопасность на производстве и снизить материальные издержки при текущем ремонте предприятия.

, где

t_д – минимально допустимая толщина стенки у основания ствола;
t_эф – эффективная толщина стенки;
t_пр – проектная толщина стенки ствола. Так как проектная толщина стенки не известна, принимаем t_пр равной эффективной толщине стенки ствола, определенной при предыдущем обследовании дымовой трубы.
m – время эксплуатации трубы от ввода в эксплуатацию до момента экспертизы. Так как проектная толщина стенки не известна, принимаем m равным времени эксплуатации трубы от предыдущего обследовании. 
Величины t_д и t_эф определены, исходя из результатов поверочного прочностного расчёта.
Выполняя расчёт остаточного ресурса по вышеизложенному принципу можно наиболее объективно (по мнению авторов) оценить остаточный срок службы металлических дымовых и вентиляционных труб, что положительно скажется на безопасности строительных конструкций и обслуживающего персонала.

Все существующие методы оценки остаточного ресурса исходят из того, что скорость коррозии есть некая постоянная величина, которая существенно не изменится за время эксплуатации в пределах назначенного срока. Между тем опыт эксплуатации нефтеперерабатывающего оборудования показывает, что скорость его коррозионного разрушения не постоянна и, в общем случае, не поддается никакому аналитическому описанию. Неизбежное чередование режимов эксплуатации, остановок и пуска существенно искажает прогнозируемую модель поведения оборудования. Каждый из этих режимов характеризуется собственным механизмом коррозионных процессов, что приводит к изменению скорости коррозионного износа, причем скорость коррозии может меняться на несколько порядков. Недооценка этой особенности может существенным образом отразиться на реальном ресурсе оборудования.

Интенсивной коррозии подвергается оборудование во время остановок на ремонт и в пусковой период (при неизбежных и временных изменениях режимных технологических параметров). Объясняется это тем, что в системе конденсируются слабые растворы HCl, коррозионная агрессивность которых усиливается в результате поглощения Н₂S из паровой фазы, а химико-технологические мероприятия в данный период отсутствуют.

Для оборудования нефтеперерабатывающих производств весьма характерным является наличие в составе технологических отложений на внутренней поверхности различных сульфидов металлов, которые образуются в результате высокотемпературной или низкотемпературной сернистой коррозии. В режиме простоя при свободном доступе кислорода и влаги эти соединения вступают в химические реакции с образованием сероводородной, сернистой, серной и политионовых кислот. Эти химические соединения обладают повышенной коррозионной агрессивностью. Могут вызывать достаточно интенсивную коррозию  углеродистых и низколегированных сталей, причем меняется характер повреждений. Низколегированные стали подвергаются неравномерной коррозии с очаговым характером повреждений, а аустенитные нержавеющие стали под действием политионовых кислот становятся чувствительны к межкристаллитной коррозии. Таким образом, стояночная коррозия приводит к изменению не только количественных показателей коррозии, но и к изменению вида коррозионного разрушения. Иногда даже за время проведения комплекса работ по техническому диагностированию оборудования его реальное состояние может измениться коренным образом.

Обращаем внимание и еще на один факт, что в период остановки установки на ремонт или в стояночном режиме технологического оборудования в связи с разностью электрохимических потенциалов и при наличии остатков влаги и других кислых сред на участке с разнородным сварным соединением аустенит+околошовная зона стали 15Х5М неизбежно будет подвергаться коррозии вплоть до сквозного разрушения.

В статье [1] были рассмотрены некоторые причины снижение работоспособности разнородных сварных соединений из сталей типа 15Х5М, 12Х2М1 с аустенитными швами и поиск технологической возможности и конкретных решений по повышению эксплуатационной надёжности таких соединений.

В данной статье на примере рассмотрим выявленный в процессе технического диагностирования дефектный участок и проведем анализ причин его разрушения.

Оборудование из углеродистой стали подвергается заметной высокотемпературной коррозии в сероводородсодержащих безводных средах при температурах выше 260°С и содержании H₂S выше 0,005%. Для защиты оборудования от высокотемпературной газовой коррозии применяются стали марок 15Х5М, Х9М, 12Х8ВФ, 15Х5. Сварка стыков трубопроводов из стали марок 15Х5М, Х9М, 12Х8ВФ, 15Х5, для обеспечения стойкости против данного вида коррозии, должна производится соответствующими электродами для данной марки стали перлитного класса в соответствии с действующей НТД.

При ремонтных работах допускается сварку кольцевых и угловых стыков технологических трубопроводов, печных змеевиков из вышеуказанных сталей производить электродами аустенитного класса в соответствии с СТО 38.17.003-2009 [2]. Ремонтные работы подразумевают временные надежные промежутки времени эксплуатации сварных соединений хотя бы до ближайшего капитального ремонта установки или на более длительное время, если это обеспечивает принятый технологический вариант сварки для данных конкретных условий эксплуатации.

При этом в процессе эксплуатации сварных соединений с аустенитными швами должна быть исключена возможность конденсации воды в период пуска в работу и остановки трубопроводов.

Для оборудования, работающего в условиях конденсации водной фазы и возможного коррозионного растрескивания, применение аустенитного варианта сварки недопустимо. Также аустенитный вариант сварки сталей не допускается для соединений элементов на следующих линиях оборудования и трубопроводов установок подготовки и первичной переработки нефти: головных погонов эвапоратора, атмосферной и стабилизационной колонн, включающих трубопроводы от верха колонн до конденсаторов-холодильников, от последних до емкостей орошения, от емкостей орошения ректификационных колонн до стабилизационной колонны, а также на трубопроводах линий орошения всех указанных колонн, дренажной воды и газов из емкостей орошения этих колонн, на линиях подщелоченной обессоленной нефти от места ввода щелочи до эвапоратора.

В процессе проведения технического диагностирования, на одном из предприятия отрасли, была выявлена недопустимая врезка перехода Ду80/50 из стали 15Х5М в магистраль трубопровода из стали 12CrMo20.5 заваренная по аустенитному варианту без последующей операции термической обработки электродами аустенитного класса марки ОЗЛ-6 со сквозным дефектом по околошовной зоне перехода Ду80/50. Конструкция врезки представлена на эскизе 1.

Эскиз 1.

На основании проведенного визуально-измерительного контроля данной врезки были выявлены следующие несоответствия:

• тип врезки не предусмотрен действующей НТД в области промышленной безопасности;
• в процессе подготовки стыка к сварке ремонтной подрядной организацией были нарушены требования по подготовке кромок стыка к сварке и сварных швов в соответствии с ГОСТ 16037 [3]. Не произведена вырезка отверстия в магистрали трубопровода Ду300 по внутреннему диаметру перехода Ду80/50, в результате чего образовался выступ на длине более 15мм по всему периметру;
• сварной шов выполнен с нарушением технологии сварки применительно к сварке электродами на высоко никелевой основе;
• угловой сварной шов выполнен с колебаниями электрода на всю ширину шва, что повлекло введение большого количества тепловой энергии в околошовную зону хромомолибденовой стали.

На основе вышесказанного можно сделать вывод, что в нашем случае в одном месте нарушились все требования к надежности сварного соединения повлекшее за собой сквозное разрушение, а именно:

• тип врезки не предусмотрен действующей НТД в области промышленной безопасности;
• в образовавшемся выступе постоянно скапливалась влага после пропарки оборудования;
• перегрев околошовной зоны повлек за собой изменение структуры металла стали 15Х5М (при сварке однородными электродами перлитного класса последующая термическая обработка стыка снимает остаточные напряжения и приводит сварной шов и околошовную зону в исходное состояние);
• разность электрохимических потенциалов на участке с разнородным сварным соединением аустенит+околошовная зона сталей 15Х5М и 12CrMo20.5 в присутствии застойной зоны привело к коррозионным процессам.

Выводы и рекомендации:

При проведении технического диагностирования и экспертизы промышленной безопасности технологического оборудования из хромомолибденовых теплоустойчивых сталей заваренных электродами аустенитного класса без термической обработки сварных соединений, необходимо учитывать вышеизложенные дефекты в разнородных сварных соединениях. Это позволит уже на стадии ознакомления с технической документацией, а также при проведении визуально-измерительного контроля сориентироваться и уточнить методы и объём дополнительного контроля основного металла и сварных соединений.

С целью определения остаточной несущей способности строительных конструкций, авторами статьи были выполнены мероприятия по контролю повреждений железобетонных строительных конструкций, на примере постамента под емкости расположенного на территории опасного производственного объекта в городе Ухта (рис. 1).

Рис 1. Общий вид сооружения.

Основным повреждающим фактором, данного постамента, стал самый распространенный вид коррозии бетона – растворение составных частей цементного камня. Постамент эксплуатируется на открытом воздухе. При этом он подвергается воздействию атмосферных осадков, утечкам среды из емкостного оборудования, установленного на постаменте, и технологической воды, используемой при гидроиспытаниях, промывке оборудования.  Составной частью бетона является легкорастворимый компонент – гидрат окиси кальция, поэтому со временем он растворяется и постепенно выносится, нарушая при этом структуру бетона.

При проведении стандартной плановой экспертизы промышленной безопасности железобетонных сооружений необходимо не упустить не только повреждения бетонных конструкций, но и скрытой в теле бетона – стальной арматуры.

Постамент был введён в эксплуатацию в 1952 году. Сооружение одноярусного постамента состоит из трех отдельных опор под емкости, объединенных между собой площадками обслуживания. Опоры постамента и площадки обслуживания выполнены из монолитного железобетона (арматура гладкая класса АI, бетон марки М-140). После реконструкции часть площадок была заменена на металлические.

Опоры постамента выполнены круглыми в плане, состоящими из колонн прямоугольного сечения, объединенных кольцом и жестко соединенными с поперечными и продольными балками (ригелями), по верху которых устроена сплошная плита покрытия (рис. 2).

Фундаменты постамента выполнены из монолитного железобетона столбчатого типа с уширением в виде ступенчатых плит у основания. Отметка низа фундаментов -2.00 м. Высота постамента до верха покрытия составляет 7.10 м.

Основанием фундаментов сооружения является песок серого цвета, гравелистый, средней плотности, влажный до водонасыщенного, с включением гальки до 5%, с примесью органических веществ, загрязненный нефтепродуктами. Уровень грунтовых вод расположен на отм.-3.50 м.

По результатам обследования конструкций каркаса наиболее опасные повреждения выявлены в поперечных и продольных балках (ригелях) монолитных железобетонных рам постамента в виде нормальных и наклонных трещин, шириной раскрытия до 1.4 мм. Наибольшее количество трещин зафиксировано в поперечных ригелях постамента, (рис. 3). Данные трещины характерны для перегрузки конструкции, которые привели к образованию остаточных деформаций (достижение арматурой пластических удлинений или образования сдвигов, нарушение ее сцепления с бетоном). Симметричное расположение трещин по противоположным боковым поверхностям конструкций свидетельствует об их сквозном характере.

Возможными причинами, способствовавшими развитию трещин в железобетонных конструкциях являются:

- длительный срок эксплуатации сооружения при воздействии на его конструкции нагрузок цикличного характера (уровень продукта изменяется неоднократно в течение суток);

- дефекты строительства (недостаточное уплотнение бетонной смеси);

- нарушение защитного слоя бетона, выщелачивание извести из поверхностного слоя бетона и коррозия арматуры, развитию коррозии бетона способствовало постоянное увлажнение конструкций вследствие неорганизованного отведения атмосферных осадков.

Вышеуказанные причины также способствовали развитию трещины шириной раскрытия до 4 мм по всей высоте конструкции кольцевого пояса.

В колоннах каркаса разрушен защитный слой бетона с обнажением арматуры (рис 4).

Выщелачивание извести из тела бетона конструкций каркаса зафиксировано ориентировочно на 70% площади конструкций. В отдельных участках конструкций выявлены разрушения бетона глубиной до 80 мм с оголением и коррозией арматуры (рис.5).

Железобетонные площадки обслуживания имеют значительные повреждения в виде сквозного разрушения бетона (рис. 6), недостаточной толщины защитного слоя бетона по нижней горизонтальной поверхности кольца.

Разрушение конструкций связано с выщелачиванием извести из поверхностного слоя бетона. Развитию повреждений способствовало постоянное увлажнение конструкций вследствие неорганизованного отвода атмосферных осадков.

Металлоконструкции площадок обслуживания имеют повреждения антикоррозионного покрытия.

Фундаменты сооружения находятся в работоспособном состоянии, дефектов и повреждений конструкций, свидетельствующих о недопустимых деформациях оснований, не зафиксировано.

Выводы:

Железобетонные несущие строительные конструкции обследуемого объекта, были подвержены систематическому воздействию атмосферных осадков, технологических отходов, переменной нагрузке. Основные повреждения несущих конструкций постамента, были сформированы в результате непредусмотренных проектом коррозионных воздействий.

При проведении экспертизы промышленной безопасности, для определения срока дальнейшей безопасной эксплуатации железобетонных строительных конструкций постаментов и этажерок, необходимо учитывать вышеописанные эксплуатационные дефекты. Это позволит уже на стадии ознакомления с технической документацией, а также при проведении визуально-измерительного контроля, сориентировать и уточнить методы и объём необходимого дополнительного контроля.