Электронный журнал

Предприятия энергетики являются стратегически важными объектами.

Возникновение аварий и аварийных ситуаций на данных объектах может носить не только локальный, но и глобальный характер. Очень сложно, а порой и невозможно в полной мере спрогнозировать экономический ущерб и последствия аварий на данных предприятиях.

Сфера энергетики является закрытой и, соответственно, мало изученной. На данный момент отсутствуют обобщенные данные по повреждаемости элементов каркасов эксплуатируемых зданий главных корпусов предприятий энергетики с учетом длительности их эксплуатации.

Знакомство с небольшим количеством зданий главных корпусов предприятий энергетики показало, что здания находятся в удовлетворительном состоянии, а состояние многих несущих конструкций оценено, как ограниченно работоспособное.

Главным корпусом тепловой электростанции называется здание или комплекс зданий, в которых размещается основное и вспомогательное оборудование, непосредственно участвующее в процессе выработки тепловой и электрической энергии [1].

В главный корпус подаются топливо, подлежащее сжиганию, холодная вода для охлаждения отработавшего пара и других целей. Из него отводятся теплая вода после конденсаторов, дымовые газы, шлак, зола, а также тепловая и электрическая энергия. В главном корпусе сосредоточено наиболее сложное и дорогостоящее оборудование, стоимость которого, как правило, составляет более половины стоимости всего комплекса объектов ТЭЦ.

Компоновка главного корпуса должна удовлетворять требованиям по размещению технологического оборудования, что способствует надежному, бесперебойному энергоснабжению потребителей, эффективности работы электростанции в целом, ее высоким технико-экономическим показателям.

Компоновка должна обеспечивать:

• условия для ревизии, ремонта, монтажа и демонтажа оборудования;
• необходимые санитарно-гигиенические условия труда для ремонтного и эксплуатационного персонала;
• пожаро- и взрывобезопасность;
• безопасность персонала, защиту окружающей среды при авариях на электростанции и при экстремальных природных воздействиях;
• высокие технико-экономические показатели главного корпуса;
• возможность реконструкции по завершении проектного срока службы оборудования, а также полного демонтажа с восстановлением на площадке начальных природных условий.

Анализ выполнен по восьми главным корпусам предприятия ОАО «Фортум», которое является частной электро- и теплогенерирующей компанией. Предприятие создано на базе бывшего ОАО «ТГК-10», выделенного из состава РАО ЕЭС России в 2008 году. Основным видом деятельности ОАО «Фортум» является выработка и реализация тепловой и электрической энергии. Установленная мощность Фортум составляет по электроэнергии более 2785 МВт,  по тепловой энергии – 11862 Гкал/ч.

Предприятия ОАО «Фортум» расположены на Урале и в Западной Сибири. В структуре компании работают восемь теплоэлектростанций: 5 из них – в Челябинской, 3 – в Тюменской областях.

Главные корпуса предприятий ОАО «Фортум» вводились в эксплуатацию в разное время, начиная с 1931 года (Челябинская ГРЭС) и заканчивая 1996 годом (Челябинская ТЭЦ-3).

На основании анализа конструктивных решений главных корпусов предприятий теплоэнергетики, установлено следующее: в основу конструктивного решения главных корпусов заложена многопролетная рама, включающая в себя не менее трех пролетов. Конструктивная схема всего главного корпуса определяется конструктивной схемой отдельных его пролетов. Пролеты выполняются полностью в железобетонном, металлическом каркасе или смешанными с железобетонными колоннами и металлическими конструкциями покрытия. Каркас состоит из колонн, балок и ферм, образующих в поперечном направлении раму с жесткими или шарнирными узлами. Жесткость и устойчивость каркаса и отдельных его элементов обеспечиваются системой связей: вертикальными связями по колоннам, воспринимающими продольные усилия от действия ветра на торец здания и сил продольного торможения кранов, горизонтальными и вертикальными связями по шатру здания, обеспечивающими устойчивость конструкций покрытия.

Выполненный анализ охватывает здания пролетом от 6,5 до 45,0 м. Ширина пролетов главных корпусов различна и зависит от назначения. Минимальная ширина пролета 6,5 м (бункерное отделение), максимальная ширина – 45,0 м (машинное и турбинное отделения). Шаг колонн по главным корпусам различен и находится в пределах от 6,0 до 13,0 м.

Здания главных корпусов оснащены мостовыми кранами грузоподъемностью до 100 т, работающими на высоте до 60,0 м.
Особенности конструктивного решения главных корпусов Челябинской ГРЭС (год постройки 1930) и Челябинской ТЭЦ-3 (года постройки 1996-2006) и сравнение основных параметров главных корпусов представлены в табл.1.

В табл.2 представлен анализ основных несущих конструкции главных корпусов.

Таблица 1

Сравнение основных параметров главных корпусов

Таблица 2

Анализ основных несущих конструкции главных корпусов

Наименование отделения	Сечение колонн, мм		Материал колонн	Несущие конструкции покрытия	Пролет, м	Материал
Главный корпус Челябинской ГРЭС
Котельное отделение	Прямоугольное 1000×1400, высота 29,8 м	Прямоугольное 550×1150, высота 29,8 м	Железобетон В25	Металлические стропильные фермы трапецеидального очертания. Элементы ферм составного таврового сечения из двух равнополочных уголков.	23,000	Ст3кп
Машинное отделение	Прямоугольное 700×1200, высота 19,8 м	Прямоугольное 700×1250, высота 19,8 м	Железобетон В25	Балки покрытия монолитные железобетонные сечением 900×700  мм	17,250	Железобетон В25
Главный корпус Челябинской ТЭЦ-3
Котельное отделение	высота 60 м	высота 60 м	Сталь марки Вст3пс5	Металлические стропильные фермы трапецеидального очертания. Элементы ферм составного таврового сечения из двух равнополочных уголков	42,0	10Г2С12
Машинное отделение	высота 27,55 м	высота 27,55 м	Сталь марки Вст3пс5	Металлические стропильные фермы трапецеидального очертания. Элементы ферм составного таврового сечения из двух равнополочных уголков	45,0	Вст3сп5

На основании приведенных конструктивных схем двух главных корпусов ГРЭС и ТЭЦ, построенных в начале и в конце прошлого века соответственно, наблюдается переход от использования железобетонных конструкций в каркасе здания к металлическим. В настоящее время кровля преимущественно выполняется облегченной из профилированного листа или панелей типа «Сэндвич», что в значительной мере уменьшает нагрузку, передаваемую на несущие конструкции здания. Габаритные размеры здания главного корпуса Челябинской ТЭЦ-3, возведенного в более поздний период, значительно превосходят по ширине пролетов и по высоте основных пролетов габаритные размеры здания главного корпуса Челябинской ГРЭС, возведенной в начале прошлого столетия.

В настоящее время с распадом крупных исследовательских, проектных и строительно-монтажных организаций наметилась тенденция к снижению качества строительства. Из-за отсутствия должного контроля за зданиями, не своевременного проведения ремонтов резко ухудшилось состояние уже построенных строительных объектов [2].

При эксплуатации строительных конструкций сооружения его надежность с течением времени падает. Возникает необходимость в ремонте. В связи с этим для обеспечения надежности сооружения играет роль его ремонтопригодность, представляющая собой приспособленность конструкций к периодическим осмотрам и ремонтам [2].

Со временем происходит постепенный износ зданий и сооружений от возникающих в них в процессе эксплуатации различных дефектов и повреждений.

Основными причинами дефектов и повреждений конструкций являются:

• ошибки при проектировании, в том числе неудачные конструктивные решения;
• низкое качество изготовления и монтажа конструкций;
• неправильная эксплуатация зданий и сооружений.

Целью обследования конструктивных элементов зданий главных корпусов является выявление дефектов, повреждений и причин, вызывающих их.

По результатам обследования в зданиях главных корпусов наиболее повреждаемыми конструкциями являются железобетонные балки покрытия, колонны и конструкции монолитных рабочих площадок. В табл.3 представлен анализ основных дефектов и повреждений по несущим конструкциям зданий.

Таблица 3

Описание повреждаемости несущих конструкций главных корпусов

Материал	Фото дефекта (повреждения)	Основные дефекты и повреждения. Факторы, влияющие на безопасную эксплуатацию
Колонны
Железобетон		Разрушение защитного слоя бетона с оголением и коррозией рабочей арматуры
		Коррозия рабочей арматуры. Трещины вдоль арматуры
Металл		Разрушение защитного антикоррозийного покрытия, поверхностная коррозия местами до 50% площади поверхности
		Слоистая и щелевая коррозия по конструкциям
		Сквозные отверстия в стенках колонн
Стропильные фермы
Металл		Местные погибы по элементам ферм
		Общие погибы по элементам стропильных ферм Скопление технологической пыли по конструкциям
		Замачивание. Разрушение защитного антикоррозийного покрытия, общая поверхностная коррозия по элементам ферм
		Внеузловое опирание конструкций покрытия на верхний пояс стропильной фермы
Балки покрытия
Железобетон		Разрушение защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры. Сколы защитного слоя бетона. Замачивание балок покрытия. Коррозия арматуры в теле бетона
Металл		Общая поверхностная коррозия металлических балок покрытия до 10% от толщины сечения
Подкрановые балки
Железобетон		Отслоение штукатурного слоя бетона по всей длине балки. Трещины по штукатурному слою. Вертикальные трещины в середине пролета подкрановой балки шириной раскрытия до 0,4 мм
Металл		Разрушение защитного антикоррозийного покрытия по балкам. Поверхностная коррозия по элементам балок. Отсутствие болтов в соединениях подкрановых балок
Главные балки перекрытия рабочих площадок
Железобетон		Сколы защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры по главным балкам перекрытия
		Подвешивание технологических трубопроводов к продольной арматуре по главным балкам перекрытия
Второстепенные балки и монолитное перекрытие рабочих площадок
Железобетон		Сколы защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры по второстепенным балкам перекрытия
		Разрушение защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры в полке плиты монолитного перекрытия
		Сквозные отверстия с оголением и коррозией арматуры в полке плиты монолитного перекрытия
Плиты покрытия
Железобетон		Трещины в продольных ребрах плит покрытия. Коррозия арматуры в теле бетона
		Разрушение бетона с оголением и коррозией арматуры в полке плиты. Замачивание плит покрытия

В результате обобщения материалов обследования зданий главных корпусов установлено, что значительная часть конструкций эксплуатируется с повреждениями, наиболее опасными из которых являются разрушение бетона с оголением и коррозией арматуры, коррозия по металлическим конструкциям, общие погибы по элементам стропильных ферм. На рис.1 и 2 представлены диаграммы  характерных дефектов и повреждений по стропильным фермам и по конструкциям монолитных рабочих площадок.

Рис.1. Диаграмма характерных дефектов и повреждений по стропильным фермам:
1 – местные погибы по элементам ферм; 2 – общие погибы по элементам ферм;
3 – скопление технологической пыли по конструкциям покрытия; 4 – разрушение
защитного антикоррозионного покрытия, поверхностная коррозия; 5 – внеузловое
опирание конструкций покрытия на верхний пояс стропильной фермы

Рис.2. Диаграмма характерных дефектов и повреждений по конструкциям
монолитных рабочих площадок:
1 – сколы защитного слоя бетона с оголением и коррозией арматуры по главным балкам перекрытия; 2 – подвешивание технологических трубопроводов
к продольной арматуре по главным балкам перекрытия; 3 – сколы защитного слоя
бетона с оголением и коррозией арматуры по второстепенным балкам;
4 – разрушение защитного слоя бетона в полках плит; 5 – сквозные отверстия
в полках плит с оголением и коррозией арматуры

На рис.3 представлены диаграммы повреждаемости несущих конструкций зданий главных корпусов, в которых учитывается срок эксплуатации здания. За единицу повреждаемости принято отношение дефектных (поврежденных) конструкций к общему количеству однотипных конструкций.

Рис.3. Диаграммы повреждаемости несущих конструкций зданий главных корпусов предприятий энергетики

В результате анализа данных, полученных при обследовании, выявлены основные наиболее значимые причины появления дефектов и повреждений, к которым относятся:

• повреждение конструкций в результате динамического воздействия;
• повышенная влажность;
• низкое качество изготовления конструкций;
• неправильная эксплуатация;
• отсутствие постоянного должного контроля за состоянием конструкций.

Основная часть дефектов и повреждений по строительным конструкциям образуется и накапливается в результате неправильной эксплуатации.

Учет вышеперечисленных причин позволит в дальнейшем значительно снизить вероятность возникновения аварийных ситуаций при эксплуатации и планировании ремонтно-восстановительных работ и повысить безопасность зданий главных корпусов предприятий энергетики.

Библиографический список

• Кузнецов И.П., Иоффе Ю.Р. Проектирование и строительство тепловых электростанций. – 3 изд., перераб. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
• Добромыслов А.Н. Диагностика повреждений зданий и инженерных сооружений. – М.: МГСУ. 2008.
• Предотвращение аварий зданий и сооружений: Сборник научных трудов / Под ред.К.И. Ерёмина. – М.: МГСУ, 2009. №8.
• СП 13-102-2003. Правила обследования несущих строительных конструкций зданий и сооружений / Электронный справочник нормативных документов «Строй Инфо - ЭКСПЕРТ (Москва)».