Обследование градирен ТЭЦ и промпредприятий: разрушение конструкций, обледенение и ремонтопригодность

Градирня стареет быстрее всего, что стоит на площадке. Её конструкции круглый год находятся в водяном тумане, зимой проходят десятки циклов замораживания и оттаивания, а циркуляционная вода несёт соли, продукты коррозии и биологические обрастания. Двадцать лет службы градирни по нагрузке на материал не равны двадцати годам службы обычного производственного здания.

При этом сооружение редко выводят из работы: оно нужно постоянно, доступ к конструкциям затруднён, а повреждения долго остаются невидимыми снизу. Обследование обычно заказывают после того, как с оболочки упал кусок обшивки или зимой перекосило вентиляторный узел. Разбираем, что и как смотреть — и почему решение о ремонте, усилении или замене должно опираться на расчёт, а не на впечатление от осмотра с земли.

Почему условия работы градирни разрушают конструкции

Три фактора действуют одновременно и усиливают друг друга.

Постоянная влажность. Конструкции не просыхают. Бетон работает в водонасыщенном состоянии, металл — в условиях непрерывного увлажнения, древесина — при влажности, близкой к предельной. Защитные покрытия в такой среде живут в разы меньше расчётного срока.

Переменные температуры. Зимой через толщу конструкции проходит перепад от плюсовой температуры внутри до глубокого минуса снаружи. Водонасыщенный бетон проходит циклы замораживания и оттаивания, и разрушение начинается с поверхностных слоёв — там, где расположен защитный слой арматуры.

Химически активная вода. Циркуляционная вода концентрируется при испарении, в неё добавляют реагенты для стабилизационной обработки и биоцидной обработки. Результат — выщелачивание бетона, коррозия арматуры и закладных деталей, ускоренная коррозия металла каркаса в зоне переменного смачивания.

Типовые повреждения башенных градирен

У башенных градирен с железобетонной вытяжной оболочкой обследование сосредоточено на нескольких узлах.

• Оболочка башни. Карбонизация бетона на глубину, превышающую защитный слой, коррозия арматуры с отслоением защитного слоя, вертикальные и кольцевые трещины, выщелачивание с высолами, локальные сквозные разрушения. Отдельно оценивают геометрию: отклонения формы оболочки от проектной — прямой признак потери несущей способности.
• Наклонные колонны и опорное кольцо. Самая нагруженная зона, к тому же постоянно смачиваемая. Здесь проверяют трещины, состояние узлов сопряжения, коррозию арматуры, деформации и осадки фундаментов.
• Каркасно-обшивные конструкции. На градирнях с деревянным или металлическим каркасом смотрят гниль и биопоражение древесины, коррозию металла и закладных деталей, ослабление и коррозию крепежа, разрушение и отрыв листов обшивки. Упавший лист — типовая аварийная ситуация с риском для персонала.
• Водораспределение, ороситель, водоуловитель. Засорение и биообрастание сопел, деформация и обрушение пакетов оросителя, разрушение водоуловителя. Помимо потери эффективности охлаждения это перегружает несущий каркас: обводнённый и обмерзший ороситель весит существенно больше проектного значения.
• Водосборный бассейн. Трещины и разрушение днища и бортов, фильтрация воды, повреждение деформационных швов и гидроизоляции, подмыв основания, состояние подводящих и отводящих каналов, заиливание. Утечки из бассейна опасны вдвойне: они и вымывают грунт под фундаментами, и зимой образуют наледь вокруг сооружения.

Что смотрят на вентиляторных градирнях

У вентиляторных секционных градирен добавляется механика, и большая часть отказов начинается именно с неё.

• состояние диффузора и конфузора, коррозия и деформация обечаек;
• крепление вентиляторного узла, рама, виброизоляция, состояние анкеров;
• редуктор, трансмиссионный вал, соосность, уровень вибрации;
• лопасти: эрозия, расслоение композита, отклонения угла установки, дисбаланс;
• несущие балки и перекрытия секций, площадки обслуживания, ограждения и лестницы;
• состояние поворотных щитов воздуховходных окон и системы регулирования расхода воздуха.

Секционная компоновка даёт ложное чувство безопасности: одну секцию всегда можно вывести. На практике вывод секции перегружает соседние и ускоряет их износ.

Обледенение: почему это вопрос несущей способности, а не эксплуатации

Зимнее обледенение на градирне принято считать эксплуатационным неудобством. Это ошибка: лёд — это нагрузка, которая в проекте не закладывалась.

Как это развивается. При низкой тепловой нагрузке, перекосе гидравлического режима, неотрегулированных поворотных щитах или неработающем периферийном обогреве воздуховходных окон вода по краю оросителя переохлаждается, и по периметру окон нарастает наледь. Она сужает проходное сечение, тяга перераспределяется, режим отклоняется ещё сильнее, и процесс ускоряется сам себя.

Последствия для конструкций:

• лёд на оросителе и его каркасе даёт нагрузку, кратно превышающую собственный вес пакетов, — отсюда прогибы, разрушение узлов крепления и обрушения секций оросителя;
• наледь по периметру воздуховходных окон нагружает нижний пояс и опорные конструкции несимметрично;
• на вентиляторных градирнях лёд на лопастях и диффузоре вызывает дисбаланс, вибрацию и разрушение подшипниковых узлов и рамы;
• обмерзание площадок, лестниц и ограждений создаёт прямую угрозу для персонала при обходах;
• падение крупных массивов льда повреждает конструкции нижнего яруса и оборудование вокруг градирни.

Поэтому при обследовании обязательно поднимают историю зимней эксплуатации: где регулярно образуется наледь, чем её сбивали, были ли обрушения оросителя. Следы механической околки льда — вмятины, срубленные кромки, повреждённые крепления — сами по себе становятся отдельной группой дефектов.

Из чего состоит обследование

Работы строятся по общим правилам обследования и мониторинга технического состояния зданий и сооружений и включают несколько этапов.

Подготовительный. Изучение проектной и исполнительной документации, паспорта сооружения, истории ремонтов и аварий, режимных данных по нагрузке и качеству воды, результатов предыдущих обследований.

Визуальный осмотр. Сплошной обход всех доступных конструкций с фиксацией дефектов на развёртках и схемах. Верхние ярусы оболочки и внутренняя поверхность обследуются с применением промышленного альпинизма, подъёмников или средств дистанционного осмотра — без этого верхняя треть башни остаётся непроверенной.

Инструментальный этап. Определение фактической прочности бетона неразрушающими методами и по отобранным кернам, измерение глубины карбонизации и толщины защитного слоя, вскрытие арматуры с оценкой степени коррозии и остаточного сечения, толщинометрия металлических элементов, испытания древесины, геодезическая съёмка геометрии оболочки, осадок и кренов, обследование фундаментов и грунтов основания, лабораторный анализ циркуляционной воды на агрессивность.

Поверочные расчёты. Несущая способность считается по фактическим сечениям, фактической прочности материалов и фактическим нагрузкам — с обязательным учётом дополнительных нагрузок от обледенения и обводнения оросителя, которых в исходном проекте нет.

Заключение. Категория технического состояния конструкций — от работоспособного до аварийного, перечень дефектов с причинами, рекомендации по ремонту, усилению или ограничению режима эксплуатации, необходимость мониторинга.

Как результаты влияют на решение

Обследование нужно не ради документа, а ради выбора между тремя сценариями.

Ремонт. Подходит при работоспособном или ограниченно работоспособном состоянии с локальными дефектами: восстановление защитного слоя и инъектирование трещин, замена обшивки и элементов каркаса, антикоррозионная защита, ремонт бассейна и гидроизоляции, замена оросителя и водоуловителя, наладка водораспределения.

Усиление. Требуется, когда расчёт показывает недостаток несущей способности: усиление наклонных колонн и опорного кольца, устройство дополнительных связей и поясов, перераспределение нагрузок, усиление фундаментов. Обязательно сопровождается проектом и авторским надзором.

Замена. Обсуждается, когда деградация носит сплошной характер, коррозия арматуры и потеря сечения охватывают большую часть конструкций, а стоимость усиления приближается к стоимости нового сооружения. Часто одновременно решается вопрос перехода на другой тип градирни.

Отдельно оценивают ремонтопригодность: возможно ли выполнить работы без полного вывода градирни, есть ли резерв по охлаждению на время ремонта, какое время года допустимо для бетонных и антикоррозионных работ, как организовать доступ к конструкциям. Ремонт, технически исполнимый, но требующий останова в разгар летних нагрузок, на практике не выполняется и переносится до аварийного состояния.

Отдельный вопрос — статус сооружения. Если градирня расположена в границах опасного производственного объекта и отвечает признакам из статьи 13 Федерального закона № 116-ФЗ, речь пойдёт уже об экспертизе промышленной безопасности зданий и сооружений с внесением заключения в реестр Ростехнадзора: порядок и статус заключений смотрите на сайте службы, а действующие редакции нормативных документов — в справочно-правовых системах. Если градирня к ОПО не относится, оформляется техническое заключение по результатам обследования. Определить это нужно до начала работ: от статуса зависят и состав документов, и требования к исполнителю.

Когда экспертиза промышленной безопасности всё-таки требуется и сроки поджимают, ускорить процедуру помогает сервис «Блиц-эксперт» НПИ «Недра»: заявку сразу видят все эксперты, аттестованные по нужной области, цена по тарифу института видна до регистрации, срок — от одного дня, оплата двумя частями по 50%, заключение приходит с электронной подписью.

Обследование градирен НПИ «Недра» выполняет силами собственной лаборатории неразрушающего контроля и проектного отдела: осмотр конструкций с применением промышленного альпинизма, инструментальный контроль бетона и металла, геодезия, поверочные расчёты и проект ремонта или усиления. Опишите тип градирни, год ввода и характер повреждений в форме заявки — инженер предложит состав работ и сроки.

Фото: jurvetson, Flickr, CC BY 2.0