Обеспечение надежности зданий и сооружений

Слесарев В.А., Слесарев С.В. // Безопасность труда в промышленности, Москва, 2005г., №1, с. 55-56 // "Обеспечение надежности зданий и сооружений – важная составляющая промышленной безопасности ТЭС"

Основные здания и сооружения тепловых электростанций (ТЭС), согласно методическим рекомендациям [1], идентифицированы как опасные производственные объекты (ОПО). Поэтому при декларировании безопасности этих объектов должна производиться экспертиза промышленной безопасности зданий и сооружений.

Комплексы зданий ТЭС представляют собой уникальные строительные сооружения шириной 90-120м, высотой до 90м и длиной до 600м. Здания ТЭС идентифицированы как опасные производственные объекты по признакам наличия технологических сред с высокими параметрами давления и температуры, а также из-за наличия значительного количества грузоподъемных механизмов.

Основное количество зданий и сооружений действующих ТЭС сооружены и 1960-1985 гг. с использованием унифицированных сборных железобетонных и стальных несущих и ограждающих конструкций. Хотя по причине отказа строительных конструкций серьезных аварий в последние годы не произошло, это не должно успокаивать руководство ТЭС, так как уровень безопасности этих конструкций быстро снижается и по некоторым уже подошел к опасной черте. Это связано с физическим износом материалов конструкций, повреждениями их при ремонтах оборудования и другими причинами.

Анализ причин аварий, как в России, так и за рубежом подтверждает, что они происходят, как правило, от неблагоприятного сочетания нескольких факторов. Причины появления и степень влияния их на надежность эксплуатации различна, но повреждения от их сочетания могут создать аварийную ситуацию на объектах со сроками эксплуатации 30-40 лет. На основании нашего опыта обследования зданий и сооружений ТЭС приводим некоторые из наиболее существенных причин, снижающих надежность и долговечность строительных конструкций:

1. Отсутствие в проектной документации мероприятий по обеспечению расчетной долговечности конструкций, равной для капитальных зданий 50-60 годам. Эти вопросы в нормах проектирования (СНиПах), находились, как бы «за кадром». Считалось, что если конструкции запроектированы по нормам проектирования, то долговечность их уже обеспечена в течение расчетного срока эксплуатации здания. Из-за игнорирования проблем долговечности оказалось, что целый ряд конструкций и узлов уже через 20-30 лет начинает терять работоспособность от коррозионных повреждений арматуры в железобетонных конструкциях и металла в стальных конструкциях. Причем степень повреждений такова, что требует срочного усиления или замены конструкций. Характерным примером такого досрочного выхода из строя железобетонных конструкций является сильная коррозия рабочей арматуры плоских плит перекрытий типа ППЖ, по которым защитный слой бетона за 20-30 лет эксплуатации полностью карбонизирован. С такими повреждениями фиксируются 3-5% плит, подлежащих замене. Из этого следует, что уже на стадии проекта предусмотрены строительные конструкции с различной долговечностью и они  в 2 раза ниже расчетной долговечности зданий и сооружений.
2. Другими причинами снижающими надежность конструкций являются грубые ошибки, допускаемые на всех стадиях строительства объекта, так называемый «человеческий фактор». По результатам анализа многочисленных аварий промышленных зданий в [2] показано, что они на 50-70 % происходят из-за некомпетентности или халатности исполнителей и контролирующих работников. Эти ошибки, как правило, не отражаются в исполнительной документации и могут быть выявлены только при проведении комплекса работ по макродиагностике зданий и сооружений квалифицированными экспертами. При обследованиях ТЭС выявляется большое количество ошибок, как ошибки допущены при проектировании, изготовлении, монтаже и эксплуатации. Общее количество их составляет около 50-65 % от числа выявленных. Ошибки фиксируются во многих конструкциях и узлах. Причем некоторые из них создают аварийную ситуацию даже без учета других нарушений. Например, это видно на фото 1, где показан узел опирания стальной колонны крановой эстакады высотой 20м. В течение 20 лет мостовой кран грузоподъемностью 10 тс эксплуатируется на колоннах, опирающихся на монтажные подкладки высотой 90мм без бетонной подливки и обетонирования базы колонны. Отмечена сильная коррозия анкерных болтов.
3. Серьезное влияние на надежность и долговечность строительных конструкций зданий и сооружений ТЭС оказывает уровень их технического обслуживания. Следует отметить, что в последнее 10 – 15 лет обслуживание объектов производилось в условиях не достаточного финансирования. В это время практически не производились обследования, резко снизились объемы и качество ремонтно-восстановительных работ. В результате отмечается рост аварийных конструкций и узлов, развитие нарушений которых произошло из-за несвоевременных ремонтов. Характерным примером такого вида нарушения являются обрывы деталей крепления стеновых панелей. Эти панели закреплены к колоннам в 20 % случаев только в двух углах при проектном креплении в четырех и поэтому, не выявленный во время обрыв одной крепежной детали может привести к падению стеновой панели весом 10т на оборудование и трубопроводы высокого давления. Пример аварийного узла крепления стеновой панели показан на фото 2, где виден обрыв крепежной детали, и стеновая панель уже вышла из плоскости стены на 30мм. Такое состояние строительных конструкций ТЭС во многом объясняется отсутствием или некачественным выполнением работ по их диагностике.

Известно, что степень риска отказа строительных конструкций возрастает с увеличением количества повреждений. Эта зависимость риска отказа согласно п.3.8 [2] выражается формулой:

M + N > 3, где:

M – число ошибок,

N – количество отклонений характеристик конструкций от проекта.

Из этого следует, что безопасная эксплуатация может быть обеспечена при снижении количества повреждений. Сами же повреждения и степень их опасности могут быть выявлены в процессе экспертизы промышленной безопасности зданий и сооружений ТЭС. И при этом основное внимание должно уделяться выявлению грубых ошибок, которые приводят к отказам строительных конструкций с тяжелыми последствиями.

Учитывая, что по многим объектам ТЭС обследования технического состояния строительных конструкций производились 15-20 лет назад, а по ряду – вообще не производись с самого начала эксплуатации, сроки этих обследований должны соответствовать срокам декларирования промышленной безопасности согласно  Постановлению Правительства РФ от 02.02.98 г. №142, но не реже чем 1 раз в год. Такая организация регулярных обследований позволит повысить уровень промышленной безопаснсти ТЭС.

Из-за существенного влияния проблем надежности и долговечности зданий и сооружений опасных производственных объектов на их промышленную безопасность считаем целесообразным разработать технический регламент по обеспечению мер по надежной их эксплуатации в течение расчетного срока работы объекта, а также разработать стандарты по реализации систем контроля уровней безопасности на всех этапах существования объекта. До принятия  технического регламента по надежности и долговечности зданий и сооружений ТЭС для разработки проектов строительства, реконструкции или ремонтов их необходимо привлекать экспертные организации, имеющие опыт исследования проблем надежности и долговечности аналогичных объектов.

Кроме административного регулирования проблем обеспечения промышленной безопасности ТЭС в виде регламентных сроков экспертизы, привязанных к срокам декларирования промышленной безопасности, следовало бы использовать классический рыночный механизм повышения надежности, который широко используется во многих странах – это контроль страховых компаний. Страховые компании могут дифференцированно менять условия уровень страховых платежей в зависимости от результатов заключения независимых экспертов по уровню риска  эксплуатации объектов промышленной опасности. Таким образом, у предприятия появляются дополнительные стимулы повышать уровень промышленной безопасности, выполнять необходимые регламентные работы.

Экспертиза промышленной безопасности зданий и сооружений ТЭС, идентифицированных как опасные производственные объекты, является сложной технической проблемой, которая требует разработки специальной методики по количественному определению остаточного ресурса. Дело в том, что существующие в настоящее время методические указания [3], позволяют определять только качественные характеристики основных категорий строительных конструкций по степени их  работоспособности. Прямой расчет остаточного ресурса практически невозможен из-за необходимости определения множества характеристик фактического состояния конструкций и окружающей среды для расчетов по существующим методикам. Поэтому следует принять для расчетов оптимальное сочетание качественного и количественного методов для определения остаточного ресурса. Это предполагает выявление по действующим методическим указаниям отдельных типов конструкций неработоспособного состояния и расчет остаточного ресурса только небольшого количества элементов. Анализ этих результатов позволит определить остаточный ресурс, как для отдельных зданий и сооружений, так и для объекта в целом и, кроме того, выявить слабые места, подлежащие срочному ремонту или усилению.

Таким образом, повышение надежности зданий и сооружений ТЭС может быть обеспечено при выполнении регламентных работ по экспертизе промышленной безопасности этих объектов методом макродиагностики строительных конструкций с привлечением высококвалифицированных экспертов. При этом могут быть выявлено около 90% факторов риска.

Для обеспечения надежности и долговечности зданий и сооружений опасных производственных объектов – ТЭС следует включить в список разрабатываемых технических регламентов документ «Безопасность, надежность и долговечность зданий и сооружений опасных производственных объектов, включая нормативы по срокам безопасной эксплуатации и методы их определения».

Список литературы

1. РД 03-616-03. Методические рекомендации по осуществлению идентификации опасных производственных объектов. ГУП «НТЦ Промышленная безопасность» Госгортехнадзора России, Москва, 2004 г.
2. Перельмутер А.В., Избранные проблемы надежности и безопасности строительных конструкций. Киев, издательство УкрПСК, 2000 г.
3. МУ 34-70-116-85. Методические указания по диагностике строительных конструкций производственных зданий и сооружений энергетических предприятий. Москва, По Союзтехэнерго, 1986 г.