ЕНЕРГИЯ - Списание за оборудване, технологии и инженеринггодина IX, брой 7, 2017

Ремонт и защита на метални конструкции в енергетиката

Ремонт и защита на метални конструкции в енергетиката

С понятието "енергетика" се дефинира най-общо стопанската област, която включва производството, преобразуването, пренасянето и използването на различните видове енергия. Този изключително важен отрасъл изисква големи капиталовложения и има сложна инфраструктура, която е повсеместно развита. Стоманените конструкции са широко застъпени във всички аспекти на отрасъла, а редовната поддръжка гарантира дългата им експлоатационна пригодност.
И все пак неминуемо възниква необходимостта от оценка на състоянието на конструкциите, от доказване на възможността за по-нататъшната им експлоатация, а нерядко и от усилване на отделни елементи или структури.


Преди да се пристъпи към изпълнение на ремонтни работи, е изключително важно да се премине през някои основни стъпки - да се проучи състоянието на съществуващата конструкция и да се определи носещата ѝ способност, да се установи има ли необходимост от възстановяване или усилване, да се избере начин на работа, да се изчисли и конструира структурата, да се изпълни проекта и да се защити подходящо за дълготрайно използване.

Обследване на съществуващата конструкция
Първата стъпка от обследването е заснемането. Прави се геодезическо заснемане на основни нива, хоризонтални и вертикални размери. Определят се котите на горен ръб фундамент, на специфични детайли и опори, и др. Измерват се напречните сечения на носещите елементи, скицират се възлите и снажданията.

В отделни случаи за уточняване на дебелината на елемента може да се наложи пробиване на отвор, като мястото му се избира в участък с ниски стойности на напреженията. Определят се катетите на заваръчните шевове. Добре е да се направи съпоставяне на измерените размери с проектните, ако има налична документация. За изясняване на носещата способност на конструкцията е важно да се оценят качествата на материалите, от които е изградена. Химическият анализ и механичните изпитвания на взети образци могат да дадат данните, необходими за изчисленията, както и каква е стоманата.

При обследването се уточняват и натоварванията, действащи върху конструкцията. Статическите изчисления се правят с реално установените натоварвания, геометрия, сечения и материал за конкретната структура.

Още при изготвянето, транспорта и монтажа, а после и при експлоатацията, е възможна появата на дефекти и повреди, които понижават носимоспособността на елементите и трябва да бъдат идентифицирани по време на обследването. Особено характерни повреди са пораженията от корозия по металните, в частност по стоманените елементи, както и механичните повреди от случайни удари в долните участъци на съоръженията. И още - местна загуба на устойчивост, разрушени снаждания, разкъсани заваръчни шевове, компрометирани анкерни болтове... При прътовите конструкции често се наблюдава изкривяване или усукване на прътите, а във възлите дефектите са най-различни - липса на гайки, шайби и болтове, неравномерни заваръчни шевове, незаварени участъци и т.н. А последствията от корозия при елементите на прътовите конструкции понякога са много изявени.

Всички дефекти и повреди се фиксират подробно, и се вземат предвид при последващите статически изчисления и анализи. Един пример - изкривените пръти на фермите се изчисляват като нецентрично натиснати елементи, а не като работещи на центричен натиск.

В резултат на установените дефекти и проведените контролни изчисления, а в някои случаи - и изпитвания, може да се даде техническо становище за състоянието на конструкцията и носещата ѝ способност. Това е свързано и със следната особеност - проектирането е ставало по други стандарти, и за добрата оценка на реалното състояние на конструкциите е нужно да се познават изходните нормативни документи. При даване на становището особено внимание се обръща на наличните резерви по отношение на носимоспособността. Те могат да се търсят и реализират за сметка на точното определяне на механичните характеристики и химическия състав на стоманата, от която са изготвени обследваните структури. Това често дава възможност да се завиши изчислителното съпротивление в сравнение със заложеното при проектирането; понастоящем това може да се дефинира и като по-висока изчислителна носимоспособност. Друг източник на резерви е точното определяне на натоварването. Обикновено при проектирането се залагат, в полза на сигурността, леко завишени товари.

Намирането и обосноваването на резервите в носещата способност позволяват да се намали работата по усилване на конструкцията, а в много случаи се доказва, че усилване не е необходимо. Тогава ремонтните дейности се съсредоточават само върху почистване и възстановяване на антикорозионното покритие. Какво става обаче, ако е необходимо усилване?

Ремонт с усилване на елементите на носещата конструкция
В условията на експлоатация на дадена стоманена конструкция в споменатия отрасъл усилването е възможно по два начина - или в условията на съществуващото натоварване, с частично разтоварване, или с частичен демонтаж на секцията, подлежаща на усилване. Най-изгодно, но не винаги възможно, е усилването да става на място, с възможното намаляване на действащото натоварване, така че усилията в елементите и съединенията да се сведат до минимум, а в определени случаи - до усилия само от собственото тегло на конструкцията. Разтоварването се осъществява в зависимост от конкретните условия. Може да се използват помощни стойки, опори, допълнителни връзки, като винаги се отчита евентуалната промяна в схемата и влиянието на мястото на подпиране върху работата на конструкцията.

Начините на усилване на даден елемент могат да бъдат следствие от промяна в статическата схема, от смяна на местата, където се предават товарите, от изменение на напречните сечения, от използване на допълнителни ребра за местна устойчивост, както и комбинации от изброените възможности. Всяко усилване на съществуваща конструкция е предизвикателство за инженера, което му дава възможност за задълбочени, творчески и понякога нестандартни решения. При всички случаи се прави задълбочен анализ на възможните варианти.

Един съвсем елементарен пример - широко застъпено е усилването на прътови конструкции с допълнително заварени профили към основните пръти, но то е безсмислено, ако не се отчете промяната на инерционния радиус вследствие промяната на площта на напречното сечение. Очевидно е тогава, че практикуваното понякога "усилване" на натиснати L-пръти чрез заваряване на обло желязо във вътрешния ъгъл на винкела, макар и много удобно, е напълно нецелесъобразно.

В проекта за усилване се дава последователността на заваряване на усилващите профили към съществуващите и към възлите. Усилване на възловите съединения се постига с напластяване на заварка - увеличаване на катета на заваръчния шев или увеличаване на дължината му. В доста случаи за прикрепване на допълнителни елементи се използват високоякостни болтове.

Доставката на отделните усилващи елементи се извършва по стандартните начини на транспорт. Монтажът се извършва с помощта на повдигателно средство, избрано за конкретните условия - автокранове, полиспасти или товароподемни лебедки. Особено внимание се обръща на такелажните приспособления и на тяхното привързване към конструкцията и към повдигателното съоръжение. При всички случаи трябва да се изключват изрязвания и доработки "на място", или каквито и да е дейности, които не са заложени в работния проект или технологията на ремонтните работи.

Защита от корозия
Осигуряването на антикорозионна защита на металните конструкции и поддръжката на нейните високи експлоатационни характеристики са едни от най-важните фактори, гарантиращи надеждността и дългия експлоатационен срок на съоръженията. Комплексната програма от мероприятия по антикорозионна защита се осъществява на всичките етапи — от производството на стоманените конструкции до строителството и експлоатацията.

Начините за защита на стоманените структури от корозия са различни, и зависят от агресивните въздействия на средата, вида на повърхността и нормативните изисквания за дълготрайност. Като допълнително, но несъществено условие може да се включи и цвета на покритието.

Определянето на аресивността на експлоатационната среда става съгласно БДС 9075:1990 "Антикорозионна защита на строителните конструкции и съоръжения, изложени на действието на агресивни среди. Основни понятия. Класификация на агресивните среди". Причините за проявяване на корозионните процеси са проблем, на който са посветени много изследвания. Начините за противодействие са различни - използване на специални високоякостни нисколегирани стомани с повишена корозоустойчивост, изчислени антикорозионни "добавки", при които се увеличава дебелината на елемента, за да се постигне проектния експлоатационен срок, и нанасяне на покрития върху елементите. Горещото поцинковане е едно устойчиво и икономично решение за дългосрочна защита - осигурява на стоманата покритие с дълъг и прогнозируем експлоатационен живот без нужда от поддръжка и е изключително конкурентноспособно, на база първоначални разходи.

В настоящия преглед обаче ще засегнем само покритията, които могат да се нанасят на обекта, тъй като останалите методи на практика са неприложими при ремонтни дейности.

Значимостта на проблема е отразена в утвърден европейски стандарт от осем части за защита на стоманените конструкции с нанасяне на различни системи покрития - БДС EN ISO 12944:2008 "Бои и лакове. Корозионна защита на стоманени конструкции чрез защитни лаковобояджийски системи." Отделните части разглеждат подробно основните принципи, класификацията на околната среда, изискванията към конструкцията, видовете повърхности и подготовка на повърхността, защитните лаковобояджийски системи, лабораторните методи за изпитване на експлоатационните качества и разработване на изискванията за първоначална защита и поддръжка.

Околната среда предопределя шест категории на корозия - от С1 до С5-М, като най-агресивна е С5-М. За всеки отделен случай защитното антикорозионно покритие трябва да съответства на корозионно агресивната категория на заобикалящата среда. Освен това покритието трябва да отговаря на изискваната степен на дълготрайност, позната още като "обхват на устойчивост". Обхватът на устойчивост дава представа за очаквания срок - нисък, среден или висок, на пълноценно действие на покритието, преди да е необходима първата сериозна работа по поддръжката.

В резултат са разработени системи за антикорозионна защита, които се състоят в последователното нанасяне върху металните конструкции на пластове специализирани бои и лакове, т.е. нанася се комбинирано покритие. Така се постига антикорозионна защита на метални конструкции, които се експлоатират дори в тежки промишлени условия или агресивна околна среда.

Подготовката на повърхностите е от голямо значение. Освен почистване и обезмасляване, те се бластират до заложената в проекта степен на чистота и се награпавяват в зависимост от изискванията на производителя на грунда, предвиден за употреба в антикорозионната система. Препоръчително е всички нови елементи да бъдат защитени с комбинирани покрития, положени изцяло в заводски условия.

Това е начинът да се осигури възможно най-голяма дълготрайност и ефективност на защитната система, тъй като в завода има по-добри условия за извършване на операциите по почистване, бластиране, постигане на грапавост, за изсъхване и втвърдяване. Тези условия осигуряват по-добри крайни резултати, а и възможността за контрол на покритието е максимална. Така на обекта ще се изпълнят основно дейности по подготовка на старите елементи и по подготовка за корекции на новите, ако такава се налага.

По същество дейностите, изпълнявани на място, върху съществуваща конструкция, която ще се ремонтира, са същите - почистване, обезмасляване, отстраняване на стари негодни покрития, на остатъци от флюс или на емулсии, използвани при наразрушителния контрол на заваръчните шевове, отстраняване на ръжда. Това може да става ръчно, с метални четки, когато участъците са малки и труднодостъпни за машина, или с пясъкоструйно почистване - абразив под налягане. Следва обработка с ръждопреобразувател.

Полагане на избраната защитна система на място се прави в участъците, в които се налагат корекции на нарушеното покритие при транспорта или монтажа на новите елементи. Ако е необходима цялостна подмяна на съществуващото покритие, тя се изпълнява, но има разработени защитни системи за ремонт на стари покрития, и това придобива все по-голямо значение от икономическа и екологична гледна точка. Ако рехабилитацията на съоръжението се направи в подходящо време и старото покритие все още работи ефективно, в повечето случаи е необходима поправка само на малки участъци. При използване на подходящи грундове дори е възможно да се избегне необходимостта от пясъкоструене на някои от нарушените участъци.

Ето една примерна комплексна защита на стоманена конструкция в агресивна среда с клас на агресия С3 (Градска и индустриална атмосфера, средно замърсяване със серен диоксид, или крайбрежни райони с ниска соленост), и по-конкретно на стоманорешетъчен стълб: Грундиране първи пласт - антикорозионен грунд, с червен цвят, нанесен в два слоя с дебелина 30÷40 µm на сухия слой, втори пласт - грунд с MIOX, двукомпонентен епоксиден грунд със съдържание на слюдест железен оксид, един слой с дебелина 60 µm на сухия слой, финишен слой боя - сребърен феролит, два слоя с дебелина 20÷25µm на сухия слой. При грундиране и боядисване задължително да се спазва предписаното от производителите на грунда и боята технологично време и условия на изсъхване преди нанасяне на следващия слой.

Във всички случаи антикорозионната система трябва да е резултат от внимателно проучване и проектиране. Подготовката на повърхностите, лаковобояджийските материали, грундиращото покритие, изпълнението и контролът трябва да са така подбрани, че да гарантират минимум 15 години експлоатационна дълготрайност на антикорозионното лаковобояджийско покритие, за да е икономически обосновано.

Мерки за безопасност
Ремонтните работи в отрасъла, назависимо дали се касае за ремонт с усилване или само за профилактично почистване и боядисване, се извършват с изключително внимание към безопасността на работниците, особено когато се извършват на височина, в близост до електропроводи, с демонтаж и монтаж на тежки или обемисти елементи. Обикновено съоръженията са оборудвани с предварително съобразени и монтирани елементи, улесняващи достъп и поддръжка.

Например конструкциите на железо-решетъчните стълбове на въздушните електропроводни линии се изпълняват с възможност за осигуряването на лесно и безопасно изкачване на обслужващия персонал и извършването на ремонтни работи и под напрежение. Стълбите, монтирани по стълбовете, трябва да започват на височина 3.00m от земята и да не са под конзолите на стълба, освен ако завършват на 4m под най-ниско разположената тоководеща част.

При извършване на строително-ремонтни дейности в електрическите и топлофикационните централи, електропреносните и електроразпределителни мрежи стриктно се спазват НАРЕДБА №3 от 9.06.2004г. за устройството на електрическите уредби и електропроводните линии, Правилник за безопасност и здраве при работа в електрически уредби на електрически и топлофикационни централи и по електрически мрежи от 29.08.2004г. и всички нормативни документи, свързани с енергийното строителство. Всички работници съгласно изискванията на горецитираните нормативни актове са длъжни да притежават съответната за тяхната длъжност квалификационна група.

Към инструктирания персонал се отнасят общите и строителните работници, такелажниците, бояджиите, монтажниците и др. от външни фирми, които извършват работи по неелектрическата част на електрически уредби и мрежи, а също така и лицата, които работят с електрифицирани машини, апарати, съоръжения и други или използват електрически инструменти с двойна или усилена изолация, класифицирани като клас II по защита срещу поражение от електрически ток, без да участват в техническото им обслужване или ремонти.

Допуска се използването на такива защитно изолирани инструменти, клас II, с номинално напрежение 220V, независимо от характеристиката на средата, но не и при валежи при работа на открито. Разписаните в Наредба №3/2004г. правила са строги, но целта е една - запазване живота и здравето на работниците.

Не бива да се пренебрегват общите мерки за опазване здравето на работниците. Те са описани в Наредба №2 от 22 март 2004г. за минималните изисквания за здравословни и безопасни условия на труд при извършване на строителни и монтажни работи, както и в Наредба №7 от 23.09.1999г. за минималните изисквания за здравословни и безопасни условия на труд на работните места и при използване на работното оборудване.

При много от съоръженията в разглеждания отрасъл се налага извършване на ремонтни и поддържащи дейности на височина. Приема се, че работа на височина е всяка строителна, монтажна или обслужваща дейност, извършвана на височина над 1.50m, измерена от пода или терена, с изключение на дейности на изградени по проект стационарни площадки за обслужване на съоръжения в рамките на предпазните парапети.

Инструктаж, използване на изправни стълби, платформи и др., поставяне на инструментите в специални чанти, работа с предпазен колан или въже, със закрепване към сигурна опора - това са част от мерките, които се вземат при конкретно изпълняваната дейност.

Не бива да се подценяват и опасностите по време на полагане на антикорозионните покрития. Винаги при боравене с бояджийски състави с вредно действие трябва да се ползват защитни маски и очила. И пак ще подчертаем, че работниците и служителите са длъжни да използуват правилно, съгласно инструкциите, предоставените им от работодателя лични предпазни средства и специално работно облекло.