Безопасная эксплуатация дымовых труб.
творческая работа учащихся

Безопасность эксплуатации дымовых труб

Определение состояния дымовой трубы

С 2003 г. на кирпичные и железобетонные дымовые трубы экспертные организации писали заключения, рекомендации которых владельцы дымовых труб обязаны были выполнять: нанесение на наружную поверхность паронепроницаемых железобетонной обоймы, штукатурки и краски. В результате такого «неправильного» ремонта ускорялось разрушение труб, поскольку, если разрушения стали заметны снаружи, то изнутри - уже труха. Цена замены дымовых труб после таких способов расширения рынка услуг по ремонту дымовых труб обошлась бы государству в несколько триллионов рублей. По мнению автора, те руководители предприятий, которые были введены в заблуждение экспертами и подрядчиками в надобности такого разрушающего ремонта, должны внести эти экспертные организации в список недобросовестных поставщиков. Необходимость отстранения «преступных» ремонтников вызвана и тем, что они продолжают создавать проблемы добросовестным подрядчикам, которые внедряют способы ремонта, сохраняющие дымовые трубы после варварских мероприятий. А экспертиза промышленной безопасности труб в таком случае - фикция, ведь эксперты измеряют не прочность несущего ствола кирпичной или железобетонной трубы, а прочность наружной корки. Но, поскольку трубы разрушаются изнутри кнаружи, то и осматривать несущий ствол нужно не снаружи, а изнутри, хотя осмотреть несущий ствол изнутри мешает кирпичная футеровка. Высверливать керны алмазными сверлами диаметром 50 мм, как это делается при проведении экспертизы, не только дорого и трудоемко, но и рискованно. Многочисленные отверстия от кернов ослабляют несущий ствол кирпичной или железобетонной дымовой трубы.

Решение о том, является ли дымовая труба аварийной, можно принимать только на основании расчета с точными данными измерений геометрии и прочности. Если снаружи прочность бетона составляет 20 МПа, а изнутри она нулевая, то придется не только снять футеровку, но и очистить несущий ствол до прочного основания (кирпича/бетона). Даже в этом случае мы не сможем узнать, как прочность меняется по всей толщине.

Замеров прочности должно быть не менее, чем один на 4 м2 поверхности ствола. Нашим специалистам пришлось разрабатывать свой метод определения прочности кирпича и бетона по всей толщине сверлением отверстия диаметром всего 10-12 мм. А поскольку погрешность измерения не превышает 20%, то перед проведением расчетов на прочность мы снижаем результаты замеров прочности кирпича/бетона на 20% и получаем реальную прочность с небольшим запасом.

Но более простой и дешевый метод определения состояния дымовой трубы - это ее визуальный осмотр инженером, который сам разбирал дымовые трубы отбойным молотком. Он уже знает, как выглядит бетон (кирпич) на участках, которые легко разбираются. Его оценка является даже более качественной, чем результаты обследования с измерением наружного слоя бетона (кирпича) склерометром.

Концептуальные ошибки проектирования

В проекте кирпичной или железобетонной дымовой трубы обычно предусматриваются материалы с такой морозостойкостью кирпича и бетона, которая обеспечит ресурс эксплуатации. Однако, не учитывается то, что морозостойкость кирпича и бетона снижается в несколько раз, если он пропитан не водой, а растворами солей и кислот.

Кроме того, при обдувании дымовой трубы морозным ветром, фланговые части быстро промерзают и так же быстро оттаивают после смены направления ветра. Таким образом, количество циклов «замерзание-оттаивание» происходит не 2 раза в году, как это предусмотрено проектировщиками, а при каждой смене направления ветра.

Основной принцип остановки процессов разрушения: скорость диффузии агрессивных растворов из дымовых газов в тело несущего ствола должна быть ниже скорости испарения влаги с наружной поверхности дымовой трубы. Покрытие кирпичных и железобетонных дымовых труб наружной штукатуркой или краской, паропроницаемость которой ниже, чем паропроницаемость материала несущего ствола, сокращает срок службы дымовой трубы в несколько раз. Фактически, определить, какую площадь надо очистить от рыхлого слоя, можно только непосредственно выполнив эту самую очистку. Везде, где нам приходилось снимать штукатурный слой, мы обнаруживали крайне низкую прочность несущего ствола. На железобетонных трубах (с толщиной стенки 120 мм) прочность снаружи после снятия штукатурки составляла 12 МПа, тогда как рядом была не менее 30 МПа. А по толщине прочность снижалась на 1,5-2 МПа на каждые 10 мм толщины.

Выбор исполнителя на ремонт (демонтаж) дымовой трубы

Для определения подрядчика, который обеспечит как безопасность персонала высотников, так и надежность и долговечность дымовой трубы, должен применяться особый алгоритм.

Ремонтных организаций сейчас больше, чем дымовых труб. Более или менее грамотных специалистов - единицы. Но обеспечить безопасность де-факто может не тот, кто имеет кучу разрешительных документов, а тот, кто имеет максимальный опыт самых сложных работ. Такие специалисты имеют и соответствующие их компетенции научно-исследовательские разработки в области промышленной безопасности, а применение технологий и конструкций, созданных на основе этих разработок, позволит обеспечить безопасную эксплуатацию дымовых труб на долгие годы, и, соответственно, снизить затраты на эксплуатацию энергетического комплекса. Например, специалистами нашего предприятия разработан проект дымовой трубы, в конструкцию которой встроен водогрейный котел. Котел является абсолютно взрывобезопасным, дешевле модульной котельной и имеет более высокий КПД. Зачем нести расходы на длинные коммуникации, если можно установить такую дымовую трубу с котлом рядом с потребителем тепловой энергии? Однако, ни один заказчик не согласится применить что-то новое, пока не увидит, что где-то это уже дает положительный результат. Изобретатель вынужден десятилетиями зарабатывать деньги, чтобы сделать опытный образец. А если, все-таки, ему удается продемонстрировать хотя бы одно из десятков его изобретений, тут же пираты разворовывают его интеллектуальную собственность, лишая изобретателя возможности внедрять другие его изобретения. В такой недобросовестной конкурентной борьбе были задавлены главные производительные силы страны - изобретатели.

Запущенность решения проблем дымовых труб и ухудшение безопасности при их эксплуатации возникла по макроэкономическим причинам. В России 10 тыс. труб выше 100 м, а замена такой трубы стоит выше 100 млн руб. Дороговизна ремонта продиктована отнюдь не численностью персонала, участвующего в ремонте, поскольку на дымовой трубе опасно размещать большое количество высотников. Причины высокой стоимости работ на дымовых трубах следующие:

а) высокая квалификация персонала;

б) дорогие технологии и оборудование;

в) высокие накладные расходы, в т.ч. и потому, что работы проводятся только летом.

Когда владельцы дымовых труб выставляют на торгах требования большого штата рабочих и ИТР, это говорит о полном отсутствии понятия о принципах безопасности на дымовых трубах. Проектные мероприятия должны максимально сокращать количество и время нахождения персонала на высоте. За тремя работающими альпинистами сверху наблюдать может только Бог, а не множество инженеров!

Способы решения

Газоотводящие стволы с вентилируемым зазором решают проблему диффузии в новых трубах. Недостатком являются высокая цена и то, что старые дымовые трубы уже пропитались агрессивными растворами. Поэтому они продолжают разрушаться даже после установки газоотводящего ствола.

При значительных разрушениях обычно приходится местами заново восстанавливать кирпичную кладку. Однако лучше всего заменить кирпичную кладку на сплошную кольцевую армированную железобетонную обойму, которая гарантирует большую долговечность.

Если наружный слой поверхности дымовой трубы сухой, если несущий ствол дымовой трубы имеет снаружи положительную температуру (прогрет дымовыми газами), то и в сильные морозы не будет разрушения, даже в том случае, если диффузия растворов все-таки достигла наружной поверхности. Именно для этого необходимо снимать футеровку с дымовых труб, которые работают на низкотемпературных дымовых газах, тем более, что футеровка все равно, по проекту, является паропроницаемой. Затем, на несущий ствол изнутри укладываются армирующие сетки и арматура периодического профиля. После промывки и смачивания внутренней поверхности несущего ствола инерционным упрочнением (специальной технологией торкрета, применяемой для реакторов) наносится бетон толщиной от 30 до 100 мм (двойная панцирная сетка). Такая оболочка и ствол несущий усилит, и снизит скорость диффузии агрессивных газов. Для полной остановки диффузии торкрет пропитывается таким эластичным и химически стойким гидрофобизатором, который не трескается при температурных деформациях.

По опыту долговечности внутреннего торкрета в дымовых трубах, наш внутренний торкрет, впервые выполненный в 2007 г., показал отсутствие дальнейшего разрушения.

Торкрет изнутри был сделан только от отметки 30 (верх) до отметки 20 м из-за недостатка средств у заказчика. В месте, где заканчивается торкрет, ниже отметки 20 м, видны следы разрушения трубы (протекание кислотного конденсата) (рис. 1а), а на рис. 1б снаружи еще видно мокрое пятно. Это признаки разрушения кирпичной кладки, причиной которого является неправильно вставленный газоход от нового котла, отчего низкотемпературный дым бьет в противоположную сторону.

Рис. 1. Следы разрушения на трубе в местах, где отсутствует защита торкетом: а) - пятно от кислотного конденсата; б) - мокрое пятно от разрушения кирпичной кладки рядом с газоходом.

Конкуренты, недовольные тем, что мы останавливаем разрушение трубы, пытались разрушить торкрет ударами кувалды по ходовым скобам и уголку - не удалось (рис. 2, 3).

Рис. 2. След от ударов кувалды по уголку, удерживающему молниеприемный электрод. Уголок идет насквозь стенки.

Рис. 3. Трещины торкрета на трубе от ударов кувалды по ходовым скобам. Пос. Ворсино Калужской области, 2007 г.

Тогда они полили его плавиковой кислотой. Торкрет из колючей шубы превратился в полированную бугристую поверхность (эффект, который применяют для химической полировки хрустальной посуды после нанесения резцом узоров), но прочность сохранил.

Сегодня с помощью железобетонной торкрет-оболочки мы усилили уже 3 стальные футерованные дымовые трубы. При этом усиление велось именно по футеровке, с опиранием железобетонной оболочки на фундамент. Одну из дымовых труб, перед нанесением торкрета, пришлось перенаклонять, т.к. она имела недопустимый крен. Также в 2013 г. мы усилили разрушенную дымовую трубу в пос. Обидимо Тульской области не только внутренней оболочкой, но и наружным торкретом. Следов разрушений на сегодня - нет.

Когда есть паронепроницаемая внутренняя оболочка, нет фильтрации агрессивных растворов в тело дымовой трубы. Для улучшения качества торкрета была разработана новая конструкция торкрет-пушки, которой и выполняются работы.

Демонтаж дымовых труб

Для демонтажа дымовых труб, которые пришли в такое аварийное состояние, что к ним опасно было подходить, ранее нами применялись вертолеты, которые изначально разбивали оголовок подвешенной бой-бабой, а после опускали на оголовок раму с канатами, по которым осуществлялся относительно безопасный подъем на трубу. Метод оказался дорогим и опасным как для вертолета, так и для персонала. Пилоты не могут стабилизировать положение вертолета из-за нестабильных восходящих потоков, а сама рама не может быть зафиксирована надежно за разрушенный оголовок. После испытаний метода на Щекинской ГРЭС в 1989 г мы от него отказались. Позже мы узнали, что авторы этого метода попробовали повторить его с бригадой трубокладов из Монастырской Готни (Белгородская область). При поднятии трубоклада лебедкой на дымовую трубу, рама съехала вместе с оголовком и погиб человек.

Рис. 4. а) - труба была высотой 160 м (такие из кирпича строили только в Норильске). В 1989 г. была разрушена до отметки 130 м. Один раз в несколько минут вниз сверху падал кирпич. Диаметр трубы в основании 20 м, наверху - 12 м. Толщина стен внизу 2 м. Слой футеровочного кирпича «в один кирпич», т.е. 25 мм; б) - противоположная стена. Видно, как оголовок раскрылся в форме розочки, лепестками наружу. Верхние 5 м высоты специалисты разбирали руками, осторожно перемещаясь по кругу, сидя верхом на стене. Периметр стены (длина окружности) составлял 36-40 м.

В том же, 1989 г. на кирпичной дымовой трубе (диаметр основания 20 м, остаточная высота трубы снизилась с 160 до 130 м, диаметр оголовка был более 10 м) на аглофабрике Норильского комбината (рис. 4) мы запустили сигарообразный аэростат, который вытащил нам наверх альпинистские веревки и отстрелил их. При выходе аэростата из дымовой трубы, от порыва ветра, вывалился огромный фрагмент стены трубы площадью в несколько квадратных метров. С этой стороны и был организован подъем.

Рис. 5. Развалины, которые снизу казались как зубы, а наверху - это многотонные фрагменты стен выше человеческого роста, готовые обрушиться при малейшей возможности: а) - вид сверху; б) - вид изнутри.

В марте 1994 г. у дымовой трубы высотой 148 м Никелевого завода (Норильск) штормовым ветром снесло верхние 40 м, оставив выступающие на 2-4 м, качающиеся на ветру фрагменты (рис. 5, 6).

Рис. 6. После расчистки оголовка от «живых» стен начали колоть трубу на сегменты а) и валили сегментами б).

В 1990 г. на аглофабрике Норильска мы разбирали вторую кирпичную дымовую трубу высотой 100 м методом взрывов вертикальных шпуров глубиной 1,5 м. В качестве взрывчатого вещества использовали детонирующий шнур (ДШ). Мощность взрыва регулировалась количеством нитей ДШ. Опыт проведения таких микровзрывов показал, что прочность кирпичной кладки после многих лет эксплуатации очень неоднородна, и кто бы не делал расчеты, они не будут точными, т.к. основаны на некорректных данных о прочности взрываемого материала.

«Направленный взрыв» - это всего лишь рекламный слоган. Ведь чтобы направить сферический фронт взрывной волны, надо с противоположной стороны организовать такую монолитную железобетонную стену, которая сможет выдержать и отразить взрыв, а это чаще всего нереально выполнить. Во всем остальном - взрывом просто заменяют отбойный молоток, но не обеспечивают гарантированной точности валки. А при разборке ниши отбойным молотком, с опиранием несущего ствола на шпальную выкладку (как саперы опирают мосты), можно задать дымовой трубе предварительный наклон, обеспечивающий точность валки. Но и у данного метода есть недостатки: если прочность кирпичной кладки в основании дымовой трубы ниже, чем прочность древесины, то труба может начать падать назад. Также важно обеспечить одновременное сгорание деревянных опор.

Рис. 7. Валка кирпичных труб высотой 65 м частями в стесненных условиях.

Когда длина сектора слишком маленькая, чтобы валить дымовую трубу целиком, применяется валка частями (рис. 7). При этом надо рассчитать максимальное давление падающей части на ту часть дымовой трубы, которая расположена ниже, чтобы эта падающая часть не завалила назад (на цех или котельную) оставшуюся нижнюю часть. Таких работ нами было проведено несколько. Есть информация о том, что менее квалифицированный подход к валке труб частями приводил к авариям и даже к гибели людей (невозможно моментально и безопасно эвакуироваться с дымовой трубы до начала ее падения).

В прошлом году наши специалисты попали в очень затруднительную ситуацию. Стальная футерованная дымовая труба высотой 47 м могла быть уложена только двумя частями в сектор, с зазором 100 мм (рис. 8а). Причем была высока вероятность того, что падающая верхняя царга сделает сальто в полете, что и произошло. Верхняя царга заваливается на оголовок, а самое сложное (когда стоите на голове) - положить «ноги» в сектор с зазором 100 мм. Проблема усугублялась тем, что сварные швы были выполнены с нарушением технологии сварки и после снятия футеровки, при ветровой раскачке, швы начали расходиться (рис. 8б). А заказчик вначале требовал, чтобы мы разбирали трубу разрезанием на листы с опусканием листов лебедкой. Опасности: а) увеличение времени работы персонала на высоте; б) опасность того, что снимаемый элемент потянет за собой следующий, который не имеет надежного сварного соединения.

Рис. 8. Чусовой, 2015 г. Валка двумя частями: а) - видно, в какой узкий коридор придется укладывать дымовую трубу; б) - верхняя царга; в) - сварные швы разошлись. Обе части трубы легли точно в цель, не задев здание справа и вышку прожектора слева.

По нашим расчетам, высота верхней части не должна была превышать 17 м, чтобы она при падении не толкнула назад нижнюю часть трубы. Поэтому, когда царга перевернулась, она не достала до земли и, оторвавшись по сварке, ударилась оголовком в землю, после чего продолжила вращение своей комлевой частью вокруг оголовка. Падение комля пошло в том направлении, в котором нами был закреплен стальной направляющий канат (рис. 8в). При диаметре трубы 3 м - это уникальный случай точности - можно подавать заявку в книгу Гиннесса!

В разборке железобетонных дымовых труб имеется очень серьезное противоречие.

При алмазной резке железобетонных дымовых труб на сегменты разрезается и вертикальная арматура. Но в трубах часто образуются вертикальные кольцевые трещины, разделяющие несущий ствол на два ствола: внутренний и наружный. При наклоне вырезанного сегмента, может отколоться часть бетона, и тогда сегмент снесет площадку вместе с персоналом, поэтому при разборке дымовой трубы нельзя резать вертикальную арматуру. Кроме того, заваливаемый сегмент может за арматуру утащить нижнее кольцо бетонирования, к которому закреплена площадка с людьми. Такой групповой несчастный случай произошел в 1993 г. на Черепетской ГРЭС.

Решение есть: разбивать бетон гидромолотом на более легкие части. С этой целью нашими специалистами было разработано, запатентовано и изготовлено легкое устройство управления гидромолотом.

Безопасность персонала при сложных ремонтах и демонтаже на дымовых трубах

Обращаюсь к ИТР заказчиков. Может ли учить сапера врач во время разминирования? Может ли трубочист давать советы врачу во время проведения сложной операции?

Не бывает безопасных ремонтов и демонтажей дымовых труб. Наиболее опасные ситуации возникают тогда, когда ИТР заказчика, не обладающие достаточными знаниями и опытом в области безопасности дымовых труб, начинают диктовать исполнителю опасные для его жизни требования к исполнению работ и пытаться руководить нами во время работы. Навязывание неквалифицированных требований безопасности есть провокация техногенной аварии и гибели персонала (рис. 9). Причина одна - инерция мышления: ИТР заказчика, ответственные за дымовые трубы, привыкли к тому, что подрядчика выбирают без их участия, поэтому самостоятельно пытаются изучить проблемы, чтобы иметь возможность повлиять на неквалифицированных подрядчиков.

Рис. 9. Загорелась минвата внутри трубы (завод Минваты) прямо перед началом спуска нашего сотрудника. Чуть не сгорел. Вниз бежал по лестнице бегом.

Такое вмешательство в работу отнимает наши ресурсы от главного - нашей безопасности. Несмотря ни на что, приходится любой ценой отстранять мешающие службы заказчика, иначе мы можем пропустить смертельно опасный фактор. Так в 2011 г. демонтировали валкой стометровую кирпичную аварийную дымовую трубу в Днепродзержинске (Коксогазовый завод ЕВРАЗ). Труба имела наклон более метра в сторону эстакады с трубопроводом аммиака Ду 400. С одной стороны, ИТР заказчика понимали, что ситуация крайне опасная, а с другой стороны, они не имели достаточного опыта выхода из таких ситуаций, не говоря уже о синтезе абсолютно нового решения. Ко всему добавились часовые проверки моей машины на КПП при въезде на завод и выезде. Прорубив сквозной проем в основании трубы на половину периметра, и, оперев трубу на деревянную опору, я покинул Украину. Через 3 дня, после «особого» приглашения я вернулся. Осенние ветра раскачивали дымовую трубу, и за время моего отсутствия наклон трубы изменился на противоположный (что и требовалось). Никто более нам не мешал и через час после начала работ труба легла точно в заданный сектор.

Если сравнить соотношение погибших на дымовых трубах к количеству тех, кто ремонтирует (демонтирует) дымовые трубы, то это соотношение будет не ниже, чем количество погибших на войне к численности армии. А когда риск как на войне, оформление нарядов-допусков и регулярные инструктажи - это обязательная профилактика безопасности. Инструктаж дисциплинирует сознание высотника и не позволяет ему расслабиться на период наиболее опасного периода работ. Без хорошей физической подготовки и опыта работы на дымовых трубах у промышленных альпинистов исполнение самых грамотных решений невозможно и опасно.

В области ремонта или демонтажа дымовых труб требования безопасности может выдвигать только исполнитель, поскольку именно он рискует своей жизнью, а не заказчик. И чем выше квалификация исполнителя, тем выше уровень безопасности. Вопрос сроков решается более ранним началом работ, а не сокращением периода исполнения. Недопустимо прописывать санкции к срокам исполнения опасных работ. Принуждение в методах страховки, вида средств индивидуальной защиты, способа и сроков исполнения - есть способ организации покушения на убийство под видом техногенной катастрофы.

Ломать нельзя ремонтировать

Эксплуатация дымовых труб должна происходить в соответствии с требованиями промышленной безопасности ОПО - опасного производственного объекта. Поэтому необходимо не только правильно организовать контроль за состоянием дымовой трубы, но и разумно подойти к вопросам, касающимся ее ремонта или замены.

Поскольку ремонт на порядок дешевле замены дымовой трубы, а прослужит грамотно отремонтированная современными способами труба дольше, чем новая, это позволит быстро окупить капитальный ремонт любой дымовой трубы и вложить сэкономленные средства в развитие предприятия.

Однако принимать подобное решение необходимо только на основании обследований, проведенных компетентными специалистами. Получив большой опыт на демонтажах дымовых труб, в большинстве случаев им достаточно просто осмотреть дымовую трубу, чтобы выдать оптимальные рекомендации по восстановлению или демонтажу.

Литература

1. Патент РФ на изобретение № 2435918.

2. Патент РФ на изобретение № 2477777.

3. Патент РФ на изобретение № 2275722.

4. Патент РФ на изобретение № 2160348.

5. Патент РФ на изобретение № 2344252.

6. Интернет-ресурс: http: //sppas.ru/forum/index.php?showtopic=326.

7. Интернет-ресурс: http://sppas.ru/forum/index.php?showtopic=23.