Влияние технологического оборудования на строительные конструкции - БЭСКИТ

8 (812) 272-44-15
8 (812) 275-36-18
8 (921) 964-94-92

Home
A+ R A-

Влияние технологического оборудования на строительные конструкции

Влияние условий эксплуатации  технологического оборудования  на строительные конструкции  зданий и их оценка  при проведении  экспертизы  промышленной безопасности

 

При проведении экспертизы промышленной безопасности зданий опасных  производственных объектов  осуществляется проверка условий эксплуатации строительных конструкций: температурно-влажностного режима помещений, соответствие ограждающих конструкций  категориям и требованиям  взрыво- и   пожаробезопасности.

Особое внимание при  обследовании зданий и сооружений должно быть обращено  на технологическое оборудование, при работе которого  возникают динамические  нагрузки, оказывающие  существенное влияние на строительные конструкции  зданий.

Экспертиза промышленной безопасности, проведенная на одном  из предприятий  ЗАО «БЭСКИТ» показала, что  технологический процесс приготовления  магнезиальной  добавки  для производства  аммиачной селитры  сопровождался  сильными вибрациями.  Недопустимые вибрации были  отмечены  на конструкциях  металлической  этажерки  под реакторы  и самого здания. Эксплуатация  в таких условиях являлась   опасной как для самих  конструкций, так и для обслуживающего персонала.

Цех  аммиачной селитры  представляет собой  одноэтажное  однопролетное  здание, состоящее из  двух разновысотных  производственных  блоков. Здание имеет  размеры 54.3х18.0 м и выполнено  по каркасной  рамно-связевой  конструктивной схеме из сборных  железобетонных  конструкций. Высота одного  блока до балки покрытия 9.60 м, другого – 18 м.

В блоке расположены  двухуровневая  этажерка  из металлического каркаса под технологическое оборудование и трехэтажный  блок вспомогательных  помещений (трансформаторная, лаборатория, ЦПУ).

Этажерка под реакторы  и связанный с ней  несущий каркас  существующих  бункеров  передают свой  собственный вес  и вес от  технологического  оборудования на одиночные  монолитные  фундаменты. Некоторые фундаменты  являются общими  (неразвязанными)  с железобетонными  колоннами  здания. Согласно  представленному  проекту, при реконструкции как фундаменты  этажерки, так и  стойки  под новые нагрузки не усиливались.  При реконструкции   были демонтированы  и металлические связи, ранее  обеспечивающие  жесткость  несущего каркаса бункеров, однако под  новую конструкцию  этажерки такие  связи не были предусмотрены.

Основными агрегатами  установки  по приготовлению  магнезиальной  добавки являются  три реактора, установленные на отм. 9.60. Реакторы имеют четыре, жестко связанные  с корпусом  металлические опоры, которые опираются  на второстепенные  балки этажерки и крепятся  к ним болтами (по одному болту на каждой опоре.

В каждый из   реакторов по трубопроводу подается 58-60% азотная кислота  объемом  10м3 и конденсат  сокового пара объемом 8.6 м3, что дает в конечном итоге нагрузку одного реактора в 18 м3 32-38% азотной кислоты. Реакторы  снабжены  двумя барботерами, через которые  подается осушенный  воздух для перемешивания конденсата и азотной  кислоты. Далее, в 3-4 приема, происходит  загрузка порошка каустического  магнезита в реакторы, сопровождающаяся  бурной реакцией. Загрузка обеспечивается  с помощью   потока воздуха  давлением 1.5 кг/см2. Через 10-15 мин. В барботеры снова подается  осушенный воздух  для перемешивания  раствора в течении 40-60  минут  до следующей операции.

Давление подачи  осушенного воздуха  составляет 1.5 кг/см2. При перемешивании  осушенным воздухом  и бурной  реакции  порошка с азотной кислотой технологический процесс приготовления  магнезиальной  добавки  сопровождается сильными вибрациями реакторов, которые  с разной  степенью  интенсивности сложных колебательных  процессов, продолжаются до тех пор, пока  работает реактор (4-6 часов).  Вибрации  от реакторов передаются  на металлокаркас этажерки и строительные  конструкции  здания.

Устройство реактора  и технологический  процесс приготовления магнезиальной  добавки приведены на рисунке.

Целью инструментального  вибрационного обследования  явилось:

- определение уровня вибраций, спектральный состав  и частотный диапазон  колебаний  при различных  режимах  работы реакторов;

- определение технологических режимов работы реакторов, при которых происходят  максимальные вибрации;

- определение собственных  частот  несущих  элементов этажерки, в том числе элементов, поддерживающих  реакторы;

- определение элементов конструкций  этажерки требующих  усиления;

- определение параметров вибраций от работающих  реакторов на строительные  конструкции  здания  для выбора  варианта  усиления;

- разработка мероприятий для обеспечения  снижения  уровня вибраций.

Измерение параметров вибраций осуществлялось  при различных  режимах работы реакторов, зависящих  от технологических  этапов  приготовления  магнезиальной добавки.

Вибрации регистрировались  в трех взаимно  перпендикулярных направлений  отнесенных к осям «X», «Y», «Z».

Каждый режим  работы  реакторов  сопровождался  измерениями  параметров вибраций в ряде точек, строительных конструкций, элементы которых  имели наибольшую  интенсивность  колебаний. Вибрации  измерялись  на главных  и второстепенных  балках, являющихся  опорными  для реакторов №1 и №2, на опорах  реакторов, в местах крепления  балок  к стойкам этажерки, железобетонных  колоннах каркаса здания, фундаменте колонн, а также в помещениях ЦПУ.

Запись производилась  в течение  всего цикла работы обоих реакторов. Максимальные амплитуды вибросмещений оценивались  по всему  частотному диапазону колебательного  процесса.

В качестве  амплитудно-частотных характеристик оценивалась максимальные  амплитуды  тех частот колебаний, на которых наблюдалось явление резонанса.

Результаты инструментального  обследования  позволили сделать следующие  выводы:

1. Технологический процесс  приготовления  магнезиальной добавки  в реакторах  сопровождается  вибрациями, которые носят   случайный  и сложный характер, зависящий от большого количества  факторов: жесткостных  и инерционных  параметров конструкции этажерки и реакторов; меняющихся  параметров технологического  процесса и массы рабочего  состава и т.п. Динамические нагрузки, возникающие  при этом процессе, малоизученны и не были  учтены при проектировании  металлической  этажерки.

Резкое повышение  вибраций отдельных элементов этажерки при  работе реакторов связаны  с недостаточной  конструктивной  жесткостью  опорных  элементов. Записи  колебаний  при различных  этапах  работы  реакторов подтвердили  резонансный  характер  повышенных  вибраций.

Собственные  частоты колебаний  конструкций этажерки лежат  в основном в области  низких  частот  в диапазоне  от 0.6 до 6.5 Гц.

2. Колебания отдельных  элементов  металлической  этажерки  значительно превышают  допустимые.

Максимальные вибрации  зарегистрированы  пи совместной работе  реакторов, а именно при подаче  магнезиального порошка в  первый реактор и продолжающейся  реакции  в полностью  загруженном втором.

Амплитуды вибросмещений отдельных элементов несущих конструкций  этажерки значительно превышают  максимально допустимые  перемещения  для этих  элементов.

Амплитуды вибромещений  в вертикальной  плоскости  главных балок опорных  под реакторы достигают 2,1мм, что превышает допустимые (1/50000 пролета) в 17,5 раз.

Амплитуды  вибросмещений  в вертикальной  плоскости  второстепенных балок  опорных под реакторы достигают 1,25 мм, что превышает допустимые (1/50000 пролета) в 14.5 раз.

Амплитуды вибросмещений  главных  и второстепенных  балок в горизонтальной  плоскости не превышают допустимых.

Амплитуды  колебаний  опор  реакторов значительно отличаются  друг от друга, что указывает  на различную и недостаточную жесткость опорных элементов конструкций  этажерки  и несимметричность  расположения центра  тяжести реактора.

3. На фундаментах  и колоннах  здания отмечен  весь спектр  частот  вибраций  металлической этажерки. Наибольшие  перемещения  колонн  в горизонтальных  направлениях  превышают  величину  максимально  допустимого  значения равного  280 мкм, что  говорит  о существенном влиянии  вибраций  металлической  этажерки на строительные конструкции  здания. Результатом  такого  воздействия  стали  как появившиеся  волосяные  поперечные  трещины в защитном  слое  бетона колонн, так  и многочисленные  ослабленные  участки в местах  сопряжения  колонн, стеновых  панелей и плит покрытия.  Колебания,  передаваемые  стойками  металлической  этажерки  на фундаменты  колонн  здания, не влияют  на их прочность  и не вызывают  неравномерных  осадок.

4. Уровень  вибраций  рабочих  площадок  этажерки  и реакторов, рабочих  мест  в помещении  ЦПУ существенно  превосходил  предельно допустимые  Санитарными нормами значения.

Вибрации  рабочих площадок  на отм. 9.60 превысили  предельно допустимые  значения  виброскоростей в диапазоне  частот от 1.6 Гц до 6.3Гц в 1.22-13.06 раза.

Вибрации рабочих мест ЦПУ  превысили предельно допустимые  значения  виброскоростей в диапазоне  частот от 6.5Гц до 56Гц в 1.1-5.5 раза.

Для рабочих площадок реакторов максимальные амплитуды  колебаний при подача  магнезиального порошка, в ряде случаев, достигали 5 мм.

 

На основе  анализа  полученных  результатов  был разработан  рабочий проект  усиления  конструкций. Для снижения уровня колебаний строительных конструкций при работе реакторов предложено изменение жесткости отдельных, наиболее гибких элементов конструкций этажерки. Усиление элементов конструкций этажерки привело к увеличению собственных частот, уходу от резонанса и снижению вибраций при незначительном изменении массы конструкций. В настоящее время рекомендованные мероприятия выполнены, вибрации значительно снизились.

Экспертиза промышленной безопасности  здания с учетом  результатов инструментального  вибрационного  обследования  позволила  своевременно разработать  рекомендации для дальнейшей  безаварийной эксплуатации.

 

Заместитель директора ЗАО «БЭСКИТ»                                  Н.С. Гурьева

Эксперт II категории

do Yandex Metrika
Яндекс.Метрика

Login

8 (812) 272-44-15
8 (812) 275-36-18
8 (921) 964-94-92