Размышления после проведения экспертизы промышленной безопасности зданий
и сооружений конкретного предприятия
А.А. Алексеев,
канд. техн. наук, ген. директор,
А.Ф. Колиниченко,
д-р техн. наук, советник
ООО «МГЦ «Промбезопасность - Оренбург», Оренбург, Россия
На примере конкретного предприятия описаны характерные особенности работы несущих конструкций зданий и сооружений промышленных производств в условиях агрессивной газовой среды. Особое внимание обращено на неравномерность разрушения конструкций, в первую очередь железобетона как основного конструктивного материала, широко использовавшегося в середине XX в. Авторы делают выводы о необходимости внесения изменений в действующие правила экспертизы зданий и сооружений, вносят конкретные предложения, ориентируясь на современные передовые технологии.
Ключевые слова: экспертиза, здания, сооружения, железобетон, агрессивная среда, коррозия, восстановление.
DOI: 10.24000/0409-2961-2018-12-50-56
Введение
В 2017 г. проведена экспертиза зданий и сооружений на АО «Ангарская нефтехимическая компания» (АО «АНХК»): разработано 460 экспертных заключений, обеспечены их сопровождение и регистрация в Енисейском управлении Ростехнадзора в соответствии с п. 5 ст. 13 Федерального закона от 21 июля 1997 г. № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
Цели работы: на основе опыта, приобретенного в АО «АНХК», обозначить проблемы сохранности и повышения долговечности несущих конструкций зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях необратимых процессов ухудшения прочностных характеристик материалов вследствие коррозии, на предприятиях химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности и наметить пути их решения.
Особенности АО «АНХК»
Основной вид деятельности АО «АНХК» — производство продуктов нефтепереработки, нефтехимии и химических продуктов производственно-технического назначения. Предприятие ежегодно перерабатывает более 9 млн т нефти. Среди приоритетов — обеспечение промышленной и экологической безопасности, охраны труда и здоровья сотрудников.
В состав предприятия входят два структурных подразделения. Первое — это производство нефтехимии. Оно располагается на территории первичного химического завода. Основная часть производственных зданий представляет собой конструктивистские строения 1940—1950-х годов. Их вертикальные опорные конструкции выполнены в основном из кирпича и железобетона и имеют на данный момент достаточно высокий процент износа. Значительная часть объектов уже выведена из эксплуатации.
Следующее структурное подразделение — нефтеперерабатывающее производство. Оно возведено в более поздний период и отличается несколько большим числом зданий из металлических конструкций: многие стеновые ограждения выполнены из легких панелей типа сэндвич. Здесь также значительная часть объектов выведена из эксплуатации.
Для обоих производств характерно большое число эстакад, несущих трубопроводных систем с признаками коррозионных повреждений и видимыми очагами разрушений конструкций в результате воздействия газовой среды.
На предприятии создана разветвленная система обеспечения промышленной безопасности с высококвалифицированными специалистами. Через каждые пять лет проводится экспертиза промышленной безопасности (ЭПБ) зданий и сооружений.
Техническое состояние объектов
Интенсивное строительство объектов народного хозяйства в СССР в начале 1950-х годов сопровождалось дефицитом многих строительных материалов. В связи с этим в 1951 г. Государственный комитет Совета Министров СССР по делам строительства выпустил Технические правила по экономному расходованию металла, цемента и леса в строительстве. В дальнейшем появились другие документы аналогичного содержания, последний из которых — ТП 101-81, официально действовавший до 1989 г.
Сущность этих документов сводилась к простому постулату: «металл следует применять лишь там, где его необходимость не вызывает сомнений». В остальных случаях предписывалось использовать менее дефицитные материалы, прежде всего сборный железобетон. Надзорные органы строго следили за исполнением этого основополагающего документа, а проектные организации воплощали в жизнь данные требования.
В то время эта мера была оправданной, но спустя полвека ее ущербность достаточно четко просматривается не только на примере АО «АНХК», но и других нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий. Она выражается в недолговечности строительных конструкций, выполненных из железобетона и эксплуатируемых в условиях специфических силовых и несиловых воздействий. Для подтверждения этого тезиса уместно обратиться к работе [1], где сказано: «По статистике в промышленно развитых странах убытки от коррозии за год достигают 3—5 % от внутреннего валового продукта. Например, ежегодный экономический ущерб от коррозии бетона только в России превышает 25 млрд руб. В развитых странах он достигает 4 % от валового национального дохода. По оценкам экспертов, во всем мире из-за коррозии теряется более 10 % производимого бетона».
Общеизвестно, что нефтехимические производства характеризуются интенсивными выбросами в атмосферу углеводородов, оксида и диоксида серы, оксида углерода, оксида азота и др. Их воздействие на бетон и железобетон представляет наибольшую опасность, поскольку, соединяясь с атмосферной влагой, кислотообразующие газы продуцируют сернистые, азотные, азотистые и соляные кислоты. Обладая пористой структурой, бетон допускает проникновение агрессивных растворов, которые в его капиллярах образуют накопления малорастворимых солей. В дальнейшем за счет роста кристаллов этих солей происходит разрыв стенок пор, по которым кислотные растворы проникают вглубь тела бетона.
Вредоносное воздействие кислотных растворов на металлы актуально и для арматурной стали. Оно вызывает коррозию, которая создает радиальное давление вокруг арматурных стержней с последующим разрушением защитного слоя бетона, образованием сколов и трещин, часто — с оголением арматуры. Не стоит забывать и об элекгрокоррозии от действия блуждающих токов.
Следует отметить, что интенсивность разрушительных процессов в значительной мере зависит от множества других факторов, к наиболее важным из которых относятся: вид вяжущего вещества, плотность бетона и каким методом она достигнута; прочность бетона, состав и концентрация газов в нем и их способность растворяться в воде; выполнена ли первичная и вторичная защита бетона и др.
Исходя из того, что объекты АО «АНХК» интенсивно строились в основном в 1950—1970-е годы, перечисленные обстоятельства в настоящее время проявляются в различных видах повреждений, что показано на рисунке. Иного ожидать и не следовало, поскольку в то время явно недоставало глубокого научного обоснования применения железобетонных конструкций и изделий, стойких к коррозии, а также технологических решений, обеспечивающих надежную защиту строительных конструкций от коррозии. Действовавшие тогда нормативные документы СИ 262-67, СНиП I-B.27—62 и СНиП III-B.6—62 содержали установленные наукой и подтвержденные практикой требования, актуальные для того времени. Тогда они были минимальными и сводились в основном к вторичным защитным мерам, включающим применение пропиток, лакокрасочных покрытий и других средств защиты от агрессивного воздействия среды.
Известно, что вторичные меры защиты строительных конструкций от воздействия внешней среды без использования мер первичной защиты — малоэффективны. Первичные и вторичные меры взаимодополняемы и предполагают их совокупное использование. Тем не менее в текстовой части СНиП I-B.27—62 и СНиП Ш-В.6—62 вопросам первичной защиты уделялось мало внимания — ведь тогда такого понятия в строительстве по сути не существовало.
Потребовалось несколько десятилетий для того, чтобы отечественные и зарубежные ученые разработали и внедрили в практику принципиально новые эффективные технологические решения, обеспечивающие сохранность и долговечность железобетонных конструкций, работающих в агрессивных средах. Ведущая роль в решении этой проблемы принадлежит Научно-исследовательскому, проектно-конструкторскому и технологическому институту бетона и железобетона им. А.А. Гвоздева.
В настоящее время основные нормативные документы [2—4] достаточно подробно регламентируют действия специалистов, и не только на стадии разработки проекта, но и в процессе строительно-монтажных работ, эксплуатации, ремонта и восстановления железобетонных конструкций, эксплуатируемых в условиях разнообразных агрессивных сред. Они устанавливают порядок использования цементов, заполнителей, пластифицирующих и водоредуцирующих добавок для повышения стойкости железобетонных конструкций, а также других первичных мер их защиты. Мировая практика в этих вопросах также поднялась на более высокий уровень. В частности, Европейский комитет по стандартизации (CEN) разработал серию стандартов, основным из которых является [5], он позволяет внедрять мировой опыт в вопросах использования первичных и вторичных мер защиты железобетонных конструкций от воздействия агрессивных сред. Сюда следует также добавить европейский стандарт в области защиты и ремонта сооружений от коррозии EN 1504, в частности его составные части [6, 7]. Одновременно с этим заслуживают внимания труды отечественных и зарубежных ученых С.Н. Алексеева [8], Л.М. Пухонто [9], В. Холла [10], Р.А. Каллокота [11] и других, внесших большой вклад в решение этой проблемы.
Аналогичные рассуждения уместны и для металлических конструкций. Как однозначно указывает [2], сталь марок 09Г2 и 14Г2 непригодна для конструкций зданий и сооружений, эксплуатируемых в условиях воздействия среднеагрессивной и сильноагрессивных сред, а также в слабоагрессивных средах, содержащих диоксид серы. Но на объектах нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий, построенных в 1960—1970-е годы, применение таких сталей имело место, в том числе без проведения вторичной защиты, что неоднократно устанавливалось специалистами при проведении ЭПБ.
Касаясь темы стальных конструкций, уместно отметить также тему кипящих сталей, актуальную для периода 1940—1970-х годов. Дефицит стали, в том числе спокойной, поставил перед наукой и практикой фактически неразрешимую проблему. В то время кипящие стали, характеризующиеся пониженными показателями прочности и сопротивляемости хрупкому разрушению, широко использовались при строительстве производственных и непроизводственных объектов. Рекомендации по эксплуатации зданий и сооружений, выполненных из таких сталей, разработанные авторитетными отечественными учеными и организациями и изложенные, например в [12, 13], в реальности чаще всего неисполнимы, а потому проблема остается нерешенной.
Следует также отметить проблему закладных деталей и соединительных стальных элементов в железобетонных конструкциях. Степень их ответственности за сохранение целостности конструктивных систем весьма велика, но в реальных условиях в силу множества обстоятельств их коррозионная защита в большинстве случаев не обеспечивается.
Издержки государственной технической политики прошлых лет в области строительства, доставившие в свое время специалистам большие проблемы, связанные с сохранностью основных производственных фондов, в частности зданий и сооружений, можно детально анализировать и обобщать с высоты накопленного на данный момент опыта в целях их недопущения в дальнейшем. Но обстоятельства требуют в первую очередь ответа на вопрос: что делать с такими объектами, явно подпадающими под риск в силу вышеизложенных причин?
Казалось бы, ответ лежит на поверхности. Непригодные для эксплуатации объекты следует восстанавливать, ремонтировать или сносить. Но, несмотря на кажущиеся прозрачность и ясность такого решения, с ним согласиться нельзя. Из документов прошлых ЭПБ на объектах АО «АНХК», а также из экспертных заключений видно, что объем ремонтно-восстановительных работ требует огромных материальных и финансовых ресурсов. С течением времени интенсивность разрушительных процессов будет только нарастать, создавая на предприятиях повышенные риски и требуя все больших материальных и финансовых вложений. Возрастая по экспоненте, они со временем превратятся в экономическое бремя, способное подорвать благополучие любого предприятия.
Источник: Журнал Безопасность труда в промышленности № 12*2018.