Стойкость и диагностирование кожухов

Вопросы стойкости кожухов доменных печей (ДП) всегда находились в зоне особого внимания доменщиков, механиков и строителей промышленных сооружений. Со второй половины 20 ст. активно велись работы по совершенствованию конструкций стенок и холодильников домен, а также по подбору оптимальных марок стали и толщины их кожуха. При этом изучался характер напряженно-деформированного состояния элементов кожуха в условиях совместной работы системы кладка- компенсационный слой- кожух при воздействии на них внутреннего давления и температуры [21]. Предполагалось, что благодаря прогрессивным техническим решениям и обеспечению при расчете достаточного запаса статической прочности, возможна надежная и безаварийная работа ДП.

В виду того, что стенка ДП является сложной технической системой, на функционирование которой влияют множество факторов, ее работоспособность плохо прогнозируема на длительный период. Стал очевидным вывод о том, что достаточная надежность конструкции, закладываемая при проектировании, не может быть реализована при эксплуатации без соответствующей поддержки [21]. В связи с этим кожуха ДП, в сущности, принято обслуживать не по планово-предупредительной системе, а по фактическому техническому состоянию, для определения которого имеется соответствующая «Методика…» [22]. Подобная система обслуживания нуждается в применении методов технической диагностики. В связи с этим, с 70-х годов XXст. в доменном производстве интенсифицируется процесс внедрения систем технического диагностирования, которые позволяют контролировать конструкционно- эксплуатационые факторы. Такие системы оказывают позитивное влияние на стойкость кожухов. Так, в «Методике..» указано, что высокий ресурс кожухов ДП в США (44 года против 16 лет в России) связан с действием компьютерных систем контроля кожуха. Об этом также могут свидетельствовать разработанные в 2006 году мероприятия по продлению на 12 последующих лет эксплуатации кожуха ДП №5 «Северстали» после 20 лет его службы. Одна из предпосылок для такого акта, имеющего мировой приоритет [23], обусловлена действием в доменном цехе системы диагностики охлаждения печи на основе программного комплекса SCADA TRACE. Таким образом, персонал имеет опыт принятия решений по результатам диагностирования и подготовлен к стратегии обслуживания по техническому состоянию.

Современный доменный комплекс состоит из высокоавтоматизированных агрегатов, где в составе АСУ ТП может быть организована подсистема диагностики оборудования. Применяются системы для контроля за толщиной футеровки (существенное влияние на стойкость кожуха оказывает состояние футеровки и системы охлаждения, так как при отказе холодильника с дальнейшим локальным перегревом участка кожуха в нем, независимо от применяемой марки стали, развиваются пластические деформации); для контроля состояния кожуха используются стационарные системы с датчиками в виде тензорезистров и термопар, фиксирующими деформацию и температуру, а так же с акустическими резонансными датчиками, фиксирующими изменение акустической эмиссии при зарождении трещин. Такие средства позволяют получать первичную информацию, которую необходимо переработать для прогнозирования поведения конструкции. Указанная переработка осуществляется при помощи математических моделей, которые должны быть максимально эффективными. Под этим подразумевается возможность получения. Как можно большего числа показателей по минимуму исходной информации, а так же достоверность, точность и заблаговременность прогнозируемого ресурса.

Безусловно, только наличие средств технического диагностирования автоматически не приводит к увеличению ресурса. В той же «Методике…» приведен средний срок службы кожухов ДП Японии, составляющий 17 лет, хотя известно, что они хорошо оснащены диагностическими системами. На упомянутом комплексе ДП №5 после частичной реконструкции кожуха (в основном купольной части) в 2008 и 2011 годах произошли две аварии, связанные с раскрытием кожухов. На предприятиях необходимо отрабатывать программу ремонтных воздействий по результатам диагностирования. В их качестве должны выступать не только фактические значения диагностических параметров, но и прогнозные значения остаточных ресурсов. При этом необходим индивидуальный подход не только к каждой ДП, но и к каждому элементу кожуха [23].

В настоящее время на большинстве металлургических предприятий диагностирование ведется путем сопоставления рекомендованных и фактических значений диагностических параметров (признаков). К их числу (в зависимости от автоматизированности ДП) относятся температура кожуха в различных точках, разность температур хладагента на входе и выходе и его расход, температура и толщина кладки. Таким образом, производится поиск неисправностей и распознавание исправных состояний (1 и 2 задача диагностики).

Зачастую диагностический контроль выявляет отклонения фактических параметров от рекомендованных, установившихся при штатной технологии. Нет возможности и смысла в немедленном устранении подобных отклонений, поскольку практика показывает удовлетворительную дальнейшую работу. Персонал в таких случаях констатирует, например, «ограниченную работоспособность» системы охлаждения, хотя полученная информация пригодна для прогнозирования технического состояния (3 задача технической диагностики). Решение именно этой задачи оказывает ощутимое влияние на ресурс кожухов.

Широко известны методы качественного прогнозирования, вытекающие из дерева отказов (сценариев аварий). Его ствол выглядит следующим образом: выгорание (износ) футеровки→ отказ холодильника→трещинообразование (выпучивание) участка кожуха→ разрыв кожуха (разгерметизация печи) [23]. По времени каждый последующий этап оказывается короче предыдущего. К сожалению, отсутствие научно обоснованных предельных значений диагностических параметров затрудняет в реальных ситуациях количественно определять остаточный ресурс кожуха. Диагностирование не доведено до уровня технологии. В отсутствие обоснованных количественных прогнозов особое значение приобретает опыт персонала. Дисциплинированное соблюдение регламента техобслуживания должно подкрепляться грамотными решениями относительно сроков и видов ремонта. В этом плане негативную роль играет некоторый «образовательный диссонанс». Он выражается в том, что обучение проектированию несущих конструкций ДП осуществляется в ВУЗах строительного профиля, а ремонтно-техническое обслуживание производится специалистами-механиками, в учебных программах которых отсутствуют разделы, посвященные данной проблеме.

В настоящем разделе рассмотрен комплексный показатель ТС кожуха ДП, пригодный для количественного прогнозирования его работоспособности.