Опыт применения современных технологий ремонта дымовых труб и градирен в системе Мосэнерго

Проблема обеспечения экологической чистоты производства – задача первостепенной важности для такого мегаполиса, как Москва. Специалисты – энергетики, работающие в «Мосэнерго», начали решать этот вопрос ещё в 80-х годах прошлого века, переведя часть электростанций с угля на природный газ. Это позволило резко сократить количество вредных выбросов и размеры складского хозяйства. Но при этом многие сооружения стали работать не в проектных режимах - ярким примером являются дымовые трубы, изначально спроектированные под удаление газов от сжигания угля или мазута.

Дымовые газы, образующиеся при сжигании природного газа, содержат в единице объема до 18 % влаги. Наличие большого количества влаги в дымовых газах, работа дымовых труб в режиме неполной загрузки, постоянные пуски и остановки, приводит к образованию конденсата на внутренней поверхности футеровки.

Проблема обеспечения экологической чистоты производства – задача первостепенной важности для такого мегаполиса, как Москва. Специалисты – энергетики, работающие в «Мосэнерго», начали решать этот вопрос ещё в 80-х годах прошлого века, переведя часть электростанций с угля на природный газ.

Это позволило резко сократить количество вредных выбросов и размеры складского хозяйства. Но при этом многие сооружения стали работать не в проектных режимах - ярким примером являются дымовые трубы, изначально спроектированные под удаление газов от сжигания угля или мазута.

Дымовые газы, образующиеся при сжигании природного газа, содержат в единице объема до 18 % влаги. Наличие большого количества влаги в дымовых газах, работа дымовых труб в режиме неполной загрузки, постоянные пуски и остановки, приводит к образованию конденсата на внутренней поверхности футеровки.

Под воздействием конденсата и атмосферной влаги в конструкциях дымовых труб образуются следующие повреждения:

Вымыв межкладочного раствора с последующим обрушением кирпичной кладки.

Разрушение кирпичной футеровки и ствола (для кирпичных дымовых труб) лещадкой.

Разрушение происходит при циклах попеременного замораживания и оттаивания. Кирпичи разрушаются на всю толщину.

Разрушения теплоизоляционной прослойки между стволом и футеровкой из-за попадания влаги в зазор.

Фильтрация влаги через швы бетонирования на наружную поверхность железобетонных стволов дымовых труб.

Основную массу перечисленных дефектов можно ликвидировать лишь после устранения первопричины – нарушения газоплотности футеровки и исключения попадания агрессивных газов на остальные элементы конструкции.

Принятой на протяжении многих лет технологией являлось нанесение кислотостойких обмазок или торкретбетона на поверхность футеровки. Оба метода имели свои недостатки: кислотостойкие обмазки нетехнологичны в нанесении и обладают повышенной растворимостью, а покрытия из торкретбетона обладают сроком службы не более 2-3 лет.

Проблема использования материалов на основе портландцемента для ремонта бетона состоит в их усадке при воздушном твердении. Уменьшение воды затворения уменьшает её значение, но даже минимальное превышение количества воды, необходимой для гидратации цемента, приводит к усадке. С этим боролись и продолжают бороться за счёт введения пластифицирующих добавок или приготовлением жестких торкретбетонных смесей. Но всё это полумеры, кардинальным решением проблемы является создание полностью безусадочных смесей с незначительным расширением. Только такой вариант позволяет обеспечить необходимую адгезию к ремонтируемому бетону.

Результат ремонтных работ зависит не только от качества ремонтных материалов, а от комплексного подхода к проблеме ремонта:

корректного определения причин и видов разрушений на стадии обследования;

при принятии решения по технологии ремонта – учёт всех фактических условий производства ремонтных работ, включающих имеющееся оборудование, уровень квалификации сотрудников, сроки производства работ и многое другое;

определение необходимых свойств материалов с учетом вышеназванных факторов;

выполнение ремонтных работ с учетом строгого соблюдения проектных решений или последовательного внесения изменений в проект ремонтных работ.

Сухие ремонтные смеси EMACO® , производимые в России с 2001 года, обладают не только безусадочностью. Основное требование - высокая стабильность качества обеспечивается сплошным контролем при производстве, каждая партия продукции контролируется по целому ряду параметров, включая расширение материала. Точное знание физико-механических свойств и их стабильность из года в год позволяют гарантировать высокое качество ремонта.

При производстве ремонтных работ прежде всего следует учитывать совместимость с основным бетоном, что обеспечивает долговечность ремонта.

Под совместимостью подразумевается соотношение между физико-механическими, химическими и электрохимическими характеристиками и соотношение размеров ремонтной и существующей систем. Именно несовместимость материалов является главной причиной некачественного ремонта.

При ремонте армированного бетона особое значение придается электрохимической совместимости со старым бетоном. Ремонтный материал, с одной стороны, должен обладать высокой устойчивостью против проникновения хлоридов, воды, СО₂ и кислорода и, с другой стороны, обеспечивать образование пассивной антикоррозионно-защитной пленки вокруг стержней армирования.

Помимо этого очень важно равенство значений коэффициентов температурного расширения. При изменении температуры материалы либо расширяются либо сжимаются. Если коэффициенты температурного расширения ремонтного раствора и бетонного основания значительно отличаются, могут возникать большие напряжения на контактной поверхности между слоями. В случае использования эпоксидных составов коэффициент температурного расширения может быть в 2-5 раз выше, чем у бетона. При использовании ремонтных материалов EMACO® на основе цемента такой проблемы нет.

Подобная же ситуация возникает при применении ремонтных материалов с модулем упругости, отличающимся от модуля упругости бетона. В таком случае следует ожидать неравномерное распределение нагрузок и соответственно разные деформации.

Специальные ремонтные смеси EMACO® отличаются следующими свойствами:

жестко нормированным составом используемого цемента;

применением активных пуццолановых микрочастиц, значительно повышающих прочность, водонепроницаемость и коррозионную стойкость бетона;

наличием преднапряжения благодаря расширяющей добавки;

низким водоцементным отношением.

Сочетание этих свойства обеспечивает хорошую химическую, механическую и защитную совместимость и долговечность отремонтированной конструкции.

Также в материалах EMACO® применяется полиакрилнитриловая фибра, которая успешно противодействует образованию микротрещин в материале. Фибра в два-три раза увеличивает прочность на растяжение свежего раствора и защищает от образования трещин при испарении воды.

Поверхность полиакриловых волокон подвергают специальной обработке, в результате которой она становится рифлёной с выемкой вдоль волокна, что улучшает физическую адгезию с вяжущим. Кроме того, существует химическое взаимодействие между фиброй и цементом, что также повышает адгезию.

Помимо специальных свойств, материалы EMACO® обладают и необходимыми для любого высококачественного бетона характеристиками. Это высокая морозостойкость (не менее 300 циклов в солевых растворах), водонепроницаемость (не менее W12) и прочность (70 МПа через 28 суток).

Отдельная группа характеристик – технологические. Самые важные из них – это скорость набора прочности (30 МПа через 24 часа) и удобство нанесения. В зависимости от вида выбранного материалы возможна как укладка тиксотропных смесей на вертикальные поверхности без применения опалубки, так и литых смесей без виброуплотнения при использовании опалубки.

Все перечисленные свойства и качества ремонтных материалов являются важными, но не достаточными для долговечного ремонта. Это связано с тем, что в процессе ремонта мы заменяем от 5 до 10 % массы бетона. Основная масса бетона остается старая, со всеми накопившимися проблемами: карбонизацией, пониженной морозостойкостью, разрушениями цементного камня, вызванного коррозией бетона. В таких ситуациях может спасти только комплексный, системный подход к восстановительным работам.

Поэтому при ремонте градирен помимо восстановления бетона оболочки сухими смесями EMACO® выполняли операции по защите арматуры антикоррозионными составами Masterseal® 300. Это снижает вероятность коррозии арматурной стали при дальнейшей эксплуатации. Также была выполнена гидроизоляционная защита внутренней поверхности специальным материалом Masterseal® 540. Что резко снизило степень отрицательного воздействия влаги на старый бетон с пониженной морозостойкостью. Мы не только восстановили тело бетона, но и выполнили мероприятия по его защите. Выбранная стратегия ремонта позволила уменьшить влияние основной причины разрушения оболочек градирен.

Все эти факторы и создали ситуацию, что специалисты «Мосэнергоспецремонта», ОАО «ОРГРЭС» и ОАО «НИИЭС» начали системную разработку технологии ремонта футеровки с использованием современных ремонтных материалов.

В результате проведённых лабораторных исследований в 2001 году было принято решение об опытном ремонте футеровки дымовой трубы №6 на ТЭЦ-20 АО «Мосэнерго». Если кратко, то последовательность работ выглядит следующим образом:

При этом необходимо учитывать, что ремонт футеровок дымовых труб является достаточно сложной инженерной задачей, реализуемой в условиях работы на высоте и необходимо предварительно выполнять максимальное количество операций. Этой идеи в полной мере отвечает использование готовых ремонтных смесей, позволяющее 4 операции из 6 выполнить предварительно:

Обследования, выполненные через 1,3 и 4 года эксплуатации показали, что был выбран правильный путь. Это позволило разработать и утвердить типовые решения по ремонту футеровки дымовых труб работающих на природном газе.

В рамках этого технического решения специалистами «Мосэнергоспецремонта» был выполнен ремонт футеровок дымовых труб на ГРЭС-4, ТЭЦ-17, ТЭЦ-20, ТЭЦ-22, ТЭЦ-23, ТЭЦ-28, ТЭЦ-8.

В 2003 году опыт, накопленный при ремонте дымовых труб был использован при производстве работ по ремонту оболочки градирни №7 ТЭЦ-22. Многие этапы в технологии ремонта пришлось кардинально перерабатывать. Это было вызвано большими площадями ремонта, необходимостью защиты бетона от воздействия пара при эксплуатации, сложностями в уходе за свежеуложенным материалом.

На настоящий момент можно с уверенностью констатировать, что эти вопросы решены благодаря совместной работе производителя ремонтных работ, отраслевых институтов и производителя ремонтных материалов.

В основу идеи ремонта легло разделение вопросов ремонта тела бетона и гидроизоляционной защиты. В рамках этой концепции ремонт бетона в зависимости от видов дефектов выполнялся различными видами материалов EMACO®, а гидроизоляционная защита специальным составом Masterseal® 540, что позволило исключить возможность попадания воды в тело бетона.

По этой технологии специалистами «Мосэнергоспецремонта» выполнен комплексный ремонт градирен №7, 3,2 на ТЭЦ-22, градирни №3 на ТЭЦ-20, градирни №5 на ТЭЦ-23, кроме этого отремонтированы колоннады и другие элементы на Каширской ГРЭС, ТЭЦ-8, ТЭЦ-20, ТЭЦ-23.