В 2016 году в энергоблоке Берёзовской ГРЭС произошёл пожар, вызвавший масштабные разрушения несущих конструкций. Для восстановления работоспособности энергоблока и обеспечения безопасности персонала использовалась система мониторинга деформационного состояния несущих конструкций на базе платформы SODIS Building M. Рассказываем о проектных и организационных решениях по внедрению данной системы.
Берёзовская ГРЭС расположена в Красноярском крае, это самая мощная тепловая электростанция в регионе (три энергоблока по 800 МВт). 1 февраля 2016 года в котельном отделении энергоблока № 3 возник пожар, повлекший разрушение несущих конструкций и повреждение технологического оборудования. Для восстановления энергоблока потребовалось проведение ремонтных работ.
В качестве мер обеспечения безопасности при проведении работ было решено использовать систему мониторинга напряжённо-деформированного состояния (НДС) несущих конструкций котельного отделения энергоблока № 3.
Вводные данные
ГРЭС работает на бурых углях, которые поступают на электростанцию непосредственно с Берёзовского месторождения. Первые 2 энергоблока были построены в период с 1976 по 1991 год. Третий энергоблок был введён в эксплуатацию в конце 2015 года.
Рис. 1
Главный корпус повреждённого энергоблока (рис. 1) имеет рамно-связевой стальной каркас, основным элементом которого являются девять поперечных рам со сварными колоннами двутаврового сечения, расположенные с шагом 12 м. Высота сооружения — 122 м. В поперечном направлении здание состоит из семи пролётов общей шириной 171 м. Котёл высотой 120 м и весом более 25 тыс. тонн подвешен на хребтовых балках пролётом 33 м, выполненных в виде сварных двутавров переменной высоты — от 4,2 до 6,0 м.
Пожар возник в котельном отделении энергоблока, при его тушении было задействовано более 300 человек и почти 100 единиц техники. При аварии никто не пострадал, но часть котельно-вспомогательного оборудования вместе с котлоагрегатом третьего энергоблока оказались выведенными из строя. Огонь уничтожил часть технологического оборудования и сильно повредил конструкции, вызвав обширные обрушения несущих и ограждающих элементов, фрагментов инженерных систем (рис. 2а). В связи с повреждением хребтовых балок произошло неконтролируемое перемещение котла до контакта с колоннами поперечных рам. На нижних горизонтах котельного отделения скопилось большое количество обломков, заблокировавших доступ к наиболее пострадавшим пролётам (рис. 2б).
Рис. 2а
Рис. 2б
В процессе ремонтных работ был организован комплекс мероприятий по определению фактического напряжённо-деформированного состояния каркаса котельного отделения, включающий развёртывание автоматизированной системы мониторинга напряжённо-деформированного состояния несущих конструкций и расчётное сопровождение.
На время реализации проекта с помощью платформы SODIS Building M была создана единая информационная среда для сопровождения ремонтно-восстановительных работ, которая автоматизировала все основные операции и обеспечила оперативной информацией заинтересованные стороны в режиме онлайн (рис. 3, 4). Доступ к данным мониторинга осуществляется с помощью клиентской части ПО, развёрнутого на локальных и удалённых автоматизированных рабочих местах операторов. Рабочее место диспетчера разместили в центральной диспетчерской БЩУ (рис. 5).
Система была передана в эксплуатацию подрядчику в апреле 2017 года. В течение последующих 18 месяцев во время активной фазы производства демонтажных работ производилась актуализация пространственной конечно-элементной модели здания в аварийном состоянии с учётом накопленных данных мониторинга для подтверждения безопасности выполнения ремонтно-восстановительных работ.
Рис. 3
Рис. 4
Рис. 5
Процесс внедрения
На первом этапе специалисты изучили свойства сталей и накопленные деформации в основных конструктивных элементах. Полученная информация вместе с результатами численного моделирования стала основой программы мониторинга котельного отделения энергоблока.
Для повышения безопасности демонтажа конструкций в программе мониторинга были предусмотрены мероприятия для измерения усилий и напряжений в колоннах поперечных рам котельного отделения, а также для наблюдения за изменением пространственного положения упомянутых колонн в реальном времени для экстренного реагирования на нештатные ситуации и для своевременной эвакуации персонала из опасной зоны.
Измерительное оборудование сосредоточили на четырёх отметках в пределах котельного отделения. Для мониторинга нагрузки на колонны использовали тензометрический метод с применением струнных датчиков деформации, которые объединили в измерительные группы для расчёта внутренних усилий и напряжений в любой точке контролируемого сечения. Подтверждённое отсутствие пластических деформаций в большинстве наблюдаемых сечений позволило ограничиться двумя тензометрами в каждом створе. Датчики деформации установили на полки колонн и накрыли стальным уголком для защиты от механических повреждений.
Полость между колонной и уголком заполнили монтажной пеной, чтобы исключить случайное попадание на датчик раскалённых частиц при огневых работах. Для мониторинга перемещений колонн на верхних горизонтах смонтировали двухосевые микроэлектромеханические наклономеры.
Показания со всех датчиков, входящих в состав системы мониторинга, снимаются автоматически с помощью распределённой системы сбора данных (рис. 6), состоящей из программируемых контроллеров и электромеханических релейных блоков. Контроллеры передают результаты измерений и диагностическую информацию на сервер системы мониторинга, размещённый в безопасной зоне блочного щита управления (БЩУ), сблокированного с аварийным энергоблоком.
Рис. 6
Ввод системы мониторинга в эксплуатацию выполнялся в два этапа. До окончания ремонтно-восстановительных работ в ячейке третьего энергоблока установили 120 датчиков деформации и 30 наклономеров. После окончания ремонта энергоблока систему дополнили 44-мя датчиками деформации и 8-ю наклономерами, которые смонтировали на восстановленных элементах конструкций.
В ходе эксплуатации в 2017 году система мониторинга деформаций помогла выявить и предотвратить аварийную ситуацию, которая могла возникнуть в колонне Д-16, когда напряжение в одной из точек контролируемого сечения скачкообразно достигло опасных значений, не спрогнозированных в ходе расчётного сопровождения демонтажных работ. В результате колонна была дополнительно раскреплена и включена в программу геодезического мониторинга.
В октябре 2018 года система мониторинга была перенастроена для использования оперативным персоналом электростанции. Всего процесс восстановления ГРЭС занял почти четыре года: в ноябре 2019 года были успешно проведены гидравлические испытания котла, а к концу мая 2021 года крупнейшая теплоэлектростанция в регионе вышла на свою полную проектную мощность.
Использование автоматизированной системы мониторинга для восстановления энергоблока Берёзовской ГРЭС позволило фиксировать в режиме реального времени, как сложные металлоконструкции реагируют на внешние воздействия. В итоге система даёт инженеру уровень обратной связи, не сравнимый с компьютерным моделированием, которое значительно упрощает реальность.
