Главная Технические решения Ремонт железобетонных резервуаров хранения нефтепродуктов большой емкости

Ремонт железобетонных резервуаров хранения нефтепродуктов большой емкости


М.Я. Якобсон «НИИЖБ», г. Москва

 

Повышение эксплуатационной надежности железобетонных резервуаров для хранения нефтепродуктов является важным условием обеспечения работоспособности тепловых станций и других производств, использующих жидкое топливо. Кроме ТЭЦ, ТЭС, емкости для хранения мазутов и других нефтепродуктов являются обязательным элементом инфраструктуры нефтеперерабатывающих производств, котельных, специализированных терминалов и некоторых других предприятий.

Емкости хранения нефтепродуктов находятся в сложных условиях эксплуатации. Строительные конструкции резервуара находятся в постоянном контакте с разогретыми нефтепродуктами при температуре +600 +900С. Наружные поверхности перекрытий (заглубленных, полузаглубленных, поверхностных) хранилищ испытывают естественные атмосферные воздействия: периодические замораживание-оттаивание, увлажнение, образование наледей, требующие устройства эффективного теплогидроизоляционного покрытия с целью экономии теплоэнергоресурсов и продления срока эксплуатации.

Как правило, составляющие нефтепродуктов химического воздействия на бетон не оказывают. Некоторые виды сернистых мазутов могут повысить степень агрессивности среды до слабоагрессивной или среднеагрессивной в зависимости от типа сооружения или расположения поверхности.

Негативное действие нефтепродуктов на бетон связывают с тем, что нефтепродукты при контакте с бетоном пропитывают его. За счет экранирующего влияния пленок нефтепродуктов дальнейшая гидратация цементных зерен не происходит; при этом резко уменьшается потенциал цементных зерен к самозалечиванию дефектов структуры; понижается прочность срастания новообразований цементного камня. При длительном контакте с нефтепродуктами прочность бетона уменьшается также за счет ослабления контактов между заполнителями бетона и цементным камнем, расклинивающим действием нефтепродуктов на трещины и другие дефекты структуры бетона, проявлением эффекта адсорбционного понижения прочности. По этим же причинам в железобетонных конструкциях снижается прочность сцепления цементного камня с арматурой. Степень уменьшения прочности бетона и сцепления его с арматурой зависит от плотности и возраста бетона. Чем больше пористость и меньше возраст бетона, тем больше снижение его прочности и прочности сцепления с арматурой по сравнению с бетоном, не подверженного действию нефтепродуктов.

Коррозионная стойкость железобетонных конструкций хранилищ нефтепродуктов должна обеспечиваться первичной защитой бетона: свойствами материалов, назначением требований к бетону, конструктивными требованиями и технологией изготовления железобетонных конструкций, и при необходимости, вторичной защитой, путем устройства покрытий различных видов. В соответствии с Пособием к СНиП 2.03.11-85* «Защита строительных конструкций от коррозии» для емкостных сооружений должен быть использован бетон марки по водонепроницаемости W8 и более; при этом степень агрессивного воздействия среды для внутренних поверхностей и днища следует оценивать как среднеагрессивную, а для внутренней поверхности покрытия – как слабоагрессивную.

К особенностям эксплуатационного состояния резервуаров можно отнести то, что конструкции резервуаров постоянно находятся в динамически подвижном состоянии и степень подвижности зависит от воздействия различных нагрузок, уровня заполнения, состояния грунтов основания и других факторов.

Подлежащий ремонту мазутный резервуар № 2 ТЭЦ-25 - филиала ОАО МОСЭНЕРГО находится в эксплуатации 28 лет. Согласно «Инструкции по техническому обследованию железобетонных резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов» (РД 03-420-01) нормативный срок эксплуатации резервуаров составляет 30 лет. В связи с этим обоснованное продление эксплуатации резервуара является актуальной задачей.

Учитывая эксплуатационные особенности резервуара, характер дефектов и разрушений, «НИИЖБ», производителем работ ООО «Фирма «ИНТРЭК» и отделом технического сопровождения ООО «Консолит», была разработана технология ремонта, предусматривающую восстановление эксплуатационной надежности конструкций резервуара с применением современных цементных «Consolit Bars» и полимерных композиционных материалов «Консолид».

Особенностью выполнения работ по ремонту бетонных и железобетонных конструкций хранилищ нефтепродуктов является необходимость выбора системы ремонтных материалов, учитывающих состояние ремонтируемой поверхности (прочность, плотность, глубину пропитки нефтепродуктами, возможность их удаления и других факторов), выбор технологии подготовки поверхности. Перед началом работ необходимо произвести промывку внутренней поверхности резервуара (стен, плит и балок покрытия, колонн, днища, приямков) с использованием специальной техники. При ремонте железобетонных конструкций мазутохранилища наиболее эффективным способом очистки и подготовки поверхности является комбинированная гидропескоструйная или дробеструйная обработка и обработка специальными химическими составами т.к. при традиционной механической очистке металлическими щетками следы загрязнений могут быть «втерты» в бетонную поверхность. Поэтому в случае вынужденной очистки поверхности бетона и арматуры металлическими щетками необходима последующая промывка водой при высоком давлении или использование «гидрофрез».

Ремонт внутренней поверхности резервуара проводили с использованием комплекса системообразующих материалов, состоящего из полимерных композиций «Консолид» на основе полиэфирных смол (производства ООО «Энергомашконсалтинг») и безусадочных ремонтных материалов на основе цемента «Consolit Bars» (производства ООО «Консолит»). В качестве грунтовочного слоя использовали полимерную композицию «Консолид-ММА», обладающую высокой пенетрирующей способностью, в т.ч. при пропитке основания нефтепродуктами. Через 12-16 часов с помощью системы покрытий «Консолид-1» и «Консолид-2» производили укрепление поверхности и устройство адгезивного слоя. В течение 4-8 часов после нанесения полимерных композиций «Консолид» методом набрызга наформовывали первый слой ремонтного материала «Consolit Bars 113» толщиной 1-2 см. Ремонтные смеси «Consolit Bars 113» на 28 сутки имеют прочность на сжатие 60-80 МПа, прочность на растяжение при изгибе 8-13 МПа, прочность сцепления с бетоном 2,5-3,4 МПа. Нанесение последующих слоев ремонтного материала «Consolit Bars» производили в течение 1-2 суток. После восстановления геометрии поверхности устраивали систему защитных химически стойких покрытий из материалов «Консолид-1» и «ВУК-0». Площадь обрабатываемой поверхности определяется производительностью рабочей бригады.

При устройстве внешнего гидроизоляционного слоя перекрытия мазутного резервуара был применен полимерный термопластичный материал «ОГНЕИЗОЛ – ТПА» на основе поливинилхлорида, армированный сеткой из стекловолокна. Данный материал соответствует требованиям пожарной безопасности для кровельных и гидроизоляционных материалов и имеет группу горючести – Г1 по ГОСТу 30244-94. Технология устройства гидроизоляционного покрытия ориентирована на работы, не требующие применения открытого огня и позволяет не выводить из эксплуатации и не опорожнять резервуары хранения нефтепродуктов.

На примере мазутного резервуара №2 ТЭЦ-25 – филиала ОАО «МОСЭНЕРГО», весь комплекс подготовительных и ремонтно-восстановительных работ включающий: очистку мазутного резервуара от донных отложений, подготовку внутренней поверхности к ремонту, сам ремонт внутренней поверхности, замену внешнего гидроизоляционного слоя с устройством разуклонки, молниезащиты и площадок обслуживания, был выполнен специализированными бригадами ООО «Фирма «ИНТРЭК» за 85 дней. Необходимо учесть, что после завершения ремонтных работ внутренней поверхности резервуара до начала эксплуатации должна пройти полная полимеризация композиционных материалов и обеспечен набор прочности ремонтного состава на цементной основе в течение не менее 7 суток.

В настоящее время емкости нефтехранилища предполагается использовать для временного хранения противогололедного реагента (ПГР) в виде 28-32% раствора.

В 2005г. «НИИЖБ» было проведено обследование строительных конструкций хранилища и изучено влияние нефтепродуктов, которыми пропитаны железобетонные конструкции, на качество ПГР. В результате обследования были разработаны предложения по обеспечению дальнейшей эксплуатации резервуара.

На стенах резервуара была обнаружена система многочисленных неорганизованных трещин с шириной раскрытия 0,1-0,2 мм. По внешнему виду эти трещины являются дефектами усадочного характера. Однако, эти трещины могут быть связаны с проявлением растягивающих напряжений в результате совместной работы разнопрочных материалов: бетонного основания и слоя «железнения».

На одной стене обнаружена вертикальная трещина шириной раскрытия до 2,0 мм, образованная из-за неравномерной осадки сооружения или превышения действующей нагрузки несущей способности.

На стенах и колоннах обнаружены следы защитного покрытия (вероятно, жидкого стекла), нанесенного в процессе строительства.

На перекрытии хранилища проявляются многочисленные протечки через трещины, выщелачивание бетона в виде «сталактитов». На перекрытии видны дефекты защитного слоя бетона в виде ржавчины, отслоения, а на некоторых участках полностью отсутствует защитный слой бетона. Часть перекрытия (размером 1,0х1,0 м) пробита.

Колонны хранилища покрыты слоем штукатурки методом набрызга.

На полу хранилища обнаружены отдельные дефекты бетона в виде выбоин, имеются лужи конденсата и воды от протечек. Визуально отмечен гидрофобизирующий эффект.

Для оценки поведения бетона в процессе дальнейшей эксплуатации резервуара для хранения ПГР были отобраны образцы поверхностного слоя бетона из базы и с поверхности колонны толщиной 25-30мм.

Водопоглощение бетона определяли при насыщении образца (естественной влажности) в течение 5 суток. Водопоглощение образца поверхностного слоя бетона составило 5,6%, что свидетельствует о высокой пористости бетона, соответствующей использованному составу бетона.

После прокаливания насыщенного образца бетона при 1050С общая потеря массы составила 7,9%. Дополнительная потеря массы объясняется испарением летучих нефтепродуктов из бетона, содержание которых может составлять до 2,3% по массе.

В процессе обследования была проведена оценка прочности бетона стен неразрушающим методом с помощью склерометра ОМШ-1 (по ГОСТ 22690-91). Результаты испытаний приведены в табл.1. С учетом того, что в соответствии с проектом должно было проведено «железнение» поверхности, влияние возраста и условий эксплуатации резервуара на свойства бетона оценить затруднительно.

Таблица 1

Наименование участка

Значения показаний склерометра

Прочность бетона на сжатие, МПа

Стена 1

Стена 2

Стена 3

Стена 4

32,33,30,27,31

33,32,30,31,33

28,34,33,31,30

33,29,35,36,30

28,0

30,0

29,0

32,0

Примечания:

1. Процент возможной ошибки рассеивания - ±20%.

2. Угол наклона склерометра при испытании a = 00.

Химический анализ показывает, что раствор ПГР, который предполагается хранить в обследованном резервуаре, содержит хлористый кальций и нитрит-нитрат натрия, используемый в качестве ингибитора коррозии.

Скорость коррозии стали в исследуемом растворе ПГР определяли методом титрования в течение 5 суток. Скорость коррозии стали составила 0,002% масс.вес/час или 17,5% масс.вес/год. Такая кинетика процесса свидетельствует о значительной коррозионной активности ПГР по отношению к стали.

Органические вещества, которыми пропитаны строительные конструкции резервуара, постепенно переходят в раствор ПГР, о чем свидетельствует резкий запах.

Анализ показывает, что в раствор, находящийся в контакте с образцом бетона, отколотым от колонны, переходят преимущественно органические ароматические соединения; раствор в свете ртутно-кварцевой лампы приобретает характерную голубую окраску. При этом может измениться гидрофобизирующий эффект и увеличиться водопоглощение, особенно поверхностных слоев бетона.

Химический анализ реагента, находящегося в контакте с поверхностью хранилища показал, что состав ПГР в части соотношения Ca 2+ и Cl- практически не изменяется.

При взаимодействии растворов, содержащих хлорид кальция с бетоном происходит образование комплексных соединений типа Са(ОН)2·CaCl2·2Н2О, что способствует разрушению структуры бетона.

В соответствии со СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии» эксплуатация железобетонных конструкций в контакте с раствором хлористого кальция допустима только при обеспечении вторичной защиты железобетонных конструкций путем устройства толстослойных (мастичных) или других изолирующих покрытий.

С учетом результатов проведенного обследования и требований СНиП 2.03.11-85 была разработана технология ремонта нефтехранилища, предусматривающая ремонт дефектных участков железобетонных конструкций с помощью ремонтных смесей «Consolit Bars/БАРС» и устройство защитных покрытий по бетону. Для антикоррозионного покрытия были выбраны материалы ООО «Энергамашконсалтинг», обеспечивающие надежное перекрытие «волосяных» трещин, имеющие адгезию к поверхности, пропитанной нефтепродуктами, обладающие стойкостью в растворе ПГР. Разработка и реализация технических решений по ремонту сооружений требует комплексного, системного подхода на основе оценки современного состояния сооружения, условий последующей эксплуатации, анализа свойств ремонтных материалов и технологических приемов.

Сочетание результатов всестороннего обследования, объективной оценки свойств материалов и технологии, эксплуатационных потребностей заказчика позволяет успешно решить поставленные задачи.