Черноусов Н.Н. "Силосные корпуса элеваторов и порядок их приведения в соответствие с требованиями промышленной безопасности"

Черноусов Николай Николаевич, 
к.т.н., генеральный директор ООО НТО «Эксперт»

Силосные корпуса элеваторов и порядок их приведения в соответствие с требованиями промышленной безопасности

В статье подробно описывается, что такое силосные корпуса и какие требования по вооружению необходимо выполнять, чтобы они соответствовали нормам промышленной безопасности.

 Элеваторы — специальные сооружения, используемые для хранения зерна, в которых оно доходит до кондиционного состояния. Можно сказать, что это высокомеханизированное зернохранилище силосного типа.

Силосные корпуса, о которых пойдет речь, это основная составная часть элеватора. При строительстве объекта большая часть работ приходится именно на силосный корпус. Его главная задача — сохранить зерновую культуру без снижения ее качества. Именно поэтому силосный корпус должен удовлетворять следующим условиям:

• Защищать от влаги.                                                                                                

• Не допускать конденсации паров.                                                                           

• Не допускать проникновения вредителей.                                                              

• Быть безопасным в области пожаробезопасности и промышленной безопасности.            

• Соответствовать необходимым технико-экономическим показателям.       

Основной материал, который используют для строительства силосных корпусов — сталь, монолитный железобетон, сборный железобетон.

В конструкции силосного корпуса несколько элементов:

• Подсилосный этаж, который включает в себя днище для установки конвейеров.      

• Силосная часть, в ее составе ячейки и силосы для хранения зерна.       

• Надсилосная галерея.                                                                    

Сегодня технический прогресс позволяет возводить силосы разной формы, но наиболее часто используют конструкции круглого сечения. Стоит сказать, что диаметры были унифицированы, и составляют 6 и 7 метров. Объясняется это тем, что при их строительстве нужно использовать огромное количество арматуры, потому что давление возрастает прямо пропорционально гидравлическому радиусу

R_r=S/L,где

S — площадь поперечного сечения;

L — периметр.

Нельзя не сказать, что элеваторы являются полностью автоматизированным зернохранилищем, которое обладает тесной связью с транспортным и технологическим оборудованием, а также строительными конструкциями.

Производительность силосных корпусов во многом зависит от количества, величины имеющегося оборудования и их расположения на площадке. Создание любого подробного проекта это, прежде всего, тесное сотрудничество специалистов разных категорий, в том числе:

• Механиков.                                                                                          

• Строителей.                                                                                           

• Инженеров.                                                                                        

• Экономистов.                                                                                       

• Технологов и других.                                                                              

В момент проектирования силосных корпусов необходимо принимать во внимание:

• Сетки разбивочных осей, проходящие через центры сблокированных силосов.              

• Наружный диаметр.                                                                                            

• Высоту стен.                                                                                                       

Если используют конструкции разных размеров в составе одного объекта необходимо принимать оптимальное соотношение из условия полного их использования. Использование больших размеров силосов должно быть максимальным. Объем каждого при этом не может превышать 2400м³.

По правилам промышленной безопасности много внимания уделяется созданию объекта еще на этапе его проектирования. Корпуса, длина которых до 48 метров не должны содержать деформационных швов.

Чтобы обезопасить эвакуацию сотрудников из надсилостных этажей используют транспортерные галереи, которые ведут к зданиям и сооружениям, на которых имеются лестничные площадки для эвакуации. Возможно использование не лестничных клеток, а открытых стальных лестниц, которые обязаны доходить до надсилостного этажа. Это требование допустимо, если корпуса объединены или соединены в одно сооружение.

Если корпуса связаны поэтажно с производственными строениями, возможно по правилам промышленной безопасности организовывать эвакуационные выходы по наружному балконному переходу, который ведет к лестнице. Если наружные лестницы больше 20 метров их оборудуют закрытым сплошным ограждением, высота которого составляет не менее 1,8 метра от ступенек.

Разрезы силосов

а — с плоским днищем и забуткой; 

б — с плоским днищем, стальной воронкой и забуткой; 

в — с воронкой без забутки;

h — высота стен силосов;

h₁ — высота верхней зоны;

h₂ — высота второй зоны;

h₃ — высота нижней зоны;

h_mt — высота средней зоны;

d — внутренний диаметр силоса.

Обязательно, чтобы проекты силосных корпусов содержали инструкцию по их первичной загрузке и последующей эксплуатационной. При проектировании особое значение уделяют горизонтальному давлению сыпучего материала выраженного как Pⁿ_h на стены при глубине z. Рассчитывается оно по следующей формуле:

           ƴP

Pⁿ_h= ____(1-e^-λfzlp)

            f

r — гидравлический радиус поперечного сечений силоса, определяется по формуле:

        A

P=____

        U

А, U — площадь и периметр поперечного сечения силоса;

l — коэффициент бокового давления сыпучего материала, определяемый по формуле

l = tg²(45° - j/2)

(для зерна допускается принимать l = 0,44);

е — основание натурального логарифма.

Кольцевое горизонтальное давление Pⁿ_h1 находится по формуле:

Pⁿ_h1=a₁p_hⁿ

а₁ — коэффициент местного повышения давления.

Требования к проекту силостного корпуса приведены в соответствии с их важностью:

• Функциональные. Они определяют последующую эффективность всего комплекса, поэтому даже на немного они не должны снижаться, чтобы увеличить эстетичный вид объекта. Начинать проектирование стоит внутри и развивать его с переходом на наружную сторону. Получается, что после установки необходимого оборудования устанавливается внешний каркас.

• Безопасности. Любой силосный корпус независимо от того, на каком уровне производилось проектирование, создает опасность взрыва или опасного выделения пыли. Чтобы вероятность возникновения ЧС была сведена к минимуму, необходимо обеспечить на начальном этапе надлежавшее противодействие ударной волне.

Экспертиза промышленной безопасности требует проведения исследований относительно возможной осадки здания в будущем. Для этого берут во внимание нагрузку, состояние фундамента и грунта. Теоретически с большой точностью можно рассчитать показатель осадки, благодаря этому показателю делают правильную установку оборудования. После проведения расчетов выбор материалов для строительства ограничивается многими факторами, в том числе их характеристиками и соответствием стандарту. Самым экономичным вариантом является железобетон.

Чтобы привести силосный корпус к требуемому правилами промышленной безопасности виду, необходимо правильно осуществлять расчет осадки фундамента. Для этого сегодня используют численные и аналитические методы. К аналитическим причисляют:

• Элементарное послойное суммирование по СНиП 2.02.01 — 83.[1]        

• Метод эквивалентного слоя грунта.                                        

• Метод линейно-деформируемого слоя.                                            

По методу послойного суммирования осадка основания, принимаемая за sc, определяется по следующей формуле:

Безразмерный коэффициент, принимаемый равным 0,8- b4

 — среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-м слое грунта, равное полусумме указанных напряжений на верхней z_i-1 и нижней zi границах слоя по вертикали, проходящей через центр подошвы фундамента; 

h_i и E_i — соответственно толщина и модуль деформации i-го слоя грунта;

n — число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основания.

Распределять вертикальные номинальные напряжения по глубине залегания основания следует в соответствии со следующим изображением:

DL у нас отметка планировки;

 NL — отметка поверхности природного рельефа;

 FL — отметка подошвы фундамента;

WL — уровень подземных вод;

ВС — нижняя граница сжимаемой толщи.

На глубине дополнительные вертикальные напряжения от подошвы фундамента по вертикальной плоскости, прошедшей сквозь центр подошвы, вычисляется по следующей формуле:

α — коэффициент, который принимают в зависимости от того, какой формы подошва фундамента и его относительная глубина.

В нашем случае ;

p₀ в формуле — дополнительное давление в вертикальной плоскости на основание, которое определяется выражением ;

p — среднее давление под подошвой;

g вертикальное напряжение от веса грунта;

g, где  d и d_n  глубина фундаментного заложения в зависимости от уровня планировки DL и природного рельефа NL.

Во время расчетов по этому методу осадок основание представляют в виде отдельных элементарных слоев, сжатие которых рассчитывается от вертикального нормального напряжения, которое действует по оси фундамента прямо посередине слоя подлежащего рассмотрению.

Суммирование происходит в пределе сжимаемой толщи имеющегося основания Hcs, нижняя граница его определяется как _zps=0,2 _zg.

Если использовать во время расчетов метод эквивалентного грунта, тогда осадка основания будет определяться по следующей формуле:

 h_э — мощность слоя грунта, которая в свою очередь определяется по следующему выражению:

m_v  — коэффициент относительной сжимаемости грунта;

 p₀ — дополнительное давление под подошвой;

 A — коэффициент, который также вычисляется по формуле. Она выглядит следующим образом:

 коэффициент Пуассона грунта основания;

b — ширина подошвы;

w — коэффициент, который характеризуется прямой зависимостью от формы и жесткости оборудуемого фундамента.

Можно определить осадку и по схеме линейно-деформируемого слоя. В этом случае необходимо произвести расчеты по формуле:

 p — среднее давление, присутствующее под фундаментной подошвой;

 b — ширина прямоугольного фундамента или диаметр круглых;

 k_c и k_m  коэффициенты, которые напрямую зависят от степени сжимаемости основания;

n — количество слоев, различающихся по уровню сжимаемости в пределах рассматриваемой толщи;

k_i и k_i-1 — коэффициенты, которые определяются в зависимости от формы возводимого фундамента и глубины, на которой расположена подошва;

E_i  — показатель деформации- i-го слоя грунта.

Силосные корпуса по взрывоопасной и пожарной безопасности устанавливают в соответствии с ранее принятым проектом, прошедшим экспертизу. Вся необходимая информация указывается в разделе «Технические решения», как и требует того СНиП 12.13130. [2]

В этом разделе, а именно текстовой его части должны быть предусмотрены самостоятельные разделы, в которых указываются меры пожарной безопасности, их обоснованность. В документе должны все они перечисляться списком с подробным описанием целесообразности их использования.

Обязательно по правилам промышленной безопасности, чтобы на силосных корпусах устанавливалась молниезащитная установка. В некоторых случаях может потребоваться дополнительная установка, защищающая оборудование от статического электричества, как указано в СНиП 2.09.03-85. [3]

Строго запрещено использовать в пределах силосных корпусов агрегаты для транспортировки пыли и отходов оборудованных открытыми ленточными конвейерами. Строго запрещается устанавливать в помещении нагнетательные фильтры.

Конечно, необходимый уровень безопасности на объектах этого класса достигается не только путем оборудования помещения и аппаратуры дополнительными защитными агрегатами, но и подготовкой квалифицированных специалистов. Перед рабочим процессом в обязательном порядке должен проводиться инструктаж, все работники обязаны иметь должный уровень знаний, строго соблюдать требования промышленной безопасности на объекте.

Если возникла необходимость помещать в пределах одного помещения отделения разной категории взрывоопасности, такое решение должно быть не просто озвучено, но и документально зафиксировано, с подробным описанием технической необходимости и возможности подобной перепланировки. В любом случае, отделения должны быть разделены между собой пыленепроницаемой и несгораемой перегородкой, класса огнеустойчивости не менее R45. Даже двери в таких перегородках не могут изготавливаться из материалов с меньшей огнестойкостью.

Все технические проемы, через которые пролегают на объекте транспортеры и воздухоотводы, обязательно должны иметь защиту посредством противопожарных клапанов.

Все пневматические трубопроводы, вентиляторы должны соединяться с атмосферой взрыворазрядниками и мембранными клапанами. Все трубопроводы и иные устройства, по которым осуществляется транспортировка пылевидных продуктов, изготавливаются из несгораемого материала и заземляются.

Чтобы можно было оперативно ликвидировать очаг самовозгорания в бункерах и силосах размещают информацию по флегматизации газовоздушной смеси путем заполнения надсводного и подсводного пространства инертным газом, который помогает снизить уровень кислорода до минимального.

Список литературы:

1.      СНиП 2.02.01 — 83 «Основания зданий и сооружений».

2.      СНиП 12.13130 «Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности».

3.      СНиП 2.09.03-85 «Силосы и силосные корпуса для хранения сыпучих материалов».