Введение
ПАО «ГМК “Норильский никель”» – российская горно-металлургическая компания, являющаяся крупнейшим в мире производителем никеля и палладия. Данные химические элементы широко применяют при изготовлении транспортных средств, электротехнического оборудования, в различных сплавах с антикоррозийными свойствами и т.д. Ценность работы данного предприятия для экономики страны неоспорима!
29 мая 2020 года произошла одна из крупнейших экологических катастроф в г. Норильске, связанная с разгерметизацией бака с дизельным топливом в хранилище в г. Кайеркане (район Норильска). Произошла крупнейшая в истории утечка нефтепродуктов в Арктической зоне, что создало угрозу экосистеме Северного Ледовитого океана. Данное событие в Красноярском крае возникло по причине наличия микротрещин в одном из заполненных резервуаров, что стало возможным вследствие сильного износа основных фондов эксплуатирующего предприятия [1]. Согласно расследованию, произошло оседание основания резервуара, построенного ещё в советский период развития государства, что и привело к разрыву корпуса. Часть свай, на которых стоял резервуар, были короче проектной длины и, как следствие, не были заглублены в скальную породу, но опирались на вечную мерзлоту. Таяние мерзлоты привело к подвижности свай и оседанию конструкции.
Данное событие не могло пройти незамеченным, а одним из основных заключений стала необходимость реализации на особо опасных объектах предприятия с учётом риск-ориентированного подхода стационарной системы мониторинга состояния зданий и сооружений – системы геотехнического мониторинга [2]. Такую систему мониторинга разработали и внедрили на объекте специалисты компании ООО Научно-технический центр «Комплексные системы мониторинга» (НТЦ КСМ). В горизонте обозримого будущего система геотехнического мониторинга охватит все основные промышленные объекты предприятия, и станет возможным управление функциональной и экологической безопасностью в регионе!
Объекты мониторинга
Первыми объектами мониторинга стали здания и сооружения Норильско-Таймырской энергетической компании (НТЭК), обеспечивающей водой, тепловой и электрической энергией жизнедеятельность населения трёх городов (Норильск, Дудинка, Игарка), двух посёлков (Светлогорск и Снежногорск), а также всех предприятий Норильского промышленного района. В состав вошли группы резервуаров РВС № 2 и № 3, а также здание насосной хранилища аварийного дизельного топлива.
Резервуары, каждый объёмом 20 000 м3, имеют свайные сборно-монолитные фундаменты, реализованные с применением 120 буроопускных свай-стоек с опиранием их на скальные грунты. Свайные основания каждого из резервуаров объединены монолитным железобетонным плитным ростверком. Данные объекты выполнены в виде круглых монолитных железобетонных плит, разделённых деформационными швами на 4 равных сектора. В местах сопряжения плиты ростверка с оголовками свай для каждого резервуара обустроены железобетонные капители. Средняя высота от уровня днища резервуара до обреза фундамента составляет 1,2 м. Расстояние от низа плиты ростверка до днища каре заполнено скальным грунтом, находящемся в мёрзлом состоянии. По периметру окружности фундаментов по насыпи из скального щебня устроены монолитные железобетонные отмостки. Оба объекта были введены в эксплуатацию более полувека назад – в августе 1971 г.
Насосная представляет собой отдельно стоящее одноэтажное здание прямоугольной формы. Пространственная жёсткость и геометрическая неизменяемость здания обеспечивается жёстким защемлением колонн в фундаментах и диском покрытия. Внутри помещения к железобетонным рамам каркаса закреплены стальные рамы, к ригелям которых подвешены монорельсы электротельферов.
Условия эксплуатации объектов мониторинга являются крайне жёсткими: среднегодовая относительная влажность воздуха около 76%, минимальная температура воздуха составляет –53,1°С, среднегодовая находится на уровне –10,2°С, а ход абсолютных температур составляет 85°С. Предприятие расположено за Полярным кругом.
Система геотехнического мониторинга
Суровые условия эксплуатации объектов мониторинга обусловили крайне серьёзные требования к датчикам системы геотехнического мониторинга. Все объекты периферийного уровня должны устойчиво функционировать при
изменениях в окружающей среде при допустимых температурах и влажности воздуха. Специалистами компании были проведены исследования в части выбора подходящих измерительных приборов для данного объекта мониторинга и сформирован рабочий проект, успешно смонтированный и реализованный также с привлечением НТЦ КСМ.
Оборудование системы геотехнического мониторинга установлено в критически важных точках и обеспечивает:
- измерение температуры грунта в термометрических скважинах;
- измерение температуры и влажности воздуха в подполье;
- контроль уровня грунтовых вод в пьезометрических скважинах;
- контроль деформационного состояния строительных конструкций фундаментов зданий и сооружений при помощи инклинометров.
Архитектура системы представлена на рис. 1.
В ней условно можно выделить комплекс технических средств полевого уровня, а также технические средства уровня централизации данных. На полевом уровне установлены измерительные инклинометрические пункты, пункты контроля и измерения температурного состояния грунтов, пункт контроля и измерения температуры и влажности. Данные от измерительных устройств передаются по стандартным протоколам в шкаф сбора данных, расположенный в здании административно-бытового комплекса (АБК). От инклинометрических пунктов и пунктов контроля и измерения температурного состояния грунтов данные передаются по беспроводному каналу с применением технологии LoraWAN. Данные от пункта контроля и измерения температуры и влажности – по проводной линии с применением протокола ModBus RTU. Подобная организация системы геотехнического мониторинга позволила получить измерительный комплекс географически распределённых объектов на территории предприятия с выдачей данных конечным пользователям на верхнем уровне централизации информации (рис. 2).
В настоящее время система геотехнического мониторинга позволяет получать большой объём данных, накопление которых и дальнейший интеллектуальный анализ позволят осуществлять процедуры достоверного диагностирования, прогнозирования и оценки остаточного ресурса технических объектов. При этом важно учесть все нюансы эксплуатации объектов диагностирования, так как затруднена реализация их точных цифровых моделей в условиях уже более чем полувекового использования по назначению.
Внедрение системы геотехнического мониторинга позволяет обеспечивать управление надёжностью технических сооружений на предприятии и функциональной и экологической безопасностью в суровых климатических условиях Арктической зоны РФ.
Специалисты НТЦ КСМ не только запроектировали, но и успешно смонтировали и настроили оборудование на объекте мониторинга. Дальнейшая деятельность связана с техническим содержанием системы, её наращиванием с дооснащением иных объектов диагностическими устройствами, а также развитием и совершенствованием технологий обработки информации.
Заключение
Внедрение систем мониторинга объектов промышленности, в том числе расположенных в Арктической зоне РФ, способствует совершенствованию технологий их эксплуатации.
Создаются не только возможности предупреждения развития аварий и катастроф на ранних стадиях, но и изменения принципов их содержания с учётом текущего и прогнозного состояний. Всё это напрямую связано с цифровой трансформацией каждой конкретной отрасли, в которой внедряются технические средства мониторинга, что способствует развитию экономики регионов и страны в целом. ●
Литература
- Разлив дизельного топлива в Норильске // URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Разлив_дизельного_топлива_в_Норильске (дата обращения: 29.03.2022).
- «Норникель» создает автоматизированную систему геотехнического мониторинга в Норильске // URL: https://www.nornickel.ru/news-and-media/press-releases-and-news/nornikel-sozdaet-avtomatizirovannuyu... (дата обращения: 29.03.2022).
автоматизация
автоматизация
автоматизация
автоматизация
