Статья "Аварии грузоподъемных кранов как следствие опасных дефектов"

К.Д. Никитин, канд. техн. наук, профессор, генеральный директор

ООО ИТЦ «Сибинтехкран»

Т.А. Крыгина, эксперт

 ООО ИТЦ «Сибинтехкран»

А.А. Кузнецов, эксперт

ПИ СФУ УНМЦ «Красинжсервис»

Низкий уровень технического состояния грузоподъемных кранов, неудовлетворительная организация обслуживания, эксплуатация при наличии возникших опасных дефектов приводят к повышенной аварийности. В статье проиллюстрированы обнаруженные по итогам обследования опасные дефекты в башенных кранах, сделаны выводы о целесообразности их идентификации для каждого вида кранов, придания перечням дефектов соответствующего статуса с включением в качестве приложений в руководящие документы, ужесточения требований к обслуживающему персоналу.

13 июня 2007 года на строительной площадке Богучанской ГЭС (БоГЭС) Красноярского края произошла авария башенного крана КБГС-450 (обрушение), унесшая жизни четырех человек, выполнявших в этот момент ремонтные работы по устранению неполадок в машинном отделении на высоте 29 м. Внезапное ухудшение погодных условий (увеличение скорости ветра) при неудовлетворительном техническом состоянии крана в результате пренебрежения требованиями нормативно-технической и эксплуатационной документации привели к трагедии.

Под действием порывов ветра кран беспрепятственно покатился вдоль рельсового пути, его остановка произошла мгновенно после наезда на тупиковые упоры ударного действия, установленные в соответствии с проектом в конце кранового пути. Скорость крана в момент наезда была такой, что решетчатая металлоконструкция башни не выдержала касательных усилий, возникших от действия сил инерции, произошло подкашивание и обрушение крана. Поскольку в соответствии с правилами проведения ремонтных работ кран был обесточен, не представилось возможным воспрепятствовать угону посредством включения элект­родвигателей механизма передвиже­ния крана. Попытки крановщицы и трех рабочих ремонтной бригады по­кинуть кран, используя лестницы, ока­зались безуспешными. В итоге все на­ходившиеся на кране люди погибли.
В результате расследования были установлены основные причины ава­рии – это, помимо стихии (порыва ветра), технические неисправности и нарушение правил эксплуатации, а именно: незатянутые противоугонные захваты, нештатные (самодельные) ту­пиковые упоры, распущенные тормоза механизма передвижения крана и др.

На этой же площадке в момент резкого порыва ветра одновременно угонялись еще два башенных крана, которые удалось остановить: один ос­тановился самостоятельно, зацепив­шись за препятствие, другой был ос­тановлен рабочими подкладыванием под ходовые колеса досок, а также включением электродвигателей пе­редвижения в режим противотока.

В соответствии с предложением одной из строительных организаций БоГЭС, в августе 2007 г. специалистами Сибирского инженерно-технического центра (ИТЦ) «Сибинтехкран» было проведено техническое диагностирование и экспертное обследование отработавших нормативные сроки тяжелых башенных кранов, установленных на промышленной площадке БоГЭС: КБГС-450 грузоподъемностью 25/10 т, высотой подъема 22 - 45 м; БК-1425 грузоподъемностью 75/12,5 т, высотой подъема 96 м и КБСМ-50 грузоподъемностью 50/10 т, высотой подъема 73 м. Ранее все эти краны неоднократно подвергались повторным обследованиям и техническому диагностированию специалистами экспертных организаций Иркутского и Красноярского регионов, их техническое состояние оценивалось как удовлетворительное. Выявлялось лишь минимальное количество незначительных дефектов, а опасных дефектов, существенно снижающих уровень эксплуатационной безопасности, обнаружено не было.

Однако обследование, выполненное в августе 2007 г. специалистами Красноярской экспертной организации «Сибинтехкран», показало, что эти краны имеют многочисленные дефекты и отклонения от штатных технических характеристик, в том числе и опасные, могущие приводить к авариям, а техническое состояние кранов характеризуется как неудовлетворительное и неработоспособное.

Здесь следует сделать пояснение. На основе многолетней практики обследования и технического диагностирования подъемных сооружений в Сибирском ИТЦ выработана и применяется классификация дефектов по степени их опасности, в соответствии с которой они разбиты на три категории:

 

    первая – дефекты, не влияющие непосредственно на надежность и безопасность эксплуатации грузоподъемной машины. Эксплуатация может быть разрешена без их исправления («допускаемые дефекты»);

    вторая – дефекты, снижающие работоспособность и надежность грузоподъемной машины, ее систем, агрегатов и узлов, но не влекущие внезапные отказы в виде аварий. Эксплуатация грузоподъемной машины может быть разрешена на определенный ограниченный период до исправления дефектов с соблюдением дополнительных мер предосторожности («дефекты, допускаемые на ограниченный период»);
    третья – дефекты, непосредственно влияющие на надежность и безопасность эксплуатации грузоподъемной машины, и влекущие внезапные отказы в виде аварий или несчастные случаи. Состояние машины при этом оценивается как предаварийное, эксплуатация ее должна быть немедленно прекращена до устранения этих дефектов (недопустимые или «опасные дефекты»).

Такая классификации позволяет регламентировать грузоподъемные краны по одному из главных эксплуатационных показателей – промышленной безопасности; при этом весьма важно установление и четкая идентификация дефектов наиболее опасной третьей категории.

В процессе обследования и технического диагностирования упомянутых кранов выявлено значительное количество дефектов и отступлений от требований проектной документации, основными из которых являются: трещины по сварным швам металлоконструкций; полное или частичное отсутствие, либо неработоспособное состояние противоугонных устройств; значительные отклонения от прямолинейности оси башни; ослабление болтовых соединений скрепления секций башен, стрел и порталов; ненадежное закрепление концов грузовых канатов; предельный износ муфт и тормозных шкивов механизмов подъема и передвижения; ослабление и отсутствие болтов крепления опорно-поворотных устройств; скручивание ветвей грузового полиспаста; сниженный тормозной момент тормозов механизмов подъема и передвижения кранов и тележек; неработоспособность или неисправность концевых выключателей механизмов; неисправность или отсутствие ограничителей грузоподъемности; отсутствие или неработоспособное состояние анемометров; неудовлетворительное состояние крановых путей; неудовлетворительное состояние изоляции силовых кабелей ходовых колес механизма передвижения крана и др.

Подавляющее число вышеперечисленных дефектов относятся к третьей категории, т.е. к дефектам опасным, существенно повышающим степень риска возникновения внезапных событий в виде аварий и несчастных случаев, запретительным для дальнейшей эксплуатации машины.

Некоторые из них следует рассмотреть более подробно.

 

Рис. 1. Трещина по сварному шву крепления раскоса секции стрелы башенного крана БК-1425	Рис. 2. Неработоспособное состояние одного и отсутствие другого противоугонных захватов на башенном кране БК-1425	Рис. 3. Неработоспособность автоматического противоугонного захвата башенного крана КБГС-450 (отсутствие электродвигателя, отключение конечных выключателей и др.)

         
Одним из наиболее опасных дефектов, обнаруженных при обследовании, являются трещины в несущих сечениях металлоконструкции (рис. 1), например, трещина по сварному шву крепления раскоса секции стрелы. Она имеет усталостный характер, а ее зарождение и развитие в узле схождения сжатых и растянутых раскосов фермы обусловлено значительными знакопеременными нагрузками и наличием концентраторов напряжения в виде неровностей и подрезов сварного шва.

На этапе зарождения трещины распределение напряжений в узле и в раскосах может мало отличаться от расчетной картины ввиду малого изменения сечения в рассматриваемом месте. Однако по мере роста длины трещины и увеличения количества ее лучей уменьшается величина расчетного сечения, что приводит к локальному росту напряжений в металле. Учитывая общее равновесие ферменной конструкции, можно утверждать, что после полного разрушения материала оставшиеся связи (раскосы) вынуждены воспринимать помимо «своих» расчетных нагрузок, также и дополнительные нагрузки, ранее воспринимавшиеся разрушенным раскосом.

Опасный дефект в виде частичного отсутствия или неработоспособности рельсовых противоугонных захватов крана (рис. 2 и 3), являясь следствием явной безответственности и низкой квалификации обслуживающего персонала, носит латентный характер, т.е. не проявляет своего опасного характера до определенного момента времени.

Такой момент может наступить в случае совпадения нескольких факторов риска: возникновение резких порывов ветра, увеличение уклона рельсовых путей, значительные инерционные нагрузки при работе крана, раскачивание груза и др. Для каждой конкретной модели крана «критическая масса» факторов риска, способных привести к падению в результате угона, является величиной индивидуальной, достаточно сложно определяемой по теории риск-анализа.

Поэтому требование исправности и работоспособности противоугонных захватов совершенно необходимо, оно гарантирует безопасность от угона и обрушения крана и должно неукоснительно соблюдаться. Однако, как показывает практика, даже авария крана и гибель четырех человек в результате неработоспособности противоугонных захватов (см. выше) не явились сигналом опасности для службы обслуживания эксплуатирующей организации.

Рис. 4. Трещина в гайке узла крепления секций стрелы башенного крана БК-1425	Рис. 5. Скручивание (сплетение) ветвей грузового каната главного подъема башенного крана БК-1425 в «косичку»	Рис. 6. Ослабление болтовых соединений крепления каната на барабане механизма подъема башенного крана КБГС-50

Трещина гайки болтового скрепления секции стрелы крана БК-1425 показана рис. 4. В рассматриваемом стыкепроектной документацией предусмотрено наличие четырех болтовых соединений. Нарушение целостности даже одного из них приводит к снижению запаса прочности стыка на 25% от первоначального значения. При практически неизбежных при работе башенного крана перегрузках, развитии усталостных явлений в этом и остальных узлах скрепления стыка риск аварии возрастает многократно.

Выявленное скручивание (сплетение) ветвей грузового каната главного подъема в «косичку» и фиксация полиспаста в закрученном состоянии на башенном кране БК-1425 (рис. 5), обусловленные низкой пространственной жесткостью полиспастной системы, конструктивными особенностями каната и особенностями управления краном также можно отнести к дефектам третьей категории. Опасность подобного дефекта проявляется в крайне неравномерном распределении усилий в ветвях полиспаста, а, следовательно, и возможности значительной перегрузки одной из них, ее разрушения и обрыва. Кроме того, возникновение сил трения между ветвями и скручивание ветвей каната приводит к их деформации. Это снижает общую прочность каната и приводит к появлению браковочных признаков по его форме (корзинообразность, волнистость и т.п. в соответствии с приложением 13 ПБ 10-382-00).

Ослабление болтовых соединений крепления каната на барабане (рис. 6) опасно вероятностью «вырыва» конца каната из узла крепления. Однако следует отметить, что существует некоторая неопределенность в существующих нормах.

Требование затяжки болтов на величину трети уменьшения диаметра каната регламентирует в некоторой мере силы трения, степень пережатия и деформации каната, а также величину сопротивления вырыву каната из-под планок, но при этом не дает однозначного ответа на вопрос выбраковки болтового соединения проворачиванием болта в соответствии с существующей инструкцией.

Рис. 7. Ослабление болтовых соединений букс балансира механизма передвижения башенного крана КБСМ-50	Рис. 8. Выкрашивание поверхности катания ходового колеса механизма передвижения башенного крана КБСМ-50	Рис. 9. Отсутствие электродвигателя на приводе передвижения ходовой тележки башенного крана БК-1425

Обнаруженное ослабление болтовых соединений букс (рис. 7) приводит к их перекосу, а следовательно, повышенному износу реборд колес и боковых поверхностей головок рельсов. Затяжка болтовых соединений при устранении дефекта должна сопровождаться выверкой положения колес и балансиров. Помимо этого, ослабление болтовых соединений при продолжительной эксплуатации в неисправном состоянии приведет к смещению вдоль разъема и деформации колец подшипников и, в свою очередь, – к уменьшению радиального зазора между кольцами, повышенному трению и износу поверхностей желобов и шариков и преждевременному выходу подшипникового узла из строя.

Выкрашивание поверхностей катания ходовых колес крана (рис. 8) может являться результатом проскальзывания колеса по рельсу в момент пуска (буксования), либо при торможении (юза) из-за недостаточного сцепного веса, нарушения технологии изготовления колес (повышенная твердость поверхности катания, наличие наклепа, нарушение физико-химических свойств материала), коррозии с последующим изменением качества поверхностного слоя, неправильной установки колес и др. Особенно опасна значительная степень изнашивания реборд, это может привести к сходу крана с рельсов.

Разукомплектованность механизмов крана, в частности, механизма передвижения одной из ходовых тележек крана (рис. 9), в определенных ситуациях может иметь опасные последствия при эксплуатации. Так, при снятии электродвигателя механизма передвижения крана повышается вероятность угона ветром, поскольку снижается возможность торможения электродвигателем в режиме противотока при самопроизвольном движении крана. Кроме того, при оснащении привода передвижения симметрично расположенными (двумя или четырьмя) ходовыми тележками вывод из строя одной из них способствует перекосу и даже возможному заклиниванию крана.

Обобщенный анализ результатов обследования и технического диагностирования башенных кранов, работающих на БоГЭС, рассмотрение наиболее характерных дефектов, приводящих к авариям, свидетельствуют о следующем.
 
1. Техническое состояние эксплуатируемой техники, в частности, тяжелых башенных кранов неудовлетворительное – неисправное и неработоспособное. Обследованные краны эксплуатируются в предаварийном состоянии. Состояние грузоподъемных кранов, отработавших нормативный срок службы, просто опасное. Они продолжают эксплуатироваться без текущего или капитально-восстановительного ремонта. С этой точки зрения описанная выше авария башенного крана на строительстве электростанции показательна и может быть не последней.

2. Работа службы, ответственной за техническое состояние грузоподъемных кранов, недостаточна и неудовлетворительна. Так, например, определение технического состояния крана силами эксплуатирующего предприятия при проведении ТО (ПТО и ЧТО) производится с недостаточной периодичностью и недостаточной глубиной: не выполняется ревизия болтовых соединений, низок уровень неразрушающего контроля деталей и т.д. Даже результаты проведенного ежесменного осмотра ПС не всегда заносятся в журнал.

3. Квалификация и ответственность специалистов по надзору за безопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов, грузозахватных приспособлений и тары, ответственных за содержание грузоподъемных кранов в исправном состоянии, и лиц, ответственных за безопасное производство работ кранами, недостаточная и требует повышения.

Выводы

1. Наличие опасных дефектов третьей категории на эксплуатируемых грузоподъемных кранах характеризует их состояние как предаварийное, совершенно недопустимое и требует немедленной остановки кранов и устранения дефектов.

2. Для снижения количества кранов, эксплуатируемых с опасными дефектами, целесообразно ведущим экспертным организациям:

    согласовано идентифицировать дефекты третьей категории, т.е. разработать перечни таких дефектов с их характеристикой и возможными последствиями для каждого типа кранов, ввести их в качестве приложений в РД 10-112, а также в инструкции для персонала соответственно типам кранов для обязательного контроля при обслуживании, надзоре и техническом диагностировании и исключения возможности их возникновения.

3. На вновь создаваемых кранах проектным организациям следует вводить в конструкцию системы автоматического контроля ключевых параметров, а также устройства автоматической блокировки и защиты в аварийно опасных и критических ситуациях без участия обслуживающего персонала (человеческого фактора) с целью предупреждения возможных отказов и аварий при появлении опасных дефектов.

4. В рамках системы производственного контроля следует установить санкции для обслуживающего персонала при обнаружении или не устранении ранее обнаруженных опасных дефектов (административное наказание, лишение или уменьшение премии, отстранение от работы и др.).

По материалам Научно-технического, производственно-экономического и информационного журнала «Подъемно-транспортное дело», № 6 (44), 2007г.