《梁场自动测温系统》PPT课件.ppt

梁场蒸养温控系统 高铁箱梁测温 混凝土蒸汽养护技术及设备研究报告 3 技术目录 施工说明 蒸汽养护的设计 实验方案 蒸氧技术方案 包括以下两部分内容 一 蒸养制度确定和关键参数计算二 蒸汽养护系统的组成及设计计算 一 蒸汽养护的设计 蒸养制度是指对养护过程的时间和温度的规定 其表示方法为 预养 升温 恒温 降温 即分别确定 1 预养期 2 升温期 3 恒温期 4 降温期 一 蒸养制度确定和关键参数计算 1 预养期预养时间一般为3 6h 可用 临界初始结构强度 和 最佳预养期 确定 具体关于最佳预养期可参照图1中的曲线并结合实际的试验数据来确定 图1预养期对蒸养混凝土强度及变形的影响 2 升温期升温期的主要控制参数是升温速度 采用分段升温方案 开始低速升温 随着温度的升高 增大升温速率 温度 时间曲线的斜率逐渐增大 升温速度计算公式如下 t恒 恒温温度 t初 罩内的环境温度 V升 升温速度 h 3 恒温期恒温期的确定可以根据米洛诺夫提出了不同混凝土的强度于恒温温度和恒温时间的关系曲线 如图2所示 图2恒温温度及时间对混凝土强度增长速度的影响 4 降温期降温期的关键是确定适当的降温速度 在保证减少降温期的结构损伤的同时 尽量缩短养护周期 本设计为保证梁养护质量 降温速率为10 h t恒 恒温温度 t预 预养期结束罩内温度 V升 降温速度 h 5 结论根据已有的初始结构强度 最佳预养期 升温速度 恒温时间 降温速度要求初步拟定一个分段升温养护制度如下图所示 图3蒸养制度图 6 蒸养制度各养护期的参数控制说明 1 预养期应控制养护罩内温度在15 温控参数为温度 2 升温期分段升温 开始升温速率5 h 然后恒温1 3h 再以8 h的速率快速升温至55 温控参数为温升速率和温度 3 恒温期 以55 的温度恒温 控制恒温温度波动在55 2 温控参数为温度 4 降温期 控制降温速率在10 h以下 温控参数为降温速率 7 蒸养制度关键参数的保证根据 混凝土手册 第二分册 的有关混凝土蒸汽养护各阶段的导温情况的计算 可以验证 采用该养护制度 1 混凝土表面至中心的最大温差为14 3 小于15 符合规定 2 考虑水化热后 升温阶段的最高温升为30 1 恒温阶段的最高温升为57 42 均在60 以下 符合要求 8 蒸汽养护的参数设计蒸汽养护适用的最低温度 10 传感器的测量范围 40 350 饱和蒸汽压力 1 25Mpa 环境风力 5级 整个蒸养系统由供热系统 通风降温系统 养护罩系统 温控系统 几部分组成 如下图所示 以下将分别加以介绍 二 蒸汽养护系统的组成及设计计算 为确定供热系统的热源 锅炉的容量 应该首先计算蒸汽养护过程中的热量消耗 热量消耗的计算主要考虑以下几个方面 1 升温期的热量消耗 加热混凝土制品所消耗的热量 砼制品中蒸发水分所消耗的热量 钢模 箱梁中的钢筋及其他钢结构所消耗的热量 充满养护设备自由空间的蒸汽耗热量 养护设备蓄热和散失的热量 冷凝水带走的热量 逸失介质的耗热量 水泥的水化热 一 供热系统 1 热量计算 2 恒温阶段的热量消耗恒温阶段热量消耗主要有散失于周围介质的热量 漏失蒸汽损失的热量两部分 其热量计算参考台湾的养护方案 可取为升温期热量的15 3 养护期间单位时间需要供给的最大热量为升温期和恒温期的热量消耗的总和 经热量计算后 可知蒸汽养护所消耗的总热量 转化为所需的蒸汽量 为5 2t h 以上计算未考虑的管道损失和蒸养罩缝隙损失等因素的影响 取富裕系数1 4 最终所需的蒸汽量为7 28t h 2 供热设备 部件的选择2 1锅炉经热量计算 可知蒸汽养护所需的蒸汽量为7 28t h 锅炉的选择以其容量满足整个养生期的热量消耗为原则 因此 选取WNS4 1 25 YZ型蒸汽锅炉两台 相关参数如下 额定蒸发量 4t h额定压力 1 25Mpa 蒸汽为饱和蒸汽燃料 油或气外形尺寸 5876 3025 3608 mm 2 2管道 1 管道布置管道的布置依据为 使整个养生的梁的区间均匀充满蒸汽 管道布置如下图5 2 管道的水力计算管道水力计算参考 热力管道设计手册 中的平均密度法 备注 具体算例详见研究报告 管道的水力计算结果 DN125主蒸汽管两根 立管4根 DN125立管两根 DN68蒸汽支管4根 DN32的蒸养管20根 两侧管道相向布置 其中4根布置在地沟里 箱梁内布置4根 腹板两侧各布置4根 顶板布置8根 距离混凝土表面不小于30cm 每两根蒸汽管为一组相向布置 且轴线一致 喷孔 蒸养管上前2 3管段每隔25mm 后1 3段每隔20mm打制一对直径为2mm的梅花形喷孔 这是考虑到蒸汽沿管道有压力降和温度降 两喷孔的夹角为120度 以防蒸汽直接喷到混凝土或钢模表面上 3 管材主管道选用焊接钢管 蒸养管采用不锈钢无缝钢管 以防生锈堵塞管道 其中 为了便于安装 箱梁内腔内的4根蒸养管在梁端各采用一段2 5m长的软管进行连接 4 管道保温计算为了减少蒸汽输送过程中的热损失 主蒸汽管以及地沟内的蒸养管应加设保温层 主蒸汽管保温材料选用岩棉 保温层厚56mm 地沟内蒸养管的保温材料选用沥青矿渣棉毡 厚度为94mm 保温层经济厚度的计算公式详见研究报告 5 管道支吊架间距的确定管道的支架间距的确定应满足强度条件和刚度条件 参见 热力管道计算手册 支吊架间距定为5m一个 6 管道补偿计算管道受热后将膨胀伸长 应进行管道补偿 经计算 可知管子的伸长较小 利用管道弯曲部分形成L形或Z形管段对热伸长作自然补偿 7 阀门的选择管道上的阀门设置如下 减压阀减压阀的选用应根据减压流量 阀前后的压力 以及阀前流体温度条件 来选定阀孔面积 进而选择减压阀的规格尺寸 型号 Y43H 电磁阀电磁阀根据所安装管径及介质温度进行选择 型号 ZCGL 2型 安全阀安全阀的选择应由公称压力和使用温度范围 型号 A41H 16型 根据负荷计算及风压要求 选4 72 11No12C离心通风机1台 转速为1120r min 流量分别为23000m3 h 所配电机为7 5KW 2 2风机出口的连接 在靠近风机出口处的转弯 必须和风机的转到方向一致 使气流通畅均匀 避免不必要的能量损耗 风机出口到转弯处应有不小于3D 即A 3D D为风机入口直径 的直管段 以免造成不必要的静压损失 风机的入口和出口处应加软接头 以减少振动的影响 软接头材料宜采用人造革或帆布 2 1风机的选择 二 通风降温系统 2 3通风系统控制方案整个系统中设有四个阀门 在系统安装好后 必须调试风量 使出风量均匀 降温开始后 在自控系统的监测下 通过控制风机的开和关来达到控制降温速率 使其保持每小时10 小时 3 1养护罩的选择确定 养护罩由养护罩架和养护被两大部分组成 养护被应该具有良好的保温性 防潮性 抗拉性及柔韧性 且成本低 拟选用纳米复合纤维保温毡 产品有关性能参数如下 包括单层防水复合保温材料 双层高室结构保温材料和厚型三层气室结构保温材料 定重800 1100g m2 抗拉性强650 1100N 5CM 保温率82 具有防水防大雨功能 防污染 防潮性强 养护罩架由7组型钢焊接成的桁架结构组成 养护罩架的确定以满足强度和刚度要求为原则 同时考虑使用方便 成本低 单个的养护罩架桁架结构见附图 养护罩支撑架 图号YH 03 01 养护罩架在外模上摆放见附图 养护罩支架摆放 图号YH 03 02 三 养护罩系统 3 2养护罩系统图 养护被 养护罩 温度自动控制是蒸汽养护的关键环节 温控系统要具有温度的检测 调节 控制功能 同时控制系统还设计有养护罩内温度的实时显示 初始参数的设置及安全报警等功能 形成的控制系统框图如图5 4 1控制系统简介 图5控制系统流程图 四 控制系统 测温点的布置分为两种 试验测温点布置和现场实施测温点布置 1 试验测温点的布置本研究方案决定从混凝土箱型梁的两端供蒸汽 因此测温点的布置以梁的纵向长度的一半作为研究对象 横向截面也对称 所以布置测温点时以截面的一半来布置 在纵向确定四个横截面A A B B C C D D作为布点的平面 具体截面位置以及测温点的布置如下列各图所示 4 2温度传感器的布置 温度传感器布置图 图6测温点的截面布置图 图7所示的为梁端部A A截面的内部测温点的布置图 共有14个智能数字温度传感器 分别监测端部的顶板 腹板 翼缘板和底板不同厚度处温度的变化情况 图7A A截面内部温度测温点的布置 图8所示为梁端部A A截面的外部测温点的布置图 共10个智能数字温度传感器 图8A A截面内部温度测温点的布置 图9示为D D截面 接近跨中 的混凝土内部测温点的布置图 共有14个智能数字温度传感器 图9D D截面内部温度测温点的布置 图10为D D截面的外部测温点布置图 共有10个智能数字温度传感器 B B截面和C C截面只布置外部测温点 传感器的布置位置和图10所示的一致 主要为了反应纵向的温度变化规律 试验测温点共计68个 需要68个智能数字温度传感器 在技术实现上可采用4套测温和控温系统同时监测和控制同一片混凝土梁的蒸汽养护 图10D D截面外部温度测温点的布置 2 现场施工测温点的布置在现场正常的蒸汽养护过程中 只需要在A A截面和B B截面的外部按照图8和图10所示的测温点布置20个温度传感器 通过这20个温度传感器所测得的温度数据和试验阶段所得到的混凝土箱型梁的温度变化规律进行比较并对养护温度进行时时修正和控制 1 控制系统组成本温度控制系统主要由1台上位工控PC机 两台PLC下位机 64点温度传感器 6路 24点 电磁阀 4台巡回控制仪和通风机等组成 4 3温度控制系统设计 4 3 1温度控制系统设计 控制系统结构图 4 3 2系统功能 本系统具有64点的温度采集 12路输出控制功能 温度传感器采用美国进口的DS18B20智能数字温度传感器 执行元件采用开关型高速电磁阀 系统可对任意混凝土梁养护曲线参数进行设置 整个系统是由一套自动检测控制系统和一套手动操作控制系统组成 手动系统只是作为自动控制系统的应急备用 自动检测控制系统由工业控制计算机作人机界面操作站 主要控制由PLC按预置控制曲线完成控制 自动化程度高 可靠性好 手动控制功能 手动系统由四台十六点的温度巡检仪作温度检测显示 用手动操作按钮作手动控制 两系统通过手动 自动切换装置进行相互切换 以达到对控制阀和风机进行手动操作的备用作用 系统能显示各测试点的温度值 主要截面的平均温度值 实时曲线 历史曲线 历史数据 日报表等参数 并打印相关参数 本系统因采用标准的工业计算机控制软件 三维力控 硬件平台 PLC 构成的集成系统取代传统的封闭式系统 它具有适应性强 开发性好 易于扩展 经济实用的特点 运行更安全可靠 4 3 3温度控制原理温度传感器所测得的数据经数据信号线传送到PLC和工业控制计算机 将测量温度与设定函数的计算值进行比较 判断 然后由PLC发出高低电平来控制相应区域的阀门的关 使各个控温空间的升温或降温过程比较平稳地按温度曲线进行自动控制 控制原理界面如下图所示 4 3 4温度控制过程 4 3 5系统软件功能 用户管理 系统设置 系统设置包括测温点数量的设置 升温时间和升温速度的设置 恒温时间和恒温温度的设置 系统设置结构如下图 动态图形动态图形显示包括静态显示和动态循环显示 动态循环显示主要实现A截面 B截面 C截面 D截面之间的循环显示 便于监测各截面上的温度值 静态显示可以单独显示A B C D截面中的某一截面 便于集中观察某一截面温度值 可通过标题栏下拉菜单进入动态图形界面 其结构示意图如下 实时曲线可将每个测试点在整个混凝土箱型梁养护期间的温度变化曲线实时绘制并显示 可将纵向同一高度的不同测试截面的温度变化曲线实时绘制并显示 下拉菜单选项结构图如下 历史曲线历史曲线是将历史存盘数据从数据库中读出 以时间为横坐标 数据值为纵坐标进行曲线绘制 同时 历史曲线也可以实现实时刷新的效果 历史曲线主要用于事后查看数据分布和状态变化趋势以及总结信号变化规律 下拉菜单选项结构图如下 数据报表数据报表是根据实际需要以一定格式将统计分析后的数据记录显示并打印出来 以便对生产过程中系统监控对象的状态进行综合记录和规律总结 本系统中我们采用了日报表即报表每24小时打印一份 实时报警对于温度超过设定值并且在设定时间内仍没能够经过控制系统调整到规定的数值 则系统发出警告 提醒工作人员迅速查找原因并解决 同时系统将做报警记录 运行效果图如下 实时测温记录对所有温度测量点进行实时显示 以便对各温度测量点进行实时监测 历史测温记录 对于每个测温点在养护期间的所有温度测量值都将以数据文件的形式加以保存 以便对养护效果与温度的变化关系进行分析 下拉菜单结构示意图如下 控制系统的扩展 为了便于现场工作的人员对蒸汽养护罩内的温度了解可以在养护罩外安装温度循环显示仪 可以在固定时间内对测试点的温度进行循环显示 二 施工说明 施工说明包括两部分 一 施工工艺流程图二 蒸养施工工艺 一 施工工艺流程图 二 蒸养施工工艺 混凝土箱梁的蒸养的具体工艺流程如下 1 首先 浇注梁时参照测温点布置图布好内部测温点 在进行梁场的整体规划设计时 根据锅炉房布置平面图 施工图由锅炉厂家完成锅炉房的布置 锅炉的安装以及主蒸汽管道的预埋 同时 完成风机的安装和温控室的建盖 2 蒸养前检查水 电是否供应正常 锅炉能否正常运转 3 将梁运至养护地点 预养3 6小时 平行作业程序包括 搭建养护罩 参照蒸养管道三视图以及各层管道布置图 喷孔布置图和施工说明 由水暖人员安装管路 安装通风降温系统的风管 阀门 试汽 按规范要求在梁内放置好试件 参照外部测温点布置图布好外部传感器并连接信号线 最后 盖上养护被 准备进入升温期 注 在预养期中 若罩内的温度低于15 向棚内缓缓送入蒸汽 每小时采集罩内温度一次 保证罩内温度在15 预养期平行作业流程图 静停期结束后 向梁体送汽升温 升温过程中每5分钟观察温度 湿度一次 控制升温速度 并使罩内湿度在90 以上 温升速率通过温控系统来监测控制 当养护温度达到55 时 调整送汽质量 控制棚内的温度在这种状态下 开始进入恒温养护阶段 恒温期中 恒温期温度应控制在55 2 每小时由控制系统监测一次梁内的温度 湿度 及时调整蒸汽质量和送汽速度 恒温结束前 检测混凝土养护试件的强度 当达到设计强度的85 时 便可进入降温期 启动通风系统开始降温 为防止梁由于降温过快而产生裂缝 降温速度控制在10 h内 降温结束后 在拆除蒸养罩时 不应立刻将蒸养罩打开 避免由于温差造成混凝土表面出现收缩裂纹 尤其是大风天气或外界气温较低时更应注意 当梁体表面温度降至与环境温差不大于15 时方可拆除养护罩 并立刻对梁面 箱内进行覆盖 并洒水养护 梁体拆模后进入自然养护期 三 实验方案 包括两部分 一 实验室实验二 现场实验 一 实验室试验 1 试验目的 1 检验所设计的混凝土箱梁蒸汽养护系统中控制系统的可靠性 2 检验所制定的混凝土箱梁蒸汽养护工艺 制度 的可行性 3 根据实验室试验的温控系统所测得的温度数据的记录来间接反应现场试验的进行程度 2 试验方案 1 利用现有的锅炉房或其它 如实验室蒸汽室 作为蒸汽来源 2 制作内腔空间为1000 300 300mm3的养护罩 3 试验采用立方体试件 试件的尺寸为150 150 150mm3 每组同时制作并同样养护的试件为三个 4 按照 普通混凝土力学性能试验方法 GBJ81 85 的规定 将混凝土一次装入试模内 捣固成型 5 在距试件表面深度为25mm 50mm 75mm处分别埋设热电阻温度传感器 在试件的外部距每个表面中心25mm处布外部温度传感器并与养护罩外的控制系统相连 6 覆盖养护罩 试件静停 7 在距试件上下左右表面50mm处各布置一根蒸养管 蒸汽孔的分布与实际施工的相同 8 用四根蒸养管向养护罩内供蒸汽 进行养护 9 取出试件 进行力学性能试验 3 试验步骤 1 按照规定的强度和水灰比准备混泥土 支简易钢模板 在模板围成的空间中心垂直固定钢筋 并捆扎内部的三个传感器 2 浇筑混泥土试件并捣固 3 支撑养护架 固定外部的六个传感器并覆盖养护罩 固定简易通风系统 检查蒸汽源和阀门情况 4 连接测控系统并检查传感器和线路是否完好 开机并调整测控系统系统 打开蒸汽阀 给养护罩内供蒸汽并检查养护罩的密封性 5 从巡检仪和工控机显示屏上观察养护罩内温度的变化 比较两者的一致性 6 每隔30分钟 用温度计人工对养护罩内的温度进行测量并记录 7 温度降至高于室温15 时 掀开养护罩静养 8 后期静置完成后 拆除模板 9 对试件进行测试 二 现场实验 1 试验目的 1 检验所设计的蒸汽养护工艺的可行性和温度控制系统的可靠性 2 检查锅炉 阀门是否能正常运行 养护罩是否达到应有的保温效果 3 检验养护罩内沿混泥土箱型梁纵向温度的均匀性 4 检验电磁阀触发温度的设定范围的合理性 5 检验数据采集频率设定值的合理性 6 检验通风降温系统的合理性和必要性 2 试验步骤 1 在混泥土箱型梁浇筑的过程中按照试验方案中的测温点的布置埋设A A D D截面的内部温度传感器 温度传感器和信号线均绑匝在钢筋笼的合适位置 2 按照所设计的蒸汽养护方案及相关图纸安装供热系统 养护罩系统 控制系统 通风降温系统 3 按照试验方案中的测温点的布置安装A A B B C C D D截面的外部温度传感器 传感器和信号线的布置参照信号线施工图进行 4 测量内外传感器以及信号线是否正常 5 检查并启动锅炉 6 启动温度测控系统 设置初始参数 包括预养温度 预养时间 第一升温速率 第一恒温温度 第一恒温时间 第二升温速率 第二恒温温度 第二恒温时间 降温速率 最终降温温度 7 打开蒸汽管道主阀门 进入蒸汽养护工艺的预养阶段 观察电磁阀的开关情况 由于环境温度和初始设定的预养温度有差异 电磁阀有可能会打开 先供一定的热量 使养护罩内的温度升至预养温度 8 预养结束后进入升温阶段 由于需要控制两个升温阶段的速率 9 养护室的温度达到55 时就进入恒温阶段 此阶段由于热量的损失 在相应时刻电磁发会打开为室内补充热量 10 恒温阶段结束后进入降温阶段 所有的蒸养管电磁发都关闭 如果不能满足规定的降温速率则启动通风系统 以维持此降温速率 11 温度降至高于室温15 时 关闭蒸汽总阀门 关闭温度测控系统 打开蒸汽养护罩 进入自然养护阶段 12 进入自然养护阶段的同时可以拆除外部传感器 信号线 蒸养管及养护罩支架 整理蒸汽养护数据报表 4 试验结果的分析 1 观察和分析蒸养系统的各组成部分是否正常工作 包括管道的连接和阀的安装情况 2 分析测控系统的工作是否正常 通过工控机的数据记录和巡检仪的数据记录的比较判断工控系统数据传输的准确性 3 分析蒸养过程中的数据记录 判断养护工艺的合理性并提出改进方案 验证和修订温度测量和温度变化速率的精度 4 根据外部温度数据和内部温度数据的分析 确定内外温度变化的规律 并判断内部水化热对蒸养系统的作用程度 为现场施工提供参考依据 5 根据实测数据和理论计算的结果 精确计算养护系统的热效率 并提出提高效率的改进措施 蒸汽养护施工要点 1 养护前认真检查水 电系统是否可以正常工作 蒸汽养护的锅炉是否正常运转 2 蒸汽养护时可根据设计情况确定蒸汽管道的数量 一般情况下可设10根管道 分别设置在外模2根 内模2根 顶模4根 底板下也设2根管道 以保证在梁体的四周都可以供蒸汽 蒸汽的主管道设于台座一侧并包裹保温材料 在相应的台座两边均设置连接蒸汽支管的法兰盘 主管路可采用 200mm的钢管 支管路采用 50MM的无缝钢管 支管路上每隔200MM设一个 5MM的排气孔 3 桥面混凝土进行第二次赶光 压平 即可覆盖蒸汽养护罩 检查养护罩和管道的联结情况 保证密封且不漏气 养护罩底角用重物压实 防止在养护期间被大风或其它情况掀开 4 蒸汽养护分静养 升温 恒温和降温四个阶段 静养期间应保持棚内温度不低于5度 浇筑完成4小时后方可升温 升温的速度控制在10度 H之内 恒温时蒸汽温度不宜超过45度 梁体芯部混凝土温度不应超过60度 个别最高不超过65度 降温速度控制在10度 H之内 蒸汽养护期间及撤销保温设施时 梁体混凝土芯部与表面 表层与环境的温度差不要超过15度 蒸汽养护后 应立即进入自然养护阶段 时间不少于7天 为准确检测混凝土养护情况 蒸养前 由试验部门负责试件的取样工作 并放入养护罩内同步养护 5 蒸汽养护的时间一般为 在 月份 天气气温较高时 采用静停 h 升温