Яндекс.Метрика

А.П.Веревкин, Х.Г.Нагуманов – УГНТУ, А.Х.Нагуманов – ООО «ИЦ ЭТ»

Процесс термовлажностной обработки железобетонных изделий (ЖБИ) продуктами сгорания природного газа регламентирован нормативными документами [1, 2] и нашел достаточно широкое применение в Российской Федерации и Казахстане. Только с оборудованием, разработанным ООО «Инженерный центр Энергосберегающие технологии» для термообработки ЖБИ работают более 50 заводов по производству ЖБИ.

Существенным преимуществом перевода технологии пропарки ЖБИ с водяного пара на продукты сгорания природного газа является 6-8 кратное сокращение денежных затрат на теплоноситель.

Управление процессом термовлажностной обработки ЖБИ ведется по старой идеологии [2] с применением инжекционных горелок, сложно поддающимся программным воздействиям. Современные методы и модели управления опять же созданы для паровой термовлажностной обработки ЖБИ [3, 4, 5]. Современные разработки имеют ряд недостатков [6]. Важным в управлении является и то, что для прогрева используются воздухонагреватели с более, чем ранее возможностями.

С 2003 г. ООО «Инженерный центр Энергосберегающие технологии» начал применять в процессе, собственно разработанный воздухонагреватель типа ВСУ, теплопроизводительностью 100-500 Квт/час с системой управления, разработанной совместно с кафедрой АТПП УГНТУ. Практика применения этих разработок рассмотрена ниже. 

Процесс термовлажностной обработки ЖБИ имеет технологические особенности.

Нагрев бетона в пропарочных камерах сопровождается расширением ее составляющих компонентов, что вызывает нарушение структуры неокрепшего бетона. В результате увеличивается пористость и снижается прочность неправильно прогретого  бетона, которая оказывается ниже прочности бетона нормального твердения в возрасте 28 суток. Теорией и практикой искусственного твердения сборного бетона рекомендованы определенные правила ведения процесса, которые заключаются в следующем:

— процесс нужно начинать с предварительной выдержки ЖБИ изделий с предварительной их выдержки в формах в течение 2-3 часов при температуре 20-30 °С;

— на втором этапе необходимо поднять температуру ступенчато или постепенно с определенной скоростью до температуры изотермической выдержки.

— провести изотермическую выдержку 80-90 °С в течение 6-8 часов;

— постепенно остудить изделия до температуры окружающей среды.

Весь процесс по продолжительности занимает 10-14 часов. Продолжительность, характер протекания и температура прогрева ЖБИ зависят от типа, формы и назначения изделий.

Для обеспечения протекания такого достаточно сложного ступенчатого процесса были разработаны воздухонагреватели прямого сжигания газа двух типов:

— с программным временно-температурным ведением процесса термообработки ЖБИ. Соотношение газ- воздух гладко регулируется ПИД регулятором по заданной температуре процесса термообработки;

  аппараты с двумя или тремя горелками, одна из которых выступает в качестве контрольной, другие подключается по мере изменения температуры в пропарочной камере. Регулирование температуры ведется релейно с отклонением ее от заданной на +-5-7 °С.  Вид такого процесса, реализованного на ЖБИ-500 г. Магнитогорск,  показан на рисунке 1.

Рисунок 1. Характер изменения температуры в процессе термообработки ЖБИ.

Результаты применения аппаратов, реализующих процесс программного управления термообработкой по разным законам регулирования показан в таблице 2, где приведены качественные характеристики готовых изделий.

Прочность изделий после проведения процесса термообработки

№ пропа-роч-

ной камеры

Наимено-вание изделия

Отпуск-ная прчность изделий, норма кгс/см2

Передаточ-ная прочность, кгс/см2

Отпускная прочность,

кгс/см2

Кубическая прочность,

кгс/см2

ПИД

реле

ПИД

реле

ПИД

реле

1.1

ПДН 2хб

252

247

256

252

263

190

200

3.1

сваи Нр

327

304

357

264

302

3.2

сваи 300

327

310

332

154

170

3.4

опоры

304

240

316

305

324

233

257

4.1.

сваи

327

262

327

207

290

5.2

опоры,

балконы,

марши

304

248

308

304

312

256

140

198

265

155

211

6.3

сваи

327

206

228

330

354

270

290

6.4

опоры

304

305

314

215

240

7.1

колонны

327

342в

342в

9.1

сваи

327

330в

355в

9.2

ПДН2х6

252

262

268

252

260

244

252

10.1

ПДН2х6

252

224

226

252

258

230

244

10.2

сваи

327

327

329

11

ПДН

252

220

250

252

259

261в

Примечание: Режим термовлажностной обработки протекал по следующему  температурно-временному режиму:

предварительная выдержка изделий, час                                       2

программный подъём температуры , °С/час

— первый час                                                                                             15

— второй час                                                                                              25

— третий час                                                                                               35

— изотермическая выдержка при 60 °С, час                                      4

— выдержка (режим термоса) , час                                                       3

— естественное остывание, час                                                             1

Из таблицы следует, что

  1. прочностные свойства изделий  после их термообработки, проведенной по разным режимам  воздействия, соответствуют нормативной прочности.
  2. Изделия, прогретые в импульсном режиме, с применением релейного регулятора, имеют стабильно более высокую прочность, чем прогретые по ПИД закону.

В этом случае в пропарочной камере происходит термо-барическое воздействие на структуру железо-бетонных изделий, которое, видимо, существенно упрочняет её. Данное предположение может явиться предметом дальнейших исследований импульсного воздействия режимных параметров (амплитуда, период воздействия, форма) на результаты упрочнения структуры ЖБИ в процессе термовлажностной обработки.

На рисунке 2 показано  изменение температуры и давления в пропарочной камере.

Рисунок 2. Изменение температуры – верхняя кривая и давления – нижняя  в процессе термообработки.

Для управления процессом термовлажностной обработки ЖБИ разработана АСУ ТП – термообработка.

Система состоит из операторского места (промышленный компьютер с двумя n-портовыми платами интерфейса RS-485 и 20-ти дюймовым LCD монитором), к которому по сети ModBUS RTU подключены контроллеры SMH C2010C фирмы Segnetics. Контроллеры, в свою очередь, управляют теплогенераторами ВСУ.  Для обеспечения доступа к системе с верхнего уровня и передачи данных во внешнюю базу данных АРМ подключено к Ethernet сети предприятия.

Понятие распределенная система, в данном случае, означает, что часть функций передается на управление в контроллер. При этом увеличивается отказоустойчивость всей системы, так как контроллер работает независимо от SCADA, а так же освобождаются ресурсы ЭВМ.

В процессе работы выполняются два режима:

1) ожидание,

2) работа.

В режиме ожидания оператор на АРМ вводит параметры процесса – продолжительность и температуру термообработки, скорость подьема температуры . Эти данные обрабатываются, упаковываются и передаются в память контроллера. С контроллера поступает информация о возможных авариях, а также текущая температура и давление в пропарочной камере.

В режиме работы SCADA-система выполняет следующие функции:

— отображение заданной и текущей температуры и давления на графиках

— отработка аварий

— архивирование данных   

Схема работы системы приведена на рисунке 3, а структура системы на рисунке 4.

  

Рисунок 3. Схема работы системы АСУ-ТП — термообработка.

Рисунок 4. Структурная схема АСУ ТП — термообработка

На рисунках 5- показаны основные окна системы АСУ ТП – термообработка.

Рисунок 5. Мнемосхема расположения пропарочных камер с отображением основной информации

Рисунок 6. Окно контроля установки заданий и протекания процесса в пропарочной камере

Литература:

1.СНиП 3.09.01-85 Железобетонные конструкции и изделия. Введен 01 января 1986 г.

2.Пособие по тепловой обработке железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа. (к СНиП 3.09.01-85), М:1988, 21с.

3. Буваггу Адиль. Идентификация и автоматизация процесса тепловлажностной обработки железобетонных плит. Диссертация на соискание кандидата технических наук. Самарский государственный технический университет. Самара – 2002 г.

4. Патент Российской Федерации. Способ управления процессом термообработки железобетонных изделий. 1991 г. Бубело Виль Власович [KZ]/

5. Деркач А и др. Опыт автоматизации термовлажностной обработки бетона, «Современные технологии  автоматизации» М.: №4, 2009 (стр.48)

6. П.Иванов Железобетон. Какой должна быть автоматизация? Автоматизация технологических процессов, М.: №2(22), 2003 г.