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
- прочностные свойства изделий после их термообработки, проведенной по разным режимам воздействия, соответствуют нормативной прочности.
- 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.
Свежие комментарии