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關(guān)鍵詞:蒸發(fā)式冷凝器;溝槽豎管;水膜熱阻;冷凝熱阻
中圖分類號(hào):TB657 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):0439-8114(2013)13-3171-04
常見的冷凝器按冷卻方式可分為三類:蒸發(fā)式冷凝器、風(fēng)冷式冷凝器及水冷式冷凝器[1]。蒸發(fā)式冷凝器同其他形式的冷凝器相比,具有節(jié)能節(jié)水的顯著優(yōu)勢(shì),其耗水量?jī)H為水冷式的5%~10%,若用于冷庫(kù)制冷系統(tǒng),節(jié)能可達(dá)11%~70%[2-6],在美國(guó)、加拿大等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。相關(guān)文獻(xiàn)曾對(duì)美國(guó)和加拿大的62家冷庫(kù)的制冷裝置進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)調(diào)查,調(diào)查結(jié)果顯示,蒸發(fā)式冷凝器的應(yīng)用占了81%,遠(yuǎn)超過了其他冷凝器所占份額的總和[7]。可見,對(duì)蒸發(fā)式冷凝器的結(jié)構(gòu)進(jìn)一步開發(fā)有助于冷庫(kù)節(jié)能效果的提高。
根據(jù)換熱元件形式的不同,可將蒸發(fā)式冷凝器分為管式蒸發(fā)式冷凝器和板式蒸發(fā)式冷凝器兩大類。目前常見的管式蒸發(fā)式冷凝器多為水平管式,綜合考慮板式和管式的優(yōu)缺點(diǎn),提出了一種新型的蒸發(fā)式冷凝器——溝槽豎管蒸發(fā)式冷凝器。
1 溝槽豎管蒸發(fā)式冷凝器開發(fā)的理論基礎(chǔ)
1.1 熱阻分析
蒸發(fā)式冷凝器管內(nèi)為制冷劑,管外為流動(dòng)的水膜和空氣。若不考慮管外的污垢熱阻及管內(nèi)的油垢熱阻,蒸發(fā)式冷凝器中制冷劑膜狀凝結(jié)時(shí)總熱阻由管內(nèi)冷凝液膜熱阻、管壁熱阻、水膜熱阻及水膜和空氣交界面上的界面熱阻所構(gòu)成。圖1為一定試驗(yàn)條件(測(cè)試條件:風(fēng)速2.5 m/s,濕球溫度22.8 ℃,噴淋量0.058 kg/s)下的4種熱阻比例圖[8]。
數(shù)據(jù)表明,在蒸發(fā)式冷凝器中管壁熱阻很小,界面熱阻、水膜熱阻及冷凝熱阻所占份額相當(dāng)。界面熱阻隨著風(fēng)速的增大而減小,但在蒸發(fā)式冷凝器系統(tǒng)中,風(fēng)速是有最佳范圍的(3 m/s左右)[9],增大風(fēng)速不僅會(huì)增大系統(tǒng)的壓降,增加風(fēng)機(jī)的耗功,而且會(huì)導(dǎo)致液泛,甚至撕裂連續(xù)水膜,出現(xiàn)干壁現(xiàn)象。因此風(fēng)速不宜過大,對(duì)界面熱阻的控制受到了局限。
水膜熱阻和冷凝熱阻的總和幾乎占了總熱阻的2/3。水膜熱阻由水膜的厚度決定,冷凝熱阻則由冷凝液膜厚度決定。通過合理調(diào)整布水方式和噴淋量、應(yīng)用一定的技術(shù)手段及時(shí)排出冷凝液來降低這兩個(gè)熱阻是可以實(shí)現(xiàn)的。對(duì)蒸發(fā)式冷凝器進(jìn)行強(qiáng)化傳熱、結(jié)構(gòu)優(yōu)化應(yīng)從這兩方面入手。
1.2 水膜熱阻的控制
水膜熱阻的減小主要靠液膜厚度的減小和均勻分布來實(shí)現(xiàn)。冷凝液膜熱阻的減小可通過減薄冷凝液膜、及時(shí)排出冷凝液來實(shí)現(xiàn)。這為強(qiáng)化傳熱提供了方向。
蒸發(fā)式冷凝器中,采用橢圓管的換熱效果要優(yōu)于水平圓管,其主要原因是橢圓管改善了水膜在管外的分布情況。對(duì)橢圓管進(jìn)一步改進(jìn),其極限形狀就是密閉的豎直板式空間。
板式換熱元件在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí),溫差應(yīng)力、振動(dòng)等因素可能會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)密封性問題,引起制冷劑的泄露。所以提出一種新型布置方式——豎直布置的無縫冷凝管。這種方式可減小焊縫長(zhǎng)度,保證密封性。
同水平管形式相比,豎直冷凝管有如下優(yōu)點(diǎn):壓降會(huì)降低;水膜分布更均勻;較少地出現(xiàn)干壁現(xiàn)象,防止結(jié)垢;沒有水平管因促進(jìn)冷凝液流動(dòng)所需的傾角,一定程度上可減小換熱器結(jié)構(gòu)尺寸。
1.3 冷凝熱阻的控制
豎直冷凝管強(qiáng)化傳熱的原則是:盡量減薄黏滯在換熱表面上的凝結(jié)液膜??捎酶鞣N帶有尖峰的表面使冷凝液膜拉薄,促使已凝結(jié)的液體從換熱表面盡快脫離。
現(xiàn)有的豎直管無源強(qiáng)化傳熱技術(shù)主要包括以下幾種形式[10-12]:采用粗糙表面、應(yīng)用縱槽管、縱向繞設(shè)金屬絲線、應(yīng)用螺旋槽管。
美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以氟利昂為工質(zhì),結(jié)合地?zé)崂脤?duì)豎直強(qiáng)化冷凝管作了比較系統(tǒng)的研究,得出以下結(jié)論:最佳的冷凝管是縱槽管,然后是螺旋槽管和繞線管??v槽管的凝結(jié)換熱系數(shù)可達(dá)光管的5.5倍,如果使用排液盤還可以進(jìn)一步提高[13]。
鄧頌九等[14]曾在外徑22 mm、壁厚2 mm的管子上均勻布置48條縱向溝槽,試驗(yàn)結(jié)果表明用這樣的溝槽管代替光滑冷凝管,其傳熱系數(shù)可提高1.4倍。
2 新型蒸發(fā)冷凝器的提出及分析
2.1 溝槽豎管蒸發(fā)式冷凝器
根據(jù)上面的分析,提出一種應(yīng)用于蒸發(fā)式冷凝器的新型換熱元件——溝槽豎管。在豎直管內(nèi)開設(shè)三角形縱向溝槽。溝槽豎管管排的形式如圖2。
溝槽管的截面如圖3所示。管子內(nèi)徑21 mm,壁厚2 mm,溝槽底部間距0.5 mm,槽深1 mm,總共布置 44個(gè)溝槽。
圖4為多組管排組合布置方式示意圖。在管排的頂部和底部均設(shè)置聯(lián)箱,上部聯(lián)箱同壓縮機(jī)出口相連,底部聯(lián)箱布置U型液封防止串氣,同系統(tǒng)儲(chǔ)液器相連。蒸汽通過管排頂部的聯(lián)箱均勻分布到豎直布置的溝槽管內(nèi);水膜在管外沿著管排豎直流動(dòng),因?yàn)榭諝饬鲃?dòng)除了在聯(lián)箱處有繞流外,其他部位擾動(dòng)很小,故其分布較為均勻。
蒸汽在管內(nèi)流動(dòng)過程中冷凝,冷凝液膜由于溝槽管的作用積聚在溝槽底部,順著縱向溝槽流入底部的冷凝液聯(lián)箱。由于蒸汽流動(dòng)和冷凝液膜流動(dòng)方向相同,相應(yīng)地能減薄液膜厚度,利于傳熱。
由于不用考慮蒸汽轉(zhuǎn)向時(shí)為減少局部阻力和管材應(yīng)力所需的曲率半徑,故管排可以布置得更為緊湊。豎直管的長(zhǎng)度對(duì)液膜的厚度變化有直接影響。相關(guān)文獻(xiàn)中介紹最佳換熱管高度為0.8~0.9 m[15]。
2.2 水膜熱阻控制效果的分析
2.2.1 幾何模型 圖5給出了兩種形式的幾何模型:圖5a為豎管蒸發(fā)式冷凝器的二維幾何模型,尺寸為6 mm×100 mm;圖5b為水平管蒸發(fā)式冷凝器的二維幾何模型,尺寸為40 mm×145 mm,管徑為25 mm。
2.2.2 邊界條 圖5a中,設(shè)定左側(cè)邊界為wall,右側(cè)邊界為symmetry,上面邊界設(shè)為mass-flow-inlet,下面設(shè)為pressure-outlet;圖5b中,設(shè)定左右邊界及中心管子壁面為wall,上面邊界設(shè)為mass-flow-inlet,下面設(shè)為pressure-outlet。
2.2.3 網(wǎng)格與求解模型的選擇 對(duì)于豎直管模型,由于結(jié)構(gòu)較為規(guī)整,故采用Quad單元格式,Map網(wǎng)格類型,網(wǎng)格質(zhì)量較好。對(duì)于水平管,采用Pave網(wǎng)格形式,最差網(wǎng)格質(zhì)量為0.48,滿足要求。對(duì)于自由界面的模擬,采用VOF模型。
2.2.4 模擬結(jié)果及分析 豎管和水平管兩種布置方式在不同噴淋量下的液膜分布如圖6、圖7所示。從圖6可以看出,噴淋量在0.05 kg/s時(shí),由于流量較小,豎直板上不能形成連續(xù)的液膜,在噴淋量增大到0.07 kg/s時(shí)可形成連續(xù)的液膜,在0.15 kg/s時(shí),液膜連續(xù)但相對(duì)0.07 kg/s時(shí)液膜較厚。
從圖7可以看出,水平管噴淋量在0.07 kg/s時(shí)不能形成均勻液膜,增加到0.20 kg/s時(shí),只有噴淋水流速較小的上層管排能形成連續(xù)液膜,到了下層管排,由于流速的增大,噴淋水飛濺,不能很好地濕潤(rùn)管壁;流速繼續(xù)增大時(shí),雖然液膜可以連續(xù),但液膜較厚,會(huì)形成較大的水膜熱阻,在下部管排的飛濺更為明顯。
通過以上分析可知,豎直管壁外的水膜不但較易均勻分布而且所需流量較小,在噴淋量為0.07 kg/s時(shí)即可獲得連續(xù)液膜;而水平管壁上的水膜分布不均勻,且要獲得連續(xù)水膜所需流量較大,在噴淋量為0.70 kg/s時(shí)液膜連續(xù)性仍差于豎管。綜合比較,豎管布置方式不僅可以獲得較均勻的水膜,而且水膜較薄,熱阻要比水平管形式熱阻小,水膜分布特性優(yōu)于水平管。
2.3 冷凝熱阻控制效果分析
2.3.1 光滑豎管與光滑水平管冷凝換熱能力比較 光滑豎管內(nèi)的冷凝特性和豎直平板上的冷凝特性相同,其冷凝換熱系數(shù)為:
αv=1.13=■■ (1)
式中,αv為豎管冷凝換熱系數(shù),W/(m2·K);Δt為制冷劑側(cè)冷凝溫降,℃;B為集合物性參數(shù),W3·N/(m6·K3·s);l為管子的高度,m。
水平管內(nèi)的冷凝換熱系數(shù)因制冷劑的不同而有不同的形式。對(duì)于氟利昂類制冷劑,其水平管內(nèi)平均冷凝換熱系數(shù)計(jì)算公式為:
αh=0.555■■ (2)
對(duì)于氨作為制冷劑,管內(nèi)冷凝換熱系數(shù)計(jì)算公式為:
αh=2 116Δt-1/6d-1/4 (3)
式中,αh為水平管冷凝換熱系數(shù),W/(m2·K);Δt為制冷劑側(cè)冷凝溫降,℃;d為冷凝管內(nèi)徑,m。
若制冷劑為氨,假設(shè)Δt=0.5℃,管內(nèi)徑取21 mm。則水平管的平均冷凝換熱系數(shù)為:
αh=2 116×0.5-1/6×0.021-1/4
=6 239 W/(m2·K)
豎管在取相同換熱系數(shù)時(shí),其高度計(jì)算公式為
l=■■■ (4)
氨的B可以根據(jù)物性參數(shù)計(jì)算,也可從參考文獻(xiàn)[16]中查取。通過計(jì)算得到l=5.8 m。即在豎管高度為5.8 m時(shí),水平管和豎管的冷凝換熱系數(shù)相同。但在實(shí)際應(yīng)用中,豎管的高度l一般在1 m左右。分析公式(1)可知,豎管高度l同換熱系數(shù)成反比,l越小,αv越大。當(dāng)豎管高度為1 m時(shí),其冷凝換熱系數(shù)為αv=9 710 W/(m2·℃)
Δ1=■=55.6%
因此可以得知,在通常情況下,豎管冷凝換熱系數(shù)要大于水平管,在豎管高1 m時(shí),其冷凝傳熱系數(shù)要比水平管高55.6%。用豎管代替水平管可以強(qiáng)化冷凝換熱。
2.3.2 光滑豎管和內(nèi)溝槽豎管冷凝換熱能力比較 由于溝槽管的表面形狀各異,且表面形狀對(duì)液膜張力影響很難用數(shù)學(xué)的方法精確計(jì)算,對(duì)于溝槽豎管中冷凝換熱系數(shù)的計(jì)算比較困難,只能用試驗(yàn)的方法來驗(yàn)證溝槽對(duì)冷凝換熱的增強(qiáng)效果。此處僅以所設(shè)計(jì)的溝槽管為例,通過合理的條件簡(jiǎn)化來定性分析光滑管和溝槽管在豎直布置時(shí)的傳熱效果。
此處做如下假設(shè):槽頂部因凝結(jié)液膜變薄而增加的換熱系數(shù)和槽底部因凝結(jié)液膜增厚而減少的換熱系數(shù)可以相互抵消[13];因開設(shè)溝槽而對(duì)管壁增加的熱阻可以忽略不計(jì);制冷劑物性初始參數(shù)相同;管長(zhǎng)1 m。
由公式(1)可知,在初始參數(shù)相同的條件下兩種管型的換熱系數(shù)相同,光滑管內(nèi)側(cè)的換熱面積為
F′=π·di·l=0.065 94 m2
設(shè)z為溝槽的斜邊,則溝槽管內(nèi)側(cè)的換熱面積為
F″=(π·di-44×1+z×2×44)·l
=0.127 54 m2
Δ2=■=93.4%
從以上計(jì)算可以看出,設(shè)計(jì)的溝槽管比光滑管的換熱面積增加了93.4%,僅從面積增加考慮,溝槽管換熱能力是相同管徑光滑管的1.934倍,這對(duì)傳熱是有利的。
相關(guān)試驗(yàn)表明,槽頂部因凝結(jié)液膜變薄而增加的換熱效應(yīng)遠(yuǎn)比槽底因凝結(jié)液膜增厚而減少的換熱效應(yīng)大得多[13]。因此溝槽管的換熱能力要比光滑管強(qiáng)得多。說明所設(shè)計(jì)的溝槽管具有可行性。
2.3.3 光滑水平管和內(nèi)溝槽豎管冷凝換熱能力比較 由上文的計(jì)算結(jié)果可知:光滑豎管對(duì)于光滑水平管換熱能力增加量Δ1=55.6%,溝槽豎管對(duì)于光滑豎管換熱能力增加量Δ2=93.4%。則溝槽豎管對(duì)于光滑水平管的換熱能力增加量
Δ=(1+Δ1)·(1+Δ2)-1=2.01
可見,僅從換熱面積角度衡量,溝槽豎管的冷凝換熱能力是光滑水平管的3.01倍。若計(jì)入格列高里戈效應(yīng)帶來的增強(qiáng)效果,實(shí)際冷凝換熱能力要遠(yuǎn)高于此值。試驗(yàn)結(jié)果為蒸發(fā)式冷凝器整個(gè)傳熱過程傳熱系數(shù)的提高奠定了基礎(chǔ)。
3 小結(jié)
通過對(duì)熱阻的分析得到結(jié)論:蒸發(fā)式冷凝器性能提高的有效手段是控制水膜熱阻和冷凝熱阻,并在此分析基礎(chǔ)上提出了溝槽豎管這一新型換熱元件。
對(duì)豎管和水平管兩種形式的數(shù)值模擬結(jié)果顯示,豎管的水膜分布比水平管更加均勻、更薄,熱阻更小,且實(shí)現(xiàn)連續(xù)水膜所需噴淋量較小,相對(duì)節(jié)約了水泵功耗。
在管型相同條件下,豎管布置方式的冷凝換熱系數(shù)要比水平管的高。管內(nèi)徑為0.021 m、管長(zhǎng)1 m時(shí),溝槽豎管的冷凝傳熱能力是光滑水平管的3.01倍,對(duì)整體換熱能力的提高奠定了良好基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:管理;維修;分析;檢驗(yàn)
一、概述
甲胺冷凝器(U-EA151)是川化集團(tuán)化肥廠二尿車間高壓圈的重要設(shè)備,其建設(shè)安裝于2003年8月,投產(chǎn)于2004年1月。至今已使用了6年時(shí)間。甲胺冷凝器主要由冷凝段和上部洗滌段組成。冷凝段有U型管10層塔板,其操作溫度為181℃、壓力15.2Mpa。從氣提塔(U-DA151)來的氨和二氧化碳進(jìn)入其底部,在殼層冷凝形成甲胺和尿素。殼層形成的冷凝熱用來產(chǎn)生0.54Mpa的低壓蒸汽。在甲胺冷凝液的洗滌段設(shè)有一填料段,用回收工段返回的甲胺液吸收從冷凝段來的未冷凝的氨和二氧化碳。洗滌段的甲胺液在重力作用下降落到冷凝段。
甲胺冷凝器中的介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng),對(duì)設(shè)備的材料要求比較高,而且在如此高的壓力和溫度下,設(shè)備的材料的抗腐蝕性能大大降低。所以,解決其材料的抗腐蝕性能是我們工作的重中之重。經(jīng)過多次對(duì)甲胺冷凝器的檢查檢修,總結(jié)出以下幾點(diǎn)供大家參考:首先,甲胺冷凝器的操作條件應(yīng)該嚴(yán)格控制,嚴(yán)禁超溫超壓;其次,在設(shè)備運(yùn)行過程中,足夠的氧是保證設(shè)備內(nèi)表面形成保護(hù)膜的先決條件;再次:設(shè)備表面的光潔度有利于設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行;最后,設(shè)備的定期檢驗(yàn)是設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的有利保證。
二、問題現(xiàn)象和分析
在完成化肥廠引進(jìn)裝置大修之后,于2009年7月13對(duì)甲胺冷凝器試壓,當(dāng)壓力升至5MPa時(shí),發(fā)現(xiàn)一處檢漏瓶有連續(xù)氣泡冒出。初步斷定,此處夾套層已經(jīng)泄漏。在經(jīng)過緊急的工藝處理之后,對(duì)甲胺冷凝器進(jìn)行開罐檢查,發(fā)現(xiàn)泄漏夾套處的容器內(nèi)壁有一塊結(jié)晶塊。
由此可以判斷,此處已經(jīng)被腐蝕穿孔,且是在上次運(yùn)行周期內(nèi)就已經(jīng)腐蝕了。以至于溶液進(jìn)入腐蝕孔內(nèi),在停車之后,由于腐蝕孔與排空了的設(shè)備之間的壓力差,使腐蝕孔內(nèi)的介質(zhì)倒流回設(shè)備內(nèi)表面,形成一個(gè)結(jié)晶塊。而在設(shè)備運(yùn)行過程中未發(fā)現(xiàn)泄漏,可能有以下原因:
① 檢漏管堵塞,
② 腐蝕孔只腐蝕到夾套層,并由于溫度的原因,在夾套內(nèi)凝固,使介質(zhì)無法外流;
③ 設(shè)備是在停車和試壓過程中才由于壓力和腐蝕共同作用才腐蝕穿的。
根據(jù)結(jié)晶的外觀情況,我們大致斷定缺陷為腐蝕孔。在去除結(jié)晶塊之后,缺陷完整的暴露在我們眼前,正如我們所料為一個(gè)腐蝕孔。而且根據(jù)孔的形狀,大致可以判定它是由于孔蝕所產(chǎn)生的。確認(rèn)了泄漏點(diǎn)后,首先應(yīng)對(duì)此腐蝕孔進(jìn)行打磨??紤]到腐蝕孔可能穿透了襯里層,到達(dá)了碳鋼層,所以在打磨過程中應(yīng)特別注意腐蝕對(duì)碳鋼層的影響。
三、問題處理
在確認(rèn)的問題的危險(xiǎn)性后,我們對(duì)缺陷進(jìn)行了處理。首先,打磨腐蝕孔,為了觀察其對(duì)襯里和碳鋼層的影響情況,我們擴(kuò)大了打磨面積。在打磨過程中我們發(fā)現(xiàn),腐蝕孔已經(jīng)發(fā)展成一個(gè)直徑為4個(gè)毫米左右的圓孔,深度已經(jīng)貫穿襯里,且在碳鋼層也形成了一個(gè)2-3毫米深的一個(gè)腐蝕坑。確認(rèn)了腐蝕孔對(duì)設(shè)備造成的危害之后,對(duì)腐蝕孔內(nèi)的結(jié)晶物進(jìn)行了清洗,以保證修復(fù)過程中的焊接質(zhì)量。在對(duì)腐蝕孔進(jìn)行打磨清洗之后,我們對(duì)它進(jìn)行了補(bǔ)焊處理,考慮到襯里堆焊層的材料為25Cr22Ni2Mo,我們?cè)诨鶎佑?09焊絲打底,表面用25Cr22Ni2Mo焊絲覆蓋。焊接完成后進(jìn)行作色探傷,未發(fā)現(xiàn)有新生焊接缺陷產(chǎn)生。
四、原因分析
甲胺冷凝器的運(yùn)行過程中,首次出現(xiàn)了因?yàn)橐r里腐蝕導(dǎo)致泄漏的情況,看來,以后對(duì)整個(gè)二尿高壓圈的檢查的時(shí)候,襯里―特別是堆焊層的檢查勢(shì)在必行。尤其是在焊接過程中產(chǎn)生的收縮孔,是必去消除的。由于受到工況的影響,尿素設(shè)備的腐蝕是不可避免的,優(yōu)質(zhì)的材料加上良好的管理是提高設(shè)備使用壽命的有利保證。特別是設(shè)備內(nèi)表面的腐蝕鈍化膜的形成,有利于設(shè)備的耐腐蝕性能的提高。但在使用過程中,總由于多種多樣的問題致使設(shè)備的鈍化膜遭到破壞,引發(fā)設(shè)備的腐蝕。這在我們以后的工作中更應(yīng)該加強(qiáng)相關(guān)的管理和技術(shù)改革。在此次搶修過程中我們發(fā)現(xiàn),在這個(gè)腐蝕孔旁的接管周圍,正上方的11點(diǎn)~13點(diǎn)處有均勻的小凹坑(見下圖),初步判斷其為設(shè)備加工過程中,為了方便接管的定位所加工的定位孔。經(jīng)仔細(xì)查看,發(fā)現(xiàn)腐蝕孔周圍也存在的做相應(yīng)的定位孔,而腐蝕孔正好位于定位孔的圓周上,且與其他定位孔的間距相當(dāng),由此可以斷定:此腐蝕孔是由于在加工過程中所打的定位孔所發(fā)展來的。由于定位孔的加工深度比較大,孔的前端形成一個(gè)銳角,使流動(dòng)的溶液無法進(jìn)入此處,形成死角后無法形成完整的鈍化膜。而在這種25Cr22Ni2Mo的材料在未形成鈍化膜的時(shí)候也是非常容易腐蝕的,這也為孔蝕創(chuàng)造了條件。又由于此腐蝕孔在堆焊層上,面積極小平時(shí)不容易發(fā)覺。而在平時(shí)的開罐檢查中,也只是對(duì)堆焊層進(jìn)行了抽查,發(fā)覺這類缺陷的可能性微乎其微。在處理問題過程中我們還發(fā)現(xiàn),在甲胺冷凝器內(nèi)部,有的部位的金屬鈍化層由于某種原因而產(chǎn)生了開裂脫落的現(xiàn)象,致使容器襯里直接暴露在介質(zhì)中,削弱了其抗腐蝕性能,這對(duì)于設(shè)備的運(yùn)行是相當(dāng)危險(xiǎn)的。而針孔腐蝕就是由于設(shè)備內(nèi)的某些小孔內(nèi)的介質(zhì)不流動(dòng),無法提供連續(xù)的氧氣,使金屬在此處發(fā)生腐蝕。所以在介質(zhì)中加入氧氣,使其與介質(zhì)在襯里表面發(fā)生反應(yīng),生成一層保護(hù)膜是非常有必要的。
通過此次修理,甲胺冷凝器再次投入運(yùn)行,并一次開車成功。本次對(duì)甲胺冷凝器的搶修暴露出我們平時(shí)檢查的缺陷。由于經(jīng)驗(yàn)得缺乏,對(duì)設(shè)備的原始加工缺陷的了解和估計(jì)不足,導(dǎo)致此次設(shè)備的反復(fù)修理。在以后的設(shè)備檢查中,應(yīng)該把原始缺陷的檢查列為檢驗(yàn)項(xiàng)目,特別是堆焊層的夾渣、鼓包等缺陷的檢查。而對(duì)于修復(fù)過的缺陷部位,則是下次檢查的重中之重。
Tan Ming
(The 4th Engineering Co.,Ltd of China Railway 14 Bureau Group,Ji'nan 250000,China)
摘要: 文章結(jié)合工程實(shí)踐,對(duì)大體積混凝土溫度裂縫產(chǎn)生的描述,通過對(duì)大體積混凝土內(nèi)部溫度計(jì)算,增設(shè)冷卻管降溫措施,總結(jié)出大體積混凝土冷卻管的設(shè)計(jì)與施工的施工要點(diǎn)。
Abstract: Combining with engineering practice, the formation of temperature cracks of mass concrete was described, and by calculating internal temperature of mass concrete, additional cooling pipe to let temperature cool down, design and construction points of cooling pipe of mass concrete were summed up in this paper.
關(guān)鍵詞: 大體積混凝土 溫度裂縫 冷卻管 施工要點(diǎn)
Key words: mass concrete;temperature crack;cooling pipe;construction points
中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2011)27-0071-02
1概述
混凝土是建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用的主要材料,在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要的地位,隨著橋梁技術(shù)的突飛猛進(jìn),大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多。我國(guó)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:混凝土結(jié)構(gòu)物中實(shí)體最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即為大體積混凝土;美國(guó)則規(guī)定為:任何現(xiàn)澆混凝土,只要有可能產(chǎn)生溫度影響的混凝土均稱為大體積混凝土。大體積混凝土在澆筑后2-5天升溫速度較快,彈性模量較低,基本處于塑性及彈塑性狀態(tài),約束力很低。但是在降溫階段彈性模量迅速增加,約束拉應(yīng)力也迅速增加,在某時(shí)刻超過混凝土抗拉強(qiáng)度,就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。隨著內(nèi)部混凝土降溫。溫度裂縫可能發(fā)展為貫穿裂縫,不僅影響到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度還影響其耐久性,但是大體積混凝土的溫度裂縫還沒有得到完全的解決,本文通過對(duì)跨長(zhǎng)湖申航道橋承臺(tái)混凝土的內(nèi)部溫度的計(jì)算和分析,增設(shè)冷卻水管方案驗(yàn)算,較好的控制了大體積混凝土的溫度裂縫。
2工程概況
長(zhǎng)興縣陸匯西路工程跨長(zhǎng)湖申航道橋,主橋?yàn)椋?6+60+36)變截面連續(xù)箱梁,引橋?yàn)閮砂斗謩e一聯(lián)(3×30)等截面連續(xù)箱梁,橋梁全長(zhǎng)315.8米,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁和承臺(tái),下部結(jié)構(gòu)為墩式和柱式結(jié)構(gòu),其中橋臺(tái)承臺(tái)尺寸為20.50m×4.25m×1.5m,主橋墩承臺(tái)為19.00m×6.30m×2.50m,引橋承臺(tái)為19.00m×4.5m×2.2m,混凝土標(biāo)號(hào)為C30,根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,本工程的承臺(tái)屬于大體積混凝土范圍。施工時(shí)間在6月中旬,平均氣溫20℃左右。
3混凝土主要技術(shù)指標(biāo)
為了有效控制溫度裂縫減小混凝土的水化熱,根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑牧系膶?shí)際情況,結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理的原則我們采用了以下的技術(shù)指標(biāo)。
3.1 采用普通水泥:水泥水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導(dǎo)致體積變化的主要根源。雖然普通水泥水化熱比中低水化熱熱水泥高些,但普通水泥混合材料摻量遠(yuǎn)小于中低熱水泥,通過調(diào)整配合比可以大量降低普通水泥的單方用量,減小與中低水化熱水泥水化溫升的差異。通過試驗(yàn)結(jié)果分析,研究決定選用海螺P.042.5普通硅酸鹽水泥。
3.2 摻加粉煤灰。粉煤灰的水化熱小于水泥,7天約為水泥的1/3,28天約為水泥的1/2。摻入粉煤灰替代水泥的可有效降低水化熱。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況決定采用長(zhǎng)興發(fā)電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。該粉煤灰需水量小,可降低混凝土的單位用水量,減小預(yù)拌混凝土自身體積收縮,有利于混凝土抗裂。
3.3 摻加適當(dāng)?shù)耐饧觿跐M足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下,盡量減少單位體積混凝土的水泥用量。選用了綠色建材LS-1型。
3.4 初始坍落度18cm左右,1h后不低于12cm(泵送施工)。
3.5 緩凝時(shí)間大于15h。
3.6 粗骨料最大粒徑25mm。
4混凝土溫度的計(jì)算
4.1 混凝土的絕熱溫升(T?子):T■=■(1-e■)
式中:T■―在?子齡期混凝土的絕熱溫升(℃);
W―每m3混凝土的水泥用量(kg/m3),取W=342kg/m3;
Q―每kg水泥水化熱(KJ/kg),取Q=377KJ/kg;
c―混凝土比熱993.7 J/(kg?K);
?籽―混凝土容重2360.2kg/m3;
?子―混凝土齡期(天);
m―常數(shù),與水泥品種、澆筑時(shí)溫度有關(guān),根據(jù)規(guī)范取0.364。
混凝土最高絕熱溫升:T■=55(℃)
4.2 混凝土澆筑溫度:Tj=Tc+(Tq-Tc)(A1+A2+A3+…An)
式中:Tj為混凝土的澆筑溫度(℃);
Tc―混凝土拌合溫度(它與各種材料比熱及初溫度有關(guān)),經(jīng)多次試驗(yàn),混凝土的出盤溫度為23℃;
Tq―混凝土澆筑時(shí)的室外溫度(6月中旬,室外平均溫度以20℃計(jì));
A1+A2+A3+…An―溫度損失系數(shù);
A1―混凝土裝卸,A1=0.032×2=0.064(裝車、出料二次數(shù));
A2―混凝土運(yùn)輸時(shí),A2=?茲?t=0.042×30=0.126(6m3滾動(dòng)式攪拌車其溫升?茲=0.0042,混凝土泵送不計(jì),t為運(yùn)輸時(shí)間(以分鐘計(jì)算),從商品混凝土公司到工地約30分鐘。)
A3―澆筑過程中A3=0.03t=0.003×60=0.18(t為澆搗時(shí)間);
Tj=23+(20-23)×(0.064+0.126+0.18)=21.8℃
4.3 混凝土實(shí)際中心溫度:
T■=T■+T■×?孜
式中:?孜―不同澆筑混凝土塊厚度的溫降系數(shù)。
計(jì)算得知混凝土在澆筑后的第9天左右其內(nèi)部的絕熱溫度最高。
4.4 混凝土各齡期收縮變形值計(jì)算
?著■=?著■■(1-e■)×M■×M■×…×M■1概述
混凝土是建筑結(jié)構(gòu)中廣泛使用的主要材料,在現(xiàn)代工程建設(shè)中占有重要的地位,隨著橋梁技術(shù)的突飛猛進(jìn),大體積混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用越來越多。我國(guó)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定:混凝土結(jié)構(gòu)物中實(shí)體最小尺寸不小于1m的部位所用的混凝土即為大體積混凝土;美國(guó)則規(guī)定為:任何現(xiàn)澆混凝土,只要有可能產(chǎn)生溫度影響的混凝土均稱為大體積混凝土。大體積混凝土在澆筑后2-5天升溫速度較快,彈性模量較低,基本處于塑性及彈塑性狀態(tài),約束力很低。但是在降溫階段彈性模量迅速增加,約束拉應(yīng)力也迅速增加,在某時(shí)刻超過混凝土抗拉強(qiáng)度,就會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫。隨著內(nèi)部混凝土降溫。溫度裂縫可能發(fā)展為貫穿裂縫,不僅影響到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度還影響其耐久性,但是大體積混凝土的溫度裂縫還沒有得到完全的解決,本文通過對(duì)跨長(zhǎng)湖申航道橋承臺(tái)混凝土的內(nèi)部溫度的計(jì)算和分析,增設(shè)冷卻水管方案驗(yàn)算,較好的控制了大體積混凝土的溫度裂縫。
2工程概況
長(zhǎng)興縣陸匯西路工程跨長(zhǎng)湖申航道橋,主橋?yàn)椋?6+60+36)變截面連續(xù)箱梁,引橋?yàn)閮砂斗謩e一聯(lián)(3×30)等截面連續(xù)箱梁,橋梁全長(zhǎng)315.8米,基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁和承臺(tái),下部結(jié)構(gòu)為墩式和柱式結(jié)構(gòu),其中橋臺(tái)承臺(tái)尺寸為20.50m×4.25m×1.5m,主橋墩承臺(tái)為19.00m×6.30m×2.50m,引橋承臺(tái)為19.00m×4.5m×2.2m,混凝土標(biāo)號(hào)為C30,根據(jù)我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定,本工程的承臺(tái)屬于大體積混凝土范圍。施工時(shí)間在6月中旬,平均氣溫20℃左右。
3混凝土主要技術(shù)指標(biāo)
為了有效控制溫度裂縫減小混凝土的水化熱,根據(jù)當(dāng)?shù)氐脑牧系膶?shí)際情況,結(jié)合經(jīng)濟(jì)合理的原則我們采用了以下的技術(shù)指標(biāo)。
3.1 采用普通水泥:水泥水化熱是大體積混凝土發(fā)生溫度變化而導(dǎo)致體積變化的主要根源。雖然普通水泥水化熱比中低水化熱熱水泥高些,但普通水泥混合材料摻量遠(yuǎn)小于中低熱水泥,通過調(diào)整配合比可以大量降低普通水泥的單方用量,減小與中低水化熱水泥水化溫升的差異。通過試驗(yàn)結(jié)果分析,研究決定選用海螺P.042.5普通硅酸鹽水泥。
3.2 摻加粉煤灰。粉煤灰的水化熱小于水泥,7天約為水泥的1/3,28天約為水泥的1/2。摻入粉煤灰替代水泥的可有效降低水化熱。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況決定采用長(zhǎng)興發(fā)電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰。該粉煤灰需水量小,可降低混凝土的單位用水量,減小預(yù)拌混凝土自身體積收縮,有利于混凝土抗裂。
3.3 摻加適當(dāng)?shù)耐饧觿跐M足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求的前提下,盡量減少單位體積混凝土的水泥用量。選用了綠色建材LS-1型。
3.4 初始坍落度18cm左右,1h后不低于12cm(泵送施工)。
3.5 緩凝時(shí)間大于15h。
3.6 粗骨料最大粒徑25mm。
4混凝土溫度的計(jì)算
4.1 混凝土的絕熱溫升(T?子):T■=■(1-e■)
式中:T■―在?子齡期混凝土的絕熱溫升(℃);
W―每m3混凝土的水泥用量(kg/m3),取W=342kg/m3;
Q―每kg水泥水化熱(KJ/kg),取Q=377KJ/kg;
c―混凝土比熱993.7 J/(kg?K);
?籽―混凝土容重2360.2kg/m3;
?子―混凝土齡期(天);
m―常數(shù),與水泥品種、澆筑時(shí)溫度有關(guān),根據(jù)規(guī)范取0.364。
混凝土最高絕熱溫升:T■=55(℃)
4.2 混凝土澆筑溫度:Tj=Tc+(Tq-Tc)(A1+A2+A3+…An)
式中:Tj為混凝土的澆筑溫度(℃);
Tc―混凝土拌合溫度(它與各種材料比熱及初溫度有關(guān)),經(jīng)多次試驗(yàn),混凝土的出盤溫度為23℃;
Tq―混凝土澆筑時(shí)的室外溫度(6月中旬,室外平均溫度以20℃計(jì));
A1+A2+A3+…An―溫度損失系數(shù);
A1―混凝土裝卸,A1=0.032×2=0.064(裝車、出料二次數(shù));
A2―混凝土運(yùn)輸時(shí),A2=?茲?t=0.042×30=0.126(6m3滾動(dòng)式攪拌車其溫升?茲=0.0042,混凝土泵送不計(jì),t為運(yùn)輸時(shí)間(以分鐘計(jì)算),從商品混凝土公司到工地約30分鐘。)
A3―澆筑過程中A3=0.03t=0.003×60=0.18(t為澆搗時(shí)間);
Tj=23+(20-23)×(0.064+0.126+0.18)=21.8℃
4.3 混凝土實(shí)際中心溫度:
T■=T■+T■×?孜
式中:?孜―不同澆筑混凝土塊厚度的溫降系數(shù)。
計(jì)算得知混凝土在澆筑后的第9天左右其內(nèi)部的絕熱溫度最高。
4.4 混凝土各齡期收縮變形值計(jì)算
?著■=?著■■(1-e■)×M■×M■×…×M■
式中:?著■■為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的最終收縮變形值?著■■=3.24×10-4;M■為水泥品種修正系數(shù);M■為水泥細(xì)度修正系數(shù);M■為骨料修正系數(shù);M■為水灰比修正系數(shù);M■為水泥漿量修正系數(shù);M■為齡期修正系數(shù);M■為環(huán)境溫度修正系數(shù);M■為水力半徑的倒數(shù)(cm-1),為構(gòu)件截面周長(zhǎng)(L)與截面面積(A)之比:r=L/A;M■為操作方法有關(guān)的修正系數(shù);M■為與配筋率Ea、Aa、Eb、Ab有關(guān)的修正系數(shù),其中Ea、Eb分別為鋼筋和混凝土的彈性模量(MPa),Aa、Ab分別為鋼筋和混凝土的截面積(mm2)。
查混凝土收縮變形不同條件影響修正系數(shù)表得:M1=1.0,M2=1.0,M3=1.0,M4=1.36,M5=1.20,M6=1.09(3d),M6=1.02(5d),M6=0.96(9d),M6=0.94(12d),M6=0.93(15d),M6=0.93(18d),M6=0.93(21d),M6=0.93(24d),M7=0.88,M8=1.22,M9=1.0,M10=0.88;
4.5 承臺(tái)混凝土各齡期收縮變形換算成當(dāng)量溫差T■=■
?著■―不同齡期混凝土收縮相對(duì)變形值;
?琢―混凝土線膨脹系數(shù)取1×10-5/℃;
4.6 承臺(tái)混凝土各齡期內(nèi)外溫差計(jì)算?駐T=T■+■T■+T■-T■
假設(shè)入模溫度:T■=21.8℃,T■―混凝土澆筑后達(dá)到的穩(wěn)定溫度,取T■=23℃。
由表7可知,承臺(tái)混凝土在澆筑后的第9天其內(nèi)外溫差最大為30.01℃,大于我國(guó)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-92)中關(guān)于大體積混凝土溫度內(nèi)外溫差為25℃的規(guī)定,必須采用相應(yīng)的措施。防止溫差大產(chǎn)生裂縫,埋設(shè)冷卻水管是一個(gè)很有效的溫控方法。
5冷卻管的布置及混凝土的降溫驗(yàn)算
5.1 冷卻管的計(jì)算條件本文以主橋墩承臺(tái)(19.00 m×6.30 m×2.50 m)為計(jì)算對(duì)象,在施工過程中采用了一次澆注,并冷卻管的直徑為d=3cm,縱向間距1.5米,豎向間距為1.2米,上下兩層布置,初期水溫為10℃,cs=4.2kj/(kg?℃),Ts=10℃,?籽s=1.0×103Kg/m3,qs=1.25m3/h,冷卻管總長(zhǎng)度為L(zhǎng)=75m,混凝土的比熱 C=0.916kj/(kg?℃),混凝土導(dǎo)熱系數(shù)?姿=3.15W/m?K,容重?籽=2360.2Kg/m3,導(dǎo)溫系數(shù)a=0.115m2/d。
5.2 冷卻管的計(jì)算
計(jì)算公式:T■=■+■+■+T■;
式中:T■―混凝土內(nèi)部平均溫度(℃);
Tj―混凝土的初始溫度(℃);
Ts―冷卻水管初期通水的水溫(℃);
X―冷卻水管散熱殘留比;
Tb―混凝土的表面溫度(℃),Tb=Tq+?駐T,?駐T為混凝土表面溫度高于氣溫的差值,表面不蓋草袋時(shí)?駐T=3~5℃,表面蓋草袋時(shí)?駐T≈10℃,在本工程中承臺(tái)表面采用麻袋或毛氈覆蓋,?駐T=10℃;
Tr―通過表面散熱后的水化熱溫升(℃);
Ca1―底部不絕緣,上層新混凝土接受下層混凝土傳熱并向表面散熱的殘留比;
Ca2―底部不絕緣,上層新混凝土向下層混凝土及表面散熱的殘留比;
D―水管冷卻范圍D=1.21■=1.21=■=1.62(S1―水管的水平間距,S2―水管的垂直間距)。
通過表面和冷卻水管同時(shí)散熱后的水化熱溫升,用下表8計(jì)算。
從表8計(jì)算可知增設(shè)冷卻管后最高水化熱溫升發(fā)生在第4天,混凝土的最高溫度也同樣發(fā)生在第4天,則t=4d時(shí)的殘留比如下:
Ca1=0.15,Ca2=0.55,X=0.69
T■=■+■+
■+30=45.2℃
其溫差為45.2-30=15.2℃<25℃滿足規(guī)范要求。
6冷卻管設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)
①冷卻管采用壁厚2mm,直徑?準(zhǔn)30mm的薄壁鋼管,其接口采用90度彎管鋼管接口,按口安裝時(shí)應(yīng)設(shè)置防水膠帶,確保接頭不漏水。②冷卻水管網(wǎng)按照冷卻水由熱中心區(qū)流向邊緣區(qū)的原則分層分區(qū)布置,進(jìn)水管口設(shè)在靠近混凝土中心處,出水口設(shè)在混凝土邊緣區(qū),每層水管網(wǎng)的進(jìn)、出水口進(jìn)行相互錯(cuò)開。③承臺(tái)厚為2.5m,布管時(shí)沿承臺(tái)豎向布置水管兩層,水管網(wǎng)沿豎向設(shè)置在承臺(tái)中央,水管間距為1.2m,最外層水管距離混凝土邊0.65m,進(jìn)、出口引出承臺(tái)混凝土面1m以上,出水口設(shè)置有調(diào)節(jié)流量的水閥和測(cè)流量設(shè)備,冷卻水管接頭采用軟管接頭。④布管時(shí),水管要與承臺(tái)主筋錯(cuò)開,當(dāng)局部管段錯(cuò)開有困難時(shí),適當(dāng)移動(dòng)水管的位置。⑤水管網(wǎng)設(shè)置架立鋼筋,并將水管于架立鋼筋綁扎牢靠,防止混凝土澆筑過程中,水管變形或接頭脫落而發(fā)生堵水或漏水。⑥水管網(wǎng)安裝完成后,將進(jìn)、出水管口與進(jìn)出水總管、水泵接通,進(jìn)行通水試驗(yàn),以確保水管暢通且不漏水。⑦對(duì)于溫控要求較嚴(yán)的大體積混凝土工程,可以在混凝土中心部位安裝測(cè)溫實(shí)施測(cè)出混凝土的內(nèi)部溫度,通過水的流速和初期溫度來控制混凝土的內(nèi)部溫度。
7結(jié)束語(yǔ)
大體積混凝土在施工過程中,由于采取了充足的技術(shù)準(zhǔn)備與合理的施工方法,從跨長(zhǎng)湖申航道橋承臺(tái)拆模后的情況來看,混凝土表面未發(fā)生任何裂紋,外觀質(zhì)量良好并已經(jīng)通過監(jiān)理、質(zhì)檢站等部門的驗(yàn)收,可見通過熱工計(jì)算完全可以對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行指導(dǎo)控制,采用合適的配合比,嚴(yán)格控制混凝土入模溫度,采取適當(dāng)?shù)拇胧┛刂苹炷羶?nèi)外溫差,是降低混凝土水化熱與控制混凝土的內(nèi)外質(zhì)量的關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:大體積混凝土;溫度場(chǎng);冷卻水管;數(shù)值模擬
1 大體積混凝土溫度監(jiān)控的目的和意義
由于橋梁、大壩等大體積混凝土結(jié)構(gòu)處在不同的環(huán)境中,水化熱不容易及時(shí)散發(fā),內(nèi)部溫度將會(huì)很高,可能會(huì)引起溫度分布與規(guī)范規(guī)定有較大的差異,產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力,導(dǎo)致溫度裂縫。因此有必要對(duì)橋梁、大壩混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用有限元計(jì)算分析方法確定其溫度場(chǎng)的分布和應(yīng)力的大小,從而為研究、預(yù)測(cè)、分析溫度場(chǎng)以及溫度裂縫控制設(shè)計(jì)、制定合理的抗裂措施提供了依據(jù)。
人們最早關(guān)注大體積混凝土是在大壩的施工中出現(xiàn)因?yàn)闇囟犬a(chǎn)生裂縫問題,隨著橋梁建設(shè)規(guī)模的加大,越來越多的橋梁承臺(tái)和橋墩采用大體積混凝土一次性澆注,所以橋梁施工中也出現(xiàn)了由于溫度而產(chǎn)生裂縫的問題。比較常見的就是在橋梁的承臺(tái)和橋墩的施工過程中,由于水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度過高、內(nèi)外溫度差異過大,而導(dǎo)致溫度裂縫的出現(xiàn)。目前,許多橋梁的橋墩采用箱型截面的結(jié)構(gòu)形式,箱型截面橋墩的底層的尺寸較大,屬于大體積混凝土,且采用較高標(biāo)號(hào)的混凝土澆注,因而產(chǎn)生水化熱較多,容易出現(xiàn)溫度裂縫的問題。
有關(guān)大體積混凝土溫度效應(yīng)受到了越來越多的關(guān)注,但問題并沒有得到很好的解決,其原因是影響混凝土溫度的因素較多,仿真計(jì)算的變遷跟不上建設(shè)計(jì)劃,材料參數(shù)選擇復(fù)雜,仿真分析的程序和步驟繁瑣,從而仿真結(jié)果與實(shí)際工程有較大的差距。
2 冷卻水管降低大體積混凝土最高溫升的可行性
采取人工冷卻措施是降低大體積混凝土最高溫升的有效手段,比較常用,其中效果較好的冷卻方法是冷卻水管法。影響冷卻水管冷卻效果的因素很多,對(duì)其進(jìn)行計(jì)算分析較復(fù)雜,主要表現(xiàn)在:
(1)冷卻水管內(nèi)的水溫沿水流動(dòng)的方向是逐步升高的。
(2)施工中混凝土采用分層澆注,各層之間的混凝土的水化熱相互影響。
(3)冷卻水管在降溫的同時(shí),大體積混凝土的表面也在散熱,溫度場(chǎng)是實(shí)時(shí)變化的。
(4)研究對(duì)象往往采用分層澆注,各澆注層之間間歇時(shí)間不同。
由于以上原因,使得該問題用有限單元法來計(jì)算比較方便和準(zhǔn)確。
3 工程實(shí)例
3.1 工程概況
4 結(jié)束語(yǔ)
總結(jié)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和有限元分析水化熱溫度變化規(guī)律,可以得出以下結(jié)論:
(1)實(shí)測(cè)的最高溫度值均在澆注后的第3到4天中出現(xiàn)。
(2)混凝土澆注后的升溫速率非常快,而降溫速率則較慢,最高溫度持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。
(3)測(cè)點(diǎn)的實(shí)際溫度和運(yùn)用midas有限元軟件進(jìn)行仿真模擬得到的理論值的變化規(guī)律相似,且測(cè)點(diǎn)溫度值比較接近。
(4)承臺(tái)長(zhǎng)邊方向的預(yù)設(shè)測(cè)點(diǎn)測(cè)出的溫度均略低于短邊方向上測(cè)點(diǎn)的溫度值,主要是因?yàn)槌叽缧?yīng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響。
(5)模擬值與實(shí)測(cè)值也是存在差異的:大部分測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間與模擬溫度峰值出現(xiàn)時(shí)間相當(dāng),部分測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)溫度最大值的時(shí)間與運(yùn)用midas有限元軟件進(jìn)行仿真模擬得到的時(shí)間存在差異,但是一般差異在10h之內(nèi);實(shí)測(cè)溫度最大值要比理論值要高出1~7℃,這主要是由于運(yùn)用midas有限元軟件進(jìn)行仿真模擬中混凝土表面系數(shù)的取值較小,當(dāng)然還有施工條件的復(fù)雜性也不可忽略。另一個(gè)原因是在有限元的分析過程中沒有考慮模板的溫度。
參考文獻(xiàn)
[1]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[m].北京:中國(guó)電力出版社,1999.
孕婦,37歲,停經(jīng)28+6周,因輕微下腹痛17 h,加重半小時(shí)而入院。病人孕3產(chǎn)1,于2000年剖宮產(chǎn)一女嬰。既往有高血壓史6年,無心臟病史、糖尿病史、輸血史,身體健康。查體:T 36.5 ℃,BP21.3/13.3 kPa,心率80 min-1,心肺聽診無異常;宮高32 cm,腹圍92 cm,腹肌緊張,子宮下段壓痛,胎心率90~120 min-1,吸氧后120~140 min-1,枕右前位,先露頭S=-3,宮口未開,腹痛加重且呈持續(xù)性,無間歇,無陰道流血、流液,診斷為重度子癇前期。尿液分析:尿蛋白,酮體±。B超檢查:雙頂徑7.2 cm,胎盤實(shí)質(zhì)內(nèi)見3.3 cm×3.1 cm囊性團(tuán)塊,邊界欠清,內(nèi)透聲性差,考慮胎盤囊腫。實(shí)驗(yàn)室檢查:白細(xì)胞(WBC)7.54×109/L,紅細(xì)胞(RBC)3.41×1012/L,血紅蛋白(HGB)93 g/L,血小板(PLT)154×109/L;凝血酶原時(shí)間(PT)13.00 s,活化部分凝血活酶時(shí)間(APTT)43.00 s,纖維蛋白原(Fbg)2.01 g/L,凝血酶時(shí)間(TT)18.00 s;肝功能、輸血前5項(xiàng)指標(biāo)均正常。初步診斷為:瘢痕子宮,胎兒窘迫,重度子癇前期,胎盤囊腫,胎盤早剝。
給予孕婦Ⅱ級(jí)護(hù)理,行左側(cè)臥位持續(xù)胎心監(jiān)測(cè),禁飲食,吸氧,嚴(yán)密監(jiān)測(cè)孕婦一般情況。孕婦持續(xù)腹痛、肌緊張,無陰道流血,宮口未開,子宮頸管未退;呈輕度貧血貌,心率88 min-1,心律規(guī)整,無病理雜音;宮體略等張,子宮下段輕壓痛。45 min后,再次B超檢查確診為胎盤早剝,于胎盤實(shí)質(zhì)近基底部可見-7.1 cm×4.9 cm囊性實(shí)質(zhì)團(tuán)塊,邊界不規(guī)則,內(nèi)可見條索狀光帶及稍高回聲團(tuán)塊,胎死宮內(nèi),急癥行剖宮取胎術(shù)。
孕婦在硬膜外麻醉下行子宮下段剖宮取胎術(shù),頭位娩一死嬰,胎盤胎膜完整,胎盤早剝約1/2面積,宮腔內(nèi)凝血塊及血液2 000 mL,羊水清,宮底、右側(cè)宮角及宮體后壁見子宮胎盤卒中分別3 cm×4 cm、3 cm×3 cm、3 cm×3 cm大小,術(shù)中補(bǔ)液150 mL,輸懸浮少白細(xì)胞紅細(xì)胞2 U,術(shù)中血壓平穩(wěn),手術(shù)順利。術(shù)后急查血常規(guī):WBC 17.89×109/L,RBC 2.71×1012/L,HGB 76 g/L,PLT 102×109/L;血凝Ⅰ:PT 22.90 s,APTT 69.10 s,F(xiàn)bg 0.69 g/L,TT 24.20 s,D二聚體14.8 mg/L;血漿硫酸魚精蛋白副凝固試驗(yàn)(3P)陽(yáng)性;同時(shí)留取5 mL血液行全血凝塊觀察試驗(yàn),15 min后,全血凝塊觀察試驗(yàn)不凝。DIC診斷基本明確,考慮為DIC纖維亢進(jìn)期。給予米索前列醇400 μg舌下含化加強(qiáng)宮縮,盡可能減少子宮胎盤剝離面滲血,同時(shí)積極改善凝血功能,輸注冷沉淀800 U(80 U×10袋)和新鮮血漿1 020 mL,補(bǔ)充凝血因子和蛋白含量,懸浮少白細(xì)胞紅細(xì)胞2 U以改善病人貧血,補(bǔ)充血容量。復(fù)查血常規(guī):WBC 15.20×109/L,RBC2.79×1012/L,HGB 83 g/L,PLT 63×109/L;血凝Ⅰ:PT 15.30 s,APTT 35.20 s,F(xiàn)bg 1.44 g/L,TT 26.80 s,D二聚體3.2 mg/L;血離子:Ca2+ 1.88 mmol/L,Na+ 134 mmol/L,其余均在正常范圍。此時(shí)產(chǎn)婦神志清,精神欠佳,BP 21.3/13.3 kPa,腹部切口少量滲血,陰道流血量約180 mL。產(chǎn)婦的凝血功能有所改善,但仍有明顯出血傾向。 轉(zhuǎn)貼于
1 h后,產(chǎn)婦腹部切口持續(xù)少量滲血,外敷料已濕透,BP 21.3/12.6 kPa,心率84 min-1,陰道流血約80 mL,尿量正常。再次復(fù)查血常規(guī)、血凝Ⅰ、尿液分析以動(dòng)態(tài)觀察病情變化,并予以米索前列醇0.4 mg塞肛以促進(jìn)宮縮,減少出血。血常規(guī):WBC 13.5×109/L,RBC 2.64×1012/L,HGB 79 g/L,PLT 56×1012/L,提示血小板呈動(dòng)態(tài)下降趨勢(shì),HGB繼續(xù)降低,可見活動(dòng)性出血,雖腹部未見明顯移動(dòng)性濁音及膨隆,但不排除子宮切口部?jī)?nèi)出血情況,凝血功能障礙未有效糾正。血凝Ⅰ: Fbg 1.62 g/L,TT 29.30 s,其余均在正常范圍;尿液分析:尿糖+,其余均在正常范圍。
為進(jìn)一步改善產(chǎn)婦病情,繼續(xù)輸注冷沉淀800 U,以改善凝血功能;給予機(jī)器單采血小板1個(gè)治療量以緩解血小板下降趨勢(shì),輸注懸浮少白細(xì)胞紅細(xì)胞3 U以改善貧血,補(bǔ)充血容量。安全順利輸注完成后,陰道流血約20 mL,腹部切口滲血明顯減輕,外敷料干燥。及時(shí)復(fù)查血常規(guī):WBC 13.4×109/L,RBC 2.64×1012/L,HGB 80 g/L,PLT 94×1012/L;血凝Ⅰ:PT 13.60 s,APTT 37.40 s,F(xiàn)bg 1.78 g/L,TT32.30 s;纖維蛋白繼續(xù)升高,療效明顯。繼續(xù)密切關(guān)注產(chǎn)婦情況,進(jìn)行心理?yè)嵛浚蛊湫那槠椒€(wěn),精神樂觀,2 h后再次復(fù)查,血常規(guī):WBC 12.38×109/L,RBC 2.67×1012/L,HGB 75 g/L,PLT122×109/L;血凝Ⅰ:PT 13.80 s,APTT 34.90 s,F(xiàn)bg 2.90 g/L,TT 17.00 s,D二聚體 0.9 mg/L;血離子:Ca2+ 2.54 mmol/L,Na+ 139 mmol/L,已升至正常。此時(shí)產(chǎn)婦BP 20.0/13.3 kPa,T 37.2 ℃,除仍呈貧血貌外,其他檢查均在正常范圍,病情得到控制,產(chǎn)婦轉(zhuǎn)危為安。
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