А.П.Веревкин, Х.Г.Нагуманов – УГНТУ, А.Х.Нагуманов – ООО «ИЦЭТ»
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.
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.
№ пропарочной камеры | Наимено-вание изделия | Отпускная прочность изделий, норма кгс/см2 | Передаточная прочность, кгс/см2 | Кубическая прочность,кгс/см2 | Отпускная 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 | 304 | 248 | 308 | 304 | 312 | 256 | 265 |
балконы | 140 | 155 | ||||||
марши | 198 | 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 |
Предварительная выдержка изделий - 2 часа
Программный подъём температуры
— первый час 15 °С/час
— второй час 25 °С/час
— третий час 35 °С/час
— изотермическая выдержка при 60 °С - 4 часа
— выдержка (режим термоса) - 3 часа
— естественное остывание - 1 час
Из таблицы следует, что
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 5-7 показаны основные окна системы АСУ ТП – термообработка.
Рисунки 5-6. Мнемосхема расположения пропарочных камер с отображением основной информации
Рисунок 7. 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.