Статья: "Управление процессом термовлажностной обработки железобетонных изделий продуктами сгорания природного газа"

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.

Технологические особенности процесса термовлажностной обработки ЖБИ.

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

 

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.

16 преимуществ воздушного отопления над водяным:

1. Экономичность. Благодаря отсутствию промежуточного теплоносителя (воды) достигается высокий тепловой КПД всей системы отопления: на 20-30% выше, чем у традиционных водяных систем.

2. Применение программируемых термостатов обеспечивает возможность дополнительной экономии от 5 до 25 % тепловой энергии за счет функции «дежурного режима» — автоматического снижения температуры в помещении при отсутствии людей.

3. КПД системы от 80% — 93% (при использовании водяного отопления не более 60%). Не путайте КПД системы и КПД самого обогревателя. КПД конденсационных котлов может доходить до 90% и выше, но при этом в целом КПД водяной системы с радиаторами не более 60%.

4. Возможность ввода в эксплуатации в любое время года, даже при минусовой температуре.

5. Возможность организации канального кондиционирования по тем же воздуховодам.

6. Возможность организации приточной вентиляции по тем же воздуховодам, при этом наружный воздух проходит подогрев (охлаждение) и очистку в воздушном фильтре

7. Возможность эффективного увлажнения воздуха во всем помещении в зимний период. Санитарно-гигиенические нормы требуют влажности 30-60%. При влажности выше 60% повышается опасность повышения респираторных заболеваний, появления грибков на стенах и т.д., при влажности ниже 30% — рассыхание мебели, сухость слизистых оболочек рта и глаз.

8. Очистка рециркуляционного воздуха обычным или электронным фильтром

9. Возможность поглощения запахов при установке угольных фильтров

10. Возможность бактериологической очистки при установке ультрафиолетового ионизатора

11. Малая инерционность. Агрегаты систем воздушного отопления в считанные минуты выходят на рабочий режим, а за счет высокой оборачиваемости воздуха, помещение полностью прогревается всего за несколько часов. Это дает возможность оперативно и гибко маневрировать при изменении потребностей в тепле.

12. Отсутствие промежуточного теплоносителя позволяет отказаться от строительства и содержания системы водяного отопления и котельной. В зимнее время отсутствует риск размораживания системы отопления в случае продолжительного отключения системы. Охлаждение даже до глубокого «минуса» не приводит к повреждению системы.

13. Гарантированно отсутствие протечек. Отсутствие радиаторов или конвекторов.

14. Высокая степень автоматизации позволяет вырабатывать ровно то количество тепла, в котором есть необходимость.

15. Нагнетаемый теплый воздух создает необходимое движение и равномерный прогрев по всему объему помещения, а также необходимый «подпор», который полностью избавляет от сквозняков и проникновения пыли снаружи

16. Диапазон регулирования желаемой температуры — от 5°С до 35°С

О преимуществах воздушного отопления перед инфракрасным

Нет идеального инженерного решения по системе отопления для любого типа зданий. На самом деле важно, чтобы в каждом конкретном случае, работали настоящие специалисты своего дела, чтобы тендер при выборе того или иного решения проводился объективно, с учётом реальных условий и потребностей, сравнивая всю систему отопления и вентиляции целиком, а не какие-то элементы её (стоимость водяных воздухонагревателей или водяных приточных установок без котельной, стоимость системы инфракрасного отопления без стоимости системы вентиляции и т.п.). В различных сравнениях производятся диаметрально противоположные выводы, в зависимости от заинтересованности проводивших лиц.

Если сравнение производится представителями лучистого отопления, то они приводят данные температурного расслоения, которое возникает при воздушном отоплении с помощью водяных вентиляторов с теплоносителем — паром, за счёт чего получается самая большая ΔТ нагрева воздуха, и конечно в ней нет дестрификаторов или вертикальных струй самих агрегатов.

Когда сравнение делается продавцами водяных воздухонагревателей, они конечно работают только с низкотемпературным теплоносителем (от конденсатного котла например), при этом если о необходимости строительства котельной и/или теплотрассы упоминается, то приводятся затраты по котельной на дровах, а работа в автономном режиме указывается как при современной автоматизированной газовой котельной.

Лучистое отопление имеет свои достоинства, вместе с тем хотелось бы осветить реальные проблемные места этого вида отопления:

• Не везде возможно применение данных агрегатов:
  — По пожарным нормам (температуры поверхности панелей лучистого отопления выше 150°C).
  — При наличии вещей, нагрев которых не желателен (кран-балки, товары и материалы ухудшающие свои потребительские качества при тепловом облучении).
  — Наличие зоны тени внизу и зоны повышенного нагрева на предметах расположенных в верхнем поясе помещения (товар на стеллажах, станки, повышенное облучение человека).
• Не весь тепловой поток инфракрасного обогревателя передаётся излучением в случае газовых систем это 75 (темные излучатели) — 85 (светлые излучатели)% и 60-75% при электрических нагревателях, т.е. 15-25 % полезной теплоты идёт на нагрев воздуха, который в подавляющем большинстве остаётся под потолком. Декларируемое температурное расслоение по высоте помещения для лучистого отопления 0,3°С на 1 м не учитывает эти потери. В то же время современные газовые воздушные теплогенераторы с конденсирующими теплообменными модулями (КПД до 105 % по низшей теплоте сгорания) обеспечивают температурное расслоение по высоте для воздушного отопления 0,25°С на 1 м. Воздушное отопление с использованием вертикально направленных вниз струй позволяет снизить данный показатель до 0,1°С на 1 м.
• Ещё информация от производителя инфракрасного отопления: важным конструктивным моментом инфракрасных обогревателей является исполнение отражающих дефлекторов и форма пламени внутри трубы. Так у подавляющего большинства производителей 30-45% лучей (энергии) с дефлекторов попадают обратно на излучающую трубу перегревая её. Так же у большинства производителей в начале трубы пламя горелки перегревает трубу выше 400°С (до 600°С), что ведет к уменьшению срока службы обогревателя и самое важное при температуре выше 400°С излучается длина волны вредная для человека. Лишь немногие производители могут похвастаться отсутствие подобных проблем в своих нагревателях.
• При использовании светлых излучателей выжигается кислород, образуются окислы углерода и других вредных веществ за счёт пригорания пыли к излучателям. Согласно DVGW П 638 на каждый кВт мощности необходимо гарантированное снабжение 30 куб.м/час свежего воздуха. Дополнительная вентиляция делает проблематичным использование светлых излучателей в герметичных строительных объёмах.
• Сложная эксплуатация и профилактика, т.к. газопровод, горелка и дымоход располагаются под потолком помещения.

Дополнительные достоинства газовых воздухонагревателей по сравнению с лучистым отоплением:

• Возможность решения не только вопроса отопления, но и обеспечения нагрева приточного воздуха для вентиляции помещения, за счёт чего получаются более низкие капитальные затраты (т.е. нет необходимости строить раздельные системы отопления и вентиляции).
• Простой монтаж и эксплуатация.

История из жизни от знакомого инженера:

«Итак, наш цех, габариты — 30×12 м, высота под коньком — около 7 м. Потребность в тепле — порядка 56 кВт (при -38°С до 16°С). Тюмень. В качестве эксперимента я повесил почти по центру цеха на высоте примерно 6 м один инфракрасный темный нагреватель TL36 (36 кВт) и в дальнем уголочке у ворот — один настенный теплогенератор MJ-40 тоже на 34 кВт. Эксперимент: охлажденный за ночь цех до 0°С — в обоих случаях. За бортом было во время теста -20°C.

В 8 утра включаем излучатель.

К 16-17 ч. температура поднимается до 12..14°С. Под ним — потеплее, все жмутся под него. В дальних углах, соответственно, дубак.

На следующее утро включаем только MJ (настенник). Через 1,5 ч — 14..16°С.

Почему? Потому что объем воздуха цеха он за час прокачивает 2-3 раза. Поднимает температуру и выключается, отдыхает. А инфракрасник — молотит до вечера. Спрашивается — кто больше съест газа…»

Безусловно приведенный пример это довольно маленький цех. Высота потолка не столь велика. При более высоком потолке и распределении инфракрасных обогревателей с покрытием всей площади помещения ситуация была бы не столь критична. Но данный пример показателен, что не всегда и не везде инфракрасное отопление это оптимальное решение для объёмных помещений.

Статья взята с информационного портала:  proektstroy.ru

Реальные преимущества решений ИЦЭТ в сфере воздушного отопления

В век высоких технологий и тотального дефицита энергоресурсов понятие энергоэффективность принимает приоритетное значение. И отопление воздухом позволяет решать эти задачи.

На протяжении последних десятилетий, в контексте постоянно растущих цен на энергоносители, инженеры решают проблемы, разрабатывая новые конструкции и модернизируя существующие, всевозможных систем воздушного отопления использующих в качестве теплоносителя воду или трансформирующих электроэнергию, в вечной гонке за высоким КПД.

На фоне этого, появление на рынке систем воздушного обогрева оборудования на базе ВРП (воздухонагреватель рекуперативный пластинчатый), изготавливаемого компанией ИЦЭТ, с заявленным КПД, превышающим 90 процентов, оказалось практически оптимальным решением генерации и распределения тепловой энергии с использованием в качестве топлива углеводородного сырья.

Существующему многообразию традиционных систем воздушного отопления, использующим воздушно-водные схемы, трансформирующим в тепло электрическую или лучистую энергию, присущи свои достоинства и недостатки, как и любой технологии по производству, передаче и распределению тепловой энергии.

С экономической точки зрения, это непомерно высокие финансовые вложения, связанные со строительством и эксплуатацией систем. Централизованные системы отопления требуют организации протяженных линий распределения теплоносителя от источника теплоснабжения, что многократно увеличивает затраты на капитальное строительство объекта и снижает общую надежность сети.

Низкий КПД таких систем, огромное количество тепломеханического оборудования и запорной и регулирующей аппаратуры, которое требует ремонта и обслуживании, в купе с огромными затратами электроэнергии на привод насосного оборудования, чтобы доставить и распределить теплоноситель, приводят к беспрецедентным эксплуатационным расходам.

В сравнении с этим, низкие затраты на изготовление и монтаж систем воздушного отопления ИЦЭТ, отсутствие протяженных сетей теплораспределения (локальность данной технологии), возможность быстрого монтажа и перестановки используемого отопительного оборудовании, высокий КПД и отсутствие большой номенклатуры теплораспределяющего оборудования, отражают очевидную рентабельность применения подобных систем.

С технической точки зрения, системы воздушного отопления на базе ВРП менее инерционны по сравнению с традиционными, более надежны в виду отсутствия промежуточного теплоносителя, не зависят от качества сетевой воды и параметров электрической энергии, при использовании тэнов в качестве источника тепловой энергии.

Данные системы легко резервируются и обеспечивают практически стопроцентную надежность в работе.

В отношении электрообогрева, и с учетом того, что как правило, электрические теплонагревательные элементы, изготавливаемы в обычном и взрывобезопасном исполнении, отличаются высоким энергопотреблением с целью достижения заданных температурных параметров, оборудование ВРП позволяет добиться необходимых результатов с значительно меньшими эксплуатационными издержками.

При использовании комбинированного воздушно-водяного обогрева, осуществляемого с использованием водяных теплообменников, как основное или дежурное отопление в заданном временном интервале, эксплуатирующие организации часто сталкиваются с проблемой равномерности распределения подогретого воздуха по воздуховодам, обслуживающим различные функциональные зоны зданий. Еще тяжелее осуществить регулирование расхода по различным зонам в заданные временные промежутки, например при использовании комплексов с различными территориально-технологическими режимами.

Отдельным преимуществом систем воздушного отопления ИЦЭТ является тщательно разработанная система управления и контроля за работой оборудования. Современное высокотехнологичное оборудование следит за стабильностью заданных параметров нагнетаемого воздуха. С помощью используемых программируемых контроллеров работа системы происходит в соответствии с заранее разработанными сценариями, позволяющими изменять мощность системы в соответствии со временем суток и отключать оборудование в аварийных ситуациях. Наличие календаря позволяет автоматизировать запуск и остановку системы в определенное время суток и день недели.

Применяемы современные надежные и простые в применении интерфейсы, позволяют дистанционно считывать информацию о работе системы и своевременно диагностировать возникающие неполадки в работе.

Производимое компанией ИЦЭТ оборудование уверенно лидирует при сравнении количественных параметров в подобного сегменте устройств, а именно, среди калориферов, оснащенных утилизаторами и калориферов с водогрейными котельными в отношении капитальных, эксплуатационных затрат и стоимости жизненного цикла.

Надежность и долговечность в работе, низкие затраты на монтаж и эксплуатацию, широкий спектр применения и использование современных хай-тек технологий, позволяют считать системы воздушного отопления компании ИЦЭТ оптимальным выбором.

О технологии прогрева инертных материалов от ИЦЭТ

От года к году темпы строительства увеличиваются по всей планете. Частное строительство и крупные промышленные объекты теперь возводятся всесезонно. В связи с этим появилась необходимость специальной подготовки инертных материалов.

Существующие технологии прогрева инертных материалов (бетона) используют различное оборудование, которое необходимо для того чтобы напрямую или посредством промежуточного теплоносителя передать тепловую энергию бетону, чтобы он затвердевал при необходимой положительной температуре, даже если температура окружающей среды отрицательная. Для этих целей используется энергия воды и пара.

Данные технологии отличаются низким КПД и эффективностью, потому что тепло передается не напрямую от источника к инертному материалу, а транзитом. Через промежуточный теплоноситель со всеми присущими этому процессу потерями. Дополнительные проблемы создает избыток влаги, ее замерзание в конструктивных элементах бункера и нарушение влажностного режима инертного материала.

В качестве альтернативы может применяться метод введения в бетон противоморозных добавок, но данная технология имеет такие отрицательные стороны, как структурные изменения инертных материалов, влияющих на время их эксплуатации. Немаловажным отрицательным свойством данного метода, является коррозионное воздействие на окружающие металлические части конструкции.

Компания ИЦЭТ предлагает технологию прогрева инертных материалов с применением специально разработанных систем, использующих воздухонагреватели рекуперативного типа (ВПР) и ВСУ.

Посредством этого оборудования нагретый воздух подается в бункер с инертным материалом и передает ему тепло напрямую, через дюзы (аэродинамический метод) или посредством регистров, по которым циркулирует горячий воздух, и через стенки регистров, почти как в домашних радиаторах, передает тепловую энергию разогреваемому бетону.

В смесительный воздухонагреватель ВСУ посредством горелки подается смесь топлива, происходит воспламенение топливной смеси, и продукты сгорания направляются в воздухонагреватель рекуперативный пластинчатый ВРП, где посредством теплопередачи происходит перенос тепла от продуктов сгорания поступающему в теплообменник приточному или рециркулируемому воздуху.

Воздух нагнетается посредством центробежного вентилятора, установленного на основании, оборудованном амортизаторами, позволяющими минимизировать шумовое и вибрационное воздействие и далее, после нагрева продуктами сгорания поступает в по распределительным воздуховодам в технологический бункер.

Отработанные (передавшие свое тепло нагнетаемому воздуху) дымовые газы направляются в вытяжную дымовую трубу, через которую выбрасываются в атмосферу принудительным, с установкой вентиляторов дымоудаления, или естественным, посредством естественной тяги, путем.

Данная методика, использующая прямую передачу тепловой энергии инертному материалу, иновационно применяемая компанией ИЦЭТ, занимает лидирующие позиции в ряду технологий современных динамических систем, осуществляющих прогрев заполнителей.

Несомненным технологическим преимуществом является обеспечение заданных параметров не только прогрева, но и влажности. Во время процесса происходит одновременная подсушка инертного материала. В контексте производств по изготовлению бетонных смесей, благодаря этому свойству выполняются заданные характеристики водо-цементного баланса бетонных смесей.

При прогреве инертных материалов регистрами, высокотехнологичное оборудование ИЦЭТ обеспечивает циркуляцию подогретого теплоносителя по регистровой системе. В качестве теплоносителя выступают продукты сгорания природного газа.

Газо-воздушная смесь нагнетается основным вентилятором в ВСУ, где осуществляется ее подогрев до заданных параметров продуктами сгорания природного газа. Далее нагретый воздух поступает в подающий воздуховод регистров, откуда по распределительным воздуховодам нагнетается в обратный воздуховод, соединенный с основным вентилятором.

Оборудование ИЦЭТ для прогрева инертных материалов по сравнению с устройствами, используемыми в данном технологическом направлении, обеспечит вам следующие очевидные преимущества:

• Высокие показатели надежности и простоты в работе;
• Значительное сокращение затрат на энергоносители;
• Точное соблюдение заданного влажностно-температурного режима;
• Высокую экологическую чистоту и техногенную безопасность использования;
• Ощутимое сокращение эксплуатационных затрат в контексте отсутствия протяженных линий транспорта теплоносителя и сокращения обслуживающего персонала, благодаря комплексной автоматизации процессов.

Предлагаемые компанией ИЦЭТ технологии по праву являются лидирующими в сегменте энергосберегающих технологий и позволяют добиться высоких результатов при прогреве инертных материалов в соответствии с использующейся нормативной базой и соответствующими данной отрасли стандартами.