Пропарочная камера ямного типа
СОДЕРЖАНИЕ: Содержание Введение. 3 1. Обоснование выбранного способа тепловой обработки. 4 2. Характеристика выпускаемой продукции. 7 3. Обоснование режима тепловой обработки. 19Содержание
[1] , режимы тепловой обработки следует назначать путем установления оптимальной длительности и температурно-влажностных параметров отдельных его периодов: предварительного выдерживания, подъема температуры, изотермического прогрева (в том числе термосного выдерживания) и остывания с использованием, как правило, систем автоматического управления параметрами.
Длительность предварительного выдерживания следует назначать исходя из условий производства, но, как правило, не менее времени, приведенного в табл. 3.
Таблица 3
Длительность предварительного выдерживания
Таблица 4
Вид бетона |
Способ тепловой обработки |
Предвари- тельное вы- держива-ние, ч, не менее |
Начальная проч- ность бетона, МПа (кгс/см2 ) |
Скорость подъема тем- пературы, 0 С/ч, не более |
Тяжелый и легкий конструкционный |
Пропаривание в камерах |
1 |
До 0,1 (1) 0,1-0,2 (1-2) 0,2-0,4 (2-4) 0,4-05 (4-5) Св. 0,5 (5) |
15 25 35 45 60 |
Тяжелый для предварительно напряженных конструкций, изготовляемых: на стендах (без применения устройств для регулирования натяжения арматуры при тепловой обработке) в силовых формах |
То же -//- |
1 - |
0,2 (2) и более До 0,2 (2) |
35 60 |
Продолжение табл. 3
Вид бетона |
Способ тепловой обработки |
Предвари- тельное вы- держива-ние, ч, не менее |
Начальная проч- ность бетона, МПа (кгс/см2) |
Скорость подъема тем- пературы, 0С/ч, не более |
Тяжелый с повышенными требованиями по морозостойкости, водонепроницаемости; мескозернистый; жаростойкий |
-//- |
3 |
- |
15 |
Легкий конструкционо-теплоизоляционный |
Сухой прогрев в камерах Пропаривание в термоформах Пропаривание в камерах |
1 2 3 |
- - - |
50 40 30 |
При применении малонапорных и индукционных камер, кассетных установок, предварительно разогретых смесей или при подъеме температуры в среде с пониженной влажностью, а также при изготовлении изделий из жестких бетонных смесей с применением дисперсного армирования допускается тепловая обработка без предварительного выдерживания. При изготовлении предварительно напряженных конструкций в силовых формах предварительное выдерживание не должно превышать 1 ч.
Скорость подъема температуры в камерах и термоформах следует назначать с учетом конструкции изделий (однослойные, многослойные и т.п.), их массивности, конкретных условий производства, но, как правило, не более величин, указанных в табл. 3, за исключением случаев применения специальных методов тепловой обработки (термопригруз, камеры с избыточным давлением и т.п.). Допускается подъем температуры среды с постоянно возрастающей скоростью или ступенчатый подъем температуры (кроме предварительно напряженных конструкций). При изготовлении предварительно напряженных конструкций в силовых формах необходимо применять пластифицирующие химические добавки, замедляющие рост прочности бетона в период подъема температуры.
Температуру и длительность изотермического прогрева следует назначать с учетом вида бетона, активности и эффективности цемента при тепловой обработке, его тепловыделения и массивности изделий. Максимальная температура изотермического прогрева изделий из тяжелого, мелкозернистого и легкого конструкционного бетона не должна превышать 80-85 0 С при применении портландцемента и БТЦ и 90-95 0 С - при применении шлакопортландцемента. При тепловой обработке изделий из конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона температуру среды при изотермическом прогреве следует повышать до 90-95 0 С при паропрогреве и применении продуктов сгорания природного газа и до 120-140 0 С - при сухом прогреве электрическими и другими нагревателями. При тепловой обработке изделий из напрягающего бетона максимальная температура среды не должна превышать 85 0 С при использовании цемента НЦ-10 и 70-80 0 С при использовании цементов НЦ-20 и НЦ-40.
При назначении длительности изотермического прогрева изделий необходимо учитывать рост прочности бетона при их выдерживании в тепловых агрегатах без дополнительного теплоподвода (или с теплоподводом для компенсации теплопотерь), в период межсменных перерывов, во время выполнения доводочных работ в цехе и хранении на утепленных складах. При выдерживании изделий в нерабочее время в тепловых агрегатах подачу в них теплоносителя следует прекращать за 2-3 ч. до окончания изотермического прогрева либо понижать температуру прогрева на 10-15 0 С.
Скорость остывания среды в камерах в период снижения температуры изделий из тяжелого бетона после изотермического прогрева, как правило, должна быть не более 30 0 С/ч., а при повышенных требованиях по морозостойкости и водонепроницаемости, а также при тепловой обработке изделий из мелкозернистого и напрягающего бетонов, многослойных и с отделочными слоями - не более 20 0 С/ч. При выгрузке изделий из камер температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды на должен превышать 40 0 С.
Относительную влажность среды в период изотермического прогрева изделий из тяжелого, мелкозернистого, конструкционного легкого и напрягающего бетонов необходимо поддерживать на уровне 90100%. При использовании продуктов сгорания природного газа период подъема следует проводить в среде с относительной влажностью 20-60% с последующим доувлажнением до 80% на стадии изотермического прогрева. При относительной влажности среды менее 80% необходимо предусматривать мероприятия для защиты бетона изделий от испарения влаги. При тепловой обработке изделий из конструкционно-теплоизоляционного легкого бетона относительную влажность среды следует поддерживать в пределах 20-60 %.
При тепловой обработке изделий в кассетных установках следует обеспечивать равномерный нагрев изделий. Температура в нагревательных отсеках должна составлять 90-95 0 С. При этом следует применять подъем температуры со скоростью 60-70 0 С/ч. и изотермический прогрев, разделенный на два периода: с подачей пара (тепла) в тепловой отсек и термосным выдерживанием без подачи пара (тепла); длительность этих периодов необходимо определять в зависимости от вида, класса (марки) бетона по прочности и толщины изделий с учетом требований нормативно-технической документации.
Двухстадийную тепловую обработку: первую стадию - для получения распалубочной прочности и вторую - для достижения отпускной и передаточной прочности - следует производить по режимам, устанавливаемым опытным путем с учетом требований ОНТП 7-80.
При использовании предварительного разогрева бетонных смесей паром или электроэнергией температура смеси допускается, как правило, не более 60 0 С. При этом длительность последующей тепловой обработки в различных агрегатах следует сократить не менее чем на 1 ч. Время выдерживания изделий от окончания формования до начала тепловой обработки не должно превышать 20 мин. (без специальных мероприятий, предотвращающих остывание смеси). Предварительный разогрев смесей для изготовления изделий из напрягающего бетона не допускается.
Тепловую обработку в индукционных камерах следует применять при изготовлении густоармированных изделий (ригелей, балок, колонн, плит перекрытий и покрытий, опор ЛЭП, труб и т.п.) по режимам, применяемым в условиях прогрева в среде с пониженной относительной влажностью в соответствии с нормативно-технической документацией.
При тепловой обработке предварительно напряженных конструкций, изготовляемых на стендах и в силовых формах, необходимо предусматривать указанные в рабочих чертежах мероприятия по предотвращению возникновения трещин. Перепад между температурой среды в камерах и упоров при изготовлении изделий на стендах не должен превышать 65 0 С.
В целях экономичного использования тепловой энергии при назначении режимов ТВО следует учитывать последующее нарастание прочности бетона изделий вследствие его остывания в цехе в течение 12 ч.
В зависимости от способа тепловой обработки выбирается температура и продолжительность изотермического прогрева. Для пропаривания в камерах паром температура tИЗ = 85 0 С. При этом продолжительность изотермического прогрева t2 = 10 ч. продолжительность изотермического прогрева должна определятся временем, необходимым для достижения в центре изделий температуры больше 80 0 С.
Скорость остывания поверхности изделий после изотермического прогрева не должна быть больше 40 0 С/ч. При выгрузке изделий из камеры температурный перепад между поверхностью изделий и температурой окружающей среды не должен превышать 40 0 С.
Температура окружающей среды принимается равной t0 = 20 0 C. Так как толщина изделия d = 160 мм, следовательно длительность охлаждения в камере t3 = 4 ч.
Выбранный режим проверяется расчетом средних температур по сечению изделий к концу основных периодов ТВО:
- подъема температуры;
- изотермической выдержки.
Расчет производится, используя критериальные зависимости теплопроводности при нестационарных условиях. Определяется критерий Фурье (7):
, |
(7) |
где ф – продолжительность расчетного периода ТВО;
R – определяющий размер изделия, ;
б – коэффициент температуропроводности бетонной смеси;
– определяется по формуле (8):
, |
(8) |
где – коэффициент теплопроводности твердого бетона ( = 1,95);
– удельная теплоемкость бетона ( = 0,84),к Дж/кгМєС;
– средняя плотность бетона.
Для первого периода ТВО:
м2 /с;
.
Критерий Био (9):
, |
(9) |
где б = 150 – коэффициент теплопроводности от паровоздушной среды к поверхности изделия.
1. Для первого периода ТВО:
.
С помощью критериев и монограмм находится безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия (10-11):
, |
(10) |
(11) |
где – температура паровоздушной среды;
– температура поверхности изделия;
– температура бетона в начале расчетного периода;
– температура в центре изделия.
Из графика для определения температуры на поверхности изделия (12):
. |
(12) |
Температура паровоздушной среды в первый период ТВО = 90 0 С, а температура бетона в начале расчетного периода = 20 0 С, следовательно:
,
0 С.
Температура в центре изделия в первый период ТВО определяется аналогичным образом, то есть, из графика для определения температуры в центре изделия известно, что:
,
,
0 С.
Режим ТВО выбран правильно, если к концу первого периода температура поверхности изделия равна температуре среды (допускается ±10 0 С). Проверка:
0 С.
Условие выполняется. Следовательно, режим ТВО выбран верно.
2. Для второго периода ТВО. Критерии Фурье и Био:
,
.
Безразмерные температуры на поверхности и в центре изделия:
,
,
Следовательно:
;
;
0 С.
0 С.
Вывод: режим ТВО выбран правильно, так как к концу второго периода
- = 84 – 78 = 6 0 С, что в пределах допустимого, то есть, ( - ) и ( - ) 0 С.
В результате:
ч.
Средние температура бетона за соответствующие периоды ТВО:
График ТВО показан на рис. 2.
Рисунок 2 – График ТВО
4. Технологический расчет. Обоснование типа тепловой установки, конструкция, работа
Габариты установки выбирают по габаритам пропариваемых изделий из табл. 1:
- длина - 2000 мм.;
- ширина - 495 мм.;
- высота - 160 мм.
Следовательно требуется установка типа СМЖ-3212:
- габаритные размеры – 12,0 1,5 2,0 м.;
- количество изделий – 100 ед.
Число установок (13):
, |
(13) |
где – годовая производительность цеха ( м3 );
– продолжительность цикла работы установки (14):
, |
(14) |
время загрузки и выгрузки изделия ();
– суммарный объем бетона одновременно обрабатываемого в одной установке ( м3 );
м – число рабочих дней в году (м = 253 дн.);
z – продолжительность рабочей смены (z = 8 ч.);
к – число смен (к = 2);
Если D 5, то резерв 1-2 шт.
.
Требуемое количество установок составляет 5 ед. Так как число установок не превышает пяти, то резерв не предусматривается.
Конструкция ямной камеры ТВО представлена на рис. 3.
1 - цементный пол с железнением, 2 - железобетонная плита, 3 - бетонная или железобетонная подготовка, 4 - стена из монолитного бетона, 5 - крышка, 6 - сборная железобетонная плита, 7 - каналы для подачи пара и отвода конденсата
Рисунок 3 – Ямная камера ТВО
Ямные камеры располагают обычно ниже уровня пола. Стены 4 камеры делают бетонными или кирпичными. Формы и размеры камер устанавливают с учетом номенклатуры вы пускаемых изделий и требуемой производительности полигона. Чаще всего камеры объединяют в блоки, состоящие из 4-8 камер, что уменьшает охлаждение стен. Загружают изделия в камеры и разгружают кранами.
Ямные камеры закрывают съемными деревянными крышками 5 с металлическим каркасом и хорошей тепло- и пароизоляцией по контуру и по поверхности. Пар под покрытие и колпаки подают гибким шлангом с наконечником из перфорированной трубы. Остывает изделие в камере после прекращения подачи пара.
Расход пара на полигонах при пропаривании бетона в летних условиях в ямных камерах 300-400, а в зимних условиях, соответственно 500-600 кг. на 1 м3 изделия.
Для уменьшения расхода пара и обеспечения заданного режима подогрева применяют пропарочные полуавтоматические камеры ямного типа с повышенной герметичностью конструкции (рис. 4).
1 - труба для подачи пара в камеру, 2 - верхние перфорированные трубы, 3 – клапан, 4 - крышка колодца, 5 - металлическая решетка, 6 - труба для выпуска паровоздушной смеси, 7 - колодец, 8 - обратная выходная труба, 9 - поддонное пространство, 10 - нижняя перфорированная труба
Рисунок 4 – Конструкция полуавтоматической ямной камеры ТВО
Перфорированные трубы 2 и 10 для подачи пара расположены в верхней и нижней частях камеры. Обратная выходная труба 8 расположена у пола. Из нее паровоздушная смесь по трубе 6 через клапан 3 выпускается в атмосферу.
В этой камере пропаривают при температуре 100 0 С и при 100%-ной относительной влажности. Благодаря равномерной и высокой температуре выдерживания срок пропаривания сокращается до 6-8 ч. при расходе пара на 1 м3 изделий не более 150-250 кг.
После тепловлажностной обработки изделия распалубливают. Разборку сборно-разборных форм начинают с удаления схваток, фиксаторов и клиньев, подъема накладных скоб и других закрепляющих приспособлений. После этого снимают или отодвигают в сторону (при шарнирном креплении к поддону) торцевые и боковые стенки формы при помощи рычагов. Изделия с поддона формы снимают краном или каким-либо другим подъемным механизмом.
5. Теплотехнический расчет
В ходе теплотехнического расчета составляются уравнения теплового баланса для каждого периода ТВО или для каждой из зон ТВО. Уравнение составляется для одного теплового агрегата, работающего в неблагоприятных условиях.
Количество теплоты, расходуемое за каждый период или в каждой зоне ТВО, определяется по формуле (15):
, |
(15) |
где: – суммарный расход теплоты за период или в соотвествующей зоне ТВО, кДж/ч;
– количество теплоты, необходимое соответственно для нагрева бетона, формы, ограждений, на потери в окружающую среду, на испарение воды затворения, на нагрев среды установки;
– количество теплоты, выделяющееся в процессе реакции гидратации цемента;
в – коэффициент запаса на нерасчитываемые затраты теплоты (в=0,5-1,2).
1. Расчет теплоты для нагрева изделий определяем по формуле (16):
, |
(16) |
где:– средневзвешенная теплоемкость бетонной смеси ( = 0,84 кДж/кгК),;
– масса бетонных изделий, кг.
115,84 1690 = 30758 кг.;
– средние значения температур в начале и конце соответствующего периода или зоны.
Расчет теплоты для нагрева изделий производится по периодам.
Для первого периода:
;
°С.
Следовательно, для первого периода теплота для нагрева изделия равна:
кДж.
Для второго периода:
;
°С.
Следовательно, для второго периода теплота для нагрева изделий равна:
, кДж.
2. Расчет теплоты для нагрева форм .
Определяется по формуле (17):
, |
(17) |
где – теплоемкость материала формы (СФ = 0,46 кДж/кгК);
– масса форм.
– конечные и начальные температуры форм (принимаются равным температуре поверхности изделий в конце и начале периода).
кг;
Для первого периода:
кДж.
Для второго периода:
, кДж.
3. Расчет потерь теплоты через ограждающие конструкции установки (18)
, |
(18) |
где К = ;
Ri - термическое сопротивление слоя ограждения (19);
Fi – площадь поверхности ограждения;
tср – температура среды установки;
tн - температура наружного воздуха.
, |
(19) |
- коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхности ограждения ( и =10 Вт/м2 );
и - толщины слоев ограждения и коэффициент теплопроводности материалов.
Для первого периода:
кДж/ч
Для второго периода
кДж/ч
4. Теплота экзотермических реакций гидратации цемента (20):
, |
(20) |
где = 250 КДж/кг – теплота гидротации цемента при его твердении в нормальных условиях в течении 28 суток (принимается равной марке цемента);
– расход воды и цемента в бетоне;
– средняя температура бетона за период обработки;
– объем бетона в соответствующий период обработки, м3.
Для первого периода:
кДж.
Для второго периода:
кДж.
Следовательно, суммарный расход теплоты:
кДж.
кДж.
7. Определение удельных часовых расходов теплоты и теплоносителя
Часовые расходы теплоты, кДж/ч (21-22):
(21) |
|
(22) |
где и – расходы тепла в соответствующий период обработки, кДж/ч.
Часовые расходы теплоносителя (пара), кг/ч (23-24):
(23) |
|
(24) |
где Dh – используемое теплосодержание единицы теплоносителя (25);
кДж/кг, |
(25) |
где кДж/кг;
, кДж/кг;
=640 кДж/кг – теплосодержание теплоносителя при заданном Рц=0,58 МПа;
= 2109 – теплота парообразования при заданном;
– степень сухости пара в соответствии с заданием (=0,86).
Удельный расход тепла и теплоносителя (пара) определяем по формулам (26-27):
, кДж/м3 , |
(26) |
кг/м3 |
(27) |
6. Аэродинамический расчет
В ходе расчета определяются диаметры магистральных и подводящих паропроводов.
Площадь поперечного сечения паропровода определяется по формуле (28):
м2 |
(28) |
где GП – расход пара на расчетном участке паропровода (29);
кг/ч |
(29) |
rСР = 3,169 кг/м3 – средняя плотность пара на участке (принимается по заданному давлению PЦ);
u - скорость пара (u=35 м/с – магистральный паропровод; u=30 м/с - подводящий).
Расчет диаметров производится из условия обеспечения принятой скорости движения пара.
м2 ;
м.
По ГОСТ 3262-75 принимается диаметр трубы 101,3 мм.
м2 ;
м.
По ГОСТ 3262-75 принимаем диаметр трубы 114 мм.
7. Мероприятия по охране труда и окружающей среды
Тепловые установки на заводах строительных материалов и изделий являются агрегатами повышенной опасности, так как их работа связана с выделением теплоты, влаги, пыли, дымовых газов. Поэтому условия труда при эксплуатации таких установок строго регламентируются соответствующими правилами и инструкциями. Контроль за соблюдением правил и инструкций по охране труда и технике безопасности осуществляется органами государственного надзора и общественными организациями, которые и разрабатывают эти нормы.
Согласно действующим нормативам, в цехах, где размещаются тепловые установки, необходимо иметь: паспорт установленной формы с протоколами и актами испытаний, осмотров и ремонтов на каждую установку; рабочие чертежи находящегося оборудования и схемы размещения КИП; исполнительные схемы всех трубопроводов с нумерацией арматуры и электрооборудования; инструкции по эксплуатации и ремонту. В таких инструкциях должно быть краткое описание установок, порядок их пуска, условия безопасной работы, порядок остановки, указаны меры предотвращения аварии. Кроме того, инструкции должны содержать четкие указания о порядке допуска к ремонту установок, о мерах безопасного обслуживания и противопожарных мероприятиях.
На стадии проектирования предусматриваются нормы безопасной работы и эксплуатации тепловых установок. Каждая тепловая установка разрабатывается с таким расчетом, чтобы она создавала оптимальные условия ведения технологического процесса и безопасные условия труда. Для этого необходимо, чтобы поверхности установок были теплоизолированы и имели температуру не выше 40 °С.
Проектировать топки, сушила, печи, в которых используются продукты горения топлива, разрешается только на давление менее атмосферного (разрежение). Установки для тепловлажностной обработки проектируют с обязательной герметизацией. Эти установки оборудуют вентиляцией рабочего пространства, которая включается перед выгрузкой изделий и тем самым позволяет удалять пар из установки.
Оборудование тепловых установок проектируют с ограждением, а его включение в работу должно сопровождаться звуковой и световой сигнализацией. Площадки для обслуживания, находящиеся выше уровня пола, оборудуют прочным ограждением и сплошной обшивкой по нижнему контуру.
Отопление и вентиляция цехов, в которых устанавливают тепловые установки, необходимо рассчитывать с учетом выделения теплоты, испарения влаги и выделения пыли. Электрооборудование тепловых установок проектируют с заземлением. Все переносное освещение делают низковольтным.
Электрооборудование тепловых установок должно быть запроектировано с ограждением и заземлением.
Особое внимание при проектировании тепловых установок следует уделять очистке работающих теплоносителей от уносов пыли и мелких частиц материала. Согласно нормативным указаниям, для тепловых установок следует проектировать специальные очистные устройства.
При эксплуатации тепловых установок в цехах, где они расположены, кроме соблюдения требований, упомянутых в общих положениях, обязательно должны быть вывешены на видном месте инструкции по правилам эксплуатации установок и охране труда. Весь обслуживающий персонал тепловых установок допускается к работе только после изучения, а также после обязательного документального оформления проверки его знаний.
Крышки ямных пропарочных камер должны быть достаточно герметичны и оборудованы водяными затворами. На стенах ямных камер предусматривают скобы для спуска рабочих при ремонте и чистке. Каждую такую камеру оборудуют вентиляцией.
Туннельные и щелевые камеры снабжают блокировкой снижателей и подъемников для загрузки форм-вагонеток. Все камеры, пакеты и кассеты должны иметь герметичные системы подвода пара, оборудованные надежными вентилями. В цехах, где расположены камеры, кассеты, пакеты и другие установки, обязательно устраивают приточно-вытяжную вентиляцию.
Электрооборудование и электроприборы, размещенные в цехах, где производят тепловлажностную обработку, должны быть рассчитаны на работу во влажной среде. Электродвигатели должны иметь обязательное заземление.
В цехах, где расположены установки для тепловлажностной обработки, вывешивают инструкции по охране труда при обслуживании данных тепловых установок.
8. Технико-экономическая часть
1. Назначение и тип установки – Камера пропарочная ямного типа.
2. Вид изделий – плиты железобетонные плоские.
3. Производительность установки в год – 25 тыс. м3 .
4. Суточная производительность установки – 99 м3 .
5. Количество изделий, размещаемых в установке – 100 ед.
6. класс прочности бетона – В15.
7. Время нагрева – 1 ч.
8. Время изотермического выдерживания – 5 ч.
9. Время охлаждения – 4 ч.
10. Продолжительность полного цикла работы камеры – 11 ч.
11. Теплота на нагрев изделий – 1550204 кДж.
12. Теплота на нагрев форм – 900176 кДж.
13. Потери тепла через ограждающие конструкции – 83802 кДж.
14. Теплота экзотермических реакций гидратации – 1707103 кДж.
15. Часовые расходы теплоты – 1645268 кДж.
16. Расход пара в период подъема температуры – 807 кг/ч.
17. расход пара в период изотермического выдерживания – 6,06 кг/ч.
18. Площадь поперечного сечения паропроводов – магистральный 8,0110-3 ; поводящий 9,4410-3 .
19. Диаметр паропровода – магистральный 101,3 мм., подводящий 114 мм.
20. Количество отверстий в перфорированных паропроводах – 197 шт.
Список использованной литературы
1. В.В. Перегудов, М.И. Роговой «Тепловые процессы и установки в технологии строительных изделий и деталей». М., Стройиздат, 1983.
2. В.Н. Чубуков, В.Н. Основин, Л.В. Шуляков «Строительные материалы и изделия» Мн., Дизайн ПРО, 2000.
3. Справочник по технологии сборного железобетона. Под общ. ред. Стефанова Б.В., Киев, Вища школа, 1978.
4. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий сборного железобетона (ОНТП-7-80). М., Стройиздат, 1983.
5. Рекомендации по снижению расхода тепловой энергии в камерах для тепловой обработки железобетонных изделий. ВНИИЖБ., М., Стройиздат, 1984.
6. Пособие по тепловой обработке сборных железобетонных конструкций и изделий (к СНиП 3.09.01-85). ВНИИЖБ., М., 1989.
[1] СНиП 3.09.01-85. Производство сборных железобетонных конструкций и изделий. - М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. - 40 с.