5. теплотехника на блок {Анд}

5. Теплотехническая часть.

Опрессовка и термообработка труб. Поступившую на пост опрессовки и термообработки форму закрепляют в крепежном приспособлении и присоединяют к трубопроводу, по которому подается вода низкого давления. Во время заполнения сердечника формы водой верхний вентиль формы должен быть открыт для удаления из нее воздуха. Вода должна быть чистой, смягченной, жесткостью не более 4°. Как только из верхнего вентиля начинает бить струя воды, его закрывают и с помощью трехходового крана, сердечник подключают к установке высокого давления. Подавая воду через регулятор давления, в течение получаса равномерно поднимают давление. Величина давления зависит от диаметра трубы. При опрессовке труб во время подъема давления проверяют расширение формы, которое измеряют по расхождению бортов. Эта величина должна быть в пределах 12—15 мм.

Расширение наружной формы, измеренное на высоте примерно 1,5 м от низа раструба, почти всегда в 1,5 раза больше соответствующего удлинения спиральной арматуры, теоретически рассчитанного по формуле Если в каком-либо месте расширение формы оказывается меньше указанной вы-

ше величины или равно нулю, то на данном участке необходимо проверить исправность пружинных болтов и выявленные неполадки устранить. Если же будет замечено слишком большое расширение формы, следовательно в данном месте пружинный болт неисправен и его необходимо заменить.

Расширение формы начинается при давлении 2—2,5 кг/см2, то есть тогда, когда гидростатическое давление преодолевает противодействие резинового чехла, пружинных болтов, трение бетона о стенку формы.

Если на укладку бетона уходит более 1,5 часа, то опрессовку бетона необходимо осуществлять не в течение получаса, как указывалось выше, а за 10—15 минут.

В комплект установки высокого давления входят насосная станция и регулятор давления.

Насосная станция состоит из ротационного насоса низкого давления , подающего сервоводу в резервуар , насоса высокого давления и резервуара для воды высокого давления, компрессора, подающего сжатый воздух, автоматов включения и выключения электродвигателей, обеспечивающих такую работу насосов, при которой давление сервоводы и воздуха поддерживалось бы на заданном уровне.

При опрессовке труб сначала открывают вентиль, включают насос низкого давления и заполняют резервуар низкого давлению на 2/3 его емкости водой, после чего насос отключают.

Затем открывают вентили у компрессора и у резервуара сервоводы низкого давления, через которые сжатый воздух подается от компрессора к резервуару. Приводят в действие компрессор и нагнетают в резервуар воздух до тех пор, пока давление в нем не будет доведено до 6 кг/см2. После этого включение и выключение электромоторов компрессора и насоса низкого давления происходят при помощи автомата и пускателей. Автомат должен быть отрегулирован так, чтобы в резервуаре давление все время поддерживалось в пределах 4,25—6 кг/см2.

После того как в резервуаре установится давление, равное заданному, приводят в действие насос высокого давления , предварительно открыв вентиль на трубе, соединяющей насос и резервуар высокого давления. Когда резервуар заполнится на 2/3 своей емкости сервоводой, открывают вентиль в верхней части резервуара и подают через него сжатый воздух от компрессора до тех пор, пока в резервуаре давление не будет доведено до 38 кг/см2, после чего компрессор отключают.

В процессе опрессовки труб давление в резервуаре поддерживается в пределах 35—38 кг/см2 при помощи автомата , регулирующего подачу в него сервоводы, и автомата , поддерживающего давление в резервуаре в тех же пределах. Во время работы компрессор охлаждается водой, подаваемой по трубопроводу.

Сервовода от насосной станции подается к каждой форме через регулятор давления системы «Армас».

Регуляторы давления «Армас» установлены на посту опрессовки труб на распределительных досках. При опрессовке каждой трубы пользуются отдельным прибором. Главными частями регулятора давления являются индикатор давления, регулирующий клапан, редукционный клапан и фильтры.

Индикатор давления работает непрерывно, управляя регулирующим клапаном, через который вода под высоким давлением поступает в форму или в дренаж. Импульсы подаются при помощи сервоводы низкого давления.

Достигнув максимального давления опрессовки и установив, что расширение формы соответствует заданной величине, на форму надевают брезентовый чехол. Затем подают пар в полость сердечника — внутренней части формы, и под чехол. Обычно через час температура под чехлом достигает 75—80°, и бетон трубы пропаривают при этой температуре в течение 4—7 часов в зависимости от диаметра труб. Длительность пропаривания труб при 75—80°С в зависимости от их диаметра приведена ниже.

При термообработке бетона труб необходимо следить за тем, чтобы давление опрессовки не отклонялось от заданной величины более чем на ±0,2 кг/см2.

Теплотехнический расчет.

Определение расходов тепла.

Общий расход тепловой энергии Qр, кДж/ч, при разогреве бетона изделий до tк определяется по формуле:

Qр К (Qб Qв Qм Qп Qсв ) ;

где К – коэффициент, учитывающий потери тепла с конденсатом и с утечками пара через неплотности, при разогреве бетона паром до 80ºС, К = 1,065;

Qб - расход тепла на разогрев бетонных изделий, кДж/ч;

Qв - расход теплоты на нагрев и испарение влаги бетона, кДж/ч;

Qм - расход теплоты на нагрев металла форм и арматуры изделия, кДж/ч;

Qп - расход теплоты на разогрев элементов ограждений, включая потери теплоты за время разогрева, кДж/ч;

Qсв - расход теплоты с паром, находящимся в свободном объеме, кДж/ч;

Qр =1,065·(768 595,97 + 230 029,79 + 627 998,65 + 543 536,23 + 332 189) = = 2 665 002,37 кДж/ч;

Расход теплоты на разогрев бетонных изделий, кДж/ч

Qб Vб см сб (tк tн ) ;нагр

где Vб = Vи · к·m – объем бетона изделий в блоке камер; Vи – объем одного изделия, м3;

к – количество изделий в установке, шт; m =3 шт. – количество камер в блоке;

Vб = 0,313·24·3= 22,54 м3·шт

γсм = 2368 кг/м3 – плотность бетонной смеси; сб = 0,84 кДж/(кг · ºС) – теплоемкость бетона;

tк = 80 ºС – конечная температура разогрева бетона;

tн = 20 ºС – начальная температура бетона перед тепловой обработкой; τнагр = 3,5 ч – время нагревания бетонного изделия.

22,54·2368·0,84·(80 – 20)

Qб= 3,5 = 768 595,97 кДж/ч

Расход теплоты на нагрев и испарение влаги из бетона, кДж/ч.

Расход теплоты на нагрев металла форм и арматуры изделий, кДж/ч.

Qм (GФ Gа Gпак) см (tк tн ) ;нагр

где Gф = gф·nф ·m – масса всех форм, находящихся в установке, кг gф - масса одной формы составляет 1878 кг;

nф =12 шт. – количество форм находящихся в установке.

Gф=1878·12·3= 67 608,00 кг;

Gа=gа·k·m – масса арматуры всех изделий, находящихся в установке, кг; gа = 43,49 кг – масса арматуры одного изделия;

к = 24 шт. –количество изделий в установке.

Gа=43,49·24·3=3131,28 кг;

Gпак = gп·m – масса метала стоек пакетировщика в ямных камерах, кг; gп =1860 кг – масса стоек пакетировщика в одной камере;

Gпак=1860 ·3=5580 кг;

см=0,48 кДж/(кг · ºС) – теплоемкость металла. m – количество камер в блоке;

(67 608+3131,28+5580)·0,48·(80 – 20)

Qм= 3,5 = 627 998,65 кДж/ч

Расход теплоты с паром, находящемся в свободном объеме блока камер,

кДж/ч.

Qсв = m· Vсв · iп.а · ρп.а ,

где m – количество камер в блоке;

Vсв – свободный объем установки, м3,

Vсв=Vкам– Vи · к =77,72– 0,313·24 = 70,21 м3;

Vкам– объем камеры, м3;

Vи – объем одного изделия, м3;

к – количество изделий в установке, шт;

iп.а = 2674,9 кДж/кг – энтальпия пара при атмосферном давлении, находим по таблице 12 [31] ;

ρп.а = 0,5896 кг/м3 – плотность пара при атмосферном давлении, находим по таблице 12 [31] ;

Qсв= 3·70,21·2674,9·0,5896 = 332 189,00 кДж/ч.

Определяем расход теплоносителя для блока камер.

Для определения расходов теплоносителей составляем уравнения теплового баланса ∑Qприх = ∑Qр (равенство суммы прихода и расхода теплоты), базой которого является количество теплоты, израсходованное за 1 час работы установки в период разогрева бетона.

При использовании в качестве теплоносителя насыщенного водяного пара при атмосферном давлении уравнение теплового баланса имеет вид:

Dнагр (iж r х) Qр Qэ. р ,

где Dнагр – расход пара, определяемая величина, кг/ч;

iж = 417,47 кДж/кг – энтальпия жидкости при атмосферном давлении, принимаем по таблице 12 [31] ;

r = 2243,6 кДж/кг – скрытая теплота парообразования, принимаем по таблице 12 [31] ;

х = 0,97– степень сухости пара;

Qр – общий расход тепловой энергии, кДж/ч;

Qэ.р – тепловыделение бетона при экзотермических реакциях, кДж/ч;

Тепловыделение при экзотермических реакциях Qэ.р, кДж/ч, в процессе ра-

зогрева бетона находим по формуле:

где Q28 = 418 – тепловыделение цемента при 28-суточном твердении, определяется в зависимости от марки цемента, по таблице 16 [31];

tср = (tк – tн)/2 – средняя температура бетона за время твердения, ºС;

tср = (80 – 20)/2 = 30 ºС;

τнагр = 3,5 ч – время нагрева бетона; gч = m ·k·τVи

m – количество камер в блоке; Vи – объем одного изделия, м3;

к – количество изделий в установке, шт;

τ – суммарное время тепловой обработки изделий, ч, τ = 11 ч.

24·0,313 3 gч =3· 11 = 2,05 м /ч

Ц = 252,7 кг – расход цемента на 1 м3 бетона.

Qэ.р.=[0,0023·418·0,88·35·3,5]·2,05 ·252,7 = 53 688,59 кДж/ч.

Для проверки полученных результатов составляем таблицу теплового баланса на 1 час работы блока камер.

Сводная таблица баланса тепла.

Таблица 5.1

Путем решения приведенных выше уравнений теплового баланса находят неизвестные расходы теплоносителя в период разогрева бетона.

В период изотермической выдержки насыщенный водяной пар атмосферного давления (теплоноситель) подается для поддержания термосного режима. Количество теплоносителя, израсходованного в этот период, определяем по формуле:

Dиз сум Fп (tст tо.с ) 3,6 , кг/ч

(iж r x)

где αсум –– суммарный коэффициент теплоотдачи, для бетонных поверхностей стен камер с температурой 40 ºС, αсум = 11,16 Вт/(м2·ºС);

Fn= F1+F4+F5 – площадь поверхности ограждения, м2;

Fn =117,94+87,58+87,58 = 293,1 м2.

tст = 40 ºС –– температура внешней поверхности ограждения, принимается согласно требованию техники безопасности;

tо.с –– температура окружающей среды (температура в цехе), ºС.

где dнагр – удельный расход теплоносителей в период нагрева изделия;

dиз – удельный расход теплоносителей в период изотермической выдержки.

Удельные расходы теплоносителей должны соответствовать нормативным значениям, используемым в промышленности таблице 17 [31].

Для расчета годовой потребности теплоносителя в камерах (установках периодического действия) с начало рассчитываем количество пара (теплоносителя), затраченного в одном цикле работы установки:

где Dц - количество теплоносителя, затраченного в одном цикле работы уста-

Dгод = 1341,03·368 = 493 499,04 кг/год.

Расчет пароразводки.

Одним из условий нормальной эксплуатации пропарочных установок является равномерное распределение в них паровой среды. Расчет пароразводки для ямной камеры сводится к установлению дальнобойности струй пара, выходящих из перфорированных труб, и качеству площади и числа паропроводящих отверстий – сопел, запроектированных в соответствии с заданным расходом пара.

При истечении пара в установку с давлением, близким к атмосферному, его массовый расход через 1 мм2 отверстия перфорированной трубы будет зависеть от давления пара р1 в подводящем паропроводе и может бать найден по таблице

18 [31]. gпара = 6,72 кг/мм2·ч.

Минимальное сечение всех сопел, мм2:

D

∑ f = gпара

где D = Dнагр - расход пара в период нагрева изделий в одной установке, кг/ч; m

m – количество камер в блоке;

1006,77

D = 3 = 335,59 кг/ч;

335,59 2 ∑ f = 6,72 = 49,94 мм