蒸汽养护方案

中铁二十五局武广客运专线

梅村梁场

箱

梁

蒸

汽

养

护

方

案

中铁二十五局梅村梁场项目部

2006年10月19日

箱梁蒸汽养护方案

一、混凝土箱梁的热量交换计算

1、基本参数：

养护被的尺寸：40m⨯22m⨯2cm

恒温阶段温度t2：45℃

养护前砼制品的温度t1：5℃

砼制品的平均比热：0.84kJ/kg.℃

建筑钢的比热：0.48kJ/kg.℃

饱和汽比焓:639.2 kcar/kg

箱梁的混凝土重量：800000kg

箱梁的钢筋重量：57000kg

未养护前箱梁中的水含量：1%总混凝土制品的质量。

2、升温阶段的热量消耗

(1)加热砼制品所消耗的热量Q1 ：

Q1 =GC ×CC×（t2 －t1 ）=857000×0.84×40=28795200(kJ)

(2)砼制品中蒸发水分所消耗的热量Q2 ：

取混凝土中水分的含量为总的砼制品的质量的1%，则水分蒸发的计算公式及结果如下：

水的汽化潜热rC1=2501 kJ/kg，tpj =( t1+ t2)/2

Q2 =W×1%×[rC1＋1.85×（tpj －t1 ）]

=857000×1%×[2501＋1.85×20]=21836360(kJ)

(3)热钢模、箱梁中的钢筋及其他钢结构所消耗的热量Q3 ：

钢模由内模和外模组成，内模的质量为60ｔ，外模的质量约为140ｔ，刚模总质量为200ｔ=200000 kg

Q3 =∑Gm× Cm×（t2 －t1 ）=200000×0.48×40 =3840000(kJ)

(4)充满养护设备自由空间的蒸汽耗热量Q4 ：

喷射的蒸汽首先要加热养护罩内的空气，这部分蒸汽耗热量的计算公式如下：

Q4=Cｐ×m×△ｔ

其中：Cｐ为空气的定压比热，取为1.0045 kJ/kg.K

m：空气的质量，单位kg；

VE为空气的体积，单位m3;

△ｔ：空气的温度变化，单位K；

ρ：空气密度，取为1.29 kg/ m3；

将本设计中的已知各量的值代入上式，得

Q4= Cｐ×ρ×VE×△ｔ=1.0045×1.29×（35×16×5-350）×40 =131135(kJ) 其中：总的混凝土制品为328方，模板体积计22方，总计350方。

(5)养护设备蓄热和散失的热量、冷凝水带走的热量、逸失介质的耗热量等为升温阶段总支出的30% ，参见文献[7]。

则升温阶段的热量总支出：

QⅠ=（Q1 + Q2 + Q3 + Q4）/70%=78003850(kJ)

(6)水泥的水化热

水泥在水化时要释放出一部分热量，这部分的热量会导致混凝土的内外温差过大，从而使大体积混凝土结构出现温差裂缝，因此我们应选用中低热的水泥品种及掺加粉煤灰外掺料来降低混凝土的水泥水化热，这不仅减少了水泥的用量，而且由于粉煤灰呈球状起润滑作用，可大大改善混凝土的工作性和水泵性，且可明显得降低混凝土的水泥水化热。

关于水化热的计算，可以采用沃氏经验公式（参见《混凝土手册》第二分册）。混凝土中的水泥含量控制为300 kg/ m3，总的混凝土制品为328方，则总的水泥含量为

300×328=98400 kg

沃氏经验公式为：

M⨯ε⨯βqc=162⨯/C +0.96⨯ε

式中，qc——单位重量水泥放出的水化热（KJ/Kg）；

M—普通水泥计算标号，假定水泥标号为525；

W/C—水灰比，取为0.31；

ε—度时系数，计算公式如下：

ε=thτ

式中，th—混凝土的平均温度（℃）；

τ—混凝土养护时间（h）；

β—辅助系数，

当ε≤290时，β=0.32+0.002ε

ε＞290时，β=0.84+0.0002ε

因此，养护中所释放的水泥水化热Q6的计算为：

ε=thτ=0.5×（5+40）×6+45×10+0.5×（45+20）×4=730℃ β=0.84+0.0002ε=0.84+0.0002×730=0.986

1kg的水泥的水化热量为

⨯730⨯0.986⨯0.31=243.8KJ/Kg qc=525

162+0.96⨯730

水泥的总的水化热为

Q6=243.8×98400=23989920 kJ

即水泥的水化热为23989920 kJ

升温期的热量消耗为：Qs=QⅠ- Q6=54013930kJ

升温阶段单位时间需要供给的热量（转化为需要的蒸汽量）：

Qms= Qs/6=9002322（kJ/h）=( 9002322/4.18)/639.2=3.37(t/h)

3、恒温阶段的热量消耗

恒温阶段的热量消耗主要是用来维持梁的养护温度，这部分热量相较升温阶段的热量消耗要小得多。恒温阶段所消耗的热量主要有散失于周围介质的热量、漏失蒸汽损失的热量两部分。其热量计算参考台湾的养护方案，可取为升温期热量的15%，即：

Qh=15%×Qs =15%×54013930=8102089 kJ

恒温阶段单位时间需要供给的热量（转化为需要的蒸汽量）：

Qmh= Qh /10=810209（kJ/h）=( 9002322/4.18)/639.2=0.3(t/h)

4、养护期间单位时间需要供给的最大热量（转化为需要的蒸汽量）

Qm = （Qms+Qmh）=3.67(t/h)

以上计算未考虑的管道损失和蒸养罩缝隙损失等因素的影响，取富裕系数

1.1，则最大每小时热量支出Qm=3.67×1.1=4(t/h)

二、蒸汽管道的水力计算步骤

自锅炉出口A到末端D的管线为主干线。估算沿程的阻力损失大约为6×105Pa，喷嘴的孔径为3.0mm，喷射压力为1.4×105Pa。因此，锅炉的出口蒸汽压力要求≥7.4×105Pa，取为7.4×105Pa。

1、管段AB的水力计算

①确定蒸汽网路主干线和平均比摩阻

主干线应是从锅炉到某一热用户的平均比摩阻最小的一条管线。即管段AD。主干线的平均比摩阻，按下式计算：

Rpj=△P/∑l(1+αi)

△P：管段的始末端的压力差，Pa ；

∑l：主干线的总长度，∑l =116+29+21=40m；

αi：局部阻力损失系数，查参考资料【1】表9-5取为0.7；

代入求值，得 Rpj=（7.4×105﹣1.4×105）/[166×（1+0.7）]=2126Pa/m ②按主干线上的压降平均分布来假定AB管段末端压力

Pm=Ps﹣△P×li/∑l=7.4×105﹣6×105×116/166＝3.21×105Pa

③根据管段AB始、末端的蒸汽压力，计算管段AB中的平均密度

ρрj=（ρs1+ρm1）/2

33查参考资料【2】表17-47，可得：ρs=3.794 kg/ m；ρm=1.727 kg/ m

其中，ρs、ρm分别为管段AB始、末端的密度；

ρрj =（3.794+1.727）/2=2.761 kg/ m3

× Rpj=2.761×2126=5870 Pa/m ④计算平均比摩阻 Rbi.pj=ρрj

⑤查参考资料【1】附录9-3室外高压蒸汽管径计算表，选择合适的管径。 管段AB的流量为4t/h，选用管子的公称直径DN80mm，相应的比摩阻及流速为：

Rbi = 6664 Pa/m Vbi =211m/s

⑥根据上述数据换算为实际假设条件下的比摩阻及流速值。

Rz= Rbi /ρ

Vz= Vbi /ρрj = 6664/2.761=2414Pa/m =211/2.761=76.4m/s рj

⑦根据选用的管径DN80mm，按参考资料【1】附录9-2，求出管段的当量长度ld值及其折算长度lz值。

管段AB的局部阻力组成有：1个截止阀、90°弯头4个、三通分流1个、分流直三通1个。查参考资料【1】附录9-2

ld=（10.2+7.9×4+5.1+2.55）×1.26=62m

管段AB的折算长度 lz=116+62=178m

⑧求管段AB在假设平均密度ρрj条件下的压力损失

△Pz= Rz×lz=2414×178=4.30×105 Pa

⑨管段AB末端的蒸汽压力的计算

Pmˊ=Ps﹣△Pz =7.4×105﹣4.30×105=3.1×105Pa

⑩验算管段AB的平均密度ρ

ρрjрjˊ与原先假定的平均密度ρрj是否相符。 ˊ=（ρs1+ρm1ˊ）/2

ρm1ˊ根据Pmˊ的值查参考资料【2】表17-47得

ρm1ˊ=1.672 kg/ m3

计算得： ρрjˊ=（3.794+1.672）/2=2.733 kg/ m3，

рj与原假定的蒸汽密度ρ=2.761 kg/ m3相比，二者相差不是很大。

相对误差：（2.733﹣2.761）/2.733=-1%

因此，上述计算符合规定。

但根据参考资料【2】表17-49查得饱和蒸汽主干管最大允许流速为30～40m/s，根据参考资料【1】146页蒸汽热网供热介质得最大允许设计流速为公称

直径≦200mm，V≦35 m/s，所以上面计算中Vz=76.4m/s不能满足最大设计流速要求，另选管道DN100,查参考资料【1】附录9-3得 Vbi =142m/s，

Vz ＝142/2.761＝51.4 m/s≧35 m/s

不能最大设计流速满足要求；再另选管道DN125,查参考资料【1】附录9-3得 Vbi =90.6m/s，

Vz ＝90.6/2.761＝32.8 m/s≦35 m/s

能满足最大设计流速要求；

2、管段BC的水力计算

3、管段CD的水力计算

4、管道水力计算结果

经水力计算：蒸汽主干管采用DN125mm，蒸汽支管采用DN70mm ，蒸养管采用DN32mm。

参考资料【1】：《供热工程》 中国建筑工业出版社

参考资料【2】：《简明施工计算手册》（第三版）中国建筑工业出版社

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中铁二十五局梅村梁场项目部

2006年10月19日

箱梁蒸汽养护方案

一、混凝土箱梁的热量交换计算

1、基本参数：

养护被的尺寸：40m⨯22m⨯2cm

恒温阶段温度t2：45℃

养护前砼制品的温度t1：5℃

砼制品的平均比热：0.84kJ/kg.℃

建筑钢的比热：0.48kJ/kg.℃

饱和汽比焓:639.2 kcar/kg

箱梁的混凝土重量：800000kg

箱梁的钢筋重量：57000kg

未养护前箱梁中的水含量：1%总混凝土制品的质量。

2、升温阶段的热量消耗

(1)加热砼制品所消耗的热量Q1 ：

Q1 =GC ×CC×（t2 －t1 ）=857000×0.84×40=28795200(kJ)

(2)砼制品中蒸发水分所消耗的热量Q2 ：

取混凝土中水分的含量为总的砼制品的质量的1%，则水分蒸发的计算公式及结果如下：

水的汽化潜热rC1=2501 kJ/kg，tpj =( t1+ t2)/2

Q2 =W×1%×[rC1＋1.85×（tpj －t1 ）]

=857000×1%×[2501＋1.85×20]=21836360(kJ)

(3)热钢模、箱梁中的钢筋及其他钢结构所消耗的热量Q3 ：

钢模由内模和外模组成，内模的质量为60ｔ，外模的质量约为140ｔ，刚模总质量为200ｔ=200000 kg

Q3 =∑Gm× Cm×（t2 －t1 ）=200000×0.48×40 =3840000(kJ)

(4)充满养护设备自由空间的蒸汽耗热量Q4 ：

喷射的蒸汽首先要加热养护罩内的空气，这部分蒸汽耗热量的计算公式如下：

Q4=Cｐ×m×△ｔ

其中：Cｐ为空气的定压比热，取为1.0045 kJ/kg.K

m：空气的质量，单位kg；

VE为空气的体积，单位m3;

△ｔ：空气的温度变化，单位K；

ρ：空气密度，取为1.29 kg/ m3；

将本设计中的已知各量的值代入上式，得

Q4= Cｐ×ρ×VE×△ｔ=1.0045×1.29×（35×16×5-350）×40 =131135(kJ) 其中：总的混凝土制品为328方，模板体积计22方，总计350方。

(5)养护设备蓄热和散失的热量、冷凝水带走的热量、逸失介质的耗热量等为升温阶段总支出的30% ，参见文献[7]。

则升温阶段的热量总支出：

QⅠ=（Q1 + Q2 + Q3 + Q4）/70%=78003850(kJ)

(6)水泥的水化热

水泥在水化时要释放出一部分热量，这部分的热量会导致混凝土的内外温差过大，从而使大体积混凝土结构出现温差裂缝，因此我们应选用中低热的水泥品种及掺加粉煤灰外掺料来降低混凝土的水泥水化热，这不仅减少了水泥的用量，而且由于粉煤灰呈球状起润滑作用，可大大改善混凝土的工作性和水泵性，且可明显得降低混凝土的水泥水化热。

关于水化热的计算，可以采用沃氏经验公式（参见《混凝土手册》第二分册）。混凝土中的水泥含量控制为300 kg/ m3，总的混凝土制品为328方，则总的水泥含量为

300×328=98400 kg

沃氏经验公式为：

M⨯ε⨯βqc=162⨯/C +0.96⨯ε

式中，qc——单位重量水泥放出的水化热（KJ/Kg）；

M—普通水泥计算标号，假定水泥标号为525；

W/C—水灰比，取为0.31；

ε—度时系数，计算公式如下：

ε=thτ

式中，th—混凝土的平均温度（℃）；

τ—混凝土养护时间（h）；

β—辅助系数，

当ε≤290时，β=0.32+0.002ε

ε＞290时，β=0.84+0.0002ε

因此，养护中所释放的水泥水化热Q6的计算为：

ε=thτ=0.5×（5+40）×6+45×10+0.5×（45+20）×4=730℃ β=0.84+0.0002ε=0.84+0.0002×730=0.986

1kg的水泥的水化热量为

⨯730⨯0.986⨯0.31=243.8KJ/Kg qc=525

162+0.96⨯730

水泥的总的水化热为

Q6=243.8×98400=23989920 kJ

即水泥的水化热为23989920 kJ

升温期的热量消耗为：Qs=QⅠ- Q6=54013930kJ

升温阶段单位时间需要供给的热量（转化为需要的蒸汽量）：

Qms= Qs/6=9002322（kJ/h）=( 9002322/4.18)/639.2=3.37(t/h)

3、恒温阶段的热量消耗

恒温阶段的热量消耗主要是用来维持梁的养护温度，这部分热量相较升温阶段的热量消耗要小得多。恒温阶段所消耗的热量主要有散失于周围介质的热量、漏失蒸汽损失的热量两部分。其热量计算参考台湾的养护方案，可取为升温期热量的15%，即：

Qh=15%×Qs =15%×54013930=8102089 kJ

恒温阶段单位时间需要供给的热量（转化为需要的蒸汽量）：

Qmh= Qh /10=810209（kJ/h）=( 9002322/4.18)/639.2=0.3(t/h)

4、养护期间单位时间需要供给的最大热量（转化为需要的蒸汽量）

Qm = （Qms+Qmh）=3.67(t/h)

以上计算未考虑的管道损失和蒸养罩缝隙损失等因素的影响，取富裕系数

1.1，则最大每小时热量支出Qm=3.67×1.1=4(t/h)

二、蒸汽管道的水力计算步骤

自锅炉出口A到末端D的管线为主干线。估算沿程的阻力损失大约为6×105Pa，喷嘴的孔径为3.0mm，喷射压力为1.4×105Pa。因此，锅炉的出口蒸汽压力要求≥7.4×105Pa，取为7.4×105Pa。

1、管段AB的水力计算

①确定蒸汽网路主干线和平均比摩阻

主干线应是从锅炉到某一热用户的平均比摩阻最小的一条管线。即管段AD。主干线的平均比摩阻，按下式计算：

Rpj=△P/∑l(1+αi)

△P：管段的始末端的压力差，Pa ；

∑l：主干线的总长度，∑l =116+29+21=40m；

αi：局部阻力损失系数，查参考资料【1】表9-5取为0.7；

代入求值，得 Rpj=（7.4×105﹣1.4×105）/[166×（1+0.7）]=2126Pa/m ②按主干线上的压降平均分布来假定AB管段末端压力

Pm=Ps﹣△P×li/∑l=7.4×105﹣6×105×116/166＝3.21×105Pa

③根据管段AB始、末端的蒸汽压力，计算管段AB中的平均密度

ρрj=（ρs1+ρm1）/2

33查参考资料【2】表17-47，可得：ρs=3.794 kg/ m；ρm=1.727 kg/ m

其中，ρs、ρm分别为管段AB始、末端的密度；

ρрj =（3.794+1.727）/2=2.761 kg/ m3

× Rpj=2.761×2126=5870 Pa/m ④计算平均比摩阻 Rbi.pj=ρрj

⑤查参考资料【1】附录9-3室外高压蒸汽管径计算表，选择合适的管径。 管段AB的流量为4t/h，选用管子的公称直径DN80mm，相应的比摩阻及流速为：

Rbi = 6664 Pa/m Vbi =211m/s

⑥根据上述数据换算为实际假设条件下的比摩阻及流速值。

Rz= Rbi /ρ

Vz= Vbi /ρрj = 6664/2.761=2414Pa/m =211/2.761=76.4m/s рj

⑦根据选用的管径DN80mm，按参考资料【1】附录9-2，求出管段的当量长度ld值及其折算长度lz值。

管段AB的局部阻力组成有：1个截止阀、90°弯头4个、三通分流1个、分流直三通1个。查参考资料【1】附录9-2

ld=（10.2+7.9×4+5.1+2.55）×1.26=62m

管段AB的折算长度 lz=116+62=178m

⑧求管段AB在假设平均密度ρрj条件下的压力损失

△Pz= Rz×lz=2414×178=4.30×105 Pa

⑨管段AB末端的蒸汽压力的计算

Pmˊ=Ps﹣△Pz =7.4×105﹣4.30×105=3.1×105Pa

⑩验算管段AB的平均密度ρ

ρрjрjˊ与原先假定的平均密度ρрj是否相符。 ˊ=（ρs1+ρm1ˊ）/2

ρm1ˊ根据Pmˊ的值查参考资料【2】表17-47得

ρm1ˊ=1.672 kg/ m3

计算得： ρрjˊ=（3.794+1.672）/2=2.733 kg/ m3，

рj与原假定的蒸汽密度ρ=2.761 kg/ m3相比，二者相差不是很大。

相对误差：（2.733﹣2.761）/2.733=-1%

因此，上述计算符合规定。

但根据参考资料【2】表17-49查得饱和蒸汽主干管最大允许流速为30～40m/s，根据参考资料【1】146页蒸汽热网供热介质得最大允许设计流速为公称

直径≦200mm，V≦35 m/s，所以上面计算中Vz=76.4m/s不能满足最大设计流速要求，另选管道DN100,查参考资料【1】附录9-3得 Vbi =142m/s，

Vz ＝142/2.761＝51.4 m/s≧35 m/s

不能最大设计流速满足要求；再另选管道DN125,查参考资料【1】附录9-3得 Vbi =90.6m/s，

Vz ＝90.6/2.761＝32.8 m/s≦35 m/s

能满足最大设计流速要求；

2、管段BC的水力计算

3、管段CD的水力计算

4、管道水力计算结果

经水力计算：蒸汽主干管采用DN125mm，蒸汽支管采用DN70mm ，蒸养管采用DN32mm。

参考资料【1】：《供热工程》 中国建筑工业出版社

参考资料【2】：《简明施工计算手册》（第三版）中国建筑工业出版社