一种海上多层浇筑大体积混凝土冷却液海水循环降温系统及控制方法与流程

本发明属于混凝土施工，具体涉及一种海上多层浇筑大体积混凝土冷却液海水循环降温系统及控制方法。

背景技术：

1、混凝土是目前我国应用最为广泛的建筑工程材料之一。随着海洋强国建设和绿色能源开发，我国进行了大规模的海上风电场、海洋石油平台、深水海港和人工岛礁等海洋结构物的建造。受限于建造技术和建造成本，这些结构物的一些重要部位仍需要现场浇筑大体积混凝土。而大体积混凝土水化过程中会产生大量的水化热，导致结构开裂、服役性能降低。在施工过程中减少温度应力是保证海上大体积混凝土施工质量的关键，对于海上大体积混凝土结构温控的研究也逐渐受到工程界人士的重视。

2、现有的大体积混凝土温度控制技术多为直接抽水冷却或对冷却液制冷降温。前者在海上施工环境下难以获取大量的淡水，直接使用海水会锈蚀冷却管；后者须要大量的电力，而海上能源运输成本很高。此外，海上人工作业成本高，且混凝土养护的不同时段对温度控制要求不同，需要对海上大体积混凝土的冷却系统进行远程控制和智能控制。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明第一个目的在于，提供一种借助于海水对混凝土冷却液降温、通过温度传感器对混凝土和冷却液温度进行实时监控并智能远程控制冷却液流量和降温效率的冷却液循环降温系统。

2、为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

3、一种海上多层浇筑大体积混凝土冷却液海水循环降温系统，其特征在于：所述海上多层浇筑大体积混凝土冷却液海水循环降温系统包括混凝土冷却系统、冷却液降温系统、智能控制系统；

4、所述混凝土冷却系统包括：第一密闭水箱、第一水泵、入水口输水管、冷却管、出水口输水管；所述冷却管入口设置第一电动流量控制阀；所述第一水泵设有无线遥控开关以开启或者关闭控制水泵；

5、所述冷却液降温系统包括：第二密闭水箱、降温管连通管、冷却液降温管、第二水泵；所述第一密闭水箱和第二密闭水箱内部设置有通气阀、水位传感器，外侧设置浮筒；所述降温管连通管入口设置第二电动流量控制阀；所述冷却液降温管两端设置电动三通分水阀并通过调节电动三通分水阀串联连接；所述第二水泵设有无线遥控开关以开启或者关闭控制水泵；

6、所述智能控制系统包括：温度传感器、第一电动流量控制阀、第二电动流量控制阀、电动三通分水阀、水位传感器、数据处理器、无线遥控开关；所述温度传感器、第一电动流量控制阀、第二电动流量控制阀、电动三通分水阀、水位传感器、数据处理器、无线遥控开关，均配有无线通讯模块和电池供电模块，并进行防水处理；所述数据处理器通过无线通讯模块实时接收温度传感器、水位传感器的数据进行判断，并对第一电动流量控制阀、第二电动流量控制阀、电动三通分水阀、无线遥控开关下达指令，同时将信息发送给岸上数据接收中心。

7、在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：

8、作为本发明的一种优选技术方案：工程所在海域海流流向稳定时，所述冷却液降温管(7)为蛇形构造且垂直于海流方向，管长、管径和管壁厚度由下式计算：

9、

10、其中，l为管长，单位为m；d为管径，单位为mm；w为管壁厚度，单位为mm；tmax为冷却液降温管入口最大温度，单位为℃；tout为冷却液降温管出口处温度，单位为℃；tw为海水温度，单位为℃。

11、作为本发明的一种优选技术方案：工程所在海域海流流向不稳定时，所述冷却液降温管为螺旋形构造，管长、管径和管壁厚度由下式计算：

12、

13、其中，l为管长，单位为m；d为管径，单位为mm；w为管壁厚度，单位为mm；tmax为冷却液降温管入口最大温度，单位为℃；tout为冷却液降温管出口处温度，单位为℃；tw为海水温度，单位为℃。

14、作为本发明的一种优选技术方案：第一水泵和第二水泵分别布置在第一密闭水箱上下表面，分别连接入水口输水管和降温管连通管；入水口输水管伸入第一密闭水箱距离底部5-20cm，降温管连通管伸入第一密闭水箱距离顶部5-20cm。

15、作为本发明的一种优选技术方案：所述温度传感器设置在冷却管中部外表面和出水口、第一密闭水箱和第二密闭水箱内部底面、降温管连通管出水口和混凝土每个浇筑层的底角外表面。

16、作为本发明的一种优选技术方案：所述第一密闭水箱、第二密闭水箱和浮筒均采用塑料轻质材料，且两个水箱和浮筒通过锁链固定在所要浇筑的大体积混凝土的基础上。

17、作为本发明的一种优选技术方案：所述第一密闭水箱、第二密闭水箱与降温管连通管、入水口输水管、出水口输水管连接处设有接口和阀门。

18、本发明还有一个目的在于，提供前文所述的海上多层浇筑大体积混凝土冷却液海水循环降温系统的控制方法。

19、为此，本发明的上述目的通过如下技术方案实现：

20、一种海上多层浇筑大体积混凝土冷却液海水循环降温系统的控制方法，包括以下步骤：

21、s1：通过无线遥控开关启动第一水泵和第二水泵，第一密闭水箱和第二密闭水箱中的水位传感器检测水位，若水位不满足设定范围，关闭第一水泵和第二水泵，发出报警信息，通知岸上工作人员迅速前往现场进行检修；

22、s2：分层浇筑完毕，调节对应浇筑层冷却管入水口的第一电动流量控制阀至最大流量的1/5；每隔5min计算并存储冷却管出水口或中部外表面温度传感器与第一密闭水箱内温度传感器测得的温度之差δt1、δt2以及冷却管中部外表面温度传感器与混凝土外表面温度传感器测得的温度之差δt3，当δt1、δt2或δt3超过设定值时，调节对应的第一电动流量控制阀增加最大流量1/10的流量；重复上述操作，直到温差满足要求；调节降温管连通管入水口的第二电动流量控制阀至流量满足下式：

23、

24、其中，qcl为降温管连通管入水口的第二电动流量控制阀的流量，单位为l/s；qi为第i根冷却管入水口的第一电动流量控制阀的流量，单位为l/s；n为冷却管的根数；

25、s3：每隔5min存储降温管连通管出水口温度传感器测得的温度t4，当t4超过设定值时，调节电动三通分水阀，增加一根串联的冷却液降温管；重复上述操作，直到温度满足要求；

26、s4：每隔24h计算并存储冷却管出水口温度传感器与第一密闭水箱内温度传感器测得的温度之差δt5，计算前一次与后一次存储结果之差δt5-δt5’，当超过设定值时，调节对应的第一电动流量控制阀减小最大流量1/10的流量；5min后再次测量对应的温差δt5”并计算与24h前温差之差δt5-δt5”；重复上述操作，直到温差满足要求；按s2中的公式调节降温管连通管入水口的第二电动流量控制阀的流量；

27、s5：每隔24h存储一次冷却管中部外表面温度传感器测得的温度t6，当温度低于设定值时，关闭对应冷却管的第一电动流量控制阀；当所有第一电动流量控制阀都关闭时，通过无线遥控开关关闭第一水泵和第二水泵，发出报警信息，通知岸上工作人员拆除海水循环降温系统。

28、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

29、1)、采用双水箱循环管道，冷却管中的冷却液吸收海上多层浇筑大体积混凝土释放的水化热之后温度升高，进入第二密闭水箱储存后再进入冷却液降温管进行海水降温，达到一定温度后进入第一密闭水箱以备混凝土冷却使用，整个循环过程不需要制冷降温且没有冷却液损失，在海上施工环境下节省了电力供应和冷却液补给。

30、2)、根据海流流向、海水温度和冷却液的最大温度灵活选用冷却液降温管构造形式、管长、管径和管壁厚度，在保障冷却液降温效果的同时提高降温效率。

31、3)、通过温度传感器和水位传感器对混凝土和冷却液温度和水箱水位实时监控，数据处理器对采集的温度和水位数据分析并无线调节电动流量控制阀、电动三通分水阀和无线遥控开关，实现了对混凝土冷却过程的精确智能控制，在保证混凝土冷却效果的同时，减少海上人工操作，降低施工成本。