低温热棒的检测

牛怀俊等 ：低温热棒的检测 ·59· 低温热棒的检测 牛怀俊 (中铁西北科学研究院 杨印海 甘肃兰州 730000) 摘 要 阐述热棒的．Y-作原理以及在青藏铁路多年冻土区的应用。就热棒的主要检测 内容进行 了 讨论 ，并对其修改完善提 出了建议。 关键词 低温热管 低温热棒 检测 等温性 启动性 1 热棒的工作原理及应用 低温热管技术是 20世纪 60年代发展起来的，是 无需~'I-DH动力 、用于寒区土木工程中的冷冻技术。它 是利用液气两相的转换对流循环来实现热量传输的系 统，是无源冷却系统中热量传输效率最高的装置。 热棒是低温热管技术的一种应用新技术。热棒是 两端密封的钢管，管中密封有液体工质 (液氨)，管 的上部 (散热段)装有散热片，管的下部 (蒸发段) 埋入寒区多年冻土中。在寒季，空气温度低于多年冻 土温度，热棒中的液体工质吸收多年冻土中的热量， 蒸发成气体 (吸收汽化潜热)，蒸汽在压力差的驱动 下，沿热棒管腔向上流动至热棒上部 (冷凝段 )，遇 到较冷的管壁放出汽化潜 热，冷凝成液体 ，液体工 质薄膜在重力作用下，沿 管壁流 回蒸发段再蒸发 ， 如此循环 ，把地基多年冻 土中的热量源源不断地传 输到大气中。在暖季，空 气温度高于多年冻土温 度，液体工质蒸发的蒸汽 到热棒 上部 (冷凝段 ) 后，由于管壁温度较高， 蒸汽不能冷凝 ，达到汽液 相平衡后，液体停止蒸 发，热棒就不再工作 (热 棒的单向传热特性 )，大 气中的热量就不会通过热 棒传人多年冻土中。热棒 结构示意图见图 1。 热棒能充分利用 自然 牛怀俊，男，研究员。 j i _ 图1 热棒结构示意图 能源，在温差作用下驱动内部工质的汽液两相对流循 环，通过蒸发段蒸发吸热作用降低周围介质 (土体) 温度，增加土体本身的冷储量。将地下热量传导到地 面以上或地表，最终将大气冷能储存在地表以下。 目前热棒正广泛应用于寒区工程，尤其在青藏铁 路用来 维持路基 的稳定 性。应用热棒 的里程长 达 36．19 km，多个厂家生产出来的热棒虽经出厂严格检 验 ，但经过远距离运输 、装卸 ，很可能对热棒性能造 成影响，因此在热棒安装前对其进行检测非常重要。 2 热棒检测 2．1 热棒检测的依据 热棒在国内应用主要是在青藏铁路工程中，在青 藏公路、青藏高原输变电塔基中也有一定的应用，目 前几个生产厂家均建立了自己的企业标准——生产标 准。但使用单位除青藏铁路公司2003年 9月9日发 布过 《青藏铁路公司热棒技术规格和验收标准 (暂 行稿)》外，国内至今尚无类似的标准。 以上标准 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 了热棒的使用范围、引用标准、术 语及定义、材质；高频焊翅片管的尺寸、翅片管尺寸 及偏差；工艺、对液氨的要求；热棒质量检验的标 准、试验方法、检验规则及运行寿命；包装、运输及 贮存、验收内容等。 2．2 热棒的主要检测内容 对热棒的检测，目前主要侧重于热棒的启动性能 和等温性能，因为这两个参数是热棒效果评价的关键。 2．2．1 热棒的等温性能试验 一 般情况下，热棒长度的1／3为蒸发段，1／3为 绝热段，1／3为冷凝段。在冷凝段上等距布3个测点， 顶部测点距顶压盖200 mm。冷凝段大空间自然对流 冷却。等温性能试验的蒸发段采用恒温水浴加热，水 温高于室内温度20±5℃。热棒等温性能检测指标见 表 I。 参考文献： [1]扬林果，张向京，王永和等，膨胀土处治技术在潭邵高速公 路中的应用 [c]．中国土木工程学会第九届土力学与岩土工 程学术会议 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 ( 下册 数学七年级下册拔高题下载二年级下册除法运算下载七年级下册数学试卷免费下载二年级下册语文生字表部编三年级下册语文教材分析 )．清华大学出版社，2003，10， [2]林宗元．岩土工程勘察设计手册 [s]．沈阳：辽宁科学技术 出版社，1996，3， [3]郑健龙，和平．中国膨胀土工程问题研究现状及展望 [c]． 膨胀土处治理论 、技术与实践，jE京：人 民交通 出版社， 2004 】2． f4]林晓峰，王观虎，机场膨胀土土基处理方法研究 [c]．膨胀土 处治理论 、技术与实践，北京：人民交通出版社，2004．12， [5]谭罗荣，张梅英，邵梧敏等，灾害性膨胀土结构特性及其工 程性质 [J]．岩土工程学报，1994，16(2)：67—81， [6]张梅英，谭罗荣，邵悟敏等．南方膨胀土的微结构特性与工程 性质研究 [J]．岩土力学，1993，14(1)：67—81． [7]冯碧轩，孙文会，小龙潭电厂膨胀岩土试验研究 报告 软件系统测试报告下载sgs报告如何下载关于路面塌陷情况报告535n,sgs报告怎么下载竣工报告下载 ． f 8]陈孚华．膨胀土上的基础 [M]．北京：中国建筑工业出版 社，1979． 收稿 日期：20o6—07—10 维普资讯 http://www.cqvip.com · 60· 全国中文核心期刊 路基工程 2007年第4期 (总第133期) 表 1 热棒等温性能检测指标表 热棒长度 L／m 冷凝段全长轴温差／℃ ≤ 4 ≤6 ≤8 ≤10 ≤ 12 ≤ 14 ≤16 ≤2．0 ≤2．0 ≤2．0 ≤2．5 ≤3．0 ≤3．0 ≤3．0 2．2．2 热棒的启动性能试验 热 棒 总 长 的 1／3为蒸 发 段 (加热试 验 段)，其余为冷 凝 段 ，冷 凝 段 大空间 自然对 流冷却。 启 动 性 能 试验 的蒸 发段 仍 采用恒 温水 浴加銎 粤 热电偶 采用内置 。 测温 管 法 ，测 试装置如图2。 检验指标 ： ①点温度在 30 秒内发生变化 ， 且升高值 《1 cI=；①②③点 温度启 动稳定 图2 热棒结构示意图 后各点问温差≯0．5℃。检测指标见表 2。 表2 热棒启动性能检测指标表 热棒长度 L／m 从加热开始至稳态所需加热时间／min ≤4 ≤6 ≤ 8 ≤ 10 ≤12 ≤16 ≤ 18 <10 <12 ≤15 ≤20 ≤25 ≤30 ≤35 3 检测结果分析 严格按照 《青藏铁路公司热棒技术规格和验收标 准 (暂行稿)》的规定，曾对三个厂家A、B、c共计 242根热棒进行了检测，检测结果统计见表3。 从表 3中可以看出如下情况。 (1)从检测出的不合格产品的数量来看，最多的 是 “30秒钟内①点升温值”这一指标，而且主要集 中在9 m规格的热棒上。检测结果表明，如果将这一 指标的测量限制时间改成 60秒 ，即 “60秒钟内①点 升温值”则该项的不合格数量即可减少为0；而且 9 m长热棒相对 7 m长热棒具有较长的散热长度，一律 要求以30秒作为标准 ，对更长的热棒 (具有较长的 散热段长度)来说是不公平的。此外，该值还与热棒 的真空度相关，若热棒内混入了有害气体，则也可能 造成该指标达不到要求。 表3 热棒检测结果统计表 (2)“启动稳定后①②③温度差”指标，在不合 格的情况中占一定比例，相对来讲 B厂家不合格率较 高。经过认真分析研究 ，认为其原因可能与该厂生产 的热棒预留中 C,N温孔的直径较大、管内外空气联通 较好有关。检测中发现，用于中 c,~LN温的元件—— 热电偶，非常容易地放置到设计位置，说明测温元件 和中心孑L壁之间的孑L隙相对较大，而 A、c两公司所 制造的热棒其中心测温孔直径相对较小，测温元件出 入孔时一般比较困难。点①离孔口相对较近，孔 口越 大造成的孑L口热量损失越大，造成孑L口温度越低。 4 建议 (1)目前所进行的热棒检测是按照 《青藏铁路公 司热棒技术规格和验收标准 (暂行稿)》的要求进行 的。该 《标准》不能替代检验规程，某些关键技术 参数未作明确规定 (比如恒温水浴中热棒所处的角度 等)，检测容易受到人为因素的影响 (热棒入水时间 相差1秒，时间造成的人为误差就是3．3％)等。因 国内此方面的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 性文件相对少，唯一的验收标准存 在一定的问题是可以理解的，需要在今后的实践中进 行修改补充和完善。 (2)用30秒升温值作为热棒启动性能的评判标 准存在一定的争议，一般情况下60秒升温值则基本 上均能达到。热棒的启动性能并不等于工作性能，启 动慢并不代表该热棒不工作，实际上 30秒升温值与 60秒升温值的差异的影响因素很大程度上与热棒内 存在的有害气体相关。这是由于热棒在制作过程中， 由于抽真空一灌入氨介质一真空封焊时有一定的气体 杂质 昆々入，并且积聚在热棒冷凝段的顶部。 (3)检测 中发现，水一气温差较大时，热棒的启 动性能较好，反之，启动性能就较差。《青藏铁路公 司热棒技术规格和验收标准 (暂行稿)》规定的试验 温差为 20±5 cI=，温差波动范围较大 ，对试验结果有 影响。建议适当减小试验温差的允许偏差。 (4)热棒在经过实验室检测之后，还要经包装后 运往现场埋设；热棒埋设后再经过若干年的工作，其 现场长期工作特性如何，是大家所关心的。虽然带中 心管的热棒为弄清这个问题提供了可能，但准确地测 试需要花大量的时间。国外用远红外摄像方法为在这 方面的应用提供了可能，但我们在这方面的尝试还差 距较大，仍需进行不懈地努力。大家都知道，热棒在 野外工作特性如何才是人们真正所关心的。 收稿 日期：2006—06—19 维普资讯 http://www.cqvip.com