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海水环境的桥梁设计

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来源：文库

作者：开心麻花

2025-09-18

海水环境的桥梁设计（精选10篇）

海水环境的桥梁设计第1篇

关键词：海水环境,耐久性,结构

1 工程概况

某临海排洪工程,采用三孔箱涵延伸入海,箱涵单孔孔径5.5 m×2.9 m,其中入海段长约1 km。整个结构采用钢筋混凝土薄板闭口结构形式。箱涵结构外底黄海高程为-0.86 m～-2.0 m,正常情况下,箱涵处于海水的半淹没状态。根据水质分析报告显示,海水对混凝土结构具中等腐蚀性,对钢筋具强腐蚀性。部分箱涵位于重载货车运行的场地之下,该场地是受严格监控的重要区域,要求不得随意进行箱涵结构的后期维护服务,鉴于此,本工程除满足承载能力极限状态下的结构设计工作外,在海水环境下,结构耐久性设计将是本工程考虑的重点。

2 工程耐久性设计及施工中面临的部分问题

2.1 工程耐久性设计主要措施

1)结构采用高性能混凝土,混凝土强度等级C45,高性能混凝土的各项性能指标需要符合《海港规范》第6章的相关规定。2)采用特殊防腐蚀措施,于高性能混凝土中添加钢筋阻锈剂(浓度为30%的亚硝酸钙溶液)。3)混凝土保护层厚度取65 mm。4)结构计算最大裂缝控制不大于0.2 mm。5)混凝土抗渗等级不小于S8。根据GB 50108-2001地下工程防水技术规范的规定,当工程埋置深度小于10 m时,防水混凝土设计抗渗等级可取S6,本工程提高一级,取为S8。

2.2 工程施工中面临的部分问题及思考

2.2.1 关于非结构裂缝和结构裂缝

1)高性能混凝土早期非结构裂缝控制。a.高性能混凝土早期非结构裂缝的产生。本工程结构板面(主要是顶板面)出现了大量不规则裂缝,裂缝开展宽度明显大于《海港规范》所规定的结构最大裂缝开展宽度限值,根据现场测量,裂缝一般不深于20 mm。裂缝开展全部集中在混凝土浇筑完成后的48 h以内。显然,此阶段开展的裂缝与结构荷载效应没有任何关系。b.高性能混凝土早期非结构裂缝产生的原因分析。首先,高性能混凝土的水泥用量较多,水化热量大,混凝土在凝结过程中的前后温差较大,很容易引起较高的温降收缩应力而导致混凝土发生早期开裂。其次,高性能混凝土的水灰比较低,相比于一般普通混凝土,在强度成长的早期,其自身收缩和干燥收缩的总量一般要大于普通混凝土。再次,高性能混凝土用水量很低,基本上不泌水,因此,新拌混凝土的表面水分蒸发速率大于混凝土内部向表面泌水的速度,表面失水干燥而引起收缩,由此产生塑性开裂。c.高性能混凝土的早期非结构裂缝控制思考。其一,需要合理选择混凝土原材料和配方(如合理的外加剂、优质的活性掺合料等),采取适当的构造措施,如混凝土温度控制,养护控制等等。其二,可以考虑在结构中添加适当微膨胀剂来抵抗混凝土的初期收缩裂缝开展。其三,可以考虑采用纤维混凝土,但钢纤维有腐蚀问题,不宜采用。聚丙烯纤维有较好的抗海水腐蚀性,但其实际效果有待验证。其四,可以考虑于混凝土保护层内添加钢丝网来抵抗非结构裂缝。

2)厚保护层和结构裂缝控制。本工程中,结构板厚采用了600 mm和550 mm两种较厚的断面,这也是结构裂缝控制的必然要求。根据相关文献资料介绍,当混凝土实际保护层厚度大于30 mm时,可直接采用30 mm的保护层厚度代入GB 50010-2002混凝土结构设计规范的裂缝宽度计算公式来解决结构裂缝难以计算通过的问题。但如此处理后的结构裂缝开展情况实际到达一个怎样的水平,需要工程实践和理论研究来进一步证实。

2.2.2 关于部分耐久性构造措施

1)海水环境下混凝土保护层垫块设计。《海港规范》规定:混凝土保护层垫块宜为工字形或锥形,其强度和密实性应高于构件本体混凝土。垫块宜采用水灰比不大于0.40的砂浆、细石混凝土或耐碱和抗老化性能好,抗压强度不小于50 MPa的工程塑料制作。

实际工程中,如果采用细石混凝土垫块,要求其强度等级高于本体混凝土,则对于高性能混凝土而言,混凝土强度等级至少应达到C50。如此高的强度等级和密实性能要求,在普遍采用商品化混凝土的当前,难以在施工现场完成。因此,虽然是混凝土垫块,也需要在工厂特别定制。这除了增加成本外,考虑到混凝土保护层垫块体量都比较小(一般边长不大于7 cm),加工精度较高,需要特别的加工模板,因此,如果工程量需求较少,则混凝土生产商也往往不愿意生产此混凝土垫块,更不用说把垫块形状做成工字形或锥形。

当然,如果采用工程塑料来做保护层垫块,则市场上品种较多,而且也能比较好的保证加工精度和施工质量。但根据目前一般工程所使用的塑料垫块实际情况来看,要达到其抗压强度不小于50 MPa的要求,则市面上基本没有。另一方面,目前所使用的塑料垫块,如果用在海水环境下,由于其本身材料性能和混凝土本体有很大区别,因此,其与混凝土的接触界面必然成为天然的耐久性薄弱环节,在工程竣工若干年后,当塑料老化到一定程度,势必需要担忧塑料垫块的有效性。

本工程在实际操作中,采用的是高出本体混凝土强度等级一级的细石混凝土,并且采用的是立方体形状,没有采用异形垫块。

2)固定模板用的拉结钢筋的设置。结构施工中,为浇筑墙体混凝土,则立模需要采用钢筋拉结固定准确后方可浇筑。根据工程实际需要,拉结钢筋一般布置间距约为600 mm×600 mm,因此,如果工程规模较大,则混凝土墙体模板需要大量拉结钢筋来作为模板固定钢筋。

在海水环境下,究竟采用何种模板固定形式,将直接关系到结构耐久性设计的可靠性,一般情况下,可以考虑于模板外侧进行支撑,而不再使用拉结钢筋,但此种方法缺点是外支撑工程量较大,而且难以保证模板尺寸精度要求,并容易跑模,一般施工单位也不愿意采用此种方法。

另一种方法是采用传统的钢筋进行拉结,拉结具体形式有两种,一种是在钢筋外侧套上一层塑料套管,待模板拆除时抽出钢筋而留下塑料套管在混凝土内,这样的方法使拉结钢筋可以重复利用,工程施工成本较低,但从耐久性的角度考虑,担心塑料套管与混凝土之间不同材料接触的有效性以及塑料制品的老化是有必要的。因此,此种方法在耐久性方面的有效性仍有待验证。事实上,如果采用在套管内灌浆,则效果会好些,但灌浆的密实性难以保证(管径一般很小),同时也将难以施工和增加工程成本,而且经济有效的灌浆材料选择也是一个难题。因此,本工程没有采用此方法进行模板拉结处理。另一种形式是直接采用传统方法,模板拉结钢筋(未埋套管)不拔除,而直接留在混凝土内,但钢筋于混凝土墙体两侧保护层内的部分直接烧断。拉结钢筋露头处,留出的混凝土保护层范围内的空洞(一般留出50 mm×50 mm的平面,深度同保护层厚度的方坑,混凝土浇筑过程中,先用木块或其他易于拆除的材料套在钢筋拉杆相应准确位置上即可)采用特殊配方的材料封堵。这种方法虽然简单,但封堵材料的选择却是耐久性是否可靠的关键因素。

3)模板拉结钢筋端部预留洞堵缝材料的选择。在一般普通工程中,孔洞封堵方法可采用如下几种:a.普通砂浆;b.高于结构混凝土强度等级配方的细石混凝土;c.化学试剂封堵(如环氧树脂砂浆材料)。

在海水环境下,普通砂浆密实性得不到保证,因此不适于作为堵洞材料。而细石混凝土材料虽然可以满足要求,但在目前一般使用商品混凝土的情况下,如果现场对堵缝材料总方量需求有限时,混凝土生产商一般不愿意进行生产。同时,混凝土由生产厂运至现场后,考虑到初凝时间需要,应在尽可能短的时间内使用完毕。并且,堵洞工作需要人工来进行操作,这样一来,现场需要很多工人同时进行作业,施工界面要求很大,且不同操作人员的施工质量将难以保证。因此,本工程在充分考虑后认为,采用细石混凝土不可取。

如果采用环氧树脂砂浆进行保护层封堵,则无论从材料强度、施工时间控制、施工人力控制和质量控制,以及防腐蚀的实际效果,都是比较理想的。但通过市场调查,此种材料价格昂贵,是普通混凝土材料的几十倍,考虑到造价控制,建设单位未同意采用环氧树脂砂浆进行作业。如果工程实际许可,应该采用此种材料。

本工程中,根据上述实际情况,参考《海港规范》对高性能混凝土的控制参数,提出堵缝材料实际指导配方参数如下:a.采用水胶比不大于0.35的水泥砂浆;b.每立方米材料中,胶凝物质总量不小于400 kg,但一般情况下不得超过550 kg/m3;c.标准试块轴心抗压强度标准值需大于30 MPa;d.坍落度根据施工实际需要试验确定;e.需掺加相互兼容的钢筋阻锈剂和微膨胀剂,外加剂对砂浆的质量应无不利影响,外加剂氯离子含量不宜大于水泥质量的0.02%。

3 结语

1)采用高性能混凝土进行结构耐久性设计的情况下,早期混凝土的非结构裂缝开展是一个普遍现象。海水环境下的结构设计和施工构造措施会影响结构耐久性设计的性能目标。

2)海水环境下结构耐久性控制需要设计单位、建设单位、施工单位、监理单位、原材料供应单位、质量检测单位、质量监督单位的全方位配合和紧密协作,它是一个系统工程,只有各个环节都达到要求,才可能达到整个结构的耐久性预期目标。因此,建议结构设计人员采用耐久性设计专篇的方式对结构实施的全过程进行必要控制,以期比较好的完成规范规定的耐久性控制目标。

参考文献

[1]GB 50010-2002,混凝土结构设计规范[S].

[2]JTJ 275-2000,海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范[S].

[3]中国土木工程学会,高强与高性能混凝土委员会.高强混凝土结构设计与施工指南[M].第2版.北京:中国建筑工业出版社,2002.

海水环境的桥梁设计第2篇

广东柘林湾海水增养殖区环境质量评价

根据10月至9月对广东柘林湾每月进行1次环境监测的结果,用单因子污染指数法、营养指数(E)法和有机污染评价指数(A)法对广东柘林湾海水增养殖区环境质量进行评价.评价结果表明:柘林湾海域主要污染因子为总氮、无机氮、总磷、PO4-P和石油类,其中除无机氮超标率为71%外,其它指标超标率都为100%;整个柘林湾海域富营养化极为严重,平均E值达5.145.柘林湾水体生态系统已处于严重的.不健康状态,影响了海水增养殖区主导功能的发挥.

作者：朱小山杨炼锋作者单位：国家海洋局南海环境监测中心广东广州 510300刊名：海洋通报 ISTIC PKU英文刊名：MARINE SCIENCE BULLETIN年，卷(期)：24(1)分类号：X820.2 P722.7关键词：柘林湾环境质量评价

船舶烟气海水脱硫的模拟和设计第3篇

(上海海事大学 a. 商船学院; b. 海洋科学与工程学院，上海 201306)

0 引言

MARPOL 73/78公约附则Ⅵ修正案要求，2012年开始，全球重质燃油的含硫量降至3.5%，在未来几年内可能降至0.5%的标准.而欧盟则已执行更严格的0.1%标准，因此船舶烟气脱硫势在必行.

目前，国内外海滨煤电厂烟气多采用海水脱硫技术[1].该技术一般分两类：(1)不添加任何化学物质，仅利用天然海水的碱性吸收SO2；(2)在海水中添加一定量的石灰或者是含石灰的碱性物质, 以提高海水的碱性.这两种技术的基本原理一样，均为酸碱中和反应.对船舶采用海水进行烟气清洗脱硫，除了烟气中SO2含量满足公约排放标准以外，入海海水的pH值也需满足不小于6.5的标准[2].因船舶的特殊性，设计船舶海水脱硫装置时必须考虑：(1)海船航行于世界各地，各地海水理化性能变化、各地加装的燃油中含硫量变化和船舶主机工作状态变化都会对海水脱硫装置的脱硫效率产生影响；(2)在对脱硫海水进行水质恢复再生过程中，必须尽量减少海水稀释量以节约能源.因此，为研究船舶海水脱硫过程中各个参数(烟气特性、海水理化性能)对脱硫效率和脱硫后海水pH值的影响，本文利用Aspen Plus V7.2模拟船舶海水脱硫过程.

1 设计计算

1.1 相关参数

船舶使用3.5%含硫量的重质燃油，经过烟气净化装置要达到0.1%的最终排放标准，则烟气净化装置的脱硫效率必须达到97.14%.模拟设计海水脱硫装置的脱硫效率为98.00%.

1.1.1 烟气特性

船舶柴油机模拟对象[3]B&W 6L90 GBE(20 200 kW，97 r/min)，烟气量为110 000 N·m3/h，模拟中烟气压强取大气压强(P烟气=101 325 Pa)，密度取空气密度(ρ烟气=1.293 kg/m3).当该柴油机燃烧3.5%含硫量的HFO(HFO主要成分见文献[3])时，在84%负荷状态下，柴油机排放烟气的主要成分及体积分数见表1(其中SO2分压强PSO2=77 Pa)，O2和CO2的体积分数由文献[3]中柴油机(B&W 6L90 GBE)排气成分的质量分数转换而得，SO2体积分数参考文献[2]理论计算求得.燃烧产物CO，NOx，碳氢化合物(HC)在总成分中含量很少，且不参与模拟反应，所以未考虑在内.在上海海事大学主机实验室的东风6135柴油机(额定功率162 kW)上试验发现，柴油机烟气中O2和CO2的体积分数与柴油机的负荷有很大关系.

表1 模拟研究中烟气成分及体积分数

1.1.2 海水特性

1.2 模拟假设

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

1.3 计算

(1)在一标准大气压强下，SO2在25 ℃海水中的相平衡曲线方程[6]

(7)

式中：y表示烟气中SO2摩尔分数；x表示海水中SO2摩尔分数.

(2)最小液气比物质的量之比计算.下面计算中，参数下标1表示吸收塔下端，下标2表示吸收塔上端.

y1=7.6×10-4

由式(7)计算得

x1=12.5×10-5

由脱硫效率98%得

y2=1.52×10-5

x2=0

(ne/ng)min=(y1-y2)/(x1-x2)=5.95

实际液气比取最小液气比的1.2倍

(ne/ng)实际=1.2×5.95=7.14

将(ne/ng)实际换算为体积比，有

因此，实际需要的海水量约625 m3/h.烟气高温且呈酸性，考虑到压强降引起柴油机性能和吸收比表面积对脱硫效率的影响，模拟填料采用陶瓷鲍尔环(DN35).参照阶梯法图解[7-9]可得理论级数NT=3，填料层高度4.2 m.

软件Aspen Plus V7.2利用质量守恒和能量守恒，并结合亨利定律和一些热力学公式进行数学计算.模拟时填料塔逆流吸收SO2.利用软件的设计规定模块得：98%的脱硫效率，理论吸收需要的最小海水量535 m3/h，理论最小液气比4.87 L/m3.考虑到吸收塔的效率和吸收推动力的需要，模拟进塔海水量仍为最小海水量的1.2倍(即进塔海水量625 m3/h)，设计不同的级效率，满足98%的脱硫效果.模拟结果显示：填料高度4.2 m，塔径5.95 m，吸收操作压强降1 566 Pa.

2 脱硫效率和脱硫后海水pH值影响因素

以下各项模拟中基本参数设置如下：海水温度20 ℃，海水流量625 m3/h(即液气比5.68 L/m3)，海水初始pH值8.21；烟气温度170 ℃，烟气量110 000 Nm3/h，烟气成分及体积分数见表1.

每次模拟仅改变其中一个参数.如模拟烟气温度对脱硫效果的影响时，仅改变烟气温度，其余基本参数设置不变.

海水对SO2的吸收可分为物理吸收和化学吸收.物理吸收主要与温度和SO2的分压强有关，温度越低，SO2分压强越大，物理吸收越强；海水的化学吸收能力理论上由海水的碱度代表[7].

2.1 烟气特性

2.1.1 烟气温度

船舶正常航行时，废气锅炉出口温度一般约170 ℃.考虑到柴油机有时低速航行以及燃油燃烧不良、锅炉积炭等多种因素的影响，故模拟烟气温度120～190 ℃，见图1.

模拟数据显示：烟气温度120～190 ℃，相应的脱硫海水出塔温度26.7～30.7 ℃.吸收塔逆流操作时，进塔的高温烟气首先与出塔海水接触，气液界面处液膜中SO2浓度与烟气中的SO2分压强满足亨利定律[8,10]，因此出塔海水中的含硫总量和进塔烟气中的SO2浓度(或分压强)与出塔海水的温度有关，而与进塔烟气温度无直接关系，进塔烟气温度仅通过影响出塔海水温度改变脱硫效率.烟气温度变化范围虽较大(120～190 ℃)，但出塔海水温度变化很小(26.7～30.7 ℃)，因此出塔海水温度影响物理吸收的程度较低，所以脱硫效率和出塔海水的pH值变化范围都不大.从图1中可以看出，随着烟气温度的大幅度降低(此时出塔海水温度稍有降低)，脱硫效率有一定提高，但脱硫后海水的pH值变化很小，主要是由于出塔海水中已经达到SO2溶解平衡，故出塔海水的pH值仅随出塔海水温度的降低而略微减小.

图1 烟气温度对脱硫效果的影响

2.1.2 SO2分压强

烟气中不同SO2分压强对脱硫效果的影响见图2.

图2 SO2分压强对脱硫效果的影响

当SO2分压强很低时，脱硫后海水的pH值很高.随着分压强的增加，pH值也急剧下降.SO2分压强大于55 Pa后，pH值下降缓慢，主要是由于出塔海水中SO2已达到溶解平衡.故随着SO2分压强增加，物理吸收缓慢增加，造成出塔海水的pH值缓慢降低.

2.1.3 CO2分压强

在柴油机整个负荷变化范围内，烟气中的CO2体积分数变化很大，但最小的CO2体积分数仍比SO2的大很多，且CO2与SO2比例仅与含硫量有关[2]，与过量空气系数无关.海水吸收SO2的过程中，烟气中SO2和CO2总是同时参与吸收过程，两者的分压强均对吸收存在影响.CO2分压强对脱硫效果的影响见图3.

图3 CO2分压强对脱硫效果的影响

从图3中可以看出，CO2分压强变化对脱硫效率有一定影响.当CO2分压强增加较大时，式(5)和(6)的正向反应速度小于逆向反应速度，反应朝逆向进行，从而抑制SO2的化学吸收，故脱硫效率有一定的下降.而脱硫后海水的pH值稍微增加，因为碳酸是一种比亚硫酸酸性弱的中弱酸，所以随着CO2分压强的增加，海水中碳酸量增加，亚硫酸量减少，脱硫后海水的pH值略微有所上升.

2.2 海水理化性能

2.2.1 海水温度

海水温度变化对脱硫效果的影响见图4.

图4 海水温度对脱硫效果的影响

2.2.2 液气比

海水与烟气的液气比对脱硫效果的影响见图5.从图中可以发现，当液气比很小时，由于海水的碱度不够，脱硫效率低.随着液气比的增加，脱硫效率急剧增大，当液气比大于6.0 L/m3后，脱硫效率接近1.而脱硫后海水的pH值随着液气比的逐渐增加，先缓慢降低，然后快速上升，当液气比约为5.5 L/m3时，pH值最低.原因可能是：当液气比在3.0～5.5 L/m3时，虽然出塔海水中SO2都已达到溶解平衡，但液气比越小，出塔海水温度越高，SO2溶解度越小，pH值越高.

图5 液气比对脱硫效果的影响

2.2.3 海水碱度

图6 碱度对脱硫效果的影响

3 脱硫后出塔饱和海水pH值实验

除模拟研究外，同时进行脱硫饱和海水pH值的实验研究：上海海事大学主机实验室东风6135柴油机(额定功率162 kW)，60%负荷时运行，燃烧1.5%含硫量的燃油，烟气温度138 ℃,此时柴油机烟气主要成分和体积分数见表2.实验配置盐度为3.4%的人工海水，温度16.6 ℃，初始人工海水pH值7.94.

表2 实验研究中烟气成分及体积分数

根据第1.3节的计算，得到理论最小液气比2.824 L/m3.实验如下：液气比在3.0～4.0 L/m3范围内，利用人工海水对柴油机含硫烟气进行SO2吸收，测量吸收SO2后的出塔海水pH值.同时利用Aspen Plus V7.2进行相应状态的操作模拟.实验和模拟结果见表3.

表3 液气比与饱和海水pH值关系

4 结论

(1)SO2分压强、液气比、海水温度和碱度对脱硫效率和脱硫后饱和海水的pH值影响较大：随着SO2分压强的降低和海水碱度的增加，脱硫效率和脱硫后饱和海水的pH值都增大；随着海水温度的降低和液气比的增大，脱硫效率提高，而脱硫后饱和海水的pH值先减小后增加，在整个范围内有一最小值.总之，脱硫后饱和海水的pH值变化较小，一般为2.6～3.0，与文献[11]结论基本一致.

(2)烟气温度和CO2分压强对脱硫效率和脱硫后饱和海水的pH值影响较小.

参考文献：

[1] 周志华. 海水脱硫中吸收塔脱硫效率的研究[D]. 天津: 天津大学, 2005.

[2] 中国船级社. 船舶废气清洗系统试验和检验指南[M]. 北京: 人民交通出版社, 2011.

[3] MOLDANOVA J, FRIDELL E, POPOVICHEVA O,etal. Characterization of particulate matter and gaseous emissions from a large ship diesel engine[J]. Atmos Environ, 2009, 43(16): 2632-2641.

[4] 张正斌. 海洋化学[M ]. 青岛: 中国海洋大学出版社, 2004.

[5] 李忠华. 脱硫海水恢复试验研究[J]. 电力环境保护, 2003, 19(1): 16-18.

[6] 赵文强, 李春虎, 王亮. 海水烟气脱硫工艺设计及优化[J]. 现代化工, 2010, 30(S2): 259-262.

[7] 刘忠生, 王忠福, 林大泉. 催化裂化烟气海水洗涤的脱硫工艺[J]. 炼油设计, 1997, 27(1): 67- 70.

[8] 柴诚敬. 化工原理[M ]. 北京: 高等教育出版社, 2006.

[9] 王树楹. 现代填料塔技术指南[M]. 北京: 中国石化出版社, 1998.

[10] GHAZI AI-Enezi, HISHAM Ettouney, HISHAM E1-Dessouky,etal. Solubility of sulfur dioxide in seawater[J]. Ind Eng Chem Res, 2001, 40(5): 1434-1441.

海水环境的桥梁设计第4篇

随着沿海工程的大量建设,沿海工程对混凝土结构耐久性的要求也引起了相关研究人员的广泛关注[1,2,3]。在福建省沿海地区,海水环境中混凝土结构的腐蚀破坏主要表现为海水中氯离子的渗透扩散导致混凝土中钢筋锈蚀膨胀,引起混凝土裂缝的产生。同时,海水环境中的硫酸根离子进入混凝土内部,与混凝土水化产物反应形成钙矾石以及易吸水的难溶盐类矿物,产生体积膨胀导致混凝土结构的破坏[4]。当混凝土受损一定程度后,其抗硫酸盐侵蚀性能呈显著下降趋势[5]。

根据施工阶段《岩土工程勘测报告》,福建罗源湾港储中转发电一体化项目电厂灌注桩所处区域平均海拔4.06m,最大潮差7.64m,最小潮差2.27m,最高潮位8.05m,最低潮位-0.21m,平均高潮位:6.58m,平均低潮位:1.60m,地表海水对混凝土结构具有中等腐蚀性,长期浸水时地表海水对钢筋混凝土结构中钢筋具有弱腐蚀,干湿交替时地表海水对钢筋混凝土结构中钢筋具有强腐蚀性。该工程灌注桩钢筋混凝土结构设计为使用寿命50年以上、混凝土应具有高耐久性。本文针对该海水区域环境特征,并通过配合比设计优化、原材料质量控制、力学性能以及耐久性能验证,设计出符合海水环境防腐要求的灌注桩混凝土。

1 海水环境工程高性能混凝土配合比设计要求

针对处于海水环境的海港工程钢筋混凝土,根据需要可采用高性能混凝土,在配合比设计时应注意如下事项:

(1)根据JTS 257-2-2012《海港工程高性能混凝土质量控制标准》第3.4.1条确定海水环境中高性能混凝土应根据其所处的环境、在建筑物上的部位等条件进行耐久性设计。

(2)为了提高混凝土长期耐久性,预防混凝土碱-骨料反应现象的产生,对处于海水环境的高性能混凝土所用骨料应进行碱活性检验,严禁使用具有碱活性的骨料。

(3)水胶比应根据混凝土抗氯离子渗透性能、抗渗性能以及配制强度等要求确定,同时在配合比设计中宜通过调整水胶比、掺合料的掺量和品种使混凝土的性能达到设计要求。

(4)根据勘测报告,该工程地下水氯离子含量为5952.50~17547.75mg/L,硫酸根离子含量为1491.81~1640.70mg/L,为保证结构的耐久性,桩基设计与施工应严格按GB 50046—2008《工业建筑防腐设计规范》和GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》相关规定执行。

(5)根据GB/T 50476—2008中第6.1.2条、第6.2.1条以及条文说明第3.2.2条确定该海洋氯化物环境作用等级为Ⅲ-E,钢筋混凝土宜采用大掺量矿物掺合料,并按6.1.4条要求增加防腐蚀附加措施,桩身混凝土采用掺适量阻锈剂和防腐剂方案。

(6)该高性能混凝土配合比设计应使混凝土能够达到结构设计要求的强度等级、耐久性、体积稳定性和工作性等指标,同时做到经济合理。

2 海水环境灌注桩高性能混凝土配合比设计思路

(1)根据GB 50046—2008中第4.9.4条混凝土桩基础的结构设计要求,确定该灌注桩泵送混凝土强度等级为C40,水胶比不应大于0.40。同时,该腐蚀性等级为强的海水环境中,灌注桩高性能混凝土抗渗等级不应低于P10。

(2)根据GB/T 50476—2008中第B.1.1条确定海水环境灌注桩C40高性能混凝土最低胶凝材料用量不宜小于320kg/m3,最高胶凝材料用量不宜大于450kg/m3。第6.3.6条确定设计使用年限为50年,Ⅲ-E类混凝土环境类别28d氯离子扩散系数为DRCM≤6×10-12m2/s,同时结合该工程的防腐设计要求,确定该海港工程的抗硫酸盐侵蚀等级为不低于KS90。

(3)应严格限制原材料(水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂和拌合用水等)引入混凝土中的氯离子量和碱含量,新拌高性能混凝土中的氯离子最高限值为0.10%(按胶凝材料质量百分比计),混凝土最大碱含量为3kg/m3。

(4)根据该工程的结构设计要求确定该灌注桩混凝土应具有良好的和易性,同时根据JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》按桩身设计强度等级配比试验确定,并留有一定强度储备(一般以20%左右为宜),泵送施工坍落度一般宜采用160~220mm,施工中应采取措施控制泥浆比重,防止塌孔。

(5)根据JTS 257-2—2012,海水环境中高性能混凝土在满足工作性的条件下,宜降低用水量,并控制在130~160kg/m3范围。

(6)钢筋阻锈剂和防腐剂的掺入量应根据试配结果确定,质量检验应由具有国家认可资质的检验单位检验并出具报告,检验合格后方可使用。

3 海水环境高性能混凝土原材料及技术要求

3.1 水泥

施工设计要求根据GB/T 50476—2008中第B.1.6条水泥中铝酸三钙含量结合当地地材按照8%~10%控制。本配合比设计用水泥为P·O 42.5级,生产厂家为泰州某水泥有限公司,其性能指标见表1。

3.2 细骨料

施工设计要求不得使用碱活性细骨料,要求使用中砂,品质符合GB/T 14684—2011《建设用砂》的规定。本配合比设计用细骨料为Ⅱ区中砂,其性能指标见表2。

3.3 粗骨料

施工设计要求不得使用碱活性粗骨料,要求使用碎石,品质符合GB/T 14685—2011《建设用卵石、碎石》,要求级配良好,最大粒径不得大于40mm,建议粒径5~31.5mm。本配合比设计用粗骨料为碎石,其性能指标见表3。

3.4 外加剂

施工设计要求混凝土中各种外加剂引入的氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.02%,且应满足相容性以及GB 8076—2008《混凝土外加剂》技术要求。本配合比设计用减水剂为缓凝高效减水剂,其性能指标见表4。

3.5 粉煤灰

施工设计要求矿物掺合料中可采用Ⅰ级粉煤灰,其性能应符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中粉煤灰》相关技术要求。本配合比设计用粉煤灰为F类Ⅰ级灰,其性能指标见表5。

3.6 矿渣粉

施工设计要求粒化高炉矿渣粉性能应符合GB/T 18046—2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》相关技术要求。本配合比设计用粒化高炉矿渣粉为S95级矿粉,其性能指标见表6。

3.7 阻锈剂

施工设计要求阻锈剂性能应符合JT/T 537—2004《钢筋混凝土阻锈剂》相关技术要求。本配合比设计用阻锈剂,性能指标见表7。

3.8 防腐剂

施工设计要求防腐剂性能应符合JC/T 1011—2006《混凝土抗硫酸盐类侵蚀防腐剂》相关技术要求。本配合比设计用防腐剂,性能指标见表8。

3.9 拌合用水

施工设计要求混凝土拌合用水应符合JGJ63—2006《混凝土用水标准》相关技术要求。混凝土拌合用水的的氯离子含量为12.51mg/L,碱含量为23.2mg/L。

4 试验方法

混凝土拌合物性能按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测定,混凝土力学性能按GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测定,混凝土氯离子扩散系数、抗水渗透性能、抗硫酸盐侵蚀试验按GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行测定。

5 检测结果及配合比设计确定

5.1 混凝土试配配合比

该配合比在设计过程中通过试配、调整,获得三组试配配合比,见表9。

5.2 试配混凝土性能检测结果

试配混凝土拌合性能、力学性能、碱含量以及氯离子含量检测结果见表10。

试配混凝土抗硫酸盐侵蚀试验检测结果如图1所示。当干湿循环次数为15次时,试配配合比A、B、C的抗压强度耐蚀系数分别下降至96.9%、94.2%、91.1%。当干湿循环次数逐渐增加至90次,试配配合比A、B、C的抗压强度耐蚀系数分别逐渐下降至83.1%、77.6%、70.2%。在硫酸钠溶液中经干湿循环后,试配混凝土试件的强度呈弱化的趋势,混凝土试件抗压强度耐蚀系数也呈降低趋势。其主要原因在于干湿循环过程中硫酸钠溶液中的SO42-会渗透到混凝土内部与水化铝酸钙形成膨胀性的钙矾石,产生较大的体积膨胀,促使混凝土结构出现局部缺陷。随着干湿循环的进行,硫酸根离子更容易进入混凝土结构内部,加剧混凝土结构缺陷的产生,导致混凝土试件强度急剧下降[6]。同时,在混凝土配合比设计过程中适量粉煤灰、矿粉的加入在一定程度上提高了混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能[7]。

5.3 混凝土配合比确定

根据试配配合比A、B和C三组混凝土试件28d抗压强度检测结果,绘制强度与胶水比的线性关系曲线,同时结合勘测报告、结构耐久性设计要求以及经济性方面考虑,确定试配B为目标配合比。采用该目标配合比拌制的混凝土拌合物初始坍落度为200mm,且具有良好的工作性,符合施工要求。目标配合比混凝土试件28d抗压强度值为49.8MPa,符合强度设计要求。混凝土中碱含量为2.434kg/m3,氯离子含量为0.021%,混凝土氯离子扩散系数为4.8×10-12m2/s,混凝土抗渗等级符合P12设计要求,混凝土的抗硫酸盐侵蚀等级不低于KS90,该目标配合比混凝土满足使用年限为50年以上、具有高耐久性的灌注桩钢筋混凝土结构设计要求。

6 工程应用

在福建罗源湾港储中转发电一体化项目电厂海水环境下的灌注桩混凝土施工中,通过采用上述配合比设计优化和质量控制措施,使得所设计的灌注桩钢筋混凝土的相关性能在具体工程应用中均能满足海水腐蚀环境下高性能混凝土结构耐久性设计要求。

(1)混凝土拌合物性能

该海水环境下C40灌注桩钢筋混凝土工作性能良好,现场施工时初始坍落度控制在(190±20)mm范围内,1h坍落度损失值为35~45mm,含气量为3.2%~4.5%,满足灌注桩钢筋混凝土泵送施工工艺要求。

(2)混凝土力学性能

该灌注桩混凝土试件抗压强度为48.5~50.6MPa,由于在配合比设计过程中考虑到海港工程混凝土的特点,相应提高了混凝土的设计强度值要求,并严格控制了原材料的质量,因此,实际工程应用的混凝土强度均能达到优良水平。

(3)混凝土耐久性能

生产混凝土的碱含量控制在(2.1~2.5)kg/m3范围内,混凝土氯离子含量为(0.018~0.024)%,混凝土氯离子扩散系数不大于5.5×10-12m2/s,混凝土抗渗等级不低于P10,混凝土抗硫酸盐侵蚀等级不低于KS90,在福建罗源湾港储中转发电一体化项目电厂海水环境下的灌注桩混凝土耐久性能均达到耐久性设计要求。

7 结论

福建罗源湾港储中转发电一体化项目电厂海水环境下灌注桩混凝土工程通过采用调整水胶比、大掺量矿物掺合料、选用适当掺合料以及外加剂品种复掺等技术,实现了降低水泥用量、降低混凝土碱-骨料反应现象的发生,进而提高混凝土力学性能、体积稳定性以及耐海水腐蚀等,并通过严格控制高性能混凝土原材料质量,可调配和生产出性能符合结构及耐久性设计要求的海水环境灌注桩高性能混凝土。

参考文献

[1]金伟良,赵羽习.混凝土结构耐久性[M].北京:科学出版社,2002.

[2]吴庆令.混凝土在盐雾腐蚀和海水侵蚀中的劣化损伤[J].混凝土与水泥制品,2014(11):30-34.

[3]马志鸣.海洋浪花飞溅区混凝土硫酸盐侵蚀试验研究[J].混凝土与水泥制品,2013(10):5-8.

[4]P.Kumar Mehta,Paulo J.M.Monteiro.Concrete Microstruction,Properties,and Materials[M].America:Mc Graw-Hill,Third Edition,2003.

[5]赵庆新.受损混凝土抗硫酸盐腐蚀性能[J].硅酸盐学报,2012(2):217-220.

[6]黄巍林.混凝土在海洋环境下硫酸盐侵蚀机理研究[J].混凝土与水泥制品,2014(7):17-20.

海水教学设计第5篇

1.了解课文内容，感受大海的美丽富饶，体会打鱼人的辛苦，激发学生热爱大自然、亲近大自然的思想感情。

2. 正确、流利地朗读课文，背诵课文。

3.继续培养随文听读识字的能力，认识14个汉字。认识笔画“撇折”，会写“问、么、为”等6个生字。

4.培养学生良好的书写习惯和勤学好问的习惯。

5.通过“向大海提问”的练习，丰富学生关于大海的知识，培养学生的口头表达力。

教学重点

1.认识14个生字，会写6个生字。认识新笔画“撇折”。

2.能正确、流利地朗读课文，背诵课文。

3.培养学生良好的书写习惯和勤学好问的习惯。

教学难点

1.了解课文内容，感受大海的美丽富饶，体会打鱼人的辛苦，激发学生热爱大自然的思想感情。

2.培养学生的问题意识，口语表达力。

教学方法

朗读体会法、练习法、合作自主学习法。

教具准备

多媒体课件、生字卡片。

课时安排

两课时

第一课时

教学要点：

1. 随文认识14个生字，学会一个基本笔画“撇折”。学写6个生字。

2. 正确朗读课文，体会课文的内容。

教学过程：

一、预习交流

1.国庆节时，丁丁和妈妈去旅游了，你想知道他们去哪里了吗?听――(播放海浪的声音材料)这是哪儿?(大海)

2.想看看他们拍的大海的照片吗?(多媒体出示大海图片，配音乐)

3.瞧，翻卷的浪花，翱翔的海鸥，已经向我们发出邀请，要我们一起去探索大海的奥秘。同学们，伸出你的小手和老师一起书写课题“海水”。

“海”字你怎么记住它?(“海”字有“氵”，所以这个字和水有关。)你是根据偏旁部首表意的方法记住生字的。你还能再找几个这样的字吗?(河、流、汗、汁、洒、清、汉、江、池)

学生齐读课题。

4.预习交流：

(1)这篇课文有几句话?

(2)通过预习你认识了哪些字?你是用什么方法记住它的?

二、合学讨论

(一)初读课文，整体感知。

1.出示“金钥匙”：我学会了随文听读识字，识字又快又多。今后我要经常用这种方法识字。

教师范读课文。

出示听读课文的要求：

(1)右手指字，认真听老师读的每个字音!

(2)注意倾听老师读儿歌时的停顿、语调和节奏。

2.自读课文。

出示自读要求：

(1)读书时读到哪儿，指到哪儿。

(2)遇到不认识的字用“○”圈起来猜一猜、问一问。

3.总结识字方法：同学们，我们学习了哪些识字方法?(看图识字、听读识字)不认识的字我们还可以问问别人，以后我们还会学习读拼音识字的方法。

4.同桌互读课文，如你的同桌有不认识字，请你帮帮他。

5.指名2～3人读课文。

6.齐读课文。

(二)识字

过渡：同学们，课文中的生字你们都认识了吗?那老师要考考大家了。

1.课件出示词语：我问你为什么笑着回答抱着因为流了汗

(1)小老师带读词语。

(2)开火车读词语。

(3)齐读词语。

2.出示生字：你笑着答抱流了汗问为什么回因

(1)指名读

(2)开火车认读生字并组词。

3.说说你用什么方法记住它们的?交流识字方法，巩固识字。

4.区分形近字：笑―答问―回―因汉―汗

5.过渡：同学们认识的字可真多呀!现在，活泼可爱的生字宝宝们又钻回诗歌中，等着你们去朗读呢。谁能准确流利地朗读课文呢?

(1)自己练读课文，要求做到正确、流利。

(2)汇报展示，比一比朗读课文。

(3)师生进行评价。

(4)学生齐读课文。

(三)写字指导

1.学习新笔画“撇折”和“么”字。

(1)出示笔画。

(2)老师带领学生书空，强调“撇折”要一笔写成。

(3)老师在黑板上示范写“撇折”，学生书空。

过渡：哪个字含有“撇折”这个笔画呢?

(4)学生认真观察“么”字在田字格中的位置，写字时应该注意什么?

(5)教师示范写，学生书空。

(6)指名组词。

2.同桌合作学写“回”和“因”字。

(1)同桌合作观察“回”和“因”在田字格中的位置，写字时应该注意什?

(2)合作讨论如何书写。

(3)指名反馈。

(4)教师相机予以纠正指导，并强调“囗”“先进入后封口”的书写规则。

(5)教师示范写，学生一起书空。

(6)学生练写。

(7)指名组词。

3.简单指导书写“问”“为”“什”。

(1)学生认真观察“问”“为”“什”三个字在田字格中的位置，写字时应该注意什么?

(2)指名说，教师示范书写，学生书空。强调“为”的笔顺。指名组词。

4.在课堂作业本上写生字。

5.反馈：展示优秀作业。

三、巩固拓展

1.认读词语卡片。

2.小游戏，巩固识字。

四、小结与作业

1.指名谈谈本节课的收获。

2.课堂作业：写生字。

海水环境的桥梁设计第6篇

本研究主要在定点监测资料的基础上, 对倾倒吹填海域及其邻近海域进行环境质量监测, 以掌握倾倒吹填过程中海域环境质量的时空变化状态、生态环境及重要环境敏感目标受影响程度, 保护该海域的海洋水质环境和海洋生态。

1 材料与方法

海水监测站位布设见图1。海水采样层次按《海洋监测规范》 (GB17378-2007) 有关要求执行, 水深小于5m时, 只采表层水样, 水深大于5m时, 采集表、底层水样 (表层指海面以下0.1m~1.0m, 底层为距海底1m的水层) 。海水评价采用《海水水质标准》 (GB3097-1997) [6]中的第四类海水水质标准值。评价因子选择p H值、溶解氧、化学需氧量、无机氮、无机磷、油类、锌、镉、铅、铜共10项。调查区域环境质量现状评价采用单项分指数法及平均分指数法。根据测试分析结果对监测结果进行分析研究, 海水质量评价的计算分别求各站表、底层质量指数。

2监测结果与分析

表、底层海水水质各项目统计结果见表1、表2、表3。

从监测海区表层海水标准指数 (见表2) 可以看出, 监测区主要的污染物是无机磷, 其标准指数范围为0.97~2.14, 平均标准指数 (Qie) 为1.40, 超标率为84.6%;其余评价因子均未出现超标现象。从监测海区海水表层各评价因子的平均标准指数 (Qie) 依照其大小排序为 (见表2) :无机磷>无机氮>溶解氧>化学需氧量>p H>铜>油类>镉>锌>铅。

从监测海区底层海水标准指数 (见表3) 可以看出, 监测区主要的污染物依然是无机磷, 其平均标准指数 (Qie) 为1.04, 超标率为40%。其它评价因子均未出现超标现象。监测海区海水底层各评价因子的平均标准指数 (Qie) 依照其大小排序为:无机磷>无机氮>锌>溶解氧>化学需氧量>p H>铜>镉>油类>铅。

综合以上分析, 本次监测, 海水中表、底层都超标的项目为无机磷;其余评价项目的单项指数及平均标准指数均小于1。考虑到监测海区离岸较近, 超标的无机磷受陆源污染物及季节的影响较大, 因此倾倒吹填活动对本海区影响不大。

3 海水水质历史回顾评价

分别于2008年03月17日、2008年05月30日及2008年08月21日对蓄泥坑及其附近海域进行了监测, 现就这次监测的海水环境质量状况与倾倒吹填前的历史资料 (2007年11月07日) 作一比较, 以便了解该海区的海水状况及其变化。表、底层海水各监测项目历次监测评价因子平均指数比较见图2和图3。

表、底层海水各评价因子平均指数比较由图2和图3可以看出:疏浚倾倒吹填过程中, 各评价因子的平均标准指数都有所增大, 但随着工程的结束, 又逐渐回落至工程前水平, 工程前后变化不大。工程期间, 无机氮含量超出评价标准, 但工程结束后又恢复到工程前状态。

结论

根据各项指标分析可见, 工程施工期间, 除部分无机氮的含量处于超四类水质标准外, 其他监测项目基本符合第四类海水水质标准, 对水质的影响较小。超标的无机氮主要是由于港池疏浚和吹填区溢流产生的悬浮泥沙所致, 考虑到监测海区离岸较近, 超标的无机氮受陆源污染物及季节的影响较大, 因此倾倒吹填活动对本海区水质影响不大。通过对疏浚工程前和疏浚工程期间各个监测项目的比较分析, 发现各水质监测项目的浓度变化均不大, 疏浚工程期间会对监测海区海水环境质量有一定影响, 但随着工程的结束, 影响逐渐减小, 又恢复到工程前状态。所以, 疏浚工程对蓄泥坑及附近海域水质环境基本无影响

摘要：本文对2008年08月21日海洋环境现状监测调查监测资料的结果, 统计、分析和评价了湛江龙腾物流疏浚工程对倾倒吹填海域及其邻近水质环境影响状况。同时通过对疏浚工程前、后和疏浚工程期间各个监测项目的比较分析, 发现疏浚工程期间会对监测海区海水环境质量有一定影响, 但随着工程的结束, 影响逐渐减小, 又恢复到工程前状态。因此, 湛江龙腾物流疏浚工程对监测海区的海水环境质量基本无影响。

关键词：疏浚工程,海水水质,监测,评价

参考文献

海水环境的桥梁设计第7篇

关键词：海水淡化,浓盐水,零排放

当前, 海水淡化技术发展迅速, 越来越的国家将海水淡化当做淡水资源可持续开发的的措施大力开发。但是, 当前海水淡化的方法存在着回收效率低的问题, 比如膜法海水淡化装置水的回收率大约为30%-40%, 而热法海水淡化装置水的回收率在15%-50%, 还有很大部分海水经过淡化之后, 将浓盐水向大海直接排放。海水淡化过程中, 脱盐加入的化学药物, 海水淡化的产物等的排放影响着近海海域环境与生态, 同时, 由于淡水规模的增加, 其影响也越来越大。因此, 加强对海水淡化浓盐水排放对于环境影响以及零排放技术的研究, 已经成为国内外研究的重点与热点。

一、海水淡化技术与应用

目前, 应用比较多的海水淡化的方法包括了热法海水淡化技术, 膜法海水淡化技术, 水合物海水淡化技术, 离子交换法海水淡化技术, 电去离子法海水淡化技术等。其中, 热法海水淡化技术中的多级闪蒸技术是目前世界上最为成熟的海水淡化技术, 被海湾国家广泛采用, 由于能耗比较大, 一般被应用在大型的海水淡化装置。膜法海水淡化中的反渗透技术作为一种发展较快的海水淡化技术, 没有热源的需求, 在大规模海水淡化装置, 中型海水淡化装置以及小型海水淡化装置中都得到了应用。热法海水淡化技术中的多效蒸发技术, 具有预处理简单, 操作安全可靠, 热效率高等优势, 具有非常大的发展前景。

海水淡化工程的迅猛发展, 使得工业, 市政等的淡水需求得到满足。但是, 由于大规模的建设海水淡化工程造成了突出的环境问题。海水淡化对于海洋以及海洋生物有着非常大的影响, 所以, 必须要重视由于海水淡化浓盐水排放造成的环境问题。

二、海水淡化对海洋环境的影响

海水淡化过程中, 一部分海水通过预热直接进行排放, 使得海洋受到热污染。比如, 多级闪蒸淡化技术的最高的盐水温度达到了90℃-110℃。与此同时, 海水淡化需要进行杀菌、脱碳、加缓蚀剂、加阻垢剂等工艺, 残留的化学药剂直接影响着海洋环境。膜法海水淡化技术的水回收率一般低于40%, 造成了浓盐水排放非常大;另外, 膜法海水淡化技术需要对海水进行严格的杀菌, 软化等预处理, 其化学药剂对于海洋环境以及海洋生物都有着非常重大的影响。

第一, 盐水排放的影响。目前海水淡化技术水的回收效率还不高, 大约50%-70%的进料海水经过浓缩之后被直接向海洋进行排放。海水淡化浓盐水排放中的化学药剂对海洋环境有着非常大的影响。海水淡化过程中的常用到杀菌剂, 缓蚀剂, 阻垢剂, 混凝剂等化学药品, 上述药剂以及其产物随着浓盐水向海洋进行排放, 从而对于海洋的环境造成破坏。

第二, 盐度的影响。海水淡化后浓盐水排放的盐度通常是天然海水的两倍左右。浓盐水的排水增加了海洋的盐度, 尤其是对于半封闭的海域而言, 由于其海水更新速度比较慢, 使得盐度增加, 从而严重威胁着海洋生物。

第三, 热污染的影响。海水淡化的冷却水系统排放的海水具有一定的热量, 对于海洋环境来说, 造成了热污染。就亚热带海洋生物而言, 其适应的温度大约在20℃-30℃, 很多海洋生物适应的温度上限是30℃, 海水淡化浓盐水排放温度高出环境温度3℃-5℃, 从而对于海洋生物的生长与繁殖起到严重的破坏。

三、海水淡化对环境影响的解决对策

第一, 进行浓盐水的综合利用以及采取零排放技术。为了在根本上解决浓盐水排放造成的对于海洋环境的污染问题, 可以采用对海水淡化浓盐水的再利用, 从而满足浓盐水零排放。海水淡化之后的浓盐水盐度以及温度都比较高, 通过太阳能池, 自然蒸发或者是电渗析的方式进行制盐或者进行化工原料的提取, 不但满足了海水淡化零排放的要求, 使得资源得到有效利用, 同时, 也提高了经济效益。通过蒸发再浓缩与结晶器制盐的方式可以满足零排放制盐工艺。浓盐水中不但有氯化钠, 同时, 还存在着石膏, 碳酸钙, 氢氧化镁, 硫酸钠等有价值的物质。可以利用浓海水制取氯化铵, 碳酸氢钠等。虽然浓盐水综合利用以及零排放技术是当前海水淡化发展的重点, 但是, 其技术的发展受到高投入以及高操作成本的限制。因此, 零排放技术能耗与成本的降低是其推广的关键。

第二, 优化取排水的设计。基于海水生物可持续发展的前提下, 对海洋进行开发利用。因此, 需要通过不同的措施对海洋进行修复, 尽可能的降低废水排放以及取用水对于海洋造成的影响。学者Thomas等人认为必须基于对海洋环境优化的基础上对海水淡化装置进行设计与建设。海水淡化装置取排水设计过程中, 取水口以及排水口应该远离生态敏感区域, 降低取水的流速, 利用合理的取水装置使得取水时对于海洋生物的影响降低;对取水方式进行设计, 使得对海洋生物的影响尽可能低;排水口尽可能满足向开放性海洋排放, 尽可能避免向封闭河流进行排放。

第三, 减少有害化学物质。在进行海上淡化的预处理过程中, 要减少对危险化学品的使用, 尽可能的不使用有害化学物质。学者Visvanathan等人使用膜生物反应器对于海水进行预处理, 能够使得78%的有机碳去除, 同时, 能够对于海水进水对膜的生物污染起到有效抑制作用。另外, 通过新型材料, 比如抗腐蚀管路等, 使得腐蚀产物有害物质对于海水生物的影响降低。

结语

对于不同的海水淡化浓盐水排放而言, 对海洋环境具有不同影响。对于海洋环境进行深入的剖析, 同时, 对于海水淡化技术进行优化, 无疑能够使得海水淡化对于环境的影响降低。另外, 由于海水中含有丰富的钠、溴、钾、锂、镁等化学元素, 对海水淡化进行深加工, 实现海水淡化零排放, 一方面使得海水淡化造成的环境影响得到根治, 另外一方面, 能够创造极大的经济效益。从而实现海水淡化的可持续发展。

参考文献

海水环境的桥梁设计第8篇

关键词：微电网,海水淡化装置,能量管理系统,储能装置

1 引言

微电网由分布式发电系统、储能装置、用电负荷和能量管理系统等部分构成[1,2]; 可以有效的利用风能、太阳能等新能源[3,4]。

本文设计了一套包括风力发电机组、柴油发电机组、储能装置、海水淡化装置的微电网系统[5]。整套系统可在无外界电源的情况下独立运行, 利用海水生产淡水,满足偏远海岛地区在无外界供电情况下的淡水需求。

该微电网系统具有将不稳定的风能通过储能装置转化为稳定的电能供给海水淡化装置的功能[6]。

2 风电海水淡化系统构成

本论文所涉及的微电网系统, 如图1 所示, 为采用两台100k W直驱永磁式风力发电机组作为主电源, 配合容量为300k Wh的由双向变流器和电池组构成的储能装置, 形成微电网供电系统, 向海水淡化装置供电; 海水淡化装置总耗能达到60k W, 整套装置最大日产淡水水量达到100 吨。柴油发电机组额定功率70KW其他负荷约为8KW。微电网系统由能量管理系统统一管理,实现系统的无人职守运行。

微电网风能海水淡化系统包括三种运行模式。

(1) 风力发电机组+ 储模装置模式, 该模式下首先启动储能装置建立电压, 之后风力发电机组并网, 最后海水淡化负荷启动, 整套系统运行在风力发电机组为主电源, 储能装置平抑微电网电能波动的状态下。

(2) 储能装置单独供电模式, 环境风速风速小于风机启动风速时, 系统进入该模式运行, 此时由储能装置单独为海水淡化负荷供电系统运行在此模式下时, 储能装置电池组电量低于设定的最小值时, 系统停机。

(3) 柴油机单独供电模式, 该模式为非正常运行模式, 只有当储能装置电池电量过低, 系统无法由储能装置启动时, 系统进入此模式运行, 此模式下由柴油发电机组启动对储能装置的电池进行充电, 电池电量达到要求后即切出此模式。

2.1 风力发电机组

根据工程实际, 采用机舱中心高度为35m的风力发电机组。工程实施地点测风数据, 如表1 所示,35m高度处年平均风速主要分布在2~7m/s之间, 风能频率主要分布在5~10m/s之间。风能年可利用小时数为6089 小时。

风力发电机组的功率曲线如图2 所示, 在风速5~10m/s范围内单台风力发电机组的功率输出为15k W~60k W, 采用两台此类型风机即可以满足本系统功率要求, 风机采用限功率运行[7]。

2.2 储能装置

储能装置如图所示, 主要包括三个部分, 电池组、双向变流器、电池管理系统。

双向变流器——PCS(power conversion system) 可分为并网运行模式和离网运行模式。其中并网运行模式主要包括并网充电、并网放电状态; 离网运行模式主要包括独立逆变状态。

电池组是储能系统的储能原件, 通过双向变流器的调节可以将微电网内多余的电能存储在电池组内;或者将电池组内的电能释放到微电网中。电池管理系统——BMS(Battery Management System) 可将电池的温度、电压、充放电电流、SOC(State of Charge) 和SOH(Section Of Health) 等信息采集、计算, 上传到主控制系统。

2.3 海水淡化装置

本文涉及的海水淡化装置采用超滤+ 一级反渗透+二级反渗透工艺, 工艺流程如图4 所示, 工艺系统中采用能量回收装置。装置产水量为100t/d, 即4.62m3/h,总耗能约为50k W。其中一级脱盐率: ≥ 99%; 二级脱盐率: ≥ 97%。

2.4 能量管理系统

能量管理系统如图5 所示, 硬件上采用三层架构[8],分别是就地设备控制器层、通讯层和能量管理层[9,10]。其中就地设备控制器层包括各子设备的主控制系统, 例如风力发电机主控系统; 通讯层包括服务器, 光电转换器和串口服务器, 其主要功能是负责各子设备的主控制系统与能量管理层数据的传输; 能量管理层包括一台工控机和能量管理系统, 能量管理层负责采集、存储微电网内的关键数据, 调度微电网内设备运行, 平抑微电网内能量波动, 保护微电网内各子设备。

能量管理系统控制流程如图6 所示, 当环境风速达到启动风速并且电池电量符合启动要求时, 系统启动。启动过程中要检测系统各子系统是否存在报警、故障,整套系统是否被置位为远程控制状态, 系统内的手动电气开关是否闭合等系统状态。若系统状态允许启动, 首先启动储能装置, 在母线上建立交流电压, 此时PCS输出恒定的380VAC,50Hz交流电, 风力发电机组以母线电压为基准并网, 并根据电池组SOC值确定风力发电机组的功率给定, 风力发电机组并网完成后, 启动海水淡化设备。当发生电池电量低于设定最低值时, 系统停机。

3 系统运行结果

取微电网风能海水淡化系统, 连续运行5 小时, 采样点间时间间隔为3 分钟的数据为分析对象。如图7 风速的变化范围为3~11m/s; 期间由于能量管理系统对风机进行了限功率运行风力发电机的出力在12~55k W之间波动, 如图8 所示;PCS充/ 放电功率如图9 所示,其中大于零的部分为发电功率, 小于零的部分为充电功率; 海水淡化系统用电如图10 所示, 其用电功率在55~60k W之间波动, 海水淡化的产水量如图11 所示,产水量在4.5~5t/h之间波动。从以上图标中分析, 系统在能量管理系统统一调度下风力发电机和PCS相互作用, 使系统发电和用电功率相互匹配, 海水淡化系统产水量稳定。

4 结束语

本文设计了一套基于微电网技术的风电海水淡化系统, 其中风力发电机组为系统主电源, 配合以由PCS、BMS和电池组构成的储能装置, 为海水淡化装置供电。系统运行过程中, 能量管理系统对风力发电机组下达限功率运行指令, 使风力发电机组所发电量大致与负载功率匹配, 储能系统进一步对风力发电机输出的电能进行平抑, 从而使系统输出稳定的交流电, 为负载使用。整套系统运行稳定, 维护简单, 具有较高的实用价值。

参考文献

[1]刘文,杨慧霞,祝斌.微电网关键技术研究综述[J].电力系统保护与控制,2012,40(14):152-155.

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某石化码头海水消防泵组的设计方案第9篇

某石化码头海水消防泵房的基本情况为:泵房地坪标高3.1 m,海水液位平常标高-1.0 m,极端低水位标高-1.88 m。该码头目前安装使用了3台柴油机驱动卧式消防泵组,型号为XBC16/100-PD,额定扬程160 m,额定流量100 L/s。水泵中心线标高为3.8 m,在平常海水液位下,水泵净吸上高度为4.8 m;在极端低水位下,水泵净吸上高度为5.68 m。目前在每台水泵的进口管路上安装了一个容积为2 m3的水罐,罐内平时充满水。水泵启动后,抽吸罐内的水,罐内形成真空,海水在大气压力作用下通过进水管路流入罐内,使水泵投入运行。

现根据码头扩建工程消防泵房改造设计要求,拟将消防泵组更换为3台额定扬程为170 m、额定流量为200 L/s的柴油机泵组(基本型号为XBC17/200)。目前有两种设计方案:一是采用立式长轴消防泵组,二是采用卧式消防泵组。

2 立式长轴消防泵组方案

2.1 立式长轴消防泵组的特点及应用情况

柴油机立式长轴消防泵组的结构,如图1所示。立式长轴消防泵组通过扬水管将泵体及吸入口垂直延伸到水面以下,实现水泵倒灌进水,泵组启动后即能立刻正常出水投入运行。立式长轴消防泵组的柴油机、泵头部分安装在泵房地坪基础上,扬水管及泵体部分立式安装于泵组基础下方。立式长轴泵可靠地实现了水位低于泵房地面情况下的迅速启动供水,近年来在大型码头、海上平台,特别是取用海水作为消防水源的大型石化项目中得到广泛应用。立式长轴消防泵组的工程应用情况,如图2所示。

大型码头、海上平台工程采用的立式长轴消防泵组的水泵流量和扬程都较大,流量多在160 L/s以上,扬程在140 m以上,驱动机功率通常在300 kW以上。该类工程采用的大流量、高扬程、大功率的消防泵组,在火灾情况下应急使用,若采用电动机驱动,所需的高压电力保证和供应的成本会更高,所以多数情况下采用柴油机作为驱动动力。另外,长轴消防泵组的安装基础面至水位液面的高度可达20 m以上。

2.2 立式长轴消防泵组的方案设计

根据该项目提出的消防泵性能参数,选定立式长轴泵的型号规格为:XB17/200-300LC3,1 800 r/min。水泵的性能参数如表2所示。选配柴油驱动机的型号为KTA19-G4,转速为1 800 r/min条件下的常用功率为504 kW,备用功率为563 kW。满足GB 6245《消防泵》关于柴油机消防泵组功率配用的规定。

为确保水泵为倒灌进水,立式长轴消防泵的浸没深度应同时考虑在水源最低液位、风浪、水泵大流量工况下的液位降低等不利因素条件下,水泵第一级叶轮处于浸没状态。此外,还需要对直角齿轮传动箱、立式长轴泵的传动轴及扬水管长度、水泵材质、水泵的安装固定方式等进行选型和设计,并最终形成完整的设计方案。

3 卧式消防泵组方案

3.1 卧式泵组的引水方式

根据额定扬程170 m、额定流量200 L/s的设计参数,水泵可采用的泵型为卧式多级泵和水平中开单级双吸泵两种。不论采用其中那种泵型,由于海水水位低于泵安装面,都需要采取引水措施。引水措施主要有两种方式:一种是在消防泵组上附设真空泵引水装置,另一种是在水泵进水管路上设置真空水罐。消防泵组附设的一种真空泵引水装置如图3所示,由真空泵引水器、水箱、自动脱离装置、自动开关等部件组成。真空泵引水器由安装在消防泵主轴上的主带轮通过传动带驱动。消防泵组启动后,真空泵引水器通过皮带传动开始运转,抽吸消防泵进口管路内的空气,达到引水目的。在消防泵引上水开始正常工作后,自动脱离装置动作,传动带松开,引水器自动停止工作。

真空泵引水装置对消防泵轴封的密封性要求较高,并且抽气能力受到多种因素的制约,一般在流量较小、水泵进口管路直径较小且较短的消防泵组上使用。对于水泵流量规格较大、管径较大、相对较好的引水措施还是在水泵进水管路上设置真空水罐。设置真空水罐的消防泵组的结构布置,如图4所示。其工作原理为:消防泵组启动后,抽吸真空水罐内的水,当罐内真空达到一定值后,水流经过吸水管流入真空罐内,保持水泵连续工作。消防水源进入真空罐的条件是吸水管的吸入高度h应小于10 m;水泵正常工作的条件是从真空罐内吸水时不会发生汽蚀。

3.2 水泵汽蚀性能计算分析

对于采用卧式泵,由于水面距泵中心线高度差为4.8 m(平常情况下),极限高度差为5.68 m(极端低水位时)。泵组的装置汽蚀余量NPSHa(或称有效汽蚀余量)简略计算见式(1)。

NPSHa=h+Hf (1)

式中:h为水面距泵基准线高度差,m;Hf 为水泵进水管路上产生的水力损失,主要包括进水口滤网、阀门、管口等的局部阻力损失以及进水管路的沿程阻力损失,其估算值为1 m。

平常情况下泵组的装置汽蚀余量NPSHa=5.8 m;极端低水位时泵组的装置汽蚀余量NPSHa=6.68 m。

水泵正常工作而不发生汽蚀的条件是:水泵的必需汽蚀余量NPSHr满足式(2)。

NPSHr<10.3-(NPSHa+(0.5～1.0)) (2)

对于该项目,泵的NPSHr在平常情况下应小于4 m,在极限情况下应小于3.12 m。为保证消防泵在任何时候都能正常运行,泵在整个工作流量范围内的NPSHr值都应该小于3.12 m。根据现行消防泵国家标准要求,工程用消防泵的大流量工况点流量值应为额定流量的1.5倍。即水泵在0～150%Qe(Qe为水泵额定流量)流量范围内应能正常运行而不发生汽蚀。

必须汽蚀余量NPSHr是水泵自身的一个特性参数,它与流量、扬程性能参数及水力设计时兼顾效率等因素有关系。NPSHr值越小,表明泵的汽蚀性能越好,但是在水力设计时它和效率是制约的,所以水泵设计时要综合考虑汽蚀性能和效率,做到二者兼顾。根据目前的水泵设计制造水平,卧式消防泵XB16/100、XB17/200的NPSHr如表2所示。

通过以上的计算分析,从表3中的第1组数据:XB16/100-PD (泵原型D360)的NPSHr为4.0～6.5 m可以确定,该码头仍在使用的3台XBC16/100-PD卧式柴油机多级消防泵组,在平常液位状态下,水泵达到额定流量100 L/s刚好不发生汽蚀。但是在大流量工况、极限低水位情况以及两种情况同时满足时,水泵会发生汽蚀而达不到正常应有的性能参数。

表3中XB17/200的NPSHr值,不论采用卧式多级泵还是采用卧式单级双吸泵,都达不到在泵的整个工作流量范围内(即0～150%额定流量)满足NPSHr小于3.12 m的要求。

4 结论

从以上计算分析得出:该码头目前使用的卧式柴油机多级消防泵组XBC16/100-PD不能完全符合性能要求,并且存在安全隐患;改扩建工程柴油机消防泵组XBC17/200采用卧式泵在汽蚀性能方面也存在问题,而采用立式长轴消防泵组则是可行的。

据笔者调查了解,在国内有几个石化工程项目,消防泵房比消防水源液位高约4～5 m,采用了卧式消防泵组,并采用真空罐引水的做法,都发生过在水泵较长时间运行,特别是在环境温度较高时,由于水流在流动中水汽和空气溢出并在罐内积聚,导致罐内真空度降低,进而发生水流不能进入罐内而断流的情况。表明在这种条件下,采用卧式泵组和真空罐引水的方案,不仅在汽蚀性能方面存在风险,在使用中还有诸多不可靠性因素。

考察国外工业发达国家的做法,当消防水源低于泵组安装基础时,一般采用立式长轴泵,如美国消防泵标准NFPA20对此有详细规定。这种情况下采用立式长轴泵,使水泵能够倒灌进水,避免了因为较高的吸上高度而产生的引水、汽蚀等问题。在我国,对于取用海水作为消防水源的工程项目采用立式长轴型消防泵,也逐步得到大量使用,并成为发展方向。

摘要：介绍立式长轴消防泵组和卧式消防泵组的特点,分析某石化码头扩建工程海水消防泵组采用卧式泵和立式长轴泵的可行性和存在的问题。计算水泵的必需汽蚀余量,得出应采用立式长轴泵的结论。建议采用海水作为消防水源且安装消防泵组的码头平台高于海水液位的海港码头采用立式长轴型消防泵。

关键词：海水消防泵组,立式长轴泵,卧式泵,汽蚀余量

参考文献

[1]吴齐,向茂良.对消防水泵配置的一点建议[J].消防科学与技术,2002,21(1):50.

海水淡化工艺设计与经济分析第10篇

海洋具有巨大的宝库, 蕴藏着淡水、能源等多种可再生资源。海水利用具有不移民、不淹地、不争水、环境问题相对简单等显著优点。

目前世界生活海水淡化的主要方式是热法和膜法。当前海水综合利用产业化方兴未艾, 主要以海水淡化为主, 海水淡化市场的最大用户是市政用水。膜法是主流淡化技术, 根据珠海市十字门水道的海水水质, 本工程拟采用反渗透膜处理淡化法。

2 水量与水质

2. 1 水量

区域平均日中水给水用水量为3 581 m3/d。在区域设置一座海水淡化厂, 日产水量3 600 m3, 满足本区域中水给水系统的使用要求。

2. 2 原水水质

新建海水淡化厂, 则海水水源为十字门水道的海水。

十字门水道基本水质如下: 无机氮含量、非离子氨、COD质量浓度均属于Ⅳ类标准; 磷酸盐含量则属于Ⅲ类标准; 全年各月份水体的富营养化指数E > 1, 全年平均高达184. 86, 是严重富营养化水体。这是因为十字门水道位于珠江口, 两岸分别为珠海的横琴岛和澳门的路环岛和凼仔岛, 城市排污以及河流入海带来的污染物必然会增加其水体的营养负荷。

由于暂时无法取得该水处理工程准备使用的原海水水质情况, 暂时按照世界平均海水含盐量 ( TDS) 约35 000 mg/L作为设计依据。

2.3出水水质要求

海水淡化后出厂水质达到国家GB/T 18920—2002 城市污水再生利用城市杂用水水质标准中对水质要求最严格的车辆冲洗水质标准对本区域的中水给水系统供水, 其中脱盐率不小于98% , 矿化度不大于500 mg / L。

3 工艺流程

3. 1 工艺设计

反渗透膜处理淡化法是一种先进的膜分离技术。这种技术使欲分离溶液的某些成分在压力作用下, 透过具有选择性半透膜———反渗透膜, 在膜低压侧和常温下收集透过物, 在膜高压侧是被阻留的其他成分浓溶液。

反渗透海水淡化工程的工艺流程分为海水取水、海水预处理、反渗透海水淡化、产品水后处理和系统控制五个部分, 具体流程见图1。

3. 2 处理单元介绍

3. 2. 1 海水取水

取水口设在离岸100 m远的海中, 用管道接至取水泵房。通过真空泵抽出引水管中的空气, 然后启动取水泵将海水通过地下管路送到厂区。

用海水泵将30 m深的海水提升输送到泥浆池中 ( 供水量为300 m3/ h, 压力在0. 4 MPa以内) , 通过原水泵加压后输送预处理水处理装置。

3. 2. 2 海水预处理

反渗透水处理系统进水要求见表1。

反渗透海水淡化过程中, 由于水中悬浮物和成垢组分对膜造成污染, 导致膜性能下降或损坏, 必需预先除去这些有害组分。预处理主要解决问题有: 沉淀结垢、有机物污染、胶体附着、生物污染。

具体可分为:

海水杀菌: 多采用液氯、次氯酸钠和硫酸铜等试剂。

混凝过滤: 旨在去除海水胶体、悬浮杂质, 降低浊度。混凝剂选Fe Cl3。

防止结垢沉淀: 在淡化过程中浓缩会产生难溶无机盐沉淀, 影响反渗透膜使用效果和寿命, 必须添加阻垢剂。常用的有六偏磷酸钠或复合阻垢剂。

过滤器过滤: 为了提高进水水质, 降低进水浊度, 常在混凝过滤之后加砂滤过滤器, 使水中的微小悬浮物和颗粒物进一步去除。

3. 2. 3 反渗透海水淡化

反渗透海水淡化系统是工程的核心部位, 主要由膜元件、压力膜壳、高压泵、能量回收装置等设备组成。

反渗透海水淡化工艺主要包括海水预热系统和反渗透脱盐系统两部分。海水预热系统在低温时使用, 以满足系统的最低温度要求。由于十字门水道水温7 月最高, 28. 4 ℃; 3 月最低, 17. 6 ℃; 全年平均为23. 4 ℃ 。接近反渗透膜工作的理想温度, 25 ℃ , 所以本工程取消海水预热系统, 尽管运行温度不是最理想的, 但是也不会因为升温产生高温浓海水对海域造成不良影响。

反渗透脱盐系统主要包括高压泵、增压泵、压力式能量回收装置、渗透膜组等。

3. 2. 4 产水后处理

反渗透产水经空塔滤器过滤后, 通过计量泵在产水管路中投加Na OH溶液, 以提高产水p H值, 产水输送过程中投加Cl O2杀菌剂, 以保持供水的卫生要求。

3. 2. 5 变频给水机组

供水采用变频供水, 水量满足中水最大小时流量, 给水压力同市政自来水一致, 为0. 30 MPa, 增压给水泵组参数为: Q =180 m3/ h; H = 30 m; N = 7. 5 k W。

3. 2. 6 系统控制

控制系统对各工艺单元进行协调、管理、控制, 监控现场参数的实时显示、记录以及整个系统的运行状况, 保证系统正常、稳定的运行。

3. 3 主要设备与运行

本文提供3 600 m3/ d反渗透海水淡化水处理系统的设计, 两套75 m3/ h海水淡化水处理设备系统采用国际最先进的反渗透技术, 经过优化系统设计而成, 能将海水直接淡化成市政用水。单套设备配电: 200 k W, 380 V × 50 Hz, 占地面积12 m × 8 m。

该海水淡化水处理设备能够有效地去除海水中的无机盐、重金属离子、有机物细菌及病菌等有害成分, 可将含盐量为185 000 ppm ( 含盐量最高不超过25 000 ppm) 的海水淡化处理为700 ppm以下, 将海水淡化成满足GB/T 18920—2002 城市污水再生利用城市杂用水水质标准市政中水回用水。

整套系统为全自动运行, 具备远程监控, 人机界面控制。该套系统预处理中的砂滤水处理系统采用组合阀, 实现大流量反冲洗以及正洗全过程。系统中处理单元 ( 潜水泵、多介质过滤器) 启动后, 反渗透装置启动并调节至正常产水后设置为自动状态。当储水箱液位高位信号传输到主机后, 则反渗透装置自动停止, 依次供水泵停止。当储水箱水位到中位时, 并将液位信号传输到控制系统后, 潜水泵、反渗透装置依次启动。膜系统的清洗通过清洗系统独立运行 ( 一般停机后有自动清洗, 定期采取药剂半自动清洗) 。

该套水处理系统管路全部采用耐腐蚀材料, 保证了全套水处理系统的经久耐用。主机反渗透系统采用了最先进的反渗透系统软件和优质的膜元件, 根据水处理设备的产水量结合高效独特的技术设计而成, 保证了系统运行的低能耗。整套水处理系统的管理中配备了先进的流量、压力等控制仪表和泄压阀、排放管路, 能够保持整个水处理管路系统运行平稳、安全, 保证了系统维护安全, 方便可靠。

4 经济分析

4. 1 成本分析

设备初期投资一次性1 497. 4 万元, 运行费用见表2。

元/m3

总计吨水运行费用:

4. 2 经济效益分析

年运行天数365 d, 每天正常产水量3 600 m3, 运行费用、节约水费与支出费用如下:

1) 年运行费:

5.672×3 600×365/10 000=745.236万元/年。

2) 节约自来水费:

2.43×3 600×365/10 000=319.302万元/年。

3) 每年实际支出费用: