主缆有除湿系统就高枕无忧?实际情况不容乐观——除湿系统专项检测及问题建议

学术   其他   2024-12-16 08:30   江苏  
目前国内许多悬索桥设计了主缆除湿系统,这样对于主缆咱们就可以高枕无忧了吗?实际上“部分”除湿系统“保护”中主缆内部情况可能跟您想象的不太一样。
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你需要了解的基本知识点

大桥除湿防腐原理

早在1935年W.H.J Vernon博士就通过实验证实:钢的腐蚀速度与其所处的大气环境有密切关系。研究表明:当环境相对湿度降低到60%附近时,钢材的腐蚀速度开始变得异常缓慢;当环境相对湿度进一步降低到40%以下时,基本可认为钢不会发生腐蚀,总体规律大致如下图所示。【当然本理论存在的一些需要讨论的方面有机会再展开交流】

由此可见,环境的相对湿度对桥梁钢结构防腐异常重要,因此通过人为干预,将大桥关键部位的相对湿度降低至60%以下将极大的能够延缓大桥钢结构的腐蚀速度,无疑也将大大延长桥梁的总体寿命。

主缆除湿系统
主缆除湿系统是通过往主缆内部注入干空气,带走主缆内部的水汽,从排气口排出到大气中去,从而将主缆内部环境相对湿度控制在45%(自然环境温度下)以下,以减缓内部钢丝的腐蚀速度从而达到防腐保护的目的。
转轮除湿机工作原理图

为了保证排气口的除湿效果,理论上进气口的湿度越低主缆除湿效果也就越好,为了保证45%的除湿效果,进气口的相对湿度不宜高于40%(自然环境温度下)。主缆除湿通过进气夹将干燥空气注入主缆内部,通过排气夹排出主缆内部湿空气。由于干燥空气进入到主缆内部后会往气夹两侧主缆流动,因此主缆除湿系统的进排气夹通常以1进2排的形式进行组合。以下为一个千米级主跨悬索桥除湿系统的最常见的布置方式。

某千米级主跨悬索桥主缆除湿系统总体布置图

主缆除湿系统进气夹

主缆除湿系统排气夹

因为除湿系统一般用相对湿度(Relative Humidity)RH表示,其表示空气中的绝对湿度与同温度和气压下的饱和绝对湿度的比值。所以如果除湿系统显示送风口相对湿度能够达到10%以内,聪明的您一定需要先确认这个相对湿度对应的温度是多少,如果此时的送风温度超过50℃,则该除湿系统的除湿能力其实并没有多优秀,当温度降下来时,该干空气也仅仅只是及格水平。


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“部分”除湿系统“保护”中主缆内部情况

根据调研的十余座桥梁除湿系统,主要存在的问题有几个方面:

(1)监控系统数据异常现象

从除湿系统控制电脑我们可以很方便的查看本桥各个部位的温湿度状况及各个系统设备的运行情况。

大桥除湿系统监控界面

首先关注的当然就是主缆进排气夹的温湿度情况,从以上界面看桥梁左半部分参数底色为白色,右半部分参数底色为灰色+叹号,说明左边部分是正常数据显示,右半部分数据显示故障。

(2)终端采集箱数据与监控系统数据偏差

从左侧正常显示的进排气夹显示数据看,总体来说还算主缆内部正常。但是,是不是系统显示的数据基本正常,就能说明桥梁主缆内部的湿度一切正常,主缆防腐就可高枕无忧了呢?主缆上数据采集箱或者气夹内部的真实温湿度情况如何,是否与远程监控数据存在偏差呢?

主缆除湿系统数据采集箱排查

我们一起去看看主缆上的排查的真实情况,随机抽取几个送排气节点(A/B/C)进行对比,情况如下:

节点编号

系统显示湿度

终端采集箱显示

A(排)

50.2%

68%

B(送)

29.4%

82.8%

C(排)

48.3%

65.6%

从上述抽查的结果看,本桥主缆进排气夹数据采集箱测得的主缆内部实际温湿度数据与系统显示的数据存在较大偏差,除湿系统显示主缆各节点湿度值基本正常,而采集箱上采集到的主缆内部相对湿度均超出设计标准,主缆除湿防腐效果堪忧。

(3)主缆密封破损及钢丝锌白

除此以外,我们关心的主缆密封破损,主缆内部锈蚀以及最低点积水情况等情况也都无法通过除湿系统的远程监控界面了解得到。部分桥梁主缆存在一定的密封破损和内部钢丝锌白现象。

索夹环缝开裂

主缆中跨最低点排气夹持续滴水

排气夹内部钢丝镀锌层氧化产生的锌白

种种迹象,本桥的主缆除湿系统也并非如监控室电脑中显示画面那样的美好,急需对其气夹内部温湿度进行一次系统的检测,再与系统数据进行对比;并及时对除湿系统进行评估和维护或改造。


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为了能高枕无忧,应该怎么做?

从我国第一座带主缆除湿系统的悬索桥润扬大桥算起,国内悬索桥采用主缆除湿系统已经有将近15年的历史,在这过去的15年间我国已建成的带主缆除湿系统的桥梁数量已达数十座,并且还在保持高速增长的态势。
尽管主缆除湿系统相关技术似乎已经进入成熟期,实际上仍然需要进一步深入的研究和实践,同时目前对我国主缆除湿系统运行状态的检测与养护规范也仍处于空白状态。
得益于一直以来主缆除湿系统实施的经验以及对悬索桥主缆及其附属结构的检测积累,林博士团队对已建成主缆除湿系统运行情况的检测提出以下几点建议:
1、  由于主缆除湿系统与桥梁其他耐久性防腐措施一样,对桥梁的安全以及寿命有着十分重要的作用,应该引起桥梁管理部门的重视,将主缆除湿系统的运行情况列入桥梁专项检测项目。
2、  基于主缆除湿防腐的原理,主缆除湿系统的效果取决于主缆内部的相对湿度,而各类传感器是表征主缆除湿系统除湿效果的标尺,应该定期对其进行校准或期间核查。
3、  主缆除湿系统的干空气来源于空气制备站,空气制备站则有除湿机、高压风机等部分组成,需要定期对除湿机的除湿能力,高压风机的送风量,送风压力等参数进行检测,确保系统拥有足够的除湿能力。
4、  除湿系统承建商需要对除湿系统控制部分的程序进行解密并移交业主,在检测过程中如发现程序实测数据与现实数据存在问题,可以对PLC程序进行核查并升级改造。
5、  除湿系统的其他辅助措施如主缆密封,送气管固定,法兰的密封,阀门的功能,进排气夹的密封,数据采集箱的状态,数据线的完整,光纤交换机,以太交换机的状态均直接或者间接关系到主缆除湿系统的正常工作,应在作为常见项目,列入除湿系统的定检内容。
缆除湿系统发现的问题和建议就简单交流到这里,如果大家对其中内容感兴趣可以跟我们联系(微信手机:18666290404),咱们进一步交流。

林阳子,哈哈哈博士

本硕博均就读于哈尔滨工业大学,桥梁与隧道工程专业

教授级高级工程师,一级注册结构工程师

广东省优秀公路工程师,交通部检测工程师

十余年磨一剑,专注索桥检修

出版《桥梁索体系特殊检测及维修加固技术》专著;

完成桥索检修相关省部级科研项目多项,获中国公路学会科学技术奖等多项;

开发出爬索机器人、锈蚀断丝检测系统等先进设备并获相关专利多项;

完成上百座索体系桥梁的特殊检测和维修加固项目。

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