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关键词:冷却器;泄漏;腐蚀
0前言
冷却器是炼油企业生产中重要的设备,主要用于介质的冷凝和冷却。由于长期运行,以及循环水水质较差等原因,很容易使冷却器发生泄漏,影响装置的正常运行。因此,了解装置冷却器泄漏对循环水水质产生的危害,并找到查漏的有效途径,对于循环水的管理至关重要,有利于节水减排。
1 冷却器泄漏对循环水系统的危害
冷却器泄漏严重污染循环水。循环水是密闭循环系统,一旦被污染,得不到及时处理,水质将发生变化,给循环水系统造成了较大危害,泄漏时间越长,对循环水系统危害越严重。同时泄漏介质给循环水系统中微生物的迅猛繁殖提供了丰富的营养物,随着时间的推移,泄漏介质及其变性物被微生物所消耗。迅猛繁殖的细菌、细菌代谢产物及其所粘附的泥沙形成了危害更大的生物粘泥。因为生物粘泥附着的地方,将成为垢下腐蚀及点蚀的部位,导致冷却器管束的泄漏。随之而来循环水系统用大量新鲜水置换,造成水资源的严重浪费。
因此,做好循环水系统的管理,尽早发现物料泄漏征兆,尽快找出漏点并及时将泄漏冷却器从系统中切除,是保证循环水水质的一个重要手段。
2 冷却器泄漏的原因分析
2.1 系统简述
中国石油哈尔滨石化公司是石油化工企业。共有三座循环水凉水塔,总循环供水能力为:2.4万立方米/小时,分别由循环水场供给。近几年来,装置中的冷却器,有很多曾发生过泄漏现象。
2.2 引起冷却器的泄漏主要有如下几方面因素
(1)换热介质腐蚀性较强。比如装置掺炼俄罗斯原油,硫化氢的含量较高,引起冷却器管束介质侧发生泄漏。
(2)微生物腐蚀。在循环水系统中,适宜的环境极易繁殖大量的微生物,从而引起微生物腐蚀。循环水中含有铁离子,它很容易繁殖铁细菌。铁细菌是好氧菌,它可以将二价铁氧化为三价铁沉淀下来,同时产生大量粘液,构成锈瘤。由于它们耗氧,而生成的锈瘤又阻碍氧的扩散,锈瘤下面的金属表面常常处于缺氧状态,从而构成氧浓差电池,引起管束腐蚀穿孔。
(3)循环水水质差。水中的泥沙、尘埃、腐蚀产物、水垢以及水中氯离子等在水中形成沉积物,覆盖在金属表面,从而引起冷却器的缝隙腐蚀或点蚀。
(4)生产装置操作不平稳,介质压力突然升高,也会引起冷却器短时间内泄漏。
另外,因冷却器的制造问题而使冷却器发生泄漏的现象在实际生产中也会碰到。
3 泄漏物料的判断
3.1 轻柴油冷却器泄漏的判断
轻柴油不溶于水,遇水易发生乳化。轻柴油漏入循环水中,即发生乳化,能从循环水中析出黄白色的油沫,使循环水的颜色灰白。
3.2 轻组分冷却器泄漏的判断
压缩富气、液化气均为轻组分,以C1-C4组分为主,在常温常压下以气体的状态存在,因此发生泄漏后,最明显的反应是系统压力有异常波动,在凉水塔下有油汽味。从分析数据中也可得出,压缩富气的硫化物含量较高,2000-3000mg/l,液化气中硫化物含量略低些,1500-2500mg/l,这两种介质泄漏一段时间后,循环水的硫化物含量上升,COD上升,硫细菌将循环水中硫化物转化为硫酸,循环水的碱度、PH值下降。
4 查找漏点的手段
装置发生泄漏后,首先应找出泄漏的冷却器,及时从系统中切除。因此查漏的手段是否健全、快速、有效是关键。
4.1 PH值监测方法
如果泄漏的物料有明显的酸碱性,可以利用PH值来确定冷却器是否发生泄漏。
4.2 油含量监测方法
如果泄漏的物料为较重组分的油,如轻柴油、重柴油等,通过冷却器出入口油含量的差值,判断冷却器是否发生泄漏。
4.3 COD监测方法
COD的多少反映了循环水中有机物的含量。炼油厂泄漏的介质基本为有机物,因此通过监测目标冷却器出入口COD值能很直观地判断出冷却器是否发生泄漏。
4.4 用特定的仪器监测
美国GE-Betz公司生产一种查轻组分泄漏的专用仪器,利用这种仪器采集目标冷却器出入口的气体,对采集的气体进行色谱分析,根据检测结果判断冷却器是否泄漏,泄漏的是何种介质。这种监测方法仪器安装比较繁琐,气体采集时间较长,但准确度较高。
4.5 粘泥监测箱存集气体监测
在线安装粘泥监测箱。轻组分介质泄漏会在系统存集大量气体,在粘泥监测箱内能很直观地体现出来。将粘泥监测箱密封好,在上部开一采样孔,当粘泥监测箱内原存集的空气被泄漏的轻组分置换完全后,用双联球采样器采集箱内气体,用色谱分析气体组分,确定泄漏的组分,定位泄漏的冷却器。这种监测方法要求粘泥监测箱密封要好,同时要将箱内的空气置换干净之后再采集气样,否则会干扰组分的判断。
5 系统管理上采取的措施
(1)水质专业管理部门加大管理力度,投用循环水水质监测设备,加强药剂检定工作,同时对各装置的水冷器不定期的进行监测。
(2)加强水冷器泄漏检查,相关装置工艺人员积极配合采样分析,查找漏点,在最短的时间内发现漏点,避免影响循环水水质。
(3)完善循环水管理制度,制定相应的奖惩措施,提高装置管理人员的水质管理意识。采取多种形式向装置人员灌输循环水水质对装置生产的影响,使装置人员对循环水水质管理意识提高,积极主动参与循环水水质的管理,不随意排放循环水,出现问题积极主动解决。目前开展的装置操作人员每班自查冷却器泄漏,就起到良好的效果。
(4)引进先进的水处理技术,更新水处理理念。近年来国内外出现了很多先进的水处理技术和水处理设施,比如加药方式由随机的冲击式加药可以改为有目的、有方向性的连续加药;加药设施可以改为自动加药等。现场监测设备发展也很快,根据需要适当投用粘泥、腐蚀等监测设备,使我们可以从多方位、多角度来衡量和判断系统的运行状况及出现的问题。
6 结论
介质的泄漏是影响循环水水质指标的首要因素,因此发生泄漏后,关键是要掌握各种冷却的介质进入循环水后,会出现何种现象,带来何种危害,然后根据分析数据及水质的表观现象,借助现场监测仪器,准确地判断泄漏的是何种介质,有针对性地去查找漏点。根据泄漏介质的不同,选择合适的查漏方法,采取适宜的处理方案来改善水质,避免水质恶化对系统产生的腐蚀,从而减少水资源浪费,有利于节水减排。
参考文献
核能作为一种技术上成熟、经济和清洁的新能源,对于满足中国电力需求、优化能源结构、减少环境污染、促进经济能源可持续发展具有重要战略意义,但是只有在确保安全的基础上才能高效、发展和利用核能。在核电建设中结构安全是核电安全重要组成部分,其中,砼结构安全是实现核电安全的重要基础。以山东海阳核电站一期循环水管道施工为例,介绍在施工中,如何对管道施工各个环节中进一步加强砼结构质量的控制,防止砼结构有害裂缝的出现。
关键词:
核电建设;裂缝;控制措施;
山东海阳核电站一期循环水管道为外方内圆现浇钢筋砼结构,此结构本身存在着厚薄不均、变截面处易容易造成应力集中最薄处易产生径向拉裂,砼管道侧壁出现不同程度裂缝这一客观因素,如何避免有害裂缝对工程造成的危害是施工的最终目的,为进一步有效控制和预防此类裂缝在循环水管道结构施工中的出现,后期针对上述问题从多方采取了有效措施进行控制,很好的解决了这一问题。同时为防止在以后类似砼工程结构施工中出现有害裂缝,在此工程采取的措施基础上进一步探讨其他相关裂缝防控措施。
一 工程概况
海阳核电一期循环水管道为外方内圆的现浇钢筋砼结构, 采取跳仓法施工,取水管工作压力为0.14MPa,运行时管内流体为海水。内圆直径3.8 米,管壁厚最薄处600mm,采用C40 防水砼,抗渗标号W12,抗冻标号F300,标准段长25 米,相邻段之间设伸缩缝,缝宽为20mm,伸缩缝处设橡胶止水带,用密封油对变伸缩缝处进行封堵。
二 裂缝控制措施
砼结构在从配合比设计、施工、养护过程中,每阶段都存在影响结构产生有害裂缝因素,特别是施工和养护过程。砼配合比的设计是否符合本工程特点、原材料优劣、浇筑方法、振捣密实程度、养护条件、结构配筋和其周围施工环境等对结构的质量会产生较大影响。因此,在施工前、施工中和施工后必须创造有利条件,不仅要保证砼内在的质量,还要保证砼的施工和养护质量,从而避免有害裂缝的产生。
1 选择优质原材料
原材料的质量优劣直接关系混凝土的内在质量,必须严格控制混凝土原材料的质量和技术标准。严格执行合计和原材技术标准(沙子、碎石粘土含量,水泥用量及品种的控制,如采用低水化热水泥或核电专用水泥),从源头上保证混凝土质量。
2 配合比、坍落度控制
1)配合比设计。配合比是否达到最优直接影响砼结构质量,要根据原材和工程本身结构特点进行砼的配合比的设计,部分结构可考虑采用细石砼。其中,水灰比是决定砼强度的主要因素,因此砼的配合比的设计优化,这也是保证砼质量避免出现裂缝的重要措施。
2)坍落度控制。砼塌落度太大,容易离析,分层,和易性极差,易造成堵泵、跑浆、麻面等问题,对强度不利;反之,流动性差,易形成空洞、蜂窝、不易振捣密实。在核电工程中为防止砼出现严重的泌水、离析和砼开裂影响砼结构强度,必须控制好砼坍落度。
3 掺加适量膨胀剂或纤维
1)在外方内圆的现浇钢筋砼取水管的施工中,可以利用纤维的特性和膨胀剂自身微膨胀,来抵抗砼应力收缩、失水收缩、温度变化等因素产生的约束应力。
2)为改善混泥土抵抗自身应力收缩、失水收缩、温度变化的能力,参加适量的纤维和膨胀剂,防止害裂缝的产生,原因有两点。
第一点:加入膨胀剂和纤维后,砼的早期强度、抗压、抗折强度和钢筋的粘结力都有所提高。使砼在早期和中期产生适度膨胀,在钢筋及邻位的约束下,使其膨胀转变为应压力,此应压力可大致抵消砼干缩时产生的拉应力,从而防止或减少砼的收缩和开裂,并使砼致密化,从而还可以提高砼的抗裂防渗能力,达到结构自防水的效果。
第二点:加入膨胀剂和纤维后,不仅改善了砼性能,可以较少一定量的水泥,从而降低因水化热产生的温度裂缝可能性。
4 砼的浇筑
1) 管道两侧墙体浇筑时采用斜向分层对称递进浇筑,速度不宜过快,要求在下层砼初凝前有一定稳定性时再往上浇筑,两侧高差控制在300mm。在砼浇筑时必须保证砼的有效浇筑高度,采用加设软管和串管深入钢筋笼里,使每次浇筑高度控制2 米左右,以保证砼不会离析。
2)浇筑砼前先在基层上洒水湿润,并浇筑一层同强度水泥砂浆,砂浆厚30mm~50mm,然后从一端开始浇筑。在浇注顶板过程中应在浇注完墙体后停歇一段时间,使砼充分下渗后,再开始浇注顶板。
5 砼的振捣
1) 浇筑时圆底部砼容易出现漏振情况,为避免此类情况发生,在内圆底模横向适当开浇筑孔,孔径100mm,纵向中心间距适中,砼浇筑时随振随封。
2) 砼振捣采用Φ30和Φ50插入式振动棒,根据砼泵送时自然形成的流淌坡度,沿坡度布2道振动棒,第1道在砼卸料处,负责出管砼振捣密实,第2道设在坡脚处,确保下部砼密实,振捣时严格对振动棒移动的距离、振捣时间、作用半径、插入深度等进行控制,振捣应由有经验的人员操作。
3)由于砼存在一个下渗的过程,必须对砼进行二次振捣工艺,增加砼密实度、抗渗性、抗裂性。
6 砼表面处理
1)底板砼浇注时为避免底板面因圆弧模板产生的气泡,用刮杠按设计标高和圆孔直径找平底板面,用木抹子抹压;终凝前再用木抹子抹压一遍或两遍,使砼表面更密实,避免收缩裂缝产生。
2)砼施工到顶层时,由于振捣时砼下沉,造成顶面浮浆较多,对砼抗裂产生破坏作用,故在砼施工到顶部时,将管壁顶板多余的砂浆清理掉,然后再进行砼浇筑,对新砼进行压实并进行二次抹面,避免由砼表面衔接面和砼表面干缩造成裂缝。
7 砼的养护
加强砼养护特别是初期,砼养护的好坏是决定砼是否发生裂缝的关键。砼养护在平均气温高于+5℃的自然条件下,一般采用覆盖保湿养护,防止失水导致砼出现干缩裂缝;在平均气温低于5℃时或寒冷冬季、大体积砼采用蓄热保温养护,以降低砼内外温差和自约束应力,防止或控制温度裂缝的产生,在核电工程中根据实际气候环境可以适当延长养护周期。
1)覆盖保湿养护。在砼表面覆盖材料并浇水养护,使砼在一定时间内保持水化作用所需要的适当温度和湿度条件。
2)蓄热保温养护。砼养护采用不透水、气的塑料薄膜养护,将砼表面露出部分全部严密覆盖,并加盖保温棉被,养护时保持薄膜布内有凝结水,使得砼在不失水的情况下得到充分养护。
三 其他措施探讨
1)对结构配筋设计进行优化。采用较细较密的配,因为配筋直径越大,砼的允许的极限应变就越小,削弱砼截面,易产生应力集中,易导致砼结构裂缝产生;在结构变截面处、结构薄弱处等加强抗裂构造钢筋设计,提高砼的极限拉伸能力,从而增强结构的抗裂性能;伸缩缝处采用圆钢,因为螺纹钢筋握裹力大,阻碍滑动杆的滑动,在一定程度上促使裂纹的产生。
2)改变结构设计形式,可浇筑筏板基础在其上设计放置大口径玻璃钢管,两侧设计砼板墙,顶部设计钢筋砼结构顶板,这样可以避免因结构厚薄不均造成应力集中产生径向拉裂所形成的有害裂缝。
3)砼浇注完成后应注意成品保护,养护初期的砼非常脆弱,严禁堆放大量材料或行驶大型机械;同时控制模板拆除时间,减少砼自重对水化热造成的应力裂纹影响。
四 小结
1.严格控制原材料的质量,从而提高砼性能。原材料中石子和砂子的不同粘土含量、石粉含量对砼强度、抗渗性和收缩性能的影响,这是防止砼裂缝产生的基本要素。
2.设计砼时针对工程本身特点及环境的特殊性,考虑高性能和特种砼,如掺用纤维材料提高抗拉、抗弯性能和冲击韧性,也可掺用聚合物等提高密实度和耐磨性,从设计砼自身性能的提高防止砼裂缝的产生。
3.对于钢筋比较密的地方,建议在设计配合比的时候,采用低水化热或核电专用水泥和设计成细石砼。防止因砼水化热产生的温度裂缝和钢筋太密下料困难、砼振捣不密实而导致砼产生裂缝的可能性。
4.在砼施工中,采用二次振捣工艺,有利于砼表面的密实,提高抗裂性能,这是防止砼裂缝产生的重要措施。
5.建议设计在砼结构配筋时对配筋进行优化。结构配筋建议采用较细较密的配筋,在结构变截面处、结构薄弱处等增加抗裂构造钢筋,伸缩缝处采用圆钢等,避免因配筋问题造成砼裂缝的产生。
[关键词] 动脉粥样硬化;脑缺血;基质金属蛋白酶-9;金属蛋白酶组织抑制剂-1
[中图分类号] R332 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2011)23-07-10-02
Experimental Study on the Expression of MMP-9 and TIMP-1 in the Cortex of Posterior Brain Watershed Area under the Condition of Posterior Circulation Ischemia
SHOU Tiejun1,2 CHEN Zuoquan3 ZHANG Guiyun4 WU Kun1
1.Medical College of Tongji University,Shanghai 200092,China;2.No. 1 Section of Surgery Department,Ningbo Women and Children’s Hospital,Ningbo 315012,China;3.Neurosurgery Department,No.10 Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200072,China;4.Neurosrugery Department,Tongji Hospital Affiliated to Tongji University,Shanghai 200065,China
[Abstract] Objective To investigate the dynamic changes of MMP-9 and TIMP-1 in the cortex of the brain watershed area of the atherosclerosis rabbit of right subclavian atery steal model. Methods Thirty healthy male New Zealand white rabbits were randomly assigned to control group,one-day steal model group and three-day steal group (n=10). With those killed and brain extracted the expressions of the gene of MMP-9 and TIMP-1 were measured by the technique of immunofluorescence PCR,and the differences among groups were analysed. Results As statistically showed,MMP-9 expression was a little higher in the three-day steal group than that in the one-day group,with both higher than that in the control group,although there was no significant difference among groups.TIMP-1 expression was the lowest in the control group,raised in the one-day steal group and began descending in the three-day steal group,but still higher than that in the control group. There was still no significant difference among groups. Conclusion In the right subclavian steal model of atherosclerosis rabbit,the gene and protein expression of MMP-9 and TIMP-1 in the cortex of the brain watershed area in the ond-day steal group and three-day steal group take on a variation trend of vessel reconstruction start,while there is still no significant difference among groups. Whether this model can give rise to the change of the expressions of MMP-9 and TIMP-1 needs to be further proved through experiments.
[Key words] Atherosclerosis;Cerebral ischemia;MMP-9;TIMP-1
动脉粥样硬化是引起脑卒中最常见的原因。脑动脉粥样硬化主要发生在管径500μm以上的动脉,其斑块引起管腔狭窄或血栓形成,导致脑部血液供应障碍,脑组织缺血、缺氧性坏死,出现相应功能障碍。不同的血管病变引起的相应功能区病变也不相同。后循环脑梗死比其他部位梗死更容易致命,并且治疗困难。实验通过结扎新西兰大白兔右侧锁骨下动脉的椎动脉开口近端,实现右侧锁骨下动脉盗血,降低椎基底动脉及远端血管的灌注压,模拟临床动脉粥样硬化患者由于动脉狭窄或闭塞导致的后循环低灌注状态,并检测后分水岭区皮质MMP-9和TIMP-1基因的动态表达情况,探讨新模型下脑缺血的分子机制,为临床有效防治该病提供新的依据。
1 资料与方法
1.1 动物饲养及模型建立阶段
实验于2010年4月完成设计并通过开题报告会。30只健康雄性新西兰兔(体重2.5~3.0kg,)以1%胆固醇+5%蛋黄+5%猪油之高脂饮食配方喂养12周,结扎兔右侧锁骨下动脉的椎动脉开口近端[1],模拟人动脉粥样硬化后循环缺血的病理改变过程。
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1.2 样本提取阶段
将上述兔分成盗血1d组、盗血3d组和对照组,每组10只,对照组饲养12周后处死,后循环盗血组分别在术后第1天、第3天处死,快速断头取脑,脑组织在生理盐水中冲洗后,分别取右侧分水岭区皮层置入无菌冻存管,迅速放入液氮罐,深低温保存待检。
1.3 实验室检测阶段
总RNA抽提:取绿豆大小的组织,放入加有800μL TRIzol的5mL离心管(RNA酶free)中,用组织高速分散器匀浆后,在管中加入160μL氯仿,盖紧管盖,用手混匀,使体系成粉色乳状后,12000g离心15min;小心移取上清约400~450μL至新1.5mL管(RNA酶free)中,加入450μL异丙醇,混匀,置于-20℃冰箱助沉30min,12000g离心10min。小心地彻底弃上清。在离心管中加入1mL冰75%乙醇,轻弹管底使沉淀悬浮起来,12000g离心5min。小心地彻底弃上清,并于沉淀处画圈标记。RNA干燥后,用30μL DEPC处理过的去离子水溶解后取1μL样本与9μL 1X上扬缓冲液混匀后上样电泳,其余于-80℃保存。TIMP-1引物序列:上游P5:5’-GCTGCTGCTGCTGTGGCTGGTAG,下游P5:5’-GCTGCTGCTGCTGTGGCTGGTAG;MMP-9引物序列:上游P5:5’-CGGAGACGGGGGAGCTGGATAATG,下游P3:5’-GCGCGGCAGGTCTTCGGAGTAGTT。内参照18s引物序列:上游5’-AGTCGCCGTGCCTACCAT-3’,下游5’-CGGGTCGGGAGTGGGTAAT-3’。采用试剂TAKARA DRR037:PrimeScript®RT reagent Kit Perfect Real Time进行RNA的反转录,PCR扩增。定量检测,荧光定量检测结果采用slan荧光定量5.1软件进行分析。
1.4 统计学处理
数据均以平均值±标准差表示,统计方法为参数分析方式。所有统计结果均采用SPSS13.0软件中的完全随机设计的单因素方差分析模块(pos-hocone-way ANOVA),比较多重均数。P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 实验动物结果
盗血实验组均采用右锁骨下动脉结扎法建立后循环缺血模型,无死亡、无神经系统功能障碍及行为等方面异常。实验中发现,右锁骨下动脉结扎法建立的后循环缺血模型是可行的,具有重复性。
2.2 实验数据与分析(表1)
以上各组数值均为所测值与18s(内参照)的比值,故没有单位;MMP-9组间比较,差异无统计学意义(F=0.033,P=0.968>0.05);TIMP-1组间比较差异无统计学意义(F=0.812,P=0.455>0.05)。
3 讨论
MMP-9是一种相对分子质量为92KD的锌依赖性内肽酶,通过作用于Ⅳ型明胶、层粘连蛋白和纤维粘连蛋白,在细胞外基质的降解和重塑中起着重要的作用[21]。TIMP-1是MMP-9的特异性抑制剂。MMP-9与TIMP-1的动态稳定对于维持细胞外基质的稳态非常重要;在脑缺血、缺氧、炎症等病理诱因下,这一稳态被破坏,MMP-9过量产生,血管通透性增加,细胞外基质被过度降解,导致脑水肿等发生。而动脉粥样硬化下的脑缺血的发生,其侧支循环的建立状况直接影响到缺血区血液供应的恢复程度和速度,改善组织细胞的氧和营养物质的供应,有利于缺血性脑血管疾病的治疗和康复。同时,侧支循环的建立主要在于动脉生成。动脉生成是指原有的阻力型小动脉在动脉闭塞等病理条件下,管腔扩大,管壁重塑,转变为供血型侧支动脉的过程,其所形成的动脉能够有效地恢复动脉阻塞所致缺血区的血液供应[2,3]。基质金属蛋白酶及其抑制剂能够使细胞外基质降解、促进内皮细胞动员而利于细胞迁移,参与动脉生成。因此,通过对脑缺血下MMP-9和TIMP-1表达的实验研究有助于探讨其在侧支循环建立过程中的分子机制。
近些年来有关MMP-9在急性脑梗死中的表达、作用的研究非常多,与之相应的脑缺血模型(如大脑中动脉盗血模型MCAO)报道也比较多,为基础和临床研究提供了很多的实验依据。而右侧锁骨下动脉盗血模型[4],模拟了临床动脉粥样硬化患者由于椎基底动脉狭窄或闭塞导致的后循环低灌注状态,用来研究椎基底动脉系统(即后循环)缺血下分子机制,为临床有效防治该病提供新的依据。
动脉粥样硬化是导致大动脉狭窄或闭塞的重要原因,在右锁骨下动脉结扎后,血流动力学异常,后循环灌注压下降;分水岭区为位于大脑皮质动脉供血区之间、基底节区小动脉供血区之间的边缘带组织,低血流灌注下更易产生缺血、梗死,同时由于前循环的部分代偿减弱了缺血强度,加之时间窗的选取不足以表现出MMP-9的变化,结合例数较少,因此在本次研究中,MMP-9在对照组、盗血1d组和盗血3d组的表达呈现了逐渐升高的趋势,但是各组间比较在统计学上没有显著性意义。与近年来文献中有关MMP-9的动态变化相符合[5-8]。TIMP-1在盗血第一天达到了很高的表现,之后逐渐下降,但仍比对照组高,而在统计学上没有显著性差异。
综合以上分析,有关右侧锁骨下动脉盗血模型下的更多的分子机制的表现有待今后通过增加样本量和取样时间窗,引入基质金属蛋白酶家族中的其他成员,进行进一步深入研究。
[参考文献]
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关键词 地理教学;迁移能力
所谓迁移能力,简单地说,是指学生在学习活动中将已有的知识、技能、情感态度和价值观运用于新的情境,在知识体系之间建立起某种联系,以此促进新内容的学习以及解决实际问题时所体现出的能力。孔子所倡导的“举一反三”和“触类旁通”的思想其实就是早期迁移理论的雏形。
伴随着新课程改革的深入推进,尤其是在新高考改革背景下,在国家层面越来越重视培养学生的学科素养。迁移能力作为学科素养的重要组成部分,在教学中的地位和作用正日益突显。
地理学是研究地理环境以及人类活动与地理环境相互关系的科学,它具有综合性和地域性两个显著特点。地理学科兼具文理科性质,具有一些特有的思维方式,与其他学科联系密切。培养学生的迁移能力,有利于解决地理实际问题,有利于提升学生的地理思维水平,有利于培养学生的地理学科素养。因此,在高中地理教学中要十分重视培养学生的迁移能力。
下面,笔者结合高中地理教学实践谈谈培养学生迁移能力的方法和策略。
一、抓住“最近发展区”,为知识的迁移构建平台
维果斯基的最新发展区理论认为学生的发展有两种水平:一是学生的现有水平;另一种是学生可能达到的发展水平,两者之间的差距就是“最近发展区”。我们追求的有效地理教学,应该着眼于学生的“最近发展区”,即在教学过程中,根据学生已有的知识发展水平以及新旧知识之间的联系,进行知识的迁移,完善认知结构,从而达成预期的教学目标。
例如在高三第一轮复习中,讲述“等太阳高度线图的判读”一节时,根据学情先复习太阳光照图的“三点一线”(即直射点、交点、切点和晨昏线)的相关知识,然后引导学生把等值线的相关知识原理进行迁移运用,引申出“等太阳高度线”的含义,即把太阳高度相等的各点连接成的线。如图1所示。
引导学生归纳出“等太阳高度线”的基本规律:如果把地球看作正球体,太阳高度在地表的分布从直射点向晨昏线(圈)呈同心圆状递减。
在此基础上,进行课堂练习。
问:读“等太阳高度线图”(图 2),说出图中太阳直射点的地理坐标是多少?
学生在思考的基础上,把“太阳直射点位置与昼夜长短变化的关系”原理和经线圈的相关知识进行迁移应用,不难得出太阳直射点的地理坐标是(23°26′N,120°W)。
由于本节内容比较抽象和难于理解,所以在教学过程中,我们可以先复习相关基础知识,甚至可以做一个简单的教具演示“等太阳高度线图”,结合图形引导学生归纳出“等太阳高度线的判读”原理,然后展示课堂练习,通过讲练结合的方式把“等太阳高度线的判读”原理进行迁移运用,巩固所学知识,从而构建一个完整的关于“等太阳高度线图”的知识结构。在此过程中,认清学生的“最近发展区”就为知识的迁移搭建了很好的平台,起到了事半功倍的效果。
二、呈现“先行组织者”,在知识的迁移过程中丰富和改造认知结构
著名教育心理学家奥苏贝尔在研究迁移理论时提出了“先行组织者”的概念。“先行组织者”是指先于学习材料之前呈现的一个引导性材料,它将在新旧知识之间架起一座沟通的“桥梁”,通过“桥梁”顺利地产生迁移,从而促进了学生有意义的学习。在地理教学中,“先行组织者”可以是教学多媒体、教具模型,也可以是地理图表或文字材料。
例如在讲述“自然界的水循环”一节时,由于水循环是通过各个环节连续运动并在全球范围内进行,所以在学习“海上内循环”时,教师可以先展示“海陆间循环”和“陆地内循环”的形成过程,以此作为“先行组织者”,通过知识迁移,引导学生自主绘制“海上内循环”过程示意图。学生通过勾画示意图,加深了水循环主要环节的认识,逐步构建了关于水循环的知识框架,从而进一步完善自身的认知结构。
如果此时教师再抛出著名古诗:“黄河之水天上来,奔流到海不复还。”提问学生:“天上”指哪里?黄河水真的“不复还”吗?同学们怀疑过李白这句诗的科学性吗?在引导学生思考的同时极大地激发了迁移动机,有利于更好地掌握水循环的基本原理。在此过程中,学生个体顺利地实现了知识的迁移从而产生“顺应”和“同化”,在思辨地理问题的同时发展了论证地理问题的能力,使学习者的知识领域得以拓展,认知结构得到完善,从而丰富和改造认知结构。
三、创设“情境问题链”,在知识的迁移过程中培养学生的逻辑思维能力
纵观近几年的高考题(福建卷),往往将相关地理问题落实到不同空间尺度的具体区域,突出考查学生综合运用所学知识分析、解决实际问题的能力。因此,在教学中应注意创设科学有效的思考情境,设计有思维递进关系的“问题链”,激发学生兴趣,活跃学生思维,丰富教学内容,在知识的迁移过程中激活学生发现和探究地理问题的意识,有利于培养学生的逻辑思维能力。
例如在学习高二区域地理《北美――以美国为例》一节时,我们就可以创设层层递进的“情境问题链”,引导学生的思维由浅入深、循序渐进地思考。
问题探究1:读图3回答。
(1)简述美国的本土地理位置特征。
(2)简述美国本土的地形特征。
问题探究1实质上是通过问题引领,让学生回归课本,复习基础知识,进行知识建构。
问题探究2:以乌鲁木齐和芝加哥为例,对比两地温带大陆性气候特征的异同及成因。(图4)
问题探究2是在问题探究1的基础上,跨越空间,采用小组合作探究的学习方式,调用相关知识并被激活迁移应用在新的情境中,巩固了相关的气候基础知识,实现了知识和能力的有效迁移和运用。
问题探究3:读图(图5)分析美国降水量的空间分布特征,并说明原因。
知识拓展:比较北美西海岸、欧洲西部的温带海洋性气候分布范围及其原因。
然后引导学生列表归纳“美国地形对气候的影响”。
高层建筑在我国近二十年来迅速发展,与之相配套的供暖系统设计和设备技术也不断发展,面对高层建筑管网内静水压力大的问题,目前也有许多方案在应用之中。普遍应用的是在热源处(锅炉房)专门设置换热器或锅炉的办法,使得建筑内高区原有建筑的低区在水力系统上彻底分开,从而使高区、低区的压力完全互不影响。但单独为高区设置锅炉的办法,特别是在原有多层建筑群中建设单幢高层建筑,有时由于于室外管网的增设困难较大,显然造价较高。单独为高区设置表面式换热器的办法,仅在有蒸汽或高温水热源时和能确实满足供水水温的要求,且也需要室外增加相应的高区系统输送管线。通常综合费用也比较高。供热工程设计手册中推荐了"双水箱分层式系统",但其严重带气,压力波动较大,当室外回水阀门误关闭时有系统超压隐患,往往不能正常使用。其他通气立管直连方案也有与大气相通,依然有系统的氧腐蚀因素的缺陷。
2.对供暖系统连接问题的分析和解决方案
将双水箱系统的水箱去掉,同时将总回水管引到高于供水干管200mm,并在立管上安装减压循环装置。采用水压图的供暖和空调水系统的循环特征可知,在低区循环水泵运转时,低区管网都有确定的动态水压线。由流体力学关于静压强和的测压管水头线的关系可知立管内水压线水头高度以下是充满水的。高区系统通过安装在总回水立管上的减压循环装置切断静压力后直接连接到低区的回水管上。就可以实现高低区供暖系统的直接连接。
由流体力学知识可知,在下流水立管中静压力的沿管传递的条件是管内的水流连续充满。如果能实现流态的转变,也就能实现压力传递效果的改变,这就可以在立管内低区水压线水头高度以上适当位置安装导流部件结合控制流量来重建立管中的水膜流动状态,再结合供暖系统比较干净且流量稳定的循环的特点,配置确保产管内流态稳定的水膜流动状态,再结合供暖系统比较干净且流量稳定的循环特点,配置确保立管内流态稳定的气体补偿装置就可以实现立管下流水静压力的切断和压力波动的消除。
提出的立管结构方案实质是:(1)在立管内加装一个为水流提供流动边界条件的导流部件,所述导流部件与立管内管壁之间形成一轴向通道,所述轴向通道包括中空的螺旋式通道部分或直通道部分,用以导引有压流体管路的水流使立管内下流水流通过部件后能稳定地沿着立管内壁形成左旋水膜运动状态,使立管内的空气和向下流的水的边界处于有序状态,气水的分界面是一个等静压面。(2)该方案还包括有与立管的膜流状态形成部分相通的、用以维持稳定膜流状态的气体补偿装置。采用这个结构方案,强化了立管形成膜流条件,使立管内气芯动态有条件封闭,避免气体混入立管出口以后的工作水流,也有利于防止空气的其它有害影响,为基本消除管内水流所涉系统的氧腐蚀问题和供暖系统的气塞问题提供可能,并确保安全运行。本结构简单耐用,可与系统同寿命。
宜将高层建筑的六~十层(按低区系统的供回水压力可以满足系统直接连接的最高层数确定具体层数)及以下直接划为低区,七层及能上能下可以按散热器的承压能力和系统的热力及不力计算的要求划分高区系统。
这样就可以在高导建筑高区供暖系统需要时采用水泵加压供给高区供暖系统经过高区供暖系统散热后,在总回水产管上安装(减压循环装置)消除加压泵增加的静水压力后再接入低区的回水管网上,从而使高区、低区的压力完全互不影响,实现低区系统和高区系统合用一套室外管网和热源。就可以实现高低区供暖系统的直接连接。
3.带减压循环装置的立管布置要求和工作过程
立管下流水减压循环装置属非标管路流体技术装置,按高区系统的流量优化参数。一套装置由四个部件组成。静压切断装置(部件1)安装于立管顶端下部:气水循环装置(部件2)安装于低区动水压线以下2~25米之间(一般在4~7层):气水分离装置(部件3)安装于低区动水压线以下1~5米之间(一般在9~12层):压力限定装置(部件4)安装于低区最大允许工作压力限值(一般为40米左右高)位置上;及相应的循环管路控制了立管内动水压力线以上的水流为膜流状态,变有压水流为受控无压水流。
减压循环装置的工作过程是:工人时,供暖系统高区回水在进入立管下流水静压切断装置部件1后,在策略和导游装置引发的离心惯性力作用下,即可形成左旋水膜流态,沿下流过程旋转渐减弱至稳定,直至不压线高度处,变为满管流态。处于水膜流态的立管中便形成位于轴线的空气(柱)芯。下流到气水循环装置部件2内的工作水流,由于断面突然扩大,流速骤减,使得深含携带于工作水流中的空气随即得以浮升到气水循环装置部件2上部的环流状空间。在立管满流段即筒内水压力和气水循环管的综合作用下,该空间气体由集气管与集气管中的水一起上升到气水分离装置部分3内进行气水分离,分离出的水沿不循环管复回到气水循环装置部件2下部,形成了水的循环回路;在分离装置部分3中分离出来的气体经气循环管与静压切断装置1与立管中心气芯联能,形成了工作水流中所含气体的气循环回路。这便是本减压装置配入系统后的一般工作情况。
若系统内偶然的压力变化,超过U型水封管4的不封工作压力,其出口可排水卸压或吸入空气,否则水封管将保持封闭状态。由于立管两端均与系统相联,使立管中的气体在U型水封密闭埋处于封闭状态,其中仅有部分溶含携带于水流中的气体参与自气水循环装置、气水分离器,再复回立管的气水循环装置之中。在此循环中,原溶解携带于系统工作水流中的气体也会被收集封闭于立管气芯之中,成为立管中气芯的一人动态组成部分。只要系统持续工作,这种立管内气芯的封闭状态就会被维持。显然,因系统工作水流携带气体导致的气塞现象困扰正常供暖工作的情况将会因此而消除。同时,由于气体长期被封闭,其氧气必然会被耗尽,立管中气芯便会呈现惰性组分状态,这将为配装本例立管的系统创造无氧蚀工作状况提供条件。
4.减压循环装置优点和技术参数
配置本专利技术装置的优点:
(1)直接使用低区(冷)热源热媒,充分利用热媒参数,不须设费用较高的高区换热器。通常造价可降低十多万元。
(2)不需为高区单独设置热源,使用动力源系统简化,使高压区和低压区可以共享热力储备,降低可观投资,提高了运行可靠性。
(3)系统与大气实现了有条件封闭,确保无气体混入工作水流,本装置不会带来系统的"气塞"及"氧腐蚀"问题,减小了维护工作量。
(4)比"双水箱"系统节省了建筑面积和水箱,也没有了水箱的维护工作量。高区总回水立管管戏至少也小一号,通水能力得到合理利用。
(5)高区系统的总回水立管最高点为高区的定压点。通常高区可用普通铸铁散热器,高区循环泵运行时对原有低区系统压力无影响,原有低区管网的老旧设施均可使用。
5.高区增压泵的选型
高区增压泵的选型适宜,全为系统节能经济运行创造条件,应注意要用热水型水泵,并且按下述方法选下扬程和流量参数。
高区增压泵的扬程:Hb=Hj+Hw+V.2/2g-Hg
式中:Hb―高压增压泵的扬程。
Hj―泵与部件(系统)的最高点的标高差(M)。
Hw―高区供暖管道系统的阻力(M)一般为2米左右。
V.2/2g―进入部件1时的动压头(M)。
Hg―热网供水在增压泵进口处的压力水头(M)。
高区产压泵的流量:V=kl0.86Q/ρ(t1-t2) (M3/H)
式中:K―附加系数,可取1.1~1.2。
Q―高区供暖系统热负荷(W)。
t1―供水温度℃。
t2―回水温度℃。
ρ―供水密度kg/m3(通常取965Kg/M3)。
加压水泵的控制宜采用变频设备,以达到节能目的。在低区采膨胀水箱定压时,其动水压线较稳定,在参数匹配时可采用工频调和,效果也很好。
另外,如采用一台(组)水泵带多个高区系统时,可在每人高区系统的回水或供水干管上安装自力式流量控制阀5,如附图所示,效果也很可靠,且也可采有工频设备。