某電站混凝土制冷系統(tǒng)優(yōu)化及選型設(shè)計

賀曉燕

陜西省合陽縣水利工作隊

摘要：某水電站砂砼系統(tǒng)根據(jù)工程要求，預(yù)冷砼月生產(chǎn)強度要求3.7萬m3，出機(jī)口溫度要求≤13.7度。經(jīng)過多次方案設(shè)計和優(yōu)化后，最終確定將“一次風(fēng)冷+冷水+冰”制冷方案改為“骨料兩次風(fēng)冷+冷水”方案，該方案優(yōu)點是制冷投入設(shè)備相對較少，現(xiàn)場改造施工操作性較高。

關(guān)鍵詞：混凝土；制冷系統(tǒng)；優(yōu)化；選型；設(shè)計；計算

一、計算資料收集

1、當(dāng)?shù)貧鉁亍⑺疁貤l件

該工程所在地根據(jù)氣象部門提供多年月平均最高氣溫出現(xiàn)在7月份，為26.6℃；多年月平均最高水溫26.2℃。

2、基本參數(shù)

砼原材料溫度及比熱見表1。

表1 砼原材料溫度及比熱表

項目 水泥 粉煤灰 砂 骨料 水

自然溫度℃ 45 45 27 27 27

比熱Kcal/kg℃ 0.19 0.19 0.22 0.22 1

二、混凝土系統(tǒng)制冷車間的設(shè)計依據(jù)

1、預(yù)冷混凝土生產(chǎn)強度確定

Qh=KhQm/（m×n）=1.5×37000/（25×20）=111m3/h

2、大壩混凝土參考配合比見表2。

表2 大壩混凝土參考配合比

標(biāo)號 水灰比 每立方米混凝土各種原材料用量（kg）

水 水泥 粉煤灰 砂 特大石 大石 中石 小石

C20F50W6 0.48 106 172 43 635 0 577 361 505

3、夏季 13.5℃混凝土出機(jī)口溫度計算見表3。

表3 夏季 13.5℃混凝土出機(jī)口溫度計算表

序號 項目名稱 比熱

Kcal/kg·℃ 重量

（kg） 比熱×重量kcal/℃ 平均溫度

℃ 熱量

kcal/h

1 砂 0.22 635 139.7 27 3771.9

2 特大石

3 大石 0.22 577 126.94 2 253.88

4 中石 0.22 361 79.42 2 158.84

5 小石 0.22 505 111.1 2 222.2

6 水泥 0.19 172 32.68 45 1407.60

7 粉煤灰 0.19 43 8.17 45 367.65

8 冷水 1 106 106 3 318.00

9 機(jī)械熱 1500.00

10 小計 604.01 8060.07

備注：溫度To=13.35℃。

三、混凝土預(yù)冷系統(tǒng)冷量計算

該工程所在地月平均最高氣溫在27℃左右，要求在該月份施工混凝土出機(jī)口溫度≤13.5℃，經(jīng)過進(jìn)行冷量平衡計算后，采取骨料進(jìn)行兩次風(fēng)冷和加冷水拌和的冷卻措施保證達(dá)到出機(jī)口溫度。

1、一次風(fēng)冷，風(fēng)冷時間至少保證2小時，風(fēng)冷后粗骨料的溫度控制在6～8℃。一次風(fēng)冷骨料需要冷量：

Qg1=K×△t×q砼×Qh/3600

=1.3×（27-7）×2300×111/3600

=1843.83kw

式中：K——冷量富余系數(shù)，1.2～1.6；

△t——粗骨料降幅溫度，20℃；

q砼——混凝土熱容量，2255～2400KJ/m3

Qh——預(yù)冷混凝土的澆筑小時強度。

2、對粗骨料在拌和樓料倉進(jìn)行二次風(fēng)冷，風(fēng)冷時間至少保證1.5小時，風(fēng)冷后粗骨料的溫度控制在2℃。二次風(fēng)冷需要冷量：

Qg2=K×△t×q砼×Qh/3600

=1.3×（9-2）×2300×111/3600

=645.3kw

式中：Qh——預(yù)冷混凝土的澆筑小時強度。

3、制冷水需要冷量計算：

3℃冷水的每天用量計算

Gw=111×106×20=235320kg/d

制3℃冷水的制冷量計算

Qw=235320/（3600×20）×4.187×（27-3）×1.2

=394.11kw

4、本系統(tǒng)總的制冷容量2885kw，其中一次風(fēng)冷容量1844kw，二次風(fēng)冷容量646kw，制冷水容量395kw。（總制冷容量250萬kcal/h）

四、混凝土系統(tǒng)制冷設(shè)備選型

1、制冷水機(jī)械的選型

制冷水量主要是混凝土拌和摻加冷水，制冷量為395kw，選取一臺JZ2LG20螺桿氨壓縮機(jī)和一臺LZL-120型立式螺旋管蒸發(fā)器。

2、風(fēng)冷設(shè)備配置

（1）制冷設(shè)備氨壓縮機(jī)組的配置

一次風(fēng)冷粗骨料所需冷量為1844kw，選取兩臺JZ2LG20（K）螺桿氨壓縮機(jī)負(fù)責(zé)粗骨料的制冷，標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量為1319.3kw×2，電動機(jī)功率為250kw×2。

二次風(fēng)冷粗骨料所需冷量為646kw，選取一臺JZ2LG20螺桿氨壓縮機(jī)負(fù)責(zé)粗骨料的制冷，標(biāo)準(zhǔn)工況制冷量為628.2kw，電動機(jī)功率為220kw。

（2）螺桿壓縮機(jī)組輔機(jī)配置

風(fēng)冷機(jī)組冷凝器的選擇

根據(jù)傳熱面積553.2㎡選取型冷凝器一臺。

（3）冷風(fēng)機(jī)的選型

① 一次風(fēng)冷制冷量折算空氣冷卻器冷卻面積

其中：Q風(fēng)=風(fēng)冷制冷量，w

K—空氣冷卻器的傳熱系數(shù)跟冷卻器有關(guān)，普通為13～15，18～20，高效為28～30，

t—氨的蒸發(fā)溫度與冷風(fēng)溫度差12～14。

制冷量、冷卻面積按大石：中石：小石=1：1：0.7進(jìn)行分配，則大石G2需空氣冷卻器冷卻面積2440 m2，制冷量680kw；

中石G3需空氣冷卻器冷卻面積2440 m2，制冷量680kw；

小石G4需空氣冷卻器冷卻面積1708m2，制冷量480kw；

選取GKL2400型高效冷風(fēng)機(jī)兩臺，GKL1800型高效冷風(fēng)機(jī)一臺。

②二次風(fēng)冷制冷量折算空氣冷卻器冷卻面積

制冷量、冷卻面積按大石：中石：小石=1：1：0.7進(jìn)行分配，則大石G2需空氣冷卻器冷卻面積950 m2，制冷量240kw；

中石G3需空氣冷卻器冷卻面積950m2，制冷量240kw；

小石G4需空氣冷卻器冷卻面積665m2，制冷量165kw；

選取GKL1000型高效冷風(fēng)機(jī)三臺，GKL800型高效冷風(fēng)機(jī)一臺。

五、實施過程中并對現(xiàn)場采取以下措施：

⑴ 要求對沙堆進(jìn)行遮陽、遮雨措施；

⑵ 成品料堆盡量堆高（高度大于7m）；

⑶ 對上骨料罐、上拌和樓（拌和站）上料皮帶進(jìn)行遮陽；

⑷ 砼拌和用水采用冷水，盡量降低砼出機(jī)口溫度；

⑸ 對砼生產(chǎn)計劃適當(dāng)調(diào)整，降低高溫月份澆筑強度，同時加大常溫月份生產(chǎn)強度；

⑹ 并建議在混凝土澆筑倉面上采取一定的溫控措施保證砼質(zhì)量。

本工程混凝土系統(tǒng)經(jīng)過改造后完全滿足現(xiàn)場設(shè)計出機(jī)口溫度要求，施工過程采取了有效措施后，降低了用電消耗，節(jié)約了成本投資。