水利水電工程中混凝土拌和及制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

賈文光 孫秀麗

（中國水利水電第十一工程局有限公司 河南鄭州 450001）

1 混凝土拌合系統(tǒng)介紹

混凝土攪拌系統(tǒng)是由攪拌主機(jī)、物料稱量系統(tǒng)、物料輸送系統(tǒng)、物料貯存系統(tǒng)、控制系統(tǒng)五大組成系統(tǒng)和其他附屬設(shè)施組成的建筑材料制造設(shè)備，其工作的主要原理是以水泥為膠結(jié)材料，將砂石、石灰、煤渣等原料進(jìn)行混合攪拌，最后制作成混凝土，作為建筑材料投入工程建設(shè)。

本項(xiàng)目混凝土系統(tǒng)布置于大壩下游1.0km處，系統(tǒng)計(jì)常溫混凝土生產(chǎn)能力600m3/h，預(yù)冷混凝土生產(chǎn)能力440m3/h，設(shè)置2座HL360-2S6000L型強(qiáng)制式攪拌樓，三班制生產(chǎn)。

制冷裝機(jī)容量11340kW（950×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況），其中：一次風(fēng)冷5234kW（450×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況）；二次風(fēng)冷 3489kW（300×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況）；片冰生產(chǎn)2326kW（200×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況）。制冷水500kW。片冰生產(chǎn)能力：180t/d。

系統(tǒng)設(shè)置供配電、供排水及廢水處理系統(tǒng)，設(shè)置外加劑車間、配電室、空壓機(jī)房、地磅、綜合辦公樓等輔助設(shè)施。

2 混凝土拌和系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)依據(jù)

系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案依據(jù)混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度及攪拌樓配置而擬定，使其滿足混凝土質(zhì)量和混凝土澆筑高峰期生產(chǎn)能力的要求。設(shè)計(jì)成果滿足國家的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程、規(guī)范等要求。

2.2 設(shè)計(jì)原則

為確保工程施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，混凝土系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)遵循生產(chǎn)工藝先進(jìn)可靠、質(zhì)量符合規(guī)范要求、混凝土生產(chǎn)能力滿足工程需要及并滿足環(huán)保和安全生產(chǎn)要求的原則。

2.3 系統(tǒng)的規(guī)模

根據(jù)項(xiàng)目施工進(jìn)度安排，常溫碾壓混凝土小時(shí)強(qiáng)度按2×300m3進(jìn)行設(shè)計(jì)。溫控月份，預(yù)冷混凝土小時(shí)強(qiáng)度按2×220m3進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.4 工藝流程設(shè)計(jì)

（1）總體工藝方案

骨料采用汽車運(yùn)輸至受料倉，通過皮帶機(jī)運(yùn)輸至3個(gè)粗骨料豎井、2個(gè)細(xì)骨料豎井，再運(yùn)輸至二次篩分車間，經(jīng)篩分后進(jìn)入一次風(fēng)冷料倉，風(fēng)冷后的粗骨料經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸至攪拌樓，細(xì)骨料直接運(yùn)輸至攪拌樓料倉。10個(gè)膠凝材料罐布置在1224.00m高程平臺(tái)，2座二次篩分車間布置在1247.30m、1252.80m高程開挖邊坡的平臺(tái)上。2座攪拌樓并排布置在1224.50m高程平臺(tái)，二冷樓緊鄰2座攪拌樓下游側(cè)布置，2座一次風(fēng)冷料倉在1224.00m高程平臺(tái)下游沿長度方向靠坡腳線“一”字排開布置。一冷車間緊鄰一次風(fēng)冷料倉下游布置，空壓機(jī)站布置在膠凝材料罐背后靠山體側(cè)，外加劑車間利用二冷樓底層中間空余部位布置，試驗(yàn)、辦公布置在系統(tǒng)下游場地。

（2）工藝設(shè)備的選擇

本項(xiàng)目場地狹窄，混凝土生產(chǎn)量大，攪拌設(shè)備應(yīng)優(yōu)先選擇大容量的攪拌樓。按工程要求，配置2座2×6m3強(qiáng)制式攪拌樓。

骨料采用大型豎井料倉儲(chǔ)存。骨料采用汽車運(yùn)輸，設(shè)4個(gè)骨料受料倉，通過膠帶機(jī)將骨料轉(zhuǎn)運(yùn)到骨料豎井。

為保證骨料質(zhì)量，控制超遜徑含量及粉塵含量，提高預(yù)冷效果，設(shè)置沖洗及二次篩分設(shè)施。

水泥及粉煤灰均按散裝考慮，設(shè)10座直徑為φ10m，貯量2000t的膠凝材料罐。

考慮集中供風(fēng)，設(shè)固定空壓機(jī)站。外加劑泵選用耐酸立式屏蔽流程泵。

2.5 系統(tǒng)布置設(shè)計(jì)

（1）混凝土粗、細(xì)骨料運(yùn)輸及貯存

成品骨料通過汽車運(yùn)輸至受料倉，再用膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)到5個(gè)粗、細(xì)骨料豎井，通過豎井底部的膠帶機(jī)運(yùn)輸至二次篩分車間，經(jīng)檢查篩分后再進(jìn)入一次風(fēng)冷料倉，風(fēng)冷后的骨料運(yùn)至攪拌樓料倉。細(xì)骨料直接運(yùn)輸至攪拌樓料倉。

（2）二次篩分及一次風(fēng)冷料倉

布置兩座二次篩分車間每座篩分樓分二層，二階式“品”字形布置。第一階為沖洗脫水篩，布置1臺(tái)雙層圓振動(dòng)篩，將粗骨料分成80～20mm、20～5mm兩種級(jí)配，分別進(jìn)入第二階并排布置的1臺(tái)雙層圓振動(dòng)篩及1臺(tái)ZKR2460單層直線振動(dòng)篩進(jìn)行二次脫水，將骨料再次分成80～40mm、40～20mm、20～5mm 三種級(jí)配。

系統(tǒng)共設(shè)6個(gè)一次風(fēng)冷料倉，兼作調(diào)節(jié)料倉。預(yù)冷骨料由膠帶機(jī)運(yùn)輸，各級(jí)骨料按序輪換向攪拌樓料倉供料，調(diào)節(jié)料倉與膠帶機(jī)棧橋均設(shè)有保溫設(shè)施。

（3）水泥、粉煤灰

系統(tǒng)設(shè)10座膠凝材料罐。其中水泥罐4座，總貯量8000t；粉煤灰罐6 座，總貯量 9000t。

（4）空壓機(jī)站

空壓機(jī)站總供風(fēng)量200m3/min，配置4臺(tái)螺桿式空壓機(jī)，車間分兩層布置，一層布置主機(jī)及循環(huán)水泵，二層布置輔機(jī)。

（5）外加劑

外加劑車間由攪拌池、反應(yīng)池、試驗(yàn)室、外加劑庫組成。一層布置外加劑池及少部分粉劑，池頂堆放大部分粉劑，緊鄰?fù)饧觿┸囬g的配電室二層為外加劑試驗(yàn)室。

2.6 電氣設(shè)計(jì)

混凝土系統(tǒng)用電設(shè)備的總裝機(jī)容量為10830kW。其中低壓設(shè)備安裝容量為5780kW，10kV高壓設(shè)備占5050kV。計(jì)算最大用電負(fù)荷為6612.4kW。

根據(jù)本系統(tǒng)負(fù)荷容量大小、分布狀況，本系統(tǒng)共設(shè)10kV配電室3座，電源從大壩變10kV母線通過架空線引到各施工配電室。

為防止雷電波侵襲電氣設(shè)備，造成設(shè)備的絕緣損壞，設(shè)置Y5WZ-12.7型避雷器，接地線引到配電所接地網(wǎng)。

2.7 計(jì)算機(jī)管理及監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)對(duì)現(xiàn)場生產(chǎn)及管理實(shí)行全過程自動(dòng)化，監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由三大部分組成，第一部分為設(shè)在各生產(chǎn)現(xiàn)場的就地控制單元LCU（智能可編程控制器）和集中器組成；第二部分由通訊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，負(fù)責(zé)完成現(xiàn)場LCU與中央控制中心通信；第三部分由設(shè)在2#配電室中央控制中心組成，控制中心計(jì)算機(jī)通過通訊網(wǎng)（以太網(wǎng)或現(xiàn)場總線）與各就地控制單元相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場各個(gè)生產(chǎn)設(shè)備控制和監(jiān)視。

2.8 供排水及廢水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)生產(chǎn)用水主要為混凝土拌和、攪拌樓沖洗、粗骨料二次篩分、外加劑拌制、空壓機(jī)站、一冷車間及二冷車間循環(huán)水的補(bǔ)充用水、骨料一次風(fēng)冷、二次風(fēng)冷空氣冷卻器沖霜用水、混凝土試件養(yǎng)護(hù)、生活用水等。空氣冷卻器沖霜在交接班時(shí)進(jìn)行，與生產(chǎn)時(shí)段不重疊。系統(tǒng)供水以二次篩分沖洗、混凝土拌和為主，確定供水量為420m3/h。

廢水處理主要為骨料二次篩分沖洗，攪拌樓沖洗，空氣冷卻器沖霜等處理水量為630m3/h；水處理規(guī)模按700m3/h確定。

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)廢水處理廠主要由預(yù)沉池、加藥裝置、高效快速澄清器、污水池、清水池、泵房、壓濾機(jī)等組成。

2.9 生產(chǎn)輔助設(shè)施設(shè)計(jì)

為確保混凝土系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行擬設(shè)置輔助設(shè)施：辦公生活設(shè)施、試驗(yàn)中心、配件、檢修和物資材料倉庫、值班室、場內(nèi)道路、配電室、膠凝材料輸送微機(jī)控制室。

3 混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 概述

根據(jù)施工進(jìn)度安排，兩座HL360-2S6000L強(qiáng)制式攪拌樓需全部配置預(yù)冷設(shè)施，高溫季節(jié)出機(jī)口溫度要求常態(tài)混凝土≤11℃，碾壓混凝土≤12℃。每座樓預(yù)冷碾壓混凝土按220m3/h計(jì)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)制冷量（標(biāo)準(zhǔn)工況）11340kW。

3.2 設(shè)計(jì)條件

（1）氣溫、水溫、相對(duì)濕度

表1 不同月份下的氣溫、水溫、相對(duì)濕度（單位：℃、%）

（2）水泥、粉煤灰溫度（參考當(dāng)月氣溫）

表2 不同月份下的水泥溫度、粉煤灰溫度（單位：℃）

（3）混凝土級(jí)配及原材料物理熱學(xué)性質(zhì)

表3 混凝土級(jí)配及原材料物理熱學(xué)性質(zhì)

（4）其它相關(guān)參數(shù)

①夏季室外計(jì)算氣溫：23℃；

②片冰潛熱利用率：90%；

③混凝土拌和機(jī)械熱：2717kJ/m3；

④粗骨料溫度：23℃；

⑤細(xì)骨料溫度：23℃。

（5）混凝土自然拌和出機(jī)口溫度：

依據(jù)以上條件，計(jì)算混凝土自然拌和出機(jī)口溫度，詳見表4。

表4 不同月份下的混凝土自然拌和出機(jī)口溫度

3.3 設(shè)計(jì)原則

為確保工程施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案應(yīng)遵循生產(chǎn)工藝技術(shù)先進(jìn)，操作運(yùn)行可靠，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)良，出機(jī)口溫度滿足技術(shù)要求，預(yù)冷混凝土生產(chǎn)能力滿足工程需要的原則。

3.4 混凝土溫控措施

當(dāng)日平均氣溫高于允許澆筑溫度時(shí)，應(yīng)采取措施控制混凝土溫度：

（1）降低混凝土澆筑溫度，可采用加冷水和片冰拌和混凝土、二次風(fēng)冷預(yù)冷骨料、運(yùn)輸采用隔熱遮陽措施，縮短混凝土暴曬時(shí)間、噴水霧等措施降低倉面的氣溫。

（2）降低混凝土的水化熱溫升，可選用水化熱低的中熱水泥。

3.5 混凝土預(yù)冷系統(tǒng)的規(guī)模

根據(jù)施工進(jìn)度安排，預(yù)冷混凝土的最大月澆筑強(qiáng)度15.55萬m3。

預(yù)冷混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力：預(yù)冷碾壓混凝土2×220m3/h，出機(jī)口溫度12℃。

制冷裝機(jī)容量11340kW（950×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況），其中：一次風(fēng)冷5234kW（450×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況）；二次風(fēng)冷 3489kW（300×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況）；片冰生產(chǎn)2326kW（200×104kcal/h，標(biāo)準(zhǔn)工況）。制冷水500kW（標(biāo)準(zhǔn)工況 43×104kcal/h）。

片冰生產(chǎn)能力：180t/d。

冷水生產(chǎn)能力：設(shè)計(jì)工況蒸發(fā)溫度t0=-3℃，冷凝溫度tk=35℃，進(jìn)水溫度18.4℃，出水溫度3～4℃時(shí)，產(chǎn)水量48m3/h?？紤]溫度回升，拌和混凝土用4℃低溫水。

3.6 工藝方案與設(shè)備配備方案的選擇

制冷工藝設(shè)計(jì)：

施工現(xiàn)場極端最高氣溫39.4℃，極端最低氣溫0.5℃，7月份多年平均氣溫23℃、平均水溫18.4℃?；炷令A(yù)冷系統(tǒng)以高溫季節(jié)生產(chǎn)出機(jī)口溫度11℃碾壓混凝土為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）預(yù)冷措施

采取加冰及低溫水拌和，二次風(fēng)冷粗骨料的預(yù)冷設(shè)計(jì)方案。

①加冰及低溫水拌和：碾壓混凝土加片冰及4℃低溫水拌和，每m3混凝土加冰量為15kg；

②在沖洗篩分后的一次風(fēng)冷料倉內(nèi)對(duì)三級(jí)骨料進(jìn)行一次風(fēng)冷，使大石、中石冷卻到7℃，小石冷卻到10℃；

③在攪拌樓料倉內(nèi)繼續(xù)對(duì)三級(jí)骨料進(jìn)行二次風(fēng)冷，使大石、中石、小石分別冷卻到-1、0、4℃；

④粗骨料豎井上設(shè)雨棚（兼遮陽棚），貯存時(shí)間應(yīng)滿足工程要求，地下洞出料，溫度不高于月平均氣溫；

⑤夏季混凝土澆筑后通冷水，進(jìn)行大壩一期通水冷卻。

在過渡季節(jié)，根據(jù)外界氣溫及混凝土出機(jī)口溫度要求，可選擇采用風(fēng)冷、加冰、冷水拌和混凝土其中一種或幾種組合措施。優(yōu)先順序：冷水，加冰，攪拌樓風(fēng)冷，一次料倉風(fēng)冷。

（2）預(yù)冷工藝

一次風(fēng)冷系統(tǒng)由一冷車間、空氣冷卻器、風(fēng)冷料倉、冷風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)組成，分三層布置。一層布置4臺(tái)LG25Ⅲ型、1臺(tái)LG20Ⅲ型螺桿制冷壓縮機(jī)、控制室，二層布置5臺(tái)ZA5.0型高壓貯氨器、3臺(tái)DFW300-315/4/90型立式離心泵、8臺(tái)CNF-40-200型氨泵，三層布置4臺(tái)DX10.0型臥式低壓循環(huán)貯氨器、5臺(tái)WN450型臥式冷凝器，屋頂布置3臺(tái)DBNL3-800型冷卻塔。

二次風(fēng)冷由2座攪拌樓的粗骨料倉、空氣冷卻器、離心鼓風(fēng)機(jī)及相應(yīng)的制冷設(shè)施等組成。二次風(fēng)冷也需對(duì)三種粗骨料進(jìn)行冷卻，并在攪拌樓料倉中進(jìn)行。

制冰及制冷水冷源采用螺桿冷水機(jī)組，提供4℃冷凍水，水經(jīng)加壓送至攪拌樓上的水箱和片冰機(jī)水箱，分別用于拌和混凝土和生產(chǎn)片冰。

（3）預(yù)冷混凝土

混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)備配置按三級(jí)配設(shè)計(jì)，生產(chǎn)三級(jí)配12℃預(yù)冷碾壓混凝土?xí)r，按空氣冷卻器滿出力計(jì)，預(yù)冷混凝土生產(chǎn)能力為2×220m3/h，使用冷源（標(biāo)準(zhǔn)工況）一次風(fēng)冷制冷容量為5234kW，二次風(fēng)冷制冷容量為3489kW，片冰生產(chǎn)制冷容量為2326kW，冷水生產(chǎn)制冷容量為500kW。

3.7 保溫工程

系統(tǒng)設(shè)備、氨管道、通風(fēng)管道保溫采用阻燃橡塑海綿保溫材料，一次風(fēng)冷料倉采用10cm厚夾芯聚苯乙烯保溫板（單側(cè)彩鋼板），頂層上鋪4mm厚鋼板。膠帶機(jī)棧橋采用10cm厚夾芯聚苯乙烯保溫板。

保溫隔熱層必須按照有關(guān)制冷規(guī)范要求和防火安全要求施工，保溫材料耐燃性能和防潮性能應(yīng)滿足要求。

3.8 混凝土預(yù)冷系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量控制

（1）混凝土預(yù)冷系統(tǒng)全部投入運(yùn)行，也可根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要采用片冰+冷水、片冰+冷水+二次風(fēng)冷、片冰+冷水+二次風(fēng)冷+一次風(fēng)冷任意一種組合。

（2）風(fēng)冷料倉、攪拌樓料倉進(jìn)料應(yīng)連續(xù)均勻，確保骨料預(yù)冷效果。

（3）空氣冷卻器應(yīng)定期沖霜，確保降溫效果。

3.9 消防與氨泄漏措施

制冷車間消防按建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范設(shè)置消防，消防水量5～10L/s，消防水壓按臨時(shí)高壓制供給，消防水源由室外消防水系統(tǒng)提供。

在每個(gè)制冷車間內(nèi)安裝兩臺(tái)緊急泄氨器，一旦發(fā)生嚴(yán)重氨泄漏可及時(shí)對(duì)制冷系統(tǒng)進(jìn)行放空處理。并安裝氨氣報(bào)警器，實(shí)時(shí)監(jiān)測氨氣濃度，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)通風(fēng)。

制冷車間內(nèi)配備足夠的防毒面具、氧氣呼吸器以及消防器具，保證出現(xiàn)氨泄漏事故的情況下，能夠及時(shí)的進(jìn)入現(xiàn)場進(jìn)行搶修處理。

在制冷系統(tǒng)運(yùn)行、檢修過程中加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備、閥件、管路的檢查和維護(hù)，確保系統(tǒng)的正常。在任何情況下制冷車間內(nèi)都要保證有人值班。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了水電工程項(xiàng)目中預(yù)冷混凝土拌合站的設(shè)計(jì)和設(shè)備配置等思路，希望能為相關(guān)企業(yè)或單位提供有價(jià)值的參考，保證混凝土的生產(chǎn)質(zhì)量，從而為建筑工程的整體質(zhì)量打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。