烏弄龍水電站大壩混凝土拌合系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)與布置優(yōu)化

袁強(qiáng)強(qiáng)

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 工程簡況

烏弄龍水電站大壩混凝土拌合系統(tǒng)位于烏弄龍村棄渣場平整場地，距下游倮打塘砂石加工系統(tǒng)約7.5km，包括設(shè)備采購和安裝以及附屬土建工程?；炷涟韬舷到y(tǒng)生產(chǎn)混凝土總量約116萬m3，高峰月澆筑強(qiáng)度為7.25萬m3，預(yù)冷混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為218m3/h。制冷系統(tǒng)容量為600萬kcal/h，其中預(yù)冷常態(tài)混凝土出機(jī)口溫度12℃設(shè)計(jì)，預(yù)冷碾壓混凝土出機(jī)口溫度13℃設(shè)計(jì)[1]。

2 系統(tǒng)工藝布置

2.1 系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)說明

拌合系統(tǒng)布置在1830平臺(tái)、1837平臺(tái)和1857平臺(tái)，主要由拌合樓、混凝土骨料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、壓縮空氣系統(tǒng)、外加劑儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、二次篩分車間、供排水及廢水處理系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等子系統(tǒng)組成。工藝流程如下：

混凝土骨料從倮打塘砂石加工系統(tǒng)裝車稱量后，經(jīng)自卸汽車運(yùn)輸至拌合系統(tǒng)的成品骨料受料倉，然后經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸至混凝土骨料罐堆存，料罐分別設(shè)置碾壓砂倉、常態(tài)砂倉、中石倉、小石倉、大石倉。系統(tǒng)生產(chǎn)時(shí)，細(xì)骨料由膠帶機(jī)直接運(yùn)輸至拌合樓儲(chǔ)存和使用；混凝土粗骨料通過骨料罐下部的廊道，經(jīng)給料機(jī)給料至膠帶機(jī)，然后運(yùn)輸至二次篩分車間進(jìn)行沖洗、分級(jí)、脫水，重新分級(jí)后的各級(jí)配粗骨料經(jīng)膠帶機(jī)運(yùn)輸至制冷系統(tǒng)的一次風(fēng)冷料倉，在其中經(jīng)過一段時(shí)間的冷風(fēng)降溫后，膠帶機(jī)運(yùn)輸至拌合樓頂部的骨料倉分別堆存使用，同時(shí)拌合樓上的冷風(fēng)機(jī)對粗骨料再次風(fēng)冷。一次風(fēng)冷料倉及拌合樓上二次風(fēng)冷由制冷車間提供冷源。制冷車間同時(shí)為拌合樓生產(chǎn)提供3℃拌合冷水。

外加劑儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)主要由外加劑車間及相應(yīng)管路構(gòu)成，可同時(shí)備制儲(chǔ)存和輸送3種外加劑至拌合樓以供生產(chǎn)混凝土使用。

膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由3個(gè)1500t水泥罐、3個(gè)1000t摻合料罐及相關(guān)風(fēng)、灰管路構(gòu)成，負(fù)責(zé)膠凝材料的卸車、儲(chǔ)存和輸送上樓使用。使用的高壓空氣由壓縮空氣系統(tǒng)提供。拌合系統(tǒng)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水處理后全部回用。

(1)拌合樓：采用兩座HL320-2S4500L強(qiáng)制式拌合樓，單臺(tái)銘牌產(chǎn)量為320m3/h，預(yù)冷混凝土約為240m3/h。

(2)混凝土骨料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)：骨料運(yùn)輸采用自卸車公路運(yùn)輸；骨料進(jìn)料設(shè)置受料坑3個(gè)；骨料儲(chǔ)存采用3個(gè)直徑φ16m、高20m的粗骨料罐，2個(gè)直徑φ16m、高20m的細(xì)骨料罐，每個(gè)罐的容積約4000m3，骨料罐采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；一次風(fēng)冷料倉含6個(gè)倉，分別儲(chǔ)存大石、中石和小石，單個(gè)料倉斷面為4m×6m，冷卻區(qū)高度為4m，冷卻層儲(chǔ)量約為140m3，冷卻層總儲(chǔ)量約為840m3；骨料上樓均采用膠帶機(jī)運(yùn)輸，膠帶機(jī)22條，長1223m。

(3)膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)：混凝土生產(chǎn)所需水泥、摻合料(粉煤灰)儲(chǔ)量應(yīng)保證混凝土連續(xù)澆筑所需用量，系統(tǒng)布置3座1500t水泥罐和3座1000t摻合料(煤灰)罐，滿足10d的儲(chǔ)量要求。水泥煤灰罐采用利浦筒倉的結(jié)構(gòu)形式，采用鋼結(jié)構(gòu)的柱子支撐，罐體為鋁卷板結(jié)構(gòu)。

(4)制冷系統(tǒng)：制冷系統(tǒng)配置裝機(jī)容量600×104kcal/h(標(biāo)準(zhǔn)工況)。其中，一次風(fēng)冷350×104kcal/h(標(biāo)準(zhǔn)工況)；二次風(fēng)冷200×104kcal/h(標(biāo)準(zhǔn)工況)；制冷水50×104kcal/h(標(biāo)準(zhǔn)工況)[2]。冷水生產(chǎn)能力40m3/h，提供5℃～2℃低溫水。設(shè)置一次風(fēng)冷車間和二次風(fēng)冷車間，建筑面積分別為22m×14m和20m×14m。根據(jù)混凝土的降溫曲線，混凝土預(yù)冷措施采取“骨料地面一次風(fēng)冷+攪拌樓料倉二次風(fēng)冷+低溫拌合水”的工藝，滿足預(yù)冷常態(tài)混凝土出機(jī)口溫度12℃、預(yù)冷碾壓混凝土出機(jī)口溫度13℃設(shè)計(jì)要求。

(5)二次篩分沖洗系統(tǒng)及配套廢水處理系統(tǒng)：二次篩分設(shè)備布置于骨料罐與一次風(fēng)冷車間之間，對骨料進(jìn)行遜徑處理，骨料經(jīng)裝車、運(yùn)輸、卸料儲(chǔ)存后，使用時(shí)不存在破碎、裹粉的現(xiàn)象；利用二次篩分進(jìn)行再次分級(jí)、脫水、去粉，保證進(jìn)入一次風(fēng)冷料倉的骨料級(jí)配合格、干凈清潔。配置2座3YKR3060圓振動(dòng)篩和篩子底部設(shè)置2臺(tái)FC-15的洗砂機(jī)。

按骨料二次篩分沖洗用水量，計(jì)入損耗系數(shù)，確定廢水處理規(guī)模為160m3/h，骨料沖洗脫水后帶走的水量約650×1.5%=10t/h，產(chǎn)生的廢水約150t/h，采用“機(jī)械處理+輻流沉淀池+壓濾”的廢水處理工藝進(jìn)行處理?；炷凉橇戏旨?jí)、沖洗產(chǎn)生的廢水，首先進(jìn)入篩子下方的螺旋分級(jí)機(jī)，將其中的粗顆?；厥眨ㄟ^膠帶機(jī)運(yùn)輸至鋼結(jié)構(gòu)棄渣倉堆存，并定時(shí)采用自卸汽車裝運(yùn)至渣場。螺旋分級(jí)機(jī)中的廢水加藥后自流至輻流沉淀池，輻流沉淀池沉淀后的清水進(jìn)入回收水池進(jìn)行回收利用，主要用于骨料的沖洗。輻流沉淀池底部的泥漿經(jīng)渣漿泵抽至壓濾車間進(jìn)行壓濾，壓濾后的棄渣運(yùn)至指定渣場。

2.2 系統(tǒng)布置

整個(gè)系統(tǒng)布置根據(jù)地勢分平臺(tái)布置，其中1857m平臺(tái)主要為混凝土骨料運(yùn)輸車輛的倒車、卸料和受料，倒車平臺(tái)長約30m，寬約16m，滿足多臺(tái)自卸汽車倒車、回轉(zhuǎn)的要求。受料平臺(tái)的受料倉、共3個(gè)。1837m平臺(tái)主要布置混凝土骨料罐、二次篩分車間、配電房、一次風(fēng)冷車間、一次風(fēng)冷料倉、廢水處理系統(tǒng)的壓濾車間、輻流沉淀池、回收水池、泵房、實(shí)驗(yàn)室等。1830m平臺(tái)主要布置2座拌合樓、空壓機(jī)車間、二次風(fēng)冷車間、膠凝材料罐6個(gè)、外加劑車間、沉淀池及地磅等?；炷涟韬舷到y(tǒng)平面布置詳見圖1。

圖1 混凝土拌合系統(tǒng)平面布置

3 系統(tǒng)優(yōu)化

3.1 系統(tǒng)優(yōu)化原則

(1)系統(tǒng)布置應(yīng)充分考慮地質(zhì)地形條件，結(jié)合系統(tǒng)布置格局，依據(jù)主要子系統(tǒng)的功能，合理統(tǒng)籌布置，使系統(tǒng)運(yùn)行安全、功能適用、經(jīng)濟(jì)合理、維護(hù)管理方便[2-3]。

(2)以拌合樓為中心兼顧兩頭，主要設(shè)施的布置圍繞拌合樓展開，既考慮與砂石骨料膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)你暯樱部紤]汽車運(yùn)輸混凝土出車道路的銜接。

(3)布置緊湊合理，簡化系統(tǒng)設(shè)施。

(4)順工藝流程布置設(shè)施，縮短布置的流程線路；附屬設(shè)施與相應(yīng)的車間就近布置，充分利用場地。

(5)場內(nèi)道路利于施工建設(shè)，便于運(yùn)行管理。

(6)優(yōu)化后不影響系統(tǒng)的產(chǎn)能和生產(chǎn)強(qiáng)度，并且保證混凝土的質(zhì)量要求。

3.2 優(yōu)化方案的實(shí)施

根據(jù)實(shí)際地形和詳細(xì)勘察，策劃多種方案對比，選定最優(yōu)可行方案。1857m平臺(tái)主要為混凝土骨料運(yùn)輸車輛的倒車、卸料和受料，倒車平臺(tái)長約30m，寬約16m，滿足多臺(tái)自卸汽車倒車、回轉(zhuǎn)的要求。受料平臺(tái)的受料倉共2個(gè)，并且該平臺(tái)上布置地磅、水泥罐車卸料平臺(tái)。1837m平臺(tái)主要布置成品料場、二次篩分車間、配電房、制冷車間、一次風(fēng)冷料倉等。1830m平臺(tái)主要布置2座拌合樓、空壓機(jī)車間、外加劑車間、6個(gè)膠凝材料罐及沉淀池等?；炷涟韬舷到y(tǒng)平面布置優(yōu)化詳見圖2。

圖2 混凝土拌合系統(tǒng)平面布置優(yōu)化

與原布置方案對比，主要作了以下優(yōu)化調(diào)整：

(1)優(yōu)化拌合樓配置

在保證拌合系統(tǒng)滿足生產(chǎn)能力的情況下，充分利用公司現(xiàn)有閑置設(shè)備，拌合樓配置改為2座舊的2×6m3強(qiáng)制式攪拌樓，拌合樓型號(hào)為HL360-2S6000L，銘牌生產(chǎn)能力360m3/h，溫控混凝土生產(chǎn)能力270m3/h。經(jīng)調(diào)整后，滿足生產(chǎn)能力，同時(shí)減少了系統(tǒng)建設(shè)投資。

(2)受料坑優(yōu)化

考慮受料坑布置設(shè)計(jì)及實(shí)際情況，在保證系統(tǒng)砂石骨料正常進(jìn)料，同時(shí)又互為備用的受料坑，由原來三組鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受料坑改為兩組。經(jīng)調(diào)整后，加快了施工進(jìn)度，減少了投資。

(3)成品骨料倉優(yōu)化

保證高峰期使用的情況下，將施工難度很大的骨料罐改為簡單施工的成品料場?？紤]粗骨料需要一次風(fēng)冷，細(xì)骨料可直接上拌合樓，將粗細(xì)骨料的料倉分開設(shè)置。料場堆高15m，大石、中石、小石骨料堆長25m，細(xì)骨料常態(tài)砂堆長30m，細(xì)骨料碾壓砂堆長40m，中間分別用6m的擋墻隔離。其中粗骨料3個(gè)料倉，一個(gè)料倉的活容積約3000m3，容積可滿足高峰期2d的使用。細(xì)骨料倉2個(gè)，常態(tài)砂活容積約3000m3，碾壓砂活容積約4100m3，容積可滿足高峰期3d的使用。

砂石骨料儲(chǔ)存活容積為16000m3，死容積為40000m3，采用堆料場形式對系統(tǒng)運(yùn)行具有更好的保障性。

成品料場砂堆上部設(shè)置雨篷，料場設(shè)置成中間高，四周低，以利于排水，周邊設(shè)置排水溝，經(jīng)排水系統(tǒng)匯集引入拌合樓兩級(jí)沉淀池進(jìn)行處理。大石料倉設(shè)置緩降器，盡量避免遜徑超標(biāo)。

優(yōu)化后，成品料場儲(chǔ)存能力大大地提高，有利于運(yùn)行期間儲(chǔ)存?zhèn)淞?，減少建安期間的土建工程量和施工難度，縮短了施工進(jìn)度，降低了施工期間的安全風(fēng)險(xiǎn)，減少了建安投資。

(4)上樓膠帶機(jī)的優(yōu)化

原方案中強(qiáng)制式拌合樓的骨料上料采用2條膠帶機(jī)，粗細(xì)骨料分開運(yùn)輸，優(yōu)化后粗細(xì)骨料分別采用單膠帶機(jī)上樓，2座拌合樓共用膠帶機(jī)。經(jīng)調(diào)整后，膠帶機(jī)優(yōu)化了2條，減少設(shè)備投資，經(jīng)后期運(yùn)行驗(yàn)證，滿足生產(chǎn)要求。

(5)膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化

水泥煤灰罐采用鋼結(jié)構(gòu)的柱子支撐，罐體為鋁卷板結(jié)構(gòu)。

筒倉結(jié)構(gòu)形式的膠凝材料罐安裝方便、美觀，但造價(jià)高，為充分利用公司現(xiàn)有設(shè)備，在滿足儲(chǔ)存能力和生產(chǎn)供應(yīng)能力的情況下，膠凝材料罐改為傳統(tǒng)式的瓦片狀金屬結(jié)構(gòu)罐，減少建安設(shè)備投資成本。

罐體設(shè)計(jì)參數(shù)為：直徑10m、高14.57m(帶錐體部分高度為20.66m)，單個(gè)罐理論重量48.46t。罐體分1個(gè)錐斗(6.1m高)、5層罐身(每層2.54m高)、1個(gè)罐頂(1.82m高)。每層由5塊相同的瓦片狀金屬結(jié)構(gòu)單元組成，罐體單元之間全部采用螺栓連接方式組裝成形，其基礎(chǔ)均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

(6)優(yōu)化制冷系統(tǒng)布置

制冷系統(tǒng)原設(shè)計(jì)方案由一次風(fēng)冷車間與二次風(fēng)冷車間組成，二次風(fēng)冷車間布置在1830m平臺(tái)，正處于兩座拌合樓出車道中間，考慮氨屬于重大危險(xiǎn)源，加之現(xiàn)場布置場地緊張，優(yōu)化合并一次風(fēng)冷車間與二次風(fēng)冷車間，并布置在1837m平臺(tái)(原一次風(fēng)冷車間位置)，制冷車間采用磚混結(jié)構(gòu)，建筑面積30m×18m。優(yōu)化后，使得1830m平臺(tái)比較寬敞，有利于提高現(xiàn)場文明施工及氨系統(tǒng)安全運(yùn)行保障性，同時(shí)減少了1個(gè)車間的運(yùn)行人員，減少了房建面積。

(7)二次篩分沖洗系統(tǒng)及配套廢水處理系統(tǒng)優(yōu)化

由于1837m平臺(tái)場地狹小，綜合考慮業(yè)主提供的成品骨料為干法生產(chǎn)，拌合系統(tǒng)進(jìn)行二次沖洗意義不大，在業(yè)主同意下，取消二次篩分沖洗系統(tǒng)，采用干篩。隨著二次沖洗的取消，同時(shí)配套的廢水處理系統(tǒng)也隨之取消，解決了污水處理系統(tǒng)這套煩瑣工藝。這樣，1837m平臺(tái)場地相對寬余，有利于其他設(shè)施的布置，同時(shí)加快施工進(jìn)度，節(jié)約了建設(shè)投資和運(yùn)行成本。

3.3 優(yōu)化成果

根據(jù)混凝土拌合系統(tǒng)工藝流程和實(shí)施階段提供的實(shí)際地形條件，在滿足系統(tǒng)功能和產(chǎn)能的情況下，對系統(tǒng)工藝與場地布置進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)施階段方案同勘測設(shè)計(jì)階段比較，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)有利于系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)度。通過對系統(tǒng)布置及工藝的調(diào)整優(yōu)化，避免了混凝土系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)的建安施工及運(yùn)行干擾，加快了系統(tǒng)的建設(shè)進(jìn)度，保證了前方主體工程混凝土的供應(yīng)[2]。

(2)取得了較好的效益。分析研究系統(tǒng)布置，優(yōu)化調(diào)整工藝設(shè)計(jì)，減少設(shè)備投入，減少建設(shè)期的土建工程量，減少運(yùn)行期的運(yùn)行費(fèi)用，加快了系統(tǒng)的建設(shè)速度，為前方主體工程打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，取得了較好的施工效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4 結(jié)語

烏弄龍水電站大壩混凝土拌合系統(tǒng)于2016年9月投產(chǎn)運(yùn)行，2018年8月成合同工程量116萬m3混凝土的生產(chǎn)，為保證首臺(tái)機(jī)組發(fā)電打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。系統(tǒng)建設(shè)最大程度利用地形優(yōu)勢，合理規(guī)劃場地和優(yōu)化設(shè)計(jì)，既滿足了系統(tǒng)的運(yùn)行功能要求，又降低了運(yùn)行成本，方便運(yùn)行管理，對其他水電工程中借鑒應(yīng)用具有較大的積極意義。