海陽AP1000核電攪拌站的骨料風冷系統特點簡介

程志斌

（中電投電力工程有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 265116）

海陽AP1000核電攪拌站的骨料風冷系統特點簡介

程志斌

（中電投電力工程有限公司煙臺分公司，山東 煙臺 265116）

根據AP1000核電核島所用混凝土的特點，介紹了海陽核電項目攪拌站系統的配置情況，并分析了骨料風冷系統配置、混凝土的出機溫度控制措施，通過對采用風冷骨料的混凝土在高溫季節下生產、運輸、澆筑工程實例數據分析，為確保核島FCD混凝土各項技術指標（特別是混凝土的入模溫度）、滿足AP1000混凝土規格書的要求提供依據。

攪拌站；AP1000；混凝土；骨料風冷

1 海陽核電攪拌站設備概況

山東海陽核電廠一期工程采用AP1000堆型，建設規模2×1250MW機組，工程混凝土總量約72萬m3。

攪拌站設備：

（1）攪拌站現有3臺施維英廠家M150行星立軸強制攪拌機組，攪拌機在（C40混凝土）標準工況下的單套生產設計能力為60m3/h（攪拌器容量1.5m3）。每臺攪拌機組各配置3個400t的水泥倉，2個200t的粉料倉，3個10t的外加劑倉，5組螺旋輸送粉料，采用6m高斜坡平臺的機械裝載方式上料；皮帶稱累計計量骨料，粉料累計計量，水稱單獨計量，外加劑單獨計量。施維英M150攪拌機組示意圖見圖1。

圖1 施維英M150攪拌機組

攪拌站現有1臺方園HZS150攪拌機組采用雙臥軸強制攪拌主機，攪拌站在（C40混凝土）標準工況下的單套生產能力為135m3/h （攪拌器容量3m3）。每套機組配備400t水泥筒倉3個，200t摻合劑筒倉2個，10t外加劑儲存罐4個，一臺50t的冷水箱；配置地下儲料系統， 采用50°大傾角膠帶骨料提升系統上料，每次攪拌混凝土3m3。方園HZS150攪拌機組示意圖見圖2。

圖2 方園HZS150攪拌機組

（2） 攪拌站配置兩套制冷水機組，每套制冷水能力18m3/h、水箱貯量15t，制冷進水溫度最高為32℃，出水溫度1～4℃。采用管殼式冷凝器、不銹鋼板式蒸發器，2臺冷水機組的冷水管線互相并聯使用；1套熱水機組（出水65℃，流量40t/h），每臺采用蒸汽加熱的板式熱交換熱水機，在冬季進水溫度為5℃，出水溫度65℃情況下出水量為40m3/h，水溫調節范圍為±10℃；4臺機組共享兩臺冷水機組和1套熱水機組。

（3）制冰機組，攪拌機組每套機組將增加一臺20t/d的制冰機，一臺80t冰庫，一臺50t的冷水箱；每臺制冰機組包括制冰系統、儲冰集裝箱、送冰螺旋系統、保溫水箱及管路系統，為3臺施維英M150行星立軸強制攪拌機組供細碎冰片。

2 海陽核電攪拌站骨料風冷系統的目的

根據海陽核電AP1000核島工程混凝土技術規格上提出的要求：大體積混凝土的入模溫度最大不能超過26℃。在設計混凝土入模溫度時，不但要對出機溫度同時還要將運輸及等候卸料時間的溫度變化一并考慮。因此，混凝土出機溫度應不大于21℃，以確保混凝土入模溫度不大于26℃。

由于配套的冷水機組在35℃高溫下達到該要求有困難,而配套的制冰機組在運行過程中存在著比如：冰耙、溫度傳感器、料位器均出現過故障，送冰系統也出現下料斗處冰片搭橋現象以及提升螺旋機故障等造成冰片卡堵問題。因此，為確保海陽核島FCD在高溫季節下混凝土的入模溫度要求，以及5000 m3混凝土一次性連續澆筑順利完成，根據山東海陽核電站已建成混凝土攪拌站的實際現況，并參考已建成的多座水電系統混凝土骨料冷卻工程項目的實際經驗，經過業主、管理公司論證后決策：采用煙臺冰輪冷卻系統設備對骨料冷卻，同時增加一套換熱裝置后與現場蒸汽熱源相連接，一并解決冬季骨料加溫的問題，從而實現了一套夏季施工將骨料降溫，冬季施工將骨料升溫的全天候混凝土生產系統。

3 海陽核電攪拌站骨料風冷系統特點簡介

3.1 設計依據

（1）夏季骨料自然溫度30℃，冷卻后出倉溫度≤10℃, 骨料入機溫度≤16℃。

（2）一次澆筑混凝土5000m3骨料用量：

中石用量：5000 m3×581kg/m3＝2905t

大石用量：5000 m3×475kg/m3＝2375t

合 計 ： 5280t

（3）冬季骨料自然溫度0℃，升溫后出倉溫度≥20℃。

3.2 骨料冷卻方案

3.2.1 保溫骨料倉容積

三個骨料倉內凈尺寸為 長19.7m×寬14.7m×3個＝870m2，將西側骨料倉長度方向中心偏1m處砌筑高4m磚結構隔斷墻，稍大隔倉堆放中石骨料，分隔倉共周轉兩次，在第一倉骨料使用完畢22小時后開始使用第二倉冷卻骨料，其它兩倉位只使用一次，骨料堆放高度平均4m,則冷卻骨料數量為:

中石骨料:

隔倉4m×14.7m×10.8m×2次×1500kg/m3＝1900t

大倉4m×14.7m×19.7m×1500 kg/m3＝1730t

小計 3630t＞2905t滿足使用要求。

大石骨料:

隔倉4m×14.7m×8.8m×2次×1500 kg/m3＝1550t

大倉4m×14.7m×19.7m×1500 kg/m3＝1730t

小計 3280t＞2375t滿足使用要求。

3.2.2 溫度控制措施

每個骨料倉內設置6條地溝式進風道，沿內墻1.5m及4m高度各設置一道環型進風風道，料倉大門雙面保溫處理，大門內側頂部安裝強力風幕。骨料倉提前預冷1小時后開始裝填骨料，三個倉位全部裝填完畢冷卻24小時后先開始使用隔倉內骨料。隔倉內骨料可拌合混凝土1500m3，使用時間為12小時。兩個大骨料倉可拌合混凝土2800m3，使用時間為22小時。隔倉二次裝料時間控制在6小時內，可保證冷卻時間達到16小時。骨料倉距離混凝土攪拌機下料斗200m左右，運輸時間在2分鐘內，溫度損失不大，但是現下料斗頂部遮陽棚為敞口，上午九點至下午三點期間陽光直射骨料,造成骨料溫度損失嚴重。現考慮增加5m寬鋼結構遮陽棚,以減少骨料溫度損失。攪拌機組骨料下料斗容積為40m3，一次可裝填骨料60t，按1臺混凝土攪拌機組每小時攪拌40m3的生產能力計算，則每小時需用大石子20t，因此料斗內石子每小時應備存小于30m3，則骨料等待入機時間可小于1.5小時，這樣可降低骨料等待期間的溫度損失。

3.3 骨料加溫方案

利用骨料冷卻系統設備，在風機設計上每臺冷風機增加了一組制熱盤管，盤管與現場蒸汽熱源相連接，通過風機和風道將熱量送入房間，冬天施工時將骨料倉內骨料的溫度從0℃升高到20℃，從而實現了夏天施工將骨料降溫，冬天施工將骨料溫度升溫的目的。

3.4 冷熱量核算

冷（熱）量計算基于以下條件：

夏天骨料初溫按30℃，冬天骨料初溫按0℃，骨料容重按1500kg/m3，骨料高度按4m，有效堆貨容積按85%，骨料的比熱按 0.21kcal/(kg·k)。

冷（熱）負荷計算結果見表1、表2。

表1 海陽核電站一次風冷需要的制冷量計算表（冷卻至10℃）

3.5 設備配置方案

3.5.1 設備選項

采用-10℃蒸發溫度系統，選用4臺LG20BMY(250kW)工質冷卻螺桿制冷壓縮機，單臺冷量在冷凝溫度40℃，蒸發溫度-10℃時的冷量為721.7kW，軸功率208kW，4臺的總冷量為2886.8kW（248.26萬kcal/h），滿足要求。設備技術參數見表3。

制冷系統總冷凝負荷3718.8kW，冷凝器選用2臺ZNX2400 蒸發式冷凝器，滿足要求。

表2 海陽核電站骨料保溫房冬季需要的熱量計算表（從0℃加熱至20℃）

貯液器選用ZA-10一臺，貯存系統中的氨液，能夠滿足要求。

虹吸罐選用UZ1.5一臺。

低壓循環桶選用DX12低壓循環桶一臺，氨泵選用CNF40-200，三臺，單臺流量25m3/h，揚程45m，電機功率6.5kW。

冷風機選用單臺2800m2，共三臺，每臺風機的上部預留蒸氣加熱盤管，加熱盤管的面積為700 m2。

選用6臺離心風機，每臺離心風機的技術參數4-72-12C Q=48000～604000m3/h；P=2180～1960Pa; n=1000r/min，每臺離心風機電機功率45kW。

沖霜水泵一臺，單臺的流量105 m3/h，揚程18m，電機功率11kW。

3.5.2 制冷設備技術參數

表3 LG20BMY螺桿壓縮機組主要技術參數表

蒸發式冷凝器ZNX-2400技術參數表（見表4）：來自壓縮機的高溫高壓氨蒸汽，利用水分蒸發和空氣強制循環來帶走凝結熱量，以冷卻壓縮機排出的高溫高壓過熱蒸汽，使之冷凝成液體。

表4 蒸發式冷凝器技術參數

虹吸罐：主要用于液冷油冷螺桿壓縮機制冷系統，用以保證冷凝器冷凝后的液體優先供給油冷卻器。設計壓力：2.0MPa，設計溫度：50℃，水壓試驗：2.5MPa，氣密試驗：2.0MPa，制冷劑：R717。結構參數見表5。

表5 虹吸罐結構參數

ZA-10貯液器：氨貯液器在系統用來貯存高壓氨液，并調節和穩定氨液的循環量。

設計壓力：2.0MPa，設計溫度：50℃，水壓試驗：2.5MPa，氣密試驗：2.0MPa，制冷劑：R717。結構參數見表6。

表6 貯液器結構參數

低壓循環貯：氨器用于氨泵供液制冷系統中以貯存低壓氨液，同時對進入壓縮機前的低壓氨氣進行氣液分離，容積12 m3,直徑1728mm，長度5634mm。設計壓力：1.4MPa，設計溫度：38℃，水壓試驗：1.75MPa， 氣密試驗：1.4MPa，制冷劑：R717。結構參數見表7。

表7 低壓循環貯結構參數

JYA-325集油器：集油器在制冷系統中用以收集氨油分離器及其它設備的潤滑油，并在低壓下放出系統。結構參數見表8。

表8 集油器結構參數

KFA-50空氣分離器：空氣分離器的作用是將制冷系統中不凝性氣體和氨氣分離開，并將不凝性氣體排出系統外，從而使制冷系統維持正常的冷凝壓力。設計壓力：2.0MPa，設計溫度：50℃，水壓試驗：2.5MPa， 氣密試驗：2.0MPa，制冷劑：R717。結構參數見表9。

表9 空氣分離器結構參數

JXA-108緊急泄氨器：緊急泄氨器的作用是當制冷系統發生意外事故,將系統中的大量氨液經本容器放出,同時將連接的消防水閥開啟,將氨液溶于水中，防止事故擴大。設計壓力：1.6MPa，設計溫度：-15℃，水壓試驗：2.0MPa，氣密試驗：1.6MPa，制冷劑：R717。結構參數見表10。

表10 緊急匯氨器結構參數

公用工程消耗見表11。

4 骨料風冷的工程實例

2009年8月15日，利用常規島找平層混凝土澆筑機會完全模擬核島FCD混凝土澆筑，通過生產性試驗來檢驗和發現問題，為確保核島FCD混凝土澆筑提供實際依據，其試驗報告如下：

4.1 混凝土配合比

生產性試驗采用核島FCD底板D型混凝土配合比，配合比見表12。

4.2 加冰量的確定

按照西屋技術規格書對核島混凝土入模溫度（不大于26℃）的要求，攪拌站生產混凝土時采用了風冷骨料、加冰和加冷水拌合的技術措施，對攪拌站生產的混凝土出機溫度進行控制。1#、2#、3#攪拌站加冰量確定為50kg/m3，4#機不加冰。理論計算加冰混凝土溫度為12.6℃，不加冰混凝土溫度為17.3℃。

4.3 砂、石含水率檢測

砂、石含水的變化將直接影響到混凝土拌合物性能結果，按照土建試驗室FCD工作方案要求，每隔4小時檢測一次砂子含水，由于采用的砂子含水波動幅度較大，在實際生產過程中每2小時檢測一次砂含水，檢測結果見表13。從表13結果可知，砂子含水均在6.7%以上，最大值為9.9%。由于砂含水較大，導致砂子含水狀態極不穩定，給混凝土質控工作帶來了一定難度。

表11 公用工程水電消耗

表12 混凝土施工配合比

表13 砂、石含水檢測結果

4.4 原材料溫度檢測

在混凝土生產過程中，原材料溫度變化將影響到混凝土出機溫度，控制骨料風冷溫度顯得尤為重要，通過對原材料溫度進行檢測，為溫控計算提供依據，檢測結果見表14。

表14 原材料溫度檢測結果

4.5 混凝土檢測

4.5.1 環境溫度檢測

環境溫度均在攪拌站樓下檢測，環境溫度在26.3～31.0℃范圍內變化。

4.5.2 坍落度檢測

出機口混凝土坍落度檢測結果見表15。1～4#攪拌站混凝土坍落度平均值為165mm。

表15 坍落度檢測結果

4.5.3 含氣量檢測

出機口混凝土含氣量檢測結果見表16。1～3#機出機口混凝土含氣量平均值為2.0%，4#機混凝土出機口混凝土含氣量平均值為2.8%。

4.5.4 密度檢測

表16 含氣量檢測結果

表17 密度檢測結果

出機口混凝土密度檢測結果見表17，混凝土密度均在2358kg/m3以上。

4.5.5 混凝土溫度檢測

出機口混凝土溫度檢測結果見表18。加冰混凝土平均值為14.4℃，不加冰混凝土平均值為19.9℃。

表18 混凝土出機溫度檢測結果

5 結語

（1）砂子含水率偏大，不利于混凝土質量控制，建議在FCD期間盡可能將砂子含水率控制在6%以下，避免因砂含水變化而產生廢棄混凝土。

（2）1～3#機出機口混凝土含氣量平均值為2.0%，4#機混凝土出機口混凝土含氣量平均值為2.8%。

（3）1～3#機加冰混凝土出機溫度平均值為14.4℃，其入模溫度平均值為16.5℃，4#機不加冰混凝土平均值為19.9℃，其入模溫度平均值為22.3℃。

因此，經風冷系統冷卻的骨料所生產的混凝土在海陽現場高溫季節能滿足核島FCD混凝土入模溫度＜26℃的要求。

[單位地址]山東省海陽市海陽核電廠中電投電力工程有限公司（265116）

Introduction of aggregate air-cooled system features in Haiyang AP1000 nuclear power batch plant

Cheng Zhibin
(CPI Power Engineering Co.,Ltd.Yantai brance, Shandong Yantai 265116)

Based on the characteristics of concrete used in the nuclear island of AP1000 nuclear power, this paper introduces conf i guration of batch plant system in Haiyang nuclear power, and analyses the conf i guration of aggregate air-cooled system, the control measures of temperature of concrete out of machine.Through analyzing example data from the use of air-cooled aggregate concrete in the production, transportation, placement engineering under the hot season, this article provides the evidence for ensuring the nuclear island FCD concrete technical indicators (especially the temperature of concrete into the mold)that meet the requirements of AP1000 concrete specif i cations requirements.

batch plant; AP1000; concrete; aggregate air-cooled

程志斌(1963-)，男，漢族，安徽省歙縣，中電投電力工程有限公司煙臺分公司安全和工程管理部副主任，工程師，工民建專業。