某電站混凝土制冷系統優化及選型設計

賀曉燕

陜西省合陽縣水利工作隊

摘要：某水電站砂砼系統根據工程要求，預冷砼月生產強度要求3.7萬m3，出機口溫度要求≤13.7度。經過多次方案設計和優化后，最終確定將“一次風冷+冷水+冰”制冷方案改為“骨料兩次風冷+冷水”方案，該方案優點是制冷投入設備相對較少，現場改造施工操作性較高。

關鍵詞：混凝土；制冷系統；優化；選型；設計；計算

一、計算資料收集

1、當地氣溫、水溫條件

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

2、基本參數

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、混凝土系統制冷車間的設計依據

1、預冷混凝土生產強度確定

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℃混凝土出機口溫度計算見表3。

表3 夏季 13.5℃混凝土出機口溫度計算表

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 機械熱 1500.00

10 小計 604.01 8060.07

備注：溫度To=13.35℃。

三、混凝土預冷系統冷量計算

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口溫度≤13.5℃，經過進行冷量平衡計算后，采取骨料進行兩次風冷和加冷水拌和的冷卻措施保證達到出機口溫度。

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

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，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——預冷混凝土的澆筑小時強度。

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

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

四、混凝土系統制冷設備選型

1、制冷水機械的選型

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螺桿氨壓縮機和一臺LZL-120型立式螺旋管蒸發器。

2、風冷設備配置

（1）制冷設備氨壓縮機組的配置

一次風冷粗骨料所需冷量為1844kw，選取兩臺JZ2LG20（K）螺桿氨壓縮機負責粗骨料的制冷，標準工況制冷量為1319.3kw×2，電動機功率為250kw×2。

二次風冷粗骨料所需冷量為646kw，選取一臺JZ2LG20螺桿氨壓縮機負責粗骨料的制冷，標準工況制冷量為628.2kw，電動機功率為220kw。

（2）螺桿壓縮機組輔機配置

風冷機組冷凝器的選擇

根據傳熱面積553.2㎡選取型冷凝器一臺。

（3）冷風機的選型

① 一次風冷制冷量折算空氣冷卻器冷卻面積

其中：Q風=風冷制冷量，w

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

t—氨的蒸發溫度與冷風溫度差12～14。

制冷量、冷卻面積按大石：中石：小石=1：1：0.7進行分配，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型高效冷風機兩臺，GKL1800型高效冷風機一臺。

②二次風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型高效冷風機三臺，GKL800型高效冷風機一臺。

五、實施過程中并對現場采取以下措施：

⑴ 要求對沙堆進行遮陽、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）上料皮帶進行遮陽；

⑷ 砼拌和用水采用冷水，盡量降低砼出機口溫度；

⑸ 對砼生產計劃適當調整，降低高溫月份澆筑強度，同時加大常溫月份生產強度；

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量。

本工程混凝土系統經過改造后完全滿足現場設計出機口溫度要求，施工過程采取了有效措施后，降低了用電消耗，節約了成本投資。