水電站混凝土制冷系統工藝設計原則及流程

摘要：混凝土是建筑工程施工常見的建筑材料，在各種水利建設工程、建筑工程中都得到了廣泛的應用。由于混凝土澆筑完成后會有大量的水化熱釋放出來，當混凝土體積收縮后有可能會出現裂縫，可以設計制冷系統來對混凝土進行降溫。文章以實際工程為例，首先對水電站混凝土制冷系統的工藝設計原則進行了分析，然后對設計措施進行了探討。

關鍵詞：水電站；混凝土；制冷系統；預冷系統；設計措施；建筑工程 文獻標識碼：A

中圖分類號：TV544 文章編號：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作為一種常用的建筑材料，在澆筑后會有大量的水化熱釋放出來，導致混凝土結構內部溫度升高，使混凝土體積膨脹。而表面混凝土由于凝結快、散熱快，當內部溫度下降后體積收縮后容易出現收縮裂縫，為了避免出現混凝土裂縫，溫控方法是一種比較有效的方法。尤其是在氣溫比較高的季節，自然條件下混凝土的出機溫度會超過施工中的限制溫度，此時就需要采取相應的人工降溫措施對骨料進行預冷，在拌和過程中加冰、加冷水等。由于工程情況和自然情況存在一定的差異性，因此在設計制冷工藝時，需要在以往經驗的基礎上，從多方面進行對比和分析，在滿足技術要求的基礎上追求設備和費用的最小化。

1 工程概況

加查水電站骨料加工系統及混凝土生產系統工程主要承擔加查水電站導流工程和主體工程的混凝土供應以及其他設施所需要的少量成品骨料及混凝土供應。加查水電站骨料加工系統需滿足混凝土高峰月平均澆筑強度約9.6萬m3的粗細骨料供應需求，系統毛料處理能力約1000t/h，成品骨料生產能力約800t/h，其中成品砂生產能力約240t/h。骨料加工系統承擔整個工程混凝土骨料的生產任務，供應成品骨料總量不小于570萬t。混凝土生產系統混凝土生產總量約236萬m3，其中導流工程約44.7萬m3，主體工程約191.3萬m3，其中高溫季節需要預冷的溫控混凝土約96.21萬m3。

2 混凝土制冷系統設計原則

通過多年混凝土制冷設計經驗，此次施工中采取如下施工流程進行操作：按照骨料樓上風冷、加冰、加冷水拌和的順序進行施工，保證了混凝土出機口溫度符合施工實際所需。結合類似電站工程的施工經驗，并綜合權衡現場施工特征，得知只需設置一個制冷車間即可滿足兩臺拌和樓運行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統的預冷效果。將氨壓機與拌和機布置在一起一方面可提高設備的這行效率，延長設備的使用年限；另一方面也能為施工人員創設安全的作業環境。

考慮到混凝土生產系統施工流程復雜、規模大、施工難度大等特征，所以選取行之有效工藝技術對提高施工質量具有可靠的保障。在選擇混凝土制冷系統中應遵循以下原則：（1）結合工程所需，合理明確制冷容量；（2）在制冷設備的選擇中，應挑選性能穩定、功率合理的先進設備；（3）制冷設備的安放應綜合權衡施工場地的實際特征，以方便工程施工的基礎上，盡可能減少占地面積；（4）所需材料應從正規廠家處購買，進場前必須經過全面檢查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成設備的現場安裝工作?；炷猎牧衔锢頍釋W性質見表1。該系統設計以氣溫最高的7月份多年月平均氣溫、多年月平均水溫及混凝土各原材料配比為依據進行計算，其相關參數如下：（1）高溫月多年月平均氣溫16.4℃；（2）高溫月多年月平均水溫20℃；（3）片冰潛熱利用率90%；（4）混凝土拌和機械熱1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生產砂）6%。

本混凝土系統的溫控混凝土主要分為兩種類型，若在高溫季節施工，由于外界環境溫度較高，因此對拌和樓的出機口溫度較為嚴格，要選擇溫度在10℃以下的混凝土42.7萬m3，最大級配為四級配2萬m3；選擇溫度在14℃以下的混凝土約53.51萬m3，只針對粗料在樓上料倉進行風冷工藝。

對溫度在10℃以下的溫控混凝土主要采取風冷、冷水、冰的預冷工藝流程，先將粗骨料溫度進行冷卻，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃，拌和用冷水的溫度為4℃，冰預冷溫度在-5℃。通過計算得知每方混凝土中應加入20kg左右的片冰。

對溫度在14℃以下的混凝土，對粗骨料進行風冷處理，主要在拌和樓料倉內完成，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃。粗骨料拌和過程中，不管是制冷車間或者是輸冰設備等均應做好保溫處理，控制在3℃～6℃為宜，以避免混凝土物料溫度的回升，影響施工效果。

3 預冷系統

3.1 預冷系統車間的布置

結合三峽、龍灘、索風營等電站工程的施工經驗，并綜合權衡現場施工特征，得知只需設置一個制冷車間即可滿足兩臺拌和樓運行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統的預冷效果。將氨壓機與拌和機布置在一起一方面可提高設備的用行效率，延長設備的使用年限；另一方面也能為施工人員創設安全的作業環境。制冷車間為三層鋼架結構，將制冷車間布置在一定高度的平臺上，與拌和樓相鄰。

一臺車間需設置四臺制冷量達到100萬kcal/h的螺桿制冷壓縮機組以及一臺制冷量為50萬kcal/h的螺桿制冷壓縮機組，預冷系統車間所需要的設備如下：制冷空間一層主要設置有四臺型號為WN-500的臥式冷凝器，四臺型號為ZA-8的高壓貯氨器，一臺型號為CNF40-200氨泵，一臺型號為LZL240螺旋管式蒸發器，四臺冷卻循環水泵，兩臺冷水輸送水泵，四臺型號為DX-12的低壓循環貯液器。在制冷空間的二層分別設置了兩套30T冰庫與氣力輸送裝置。在制冷空間的三層設置有四臺產量為60T/d的片冰機。為了滿足制冷車間冷源需求，需設置兩臺拌和樓風冷骨料，為車間提供所需冷源。此外，還需在每臺拌和樓上設置四臺空氣冷卻器與離心風機，滿足設備運行所需。

3.2 預冷系統工藝流程

3.2.1 系統骨料風冷。粗骨料從膠帶機部位流出后被運送到拌和樓指定的料倉內進行風冷處理。拌和樓料倉一共由四個料倉組成，可分別存放四種類型的骨料。料倉自上而下一共分成三個區域：（1）進料區，骨料主要從該區域進入到拌和樓的料倉中；（2）冷卻區，該區域主要是對粗骨料進行冷卻處理的區域；（3）儲料區，經冷卻處理完成的骨料會運送至該區域暫時存儲起來，以備后期使用所需。冷風從下到上通過骨料，骨料會根據用料速度按照一定的順序進行流動，借助風冷這一環節可確保骨料降至設計所需。待冷卻完成的骨料經稱量后進入拌和機中進行拌和處理。粗骨料經由膠帶機送至篩分樓中進行沖洗，將骨料中的雜物徹底清除干凈后進入到調節料倉內，調節料倉一共有三個分料倉，用于生產三級配的混凝土。在生產二級配混凝土時，可在大石料倉內存儲中石，每個料倉也分為三分區域，即進料區、冷卻區與儲料區。通常情況下，在冷卻區內專門設置有配風裝置，這樣可確保冷氣均勻擴散與骨料進行熱交換。冷風主要從冷卻區的底部進入，與骨料流向相反的方向逐一穿過骨料區，對骨料進行迅速冷卻，待溫度降至所需終溫時進入儲料區。

3.2.2 二次風冷骨料工藝流程。在調節倉內將已完全冷卻的骨料經由膠帶機運送至攪拌樓骨料倉內，進行二次風冷。攪拌樓的特大石骨料倉分為三個區域，即進料區、冷卻區、儲料區。冷風循環順序與一次分冷完全相同，將滿足設計終溫的骨料經過稱量后運至集中生料斗中。

3.2.3 冰系統。制冷車間內專門設置有冷系統，冷系統主要由兩部分組成：（1）片冰機；（2）冰庫。片冰機置于冰庫之上，由片冰機所生產出來的片冰落入貯冰庫中貯存起來，經由氣力輸冰裝置送至拌和樓上的調節冰倉，借助調節冰倉下的螺旋輸送機將其運送至拌和樓中，稱取一定重量后送入集料斗中。冷系統中的冷源主要由氨制冷系統提供，拌和中所使用到的4℃低溫水由氨系統通過螺旋管蒸發器生產，借助泵運送到拌和樓的水箱中。生產的片冰直接落入到具有隔熱效能的冰庫中，片冰在冰庫內會被冷卻干燥。冰庫有兩方面的作用：（1）可有效調節片冰產量與拌和樓冰量分布的不均勻性；（2）可提高冰機生產的效率。片冰通過一系列處理外會被排出庫外，通過氣力輸送裝置運輸至拌和樓的冰倉內。

3.2.4 冷水系統。制冷車間內冷水系統的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸發管將所生產出的混凝土拌和用冷水經水泵運輸到拌和樓中，經過稱重后，將所需用量送入拌和機中，供施工所需。

4 結語

綜上所述，本工程在采用上述方法進行混凝土制冷系統的設計和應用后取得了良好的應用效果，通過使用連續風冷骨料的方法有效節省了占地面積，同時不會出現影響環境的廢水，投資效益顯著，為類似工程提供了借鑒和參考。

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作者簡介：章波（1981-），男，四川南充人，中國水利水電第八工程局有限公司工程師，研究方向：水電站混凝土工藝。

（責任編輯：小 燕）