水利水電工程中混凝土拌和及制冷系統設計

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 混凝土拌合系統介紹

混凝土攪拌系統是由攪拌主機、物料稱量系統、物料輸送系統、物料貯存系統、控制系統五大組成系統和其他附屬設施組成的建筑材料制造設備，其工作的主要原理是以水泥為膠結材料，將砂石、石灰、煤渣等原料進行混合攪拌，最后制作成混凝土，作為建筑材料投入工程建設。

本項目混凝土系統布置于大壩下游1.0km處，系統計常溫混凝土生產能力600m3/h，預冷混凝土生產能力440m3/h，設置2座HL360-2S6000L型強制式攪拌樓，三班制生產。

制冷裝機容量11340kW（950×104kcal/h，標準工況），其中：一次風冷5234kW（450×104kcal/h，標準工況）；二次風冷 3489kW（300×104kcal/h，標準工況）；片冰生產2326kW（200×104kcal/h，標準工況）。制冷水500kW。片冰生產能力：180t/d。

系統設置供配電、供排水及廢水處理系統，設置外加劑車間、配電室、空壓機房、地磅、綜合辦公樓等輔助設施。

2 混凝土拌和系統設計

2.1 設計依據

系統的設計方案依據混凝土生產強度及攪拌樓配置而擬定，使其滿足混凝土質量和混凝土澆筑高峰期生產能力的要求。設計成果滿足國家的現行標準、規程、規范等要求。

2.2 設計原則

為確保工程施工進度和工程質量，混凝土系統設計方案應遵循生產工藝先進可靠、質量符合規范要求、混凝土生產能力滿足工程需要及并滿足環保和安全生產要求的原則。

2.3 系統的規模

根據項目施工進度安排，常溫碾壓混凝土小時強度按2×300m3進行設計。溫控月份，預冷混凝土小時強度按2×220m3進行設計。

2.4 工藝流程設計

（1）總體工藝方案

骨料采用汽車運輸至受料倉，通過皮帶機運輸至3個粗骨料豎井、2個細骨料豎井，再運輸至二次篩分車間，經篩分后進入一次風冷料倉，風冷后的粗骨料經膠帶機運輸至攪拌樓，細骨料直接運輸至攪拌樓料倉。10個膠凝材料罐布置在1224.00m高程平臺，2座二次篩分車間布置在1247.30m、1252.80m高程開挖邊坡的平臺上。2座攪拌樓并排布置在1224.50m高程平臺，二冷樓緊鄰2座攪拌樓下游側布置，2座一次風冷料倉在1224.00m高程平臺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冷料倉下游布置，空壓機站布置在膠凝材料罐背后靠山體側，外加劑車間利用二冷樓底層中間空余部位布置，試驗、辦公布置在系統下游場地。

（2）工藝設備的選擇

本項目場地狹窄，混凝土生產量大，攪拌設備應優先選擇大容量的攪拌樓。按工程要求，配置2座2×6m3強制式攪拌樓。

骨料采用大型豎井料倉儲存。骨料采用汽車運輸，設4個骨料受料倉，通過膠帶機將骨料轉運到骨料豎井。

為保證骨料質量，控制超遜徑含量及粉塵含量，提高預冷效果，設置沖洗及二次篩分設施。

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

考慮集中供風，設固定空壓機站。外加劑泵選用耐酸立式屏蔽流程泵。

2.5 系統布置設計

（1）混凝土粗、細骨料運輸及貯存

成品骨料通過汽車運輸至受料倉，再用膠帶機轉運到5個粗、細骨料豎井，通過豎井底部的膠帶機運輸至二次篩分車間，經檢查篩分后再進入一次風冷料倉，風冷后的骨料運至攪拌樓料倉。細骨料直接運輸至攪拌樓料倉。

（2）二次篩分及一次風冷料倉

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臺雙層圓振動篩，將粗骨料分成80～20mm、20～5mm兩種級配，分別進入第二階并排布置的1臺雙層圓振動篩及1臺ZKR2460單層直線振動篩進行二次脫水，將骨料再次分成80～40mm、40～20mm、20～5mm 三種級配。

系統共設6個一次風冷料倉，兼作調節料倉。預冷骨料由膠帶機運輸，各級骨料按序輪換向攪拌樓料倉供料，調節料倉與膠帶機棧橋均設有保溫設施。

（3）水泥、粉煤灰

系統設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）空壓機站

空壓機站總供風量200m3/min，配置4臺螺桿式空壓機，車間分兩層布置，一層布置主機及循環水泵，二層布置輔機。

（5）外加劑

外加劑車間由攪拌池、反應池、試驗室、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，緊鄰外加劑車間的配電室二層為外加劑試驗室。

2.6 電氣設計

混凝土系統用電設備的總裝機容量為10830kW。其中低壓設備安裝容量為5780kW，10kV高壓設備占5050kV。計算最大用電負荷為6612.4kW。

根據本系統負荷容量大小、分布狀況，本系統共設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備，造成設備的絕緣損壞，設置Y5WZ-12.7型避雷器，接地線引到配電所接地網。

2.7 計算機管理及監控系統

系統采用計算機對現場生產及管理實行全過程自動化，監控系統采用分層分布式網絡結構。整個監控系統由三大部分組成，第一部分為設在各生產現場的就地控制單元LCU（智能可編程控制器）和集中器組成；第二部分由通訊網絡設備組成，負責完成現場LCU與中央控制中心通信；第三部分由設在2#配電室中央控制中心組成，控制中心計算機通過通訊網（以太網或現場總線）與各就地控制單元相連，實現對現場各個生產設備控制和監視。

2.8 供排水及廢水處理系統設計

系統生產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、空壓機站、一冷車間及二冷車間循環水的補充用水、骨料一次風冷、二次風冷空氣冷卻器沖霜用水、混凝土試件養護、生活用水等。空氣冷卻器沖霜在交接班時進行，與生產時段不重疊。系統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；水處理規模按700m3/h確定。

混凝土生產系統廢水處理廠主要由預沉池、加藥裝置、高效快速澄清器、污水池、清水池、泵房、壓濾機等組成。

2.9 生產輔助設施設計

為確保混凝土系統安全、可靠運行擬設置輔助設施：辦公生活設施、試驗中心、配件、檢修和物資材料倉庫、值班室、場內道路、配電室、膠凝材料輸送微機控制室。

3 混凝土預冷系統設計

3.1 概述

根據施工進度安排，兩座HL360-2S6000L強制式攪拌樓需全部配置預冷設施，高溫季節出機口溫度要求常態混凝土≤11℃，碾壓混凝土≤12℃。每座樓預冷碾壓混凝土按220m3/h計，系統設計制冷量（標準工況）11340kW。

3.2 設計條件

（1）氣溫、水溫、相對濕度

表1 不同月份下的氣溫、水溫、相對濕度（單位：℃、%）

（2）水泥、粉煤灰溫度（參考當月氣溫）

表2 不同月份下的水泥溫度、粉煤灰溫度（單位：℃）

（3）混凝土級配及原材料物理熱學性質

表3 混凝土級配及原材料物理熱學性質

（4）其它相關參數

①夏季室外計算氣溫：23℃；

②片冰潛熱利用率：90%；

③混凝土拌和機械熱：2717kJ/m3；

④粗骨料溫度：23℃；

⑤細骨料溫度：23℃。

（5）混凝土自然拌和出機口溫度：

依據以上條件，計算混凝土自然拌和出機口溫度，詳見表4。

表4 不同月份下的混凝土自然拌和出機口溫度

3.3 設計原則

為確保工程施工進度和工程質量，預冷系統設計方案應遵循生產工藝技術先進，操作運行可靠，技術經濟指標優良，出機口溫度滿足技術要求，預冷混凝土生產能力滿足工程需要的原則。

3.4 混凝土溫控措施

當日平均氣溫高于允許澆筑溫度時，應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、二次風冷預冷骨料、運輸采用隔熱遮陽措施，縮短混凝土暴曬時間、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 混凝土預冷系統的規模

根據施工進度安排，預冷混凝土的最大月澆筑強度15.55萬m3。

預冷混凝土設計生產能力：預冷碾壓混凝土2×220m3/h，出機口溫度12℃。

制冷裝機容量11340kW（950×104kcal/h，標準工況），其中：一次風冷5234kW（450×104kcal/h，標準工況）；二次風冷 3489kW（300×104kcal/h，標準工況）；片冰生產2326kW（200×104kcal/h，標準工況）。制冷水500kW（標準工況 43×104kcal/h）。

片冰生產能力：180t/d。

冷水生產能力：設計工況蒸發溫度t0=-3℃，冷凝溫度tk=35℃，進水溫度18.4℃，出水溫度3～4℃時，產水量48m3/h。考慮溫度回升，拌和混凝土用4℃低溫水。

3.6 工藝方案與設備配備方案的選擇

制冷工藝設計：

施工現場極端最高氣溫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℃。混凝土預冷系統以高溫季節生產出機口溫度11℃碾壓混凝土為依據進行設計。

（1）預冷措施

采取加冰及低溫水拌和，二次風冷粗骨料的預冷設計方案。

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冷料倉內對三級骨料進行一次風冷，使大石、中石冷卻到7℃，小石冷卻到10℃；

③在攪拌樓料倉內繼續對三級骨料進行二次風冷，使大石、中石、小石分別冷卻到-1、0、4℃；

④粗骨料豎井上設雨棚（兼遮陽棚），貯存時間應滿足工程要求，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，進行大壩一期通水冷卻。

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

（2）預冷工藝

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

二次風冷由2座攪拌樓的粗骨料倉、空氣冷卻器、離心鼓風機及相應的制冷設施等組成。二次風冷也需對三種粗骨料進行冷卻，并在攪拌樓料倉中進行。

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

（3）預冷混凝土

混凝土預冷系統設備配置按三級配設計，生產三級配12℃預冷碾壓混凝土時，按空氣冷卻器滿出力計，預冷混凝土生產能力為2×220m3/h，使用冷源（標準工況）一次風冷制冷容量為5234kW，二次風冷制冷容量為3489kW，片冰生產制冷容量為2326kW，冷水生產制冷容量為500kW。

3.7 保溫工程

系統設備、氨管道、通風管道保溫采用阻燃橡塑海綿保溫材料，一次風冷料倉采用10cm厚夾芯聚苯乙烯保溫板（單側彩鋼板），頂層上鋪4mm厚鋼板。膠帶機棧橋采用10cm厚夾芯聚苯乙烯保溫板。

保溫隔熱層必須按照有關制冷規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滿足要求。

3.8 混凝土預冷系統生產質量控制

（1）混凝土預冷系統全部投入運行，也可根據實際生產需要采用片冰+冷水、片冰+冷水+二次風冷、片冰+冷水+二次風冷+一次風冷任意一種組合。

（2）風冷料倉、攪拌樓料倉進料應連續均勻，確保骨料預冷效果。

（3）空氣冷卻器應定期沖霜，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計防火規范設置消防，消防水量5～10L/s，消防水壓按臨時高壓制供給，消防水源由室外消防水系統提供。

在每個制冷車間內安裝兩臺緊急泄氨器，一旦發生嚴重氨泄漏可及時對制冷系統進行放空處理。并安裝氨氣報警器，實時監測氨氣濃度，發現異常及時通風。

制冷車間內配備足夠的防毒面具、氧氣呼吸器以及消防器具，保證出現氨泄漏事故的情況下，能夠及時的進入現場進行搶修處理。

在制冷系統運行、檢修過程中加強對系統設備、閥件、管路的檢查和維護，確保系統的正常。在任何情況下制冷車間內都要保證有人值班。

4 結束語

本文主要介紹了水電工程項目中預冷混凝土拌合站的設計和設備配置等思路，希望能為相關企業或單位提供有價值的參考，保證混凝土的生產質量，從而為建筑工程的整體質量打下堅實的基礎。