新型箱式制冷系統在兩河口水電站的運用

黃興周

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明 650032）

1 工程概況

1.1 概述

兩河口水電站為雅礱江中、下游的“龍頭”水庫，對其下游的雅礱江梯級電站以及金沙江、長江干流電站的梯級電站補償作用顯著，電站裝機容量3 000 MW，多年平均年發電量110億kW·h[1]。

右岸下游低線混凝土生產系統布置在2號導流洞出口下游約1 km的坡地上，場地2643.5平臺面積約為1.77萬m2，其道路主干線為雅新公路，主要負責場內混凝土運輸、原材料進廠。系統布置兩座2×3.0 m3強制式拌和樓，相應配套設施有：水泥和粉煤灰儲運系統、混凝土預冷系統、混凝土預熱系統、廢水處理設施以及其他輔助設施。設計月生產強度10萬m3，主要負責向工區內各個標段供應半成品混凝土。

制冷要求為廠房蝸殼、機墩、風罩、巖壁吊車梁、進水塔塔身混凝土澆筑溫度不高于16℃，考慮預冷混凝土運輸過程2℃的溫升，拌和樓混凝土出機口溫度設定為14℃。

1.2 工程特點

（1）場地受限

整個混凝土生產系統分兩期建設，一期施工已將場地位置確定，而制冷系統在二期建設完成，只能在一期現有場坪上進行布置，位置有限，且系統旁為雅新路，經常有社會車輛通行，無法實現封閉管理。

（2）制冷混凝土需求強度不高

根據工程進度及施工需要，預冷混凝土生產能力80 m3/h，拌和樓混凝土出機口溫度設定為14℃。

（3）制冷設備運行工期長，時間短

根據進度計劃，制冷設備運行工期為8年，每年只有5～11月份供應預冷混凝土，冬季需對設備進行維護保養。

（4）物資匱乏

本工程地處藏區，工程物資都需從成都等地運至工地，夏季受雨水影響，造成物資供應困難。

2 制冷系統工作原理

2.1 傳統制冷系統

氨作為制冷劑，低壓氨蒸汽經壓縮機被壓縮成高壓氣體，再經過氨油分離器分離壓縮機帶出的冷凍油霧后，進入冷凝器被冷凝成高壓液氨，進入貯氨器。高壓液氨經過節流閥降壓后，通過直接膨脹供液、氨泵強制供液（低壓循環桶）、重力供液（氨液分離器）等方式送入蒸發器，吸收外界的熱量（制冷）由液態轉化為氣態，再次被壓縮機壓縮。

2.2 新型箱式制冷系統

（1）風冷系統

骨料風冷系統：拌和樓風冷由拌和樓的粗骨料倉、空氣冷卻器、冷風機及相應的制冷設施等組成。高效空氣冷卻器、風機與拌和樓粗骨料倉1對1配置，組成各自獨立的冷風循環系統。拌和樓骨料倉每個倉同樣分為3個區域。粗骨料由DTⅡ輸送機送至拌和樓料倉，進行風冷，將粗骨料冷卻至所需的終溫排入稱量器后卸入拌和樓集中料斗供拌和混凝土。空氣冷卻器冷源由集裝箱式冷風站提供。在風冷進、回風管上安裝數字化溫度儀隨時檢測進、回風溫度，儀器終端設備安裝在制冷樓控制室內，工作人員隨時對進、回風溫度進行監控。當進、回風溫度超過設定限值時報警，提醒工作人員關注，必要時進行調控。報警值根據實際運行情況設定。

（2）制冰系統

制冰系統采用箱式結構，分上下兩層，集中向拌和樓供應片冰。片冰由片冰機生產，冰機置于冰庫上方，片冰機生產的片冰直接進入設有隔熱及降溫措施的冰庫內，片冰通過冰庫內的耙冰機和螺旋機進入氣力輸送泵輸送進拌和樓。調節料倉庫底設有出料螺旋機將片冰排出倉外，送入冰稱量器計量后卸入拌和樓集中料斗供拌和混凝土。

（3）冷卻水系統

制冰、拌和用的4℃低溫水均由集裝箱冷水機組生產，生產出的冷水通過泵送至各用水點。

3 傳統制冷系統與新型箱式制冷系統比較

3.1 系統建安比較

（1）傳統型制冷系統

土建施工→設備、材料準備→制冷設備及管路安裝→制冷系統排污→試壓→真空試驗→氨試漏試驗→設備和管道絕熱→涂裝→系統充氨→單機試運行→系統調試運行→驗收、備案。

（2）新型箱式制冷系統

土建施工→基礎鋼結構制安→集裝箱吊裝就位→外圍管路、電氣接線→試壓→管道絕熱→系統充氟→單機試運行→系統調試運行。

根據對比新型箱式制冷系統優勢在于：

（1）無需進行單體設備安裝和現場組裝。

（2）無需進行單機調試。

（3）制冷源由液氨替換為氟后，無需進行隔離、密封等作業，避免了人員中毒事件的發生。

（4）安裝完成投入運行前無需向當地安監等部門備案或驗收。

（5）采用集裝箱結構，安、拆方便，便于循環利用。

通過對比，新型箱式制冷系統建安快捷、簡便，在縮短建安工期的同時，也減少了占地面積，為項目創效提供了保障。

3.2 安全性比較

（1）傳統型制冷系統。

1）氨制冷機房貯氨器等重要部位需安裝氨氣濃度檢測報警儀器，并與事故排風機自動開啟聯動。

2）氨制冷機房需設置氨氣濃度報警裝置。

3）壓力容器、壓力管道及其安全附件應定期檢驗。

4）需制定系統發生故障而引起大量泄氨的事故應急預案，并定期組織演練和培訓。

5）制冷裝置的安裝操作人員必須經過專業安全培訓，取得操作證后方可上崗。

6）制冷車間消防需按建筑設計防火規范設置消防。

7）需制定預防氨泄漏措施。

（2）新型箱式制冷系統

1）制冷裝置的安裝操作人員必須經過安全技術教育，并對系統有比較全面的了解，以免思想麻痹或業務生疏而造成事故。

2）制冷裝置充入制冷劑后，應禁止在現場吸煙或點明火。

3）氟瓶的閥門凍結時，應把鋼瓶移到較暖的地方或者用潔凈的冷水解凍，嚴禁用火烘烤。

4）制冷設備的控制操作是專業性很強的技術工作，系統中還包含了專業的智能控制單元，必須是受過工藝和電氣培訓的專門負責的工作人員，才可對系統和控制單元的參數進行更改和設定，非專門負責的工作人員不可隨意修改設定參數，以免系統不能正常工作。

5）加氟時應做好人身防護工作，操作人員必須佩帶手套，并備有一定數量的水源用軟管引到操作現場，以備在緊急情況下使用[2]。

通過對比，新型箱式制冷系統安全性能優于傳統型制冷系統，更符合新時代安全管理理念。

4 新型箱式制冷系統運用效果

4.1 產能情況

與傳統的液氨制冷系統對比，采用氟制冷系統在系統設計產能情況下，氟制冷系統產能不輸于液氨制冷系統，且氟制冷系統采用全智能控制、模擬顯示，操作簡單，大大提高了生產效率。

4.2 施工運行效果

兩河口水電站低線混凝土生產制冷系統于2016年投產，至今已運行3年，每年5～11月份均正常投入運行，各項技術指標滿足設計要求，設備運行正常，無故障停機情況發生，保障了電站制冷混凝土正常供應。

與液氨制冷系統對比，運行人員投入大幅度減少，傳統液氨制冷系統每班至少配置4～5人，而采用氟制冷系統每班只需配置1～2人，大大減少了人員投入。同時，采用氟制冷系統不用擔心液氨泄漏等潛在風險對運行人員造成傷害。

5 新型箱式制冷系統運用心得

5.1 建安心得

（1）制冷系統位置應貼鄰拌和樓，最好布置在靠拌和樓小冰庫一側。

（2）風送片冰管道應盡量減少直角彎，有條件的情況下盡量減少管道轉彎，確保輸冰順暢，減少堵塞，提高運行效率。

（3）集裝箱內設備盡量布置緊湊，同一功能設備盡量在一個集裝箱內，減少外圍管路。

（4）若系統內同時配置冷風、冷水、片冰設備，冷風設備盡量靠近拌和樓減少管路長度，片冰設備在中間。

5.2 運行心得

（1）每班應不少于2次對制冰管路進行沖洗，冰庫內靶冰機結塊清理等。

（2）若進行24 h生產，應進行無縫隙現場交接班，并填寫運行記錄。

（3）隨時巡查設備各個部位參數顯示是否存在異常，發現問題及時處理。

6 運用前景

液氨等對人體有害的物質從生產、運用等各個環節管控越來越嚴，生產、儲存成本將不斷上漲，采用新的替代物是必然的，而氟是常溫下無色，近似無味的氣體，不燃燒、不爆炸、無腐蝕，為公認的安全制冷劑，廣泛運用于家用空調、冷庫、食品冷凍、工業制冷、商業制冷等。

隨著科技不斷進步，對混凝土質量控制標準越來越嚴，特別是結構混凝土、大體積混凝土等都要求嚴格控制混凝土澆筑溫度及混凝土溫升，對拌和樓出機口半成品混凝土溫度控制是必然手段，特別是公路、鐵路建設等需經常拆移系統，新型箱式制冷系統優勢尤為明顯。

7 結語

（1）相對于傳統制冷系統，新型箱式制冷系統優化外型，體積小、功能全、控制面板易于操作；整機移動方便，能效比高，振動小，噪音低，環保節能。

（2）新型箱式制冷系統制冷源由氟替代液氨，降低了作業危險源。

（3）新型箱式制冷系統占地面積小，集裝箱之間可以上下堆垛，節約場地。

（4）新型箱式制冷系統采用全智能控制、模擬顯示，操作簡單，大大提高了生產效率。

（5）同參數情況下，新型箱式制冷系統產能不輸于傳統制冷系統，而且人員投入大大縮減，提高經濟效益。