大藤峽水利樞紐右岸主體工程拌和樓制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

陳立寧，王 蓉，趙光輝

（廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 桂平 537200）

1 工程概述

大藤峽水利樞紐右岸主體工程永久建筑物主要有右岸擋水壩段、右岸廠房壩段、右岸泄水閘、黔江魚(yú)道等工程項(xiàng)目；二期工程臨時(shí)建筑物主要有二期上下游土石圍堰、右岸施工臨建設(shè)施以及右岸場(chǎng)內(nèi)道路等工程。右岸主體工程需要各種標(biāo)號(hào)、各種級(jí)配混凝土186.36 萬(wàn)m3，其中溫控混凝土總計(jì)172.46 萬(wàn)m3，工程配備專屬混凝土生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)，該系統(tǒng)布置2座混凝土拌和樓，其中1座設(shè)置2臺(tái)3 m3強(qiáng)制式攪拌機(jī)，1座設(shè)置4臺(tái)4.5 m3自落式攪拌機(jī)。

2020 年1 月，設(shè)計(jì)單位下發(fā)《大藤峽水利樞紐工程右岸泄水閘混凝土溫控技術(shù)要求》（8141-JG10-5-7）、《大藤峽水利樞紐工程右岸廠房凝土溫控技術(shù)要求》（8141-JG10-5-8）等文件，要求高溫季節(jié)拌和樓最低出機(jī)口溫度為7℃，根據(jù)右岸主體工程進(jìn)度計(jì)劃，溫控混凝土設(shè)計(jì)高峰澆筑強(qiáng)度為355 m3/h（2021 年5 月），非溫控混凝土設(shè)計(jì)高峰澆筑強(qiáng)度為70 m3/h（2021年9月）。

2 設(shè)計(jì)條件

（1）氣溫設(shè)計(jì)條件。大藤峽水利樞紐工程地處廣西桂平，夏季炎熱，壩址附近多年平均氣溫21.5℃，極端最高氣溫39.2℃，極端最低氣溫-3.3℃，歷年高溫出現(xiàn)在7月份，月平均氣溫28.7℃，因此混凝土生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)中的制冷系統(tǒng)骨料預(yù)冷設(shè)計(jì)以7月份多年平均氣溫為標(biāo)準(zhǔn)。

（2）混凝土生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)置兩座拌和樓，強(qiáng)制式攪拌機(jī)型號(hào)為HL240-2S3000L，容量為2臺(tái)3.0 m3攪拌機(jī)，常態(tài)混凝土生產(chǎn)能力為240 m3/h，其中溫控混凝土生產(chǎn)能力為180 m3/h；自落式混凝土攪拌機(jī)型號(hào)為HL360-4F4500L，容量為4 臺(tái)4.5 m3攪拌機(jī)，常態(tài)混凝土生產(chǎn)能力為360 m3/h，其中溫控混凝土生產(chǎn)能力為250 m3/h。

（3）混凝土制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)技術(shù)要求，溫控混凝土生產(chǎn)強(qiáng)度為355 m3/h，出機(jī)口溫度7℃。制冷系統(tǒng)采用1 座液氨制冷樓、1 座AC750E氟利昂制冷劑集裝箱制冷站、1 座空壓機(jī)房、2 個(gè)骨料風(fēng)冷料倉(cāng)等組成。常態(tài)混凝土生產(chǎn)能力為600 m3/h、其中溫控混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為430 m3/h，設(shè)計(jì)混凝土出機(jī)口最低溫度為7℃。

（4）制冷措施。①粗骨料的堆存高度和儲(chǔ)存時(shí)間應(yīng)滿足規(guī)程規(guī)范要求，調(diào)節(jié)料倉(cāng)溫度應(yīng)不高于當(dāng)月平均氣溫；②骨料進(jìn)度皮帶機(jī)應(yīng)采取遮陽(yáng)措施，避免骨料受到太陽(yáng)光直接照射；③一次風(fēng)冷車間對(duì)四級(jí)骨料冷卻至6～8℃；④二次風(fēng)冷車間對(duì)四級(jí)骨料冷卻至4～5℃；⑤單位體積混凝土添加40 kg 片冰和適量6℃冷水進(jìn)行拌和；⑥其他混凝土外加劑加入6℃冷卻水。

（5）骨料預(yù)冷流程。粗骨料經(jīng)膠帶機(jī)輸送到一次風(fēng)冷車間，骨料一次風(fēng)冷料倉(cāng)分為4個(gè)，分別存放特大石、大石、中石、小石4 種骨料。冷風(fēng)自下而上通過(guò)骨料，骨料隨著膠帶機(jī)進(jìn)料、冷卻、出料。冷卻后的骨料輸送至拌和樓上部進(jìn)行第二次風(fēng)冷。拌和樓上同樣分為4 個(gè)料倉(cāng)，分別存放特大石、大石、中石、小石4種骨料，采用風(fēng)冷使骨料進(jìn)一步降到設(shè)計(jì)值。一、二次風(fēng)冷原理基本一致。

（6）制冰制冷水系統(tǒng)流程。制冷樓內(nèi)設(shè)置2 臺(tái)片冰機(jī)和配套冰庫(kù)。片冰經(jīng)過(guò)片冰機(jī)生產(chǎn)后在冰庫(kù)中儲(chǔ)存，并通過(guò)輸冰裝置輸送到拌和樓上，經(jīng)過(guò)稱量后送入集料斗加入攪拌機(jī)。拌和用冷水由制冷樓內(nèi)的冷水機(jī)組生產(chǎn)，經(jīng)水泵輸送到樓內(nèi)集料斗加入拌和機(jī)。

（7）混凝土骨料通過(guò)二次風(fēng)冷后與各種混凝土原材料和片冰在集料斗中混合進(jìn)入攪拌機(jī)，經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢璧玫阶畹统鰴C(jī)口溫度為7℃混凝土。

3 制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算與容量確定

根據(jù)設(shè)計(jì)下發(fā)的《大藤峽水利樞紐工程右岸泄水閘混凝土溫控技術(shù)要求》（8141-JG10-5-7）、《大藤峽水利樞紐工程右岸廠房凝土溫控技術(shù)要求》（8141-JG10-5-8），選取右岸主體工程混凝土施工配合比數(shù)據(jù)，根據(jù)熱平衡公式計(jì)算，當(dāng)出機(jī)口溫度為7℃時(shí)，粗骨料入機(jī)溫度分別為：大石-2～-1℃，中石0～1℃，小石4℃。混凝土材料熱平衡參數(shù)見(jiàn)表1。

根據(jù)熱平衡試算，在二次風(fēng)冷容量范圍內(nèi)，假設(shè)一次風(fēng)冷允許的最高溫度為：大石，a℃；中石，b℃；小石，c℃，（配合比見(jiàn)表1）則：

[1.5×300×315×0.23×（c-4）]/0.6+[1.5×300×472×0.23×（b-0）]/0.6+[1.5×300×787×0.23×（a+2）]≤300×104kcal/h

為滿足粗骨料入機(jī)溫度：大石-2℃，中石0℃，小石4℃，試算的粗骨料一次風(fēng)冷后的溫度應(yīng)分別達(dá)到：大石7℃，中石8℃、小石9℃。

為使粗骨料經(jīng)過(guò)一次風(fēng)冷冷卻后，達(dá)到大石7℃，中石8℃，小石9℃的條件，需對(duì)一次風(fēng)冷容量進(jìn)行計(jì)算。

根據(jù)風(fēng)冷骨料計(jì)算公式：

表1 三級(jí)配混凝土材料熱平衡參數(shù)表

（1）需冷量QX，kJ/h。

式中：Gg為需要風(fēng)冷的第i 中骨料量，t/h；Cg為骨料的比熱容，kJ/（kg·℃）；△Ti為第i 種骨料的降溫幅度，℃。

（2）第i種骨料的計(jì)算風(fēng)量Wji，m3/h。

式中：ρa(bǔ)為冷風(fēng)的體積制冷，kg/m3；hc2為風(fēng)冷骨料冷卻倉(cāng)出風(fēng)的比焓，kJ/kg；hc1為風(fēng)冷骨料冷卻倉(cāng)進(jìn)風(fēng)的比焓，kJ/kg。

（3）冷風(fēng)循環(huán)量Wi：Wi=（1.05～1.15）Wji。

（4）設(shè)計(jì)工況下的風(fēng)冷骨料冷負(fù)荷Qf，kW。

式中：d1為空氣冷卻器進(jìn)口冷風(fēng)的含濕量，kJ/kg；d2為空氣冷卻器進(jìn)口冷風(fēng)的含濕量，kJ/kg；335為冰霜融化潛熱，kJ/kg；2.09 為冰霜比熱容，kJ/kg；Te 為制冷劑的蒸發(fā)溫度，當(dāng)Te＞0℃時(shí)，取Te=0℃。

根據(jù)配合比計(jì)算得，混凝土制冷系統(tǒng)總需設(shè)計(jì)能力為1100×104kcal/h。主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 混凝土制冷系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)表

4 設(shè)備選型

4.1 液氨制冷樓布置

液氨制冷樓制冷總計(jì)800×104kcal。制冷樓總區(qū)域：長(zhǎng)×寬×高為30 m×18 m×18 m 的3 層鋼結(jié)構(gòu)樓，二樓以上：長(zhǎng)×寬為14 m×18 m。

一樓設(shè)置3 臺(tái)制冷量為100×104kcal/h、1 臺(tái)制冷量為50×104kcal/h 的螺桿制冷壓縮機(jī)組，配套4臺(tái)低壓循環(huán)貯液器、8 臺(tái)CNF50-200 型氨泵，2 臺(tái)WN-900 型臥式冷凝器、2 臺(tái)ZA-15.0 型高壓貯氨器、以及4 臺(tái)冷卻循環(huán)水泵、1 臺(tái)制冷量為50×104kcal/h 的螺桿冷水機(jī)組及冷水循環(huán)水泵、冷水輸送水泵各2臺(tái)。

二樓設(shè)置50 t 冰庫(kù)2 套，2 套12 t/h 氣力輸送裝置將片冰分別送到1#、2#拌和樓上。三樓設(shè)置產(chǎn)量為50 t/d 片冰機(jī)4 臺(tái)。制冷樓為兩臺(tái)拌和樓風(fēng)冷骨料提供所需的冷源，為拌制混凝土提供片冰和冷水。

4.2 氟利昂制冷劑集裝箱制冷站布置

氟利昂制冷設(shè)施為集裝箱式制冷機(jī)組，總計(jì)310×104kcal/h。每組制冷設(shè)施有制冷主機(jī)和空氣冷卻器組成，布置3組單機(jī)制冷量為80×104kcal/h、空氣冷卻器換熱面積為3600 m2的制冷設(shè)施，1組單機(jī)制冷量為70×104kcal/h、空氣冷卻器換熱面積為3200 m2的制冷設(shè)施，制冷劑為R22（氟利昂），制冷劑總重約15 t。

5 實(shí)施效果

截至2020 年10 月底，混凝土生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)拌制出機(jī)口溫度7～9℃（含7℃，不含9℃）的溫控混凝土共計(jì)11.73 萬(wàn)m3，出機(jī)口溫度9～11℃（含9℃，不含11℃）的溫控混凝土共計(jì)4.23 萬(wàn)m3，出機(jī)口溫度11～13℃（含11℃，不含13℃）的溫控混凝土共計(jì)0.09 萬(wàn)m3，出機(jī)口溫度13～15℃（含13℃，不含15℃）的溫控混凝土共計(jì)1.52 萬(wàn)m3，出機(jī)口溫度15～19℃（含15℃，不含19℃）的溫控混凝土共計(jì)0.29萬(wàn)m3，合格率均為100%。

在2020年，制冷設(shè)備經(jīng)施工檢驗(yàn)，結(jié)果表明：大藤峽右岸主體工程混凝土拌和樓制冷系統(tǒng)能滿足2020年10月～2021年9月持續(xù)1年的高強(qiáng)度溫控混凝土澆筑，滿足工程大體積溫控混凝土澆筑要求。

6 結(jié)語(yǔ)

常規(guī)混凝土拌和系統(tǒng)的制冷系統(tǒng)多采用液氨制冷設(shè)備，大藤峽樞紐水利工程為打造水利工程行業(yè)標(biāo)桿，制冷系統(tǒng)在采用液氨制冷設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了更加安全環(huán)保的氟利昂制冷車間，既補(bǔ)充了溫控混凝土澆筑高峰期液氨制冷設(shè)備制冷能力的不足，同時(shí)也降低了液氨這一重大危險(xiǎn)源帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

大藤峽右岸主體工程混凝土拌和系統(tǒng)正式運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行情況良好，混凝土溫控和質(zhì)量均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足了右岸主體工程大體積混凝土生產(chǎn)需求。結(jié)合本工程特點(diǎn)，需要注意以下問(wèn)題：

（1）氟利昂制冷機(jī)組對(duì)比常規(guī)的液氨制冷機(jī)組而言，具有占地面積較小、安全環(huán)保程度較高的優(yōu)點(diǎn)，符合當(dāng)今時(shí)代的環(huán)保發(fā)展理念，但是氟利昂制冷設(shè)備的冷卻速度對(duì)比常規(guī)的液氨制冷速度較慢，需要在實(shí)踐過(guò)程中進(jìn)一步研究改善。

（2）混凝土生產(chǎn)供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)施工總進(jìn)度計(jì)劃，合理調(diào)度系統(tǒng)運(yùn)行，保證提供保質(zhì)、保量的混凝土。在系統(tǒng)運(yùn)行期間，能夠滿足24 h運(yùn)行要求。高峰時(shí)段生產(chǎn)時(shí)，系統(tǒng)各設(shè)備完好率應(yīng)達(dá)到100%。