大藤峽水利樞紐右岸主體工程拌和樓制冷系統設計與實踐

陳立寧，王 蓉，趙光輝

（廣西大藤峽水利樞紐開發有限責任公司，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、黔江魚道等工程項目；二期工程臨時建筑物主要有二期上下游土石圍堰、右岸施工臨建設施以及右岸場內道路等工程。右岸主體工程需要各種標號、各種級配混凝土186.36 萬m3，其中溫控混凝土總計172.46 萬m3，工程配備專屬混凝土生產供應系統，該系統布置2座混凝土拌和樓，其中1座設置2臺3 m3強制式攪拌機，1座設置4臺4.5 m3自落式攪拌機。

2020 年1 月，設計單位下發《大藤峽水利樞紐工程右岸泄水閘混凝土溫控技術要求》（8141-JG10-5-7）、《大藤峽水利樞紐工程右岸廠房凝土溫控技術要求》（8141-JG10-5-8）等文件，要求高溫季節拌和樓最低出機口溫度為7℃，根據右岸主體工程進度計劃，溫控混凝土設計高峰澆筑強度為355 m3/h（2021 年5 月），非溫控混凝土設計高峰澆筑強度為70 m3/h（2021年9月）。

2 設計條件

（1）氣溫設計條件。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℃，歷年高溫出現在7月份，月平均氣溫28.7℃，因此混凝土生產供應系統中的制冷系統骨料預冷設計以7月份多年平均氣溫為標準。

（2）混凝土生產供應系統設計。系統設置兩座拌和樓，強制式攪拌機型號為HL240-2S3000L，容量為2臺3.0 m3攪拌機，常態混凝土生產能力為240 m3/h，其中溫控混凝土生產能力為180 m3/h；自落式混凝土攪拌機型號為HL360-4F4500L，容量為4 臺4.5 m3攪拌機，常態混凝土生產能力為360 m3/h，其中溫控混凝土生產能力為250 m3/h。

（3）混凝土制冷系統設計。根據設計技術要求，溫控混凝土生產強度為355 m3/h，出機口溫度7℃。制冷系統采用1 座液氨制冷樓、1 座AC750E氟利昂制冷劑集裝箱制冷站、1 座空壓機房、2 個骨料風冷料倉等組成。常態混凝土生產能力為600 m3/h、其中溫控混凝土設計生產能力為430 m3/h，設計混凝土出機口最低溫度為7℃。

（4）制冷措施。①粗骨料的堆存高度和儲存時間應滿足規程規范要求，調節料倉溫度應不高于當月平均氣溫；②骨料進度皮帶機應采取遮陽措施，避免骨料受到太陽光直接照射；③一次風冷車間對四級骨料冷卻至6～8℃；④二次風冷車間對四級骨料冷卻至4～5℃；⑤單位體積混凝土添加40 kg 片冰和適量6℃冷水進行拌和；⑥其他混凝土外加劑加入6℃冷卻水。

（5）骨料預冷流程。粗骨料經膠帶機輸送到一次風冷車間，骨料一次風冷料倉分為4個，分別存放特大石、大石、中石、小石4 種骨料。冷風自下而上通過骨料，骨料隨著膠帶機進料、冷卻、出料。冷卻后的骨料輸送至拌和樓上部進行第二次風冷。拌和樓上同樣分為4 個料倉，分別存放特大石、大石、中石、小石4種骨料，采用風冷使骨料進一步降到設計值。一、二次風冷原理基本一致。

（6）制冰制冷水系統流程。制冷樓內設置2 臺片冰機和配套冰庫。片冰經過片冰機生產后在冰庫中儲存，并通過輸冰裝置輸送到拌和樓上，經過稱量后送入集料斗加入攪拌機。拌和用冷水由制冷樓內的冷水機組生產，經水泵輸送到樓內集料斗加入拌和機。

（7）混凝土骨料通過二次風冷后與各種混凝土原材料和片冰在集料斗中混合進入攪拌機，經過充分攪拌得到最低出機口溫度為7℃混凝土。

3 制冷系統設計計算與容量確定

根據設計下發的《大藤峽水利樞紐工程右岸泄水閘混凝土溫控技術要求》（8141-JG10-5-7）、《大藤峽水利樞紐工程右岸廠房凝土溫控技術要求》（8141-JG10-5-8），選取右岸主體工程混凝土施工配合比數據，根據熱平衡公式計算，當出機口溫度為7℃時，粗骨料入機溫度分別為：大石-2～-1℃，中石0～1℃，小石4℃。混凝土材料熱平衡參數見表1。

根據熱平衡試算，在二次風冷容量范圍內，假設一次風冷允許的最高溫度為：大石，a℃；中石，b℃；小石，c℃，（配合比見表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

為滿足粗骨料入機溫度：大石-2℃，中石0℃，小石4℃，試算的粗骨料一次風冷后的溫度應分別達到：大石7℃，中石8℃、小石9℃。

為使粗骨料經過一次風冷冷卻后，達到大石7℃，中石8℃，小石9℃的條件，需對一次風冷容量進行計算。

根據風冷骨料計算公式：

表1 三級配混凝土材料熱平衡參數表

（1）需冷量QX，kJ/h。

式中：Gg為需要風冷的第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種骨料的計算風量Wji，m3/h。

式中：ρa為冷風的體積制冷，kg/m3；hc2為風冷骨料冷卻倉出風的比焓，kJ/kg；hc1為風冷骨料冷卻倉進風的比焓，kJ/kg。

（3）冷風循環量Wi：Wi=（1.05～1.15）Wji。

（4）設計工況下的風冷骨料冷負荷Qf，kW。

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

根據配合比計算得，混凝土制冷系統總需設計能力為1100×104kcal/h。主要技術指標見表2。

表2 混凝土制冷系統主要技術指標表

4 設備選型

4.1 液氨制冷樓布置

液氨制冷樓制冷總計800×104kcal。制冷樓總區域：長×寬×高為30 m×18 m×18 m 的3 層鋼結構樓，二樓以上：長×寬為14 m×18 m。

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

二樓設置50 t 冰庫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。三樓設置產量為50 t/d 片冰機4 臺。制冷樓為兩臺拌和樓風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

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

5 實施效果

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

在2020年，制冷設備經施工檢驗，結果表明：大藤峽右岸主體工程混凝土拌和樓制冷系統能滿足2020年10月～2021年9月持續1年的高強度溫控混凝土澆筑，滿足工程大體積溫控混凝土澆筑要求。

6 結語

常規混凝土拌和系統的制冷系統多采用液氨制冷設備，大藤峽樞紐水利工程為打造水利工程行業標桿，制冷系統在采用液氨制冷設備的基礎上，增加了更加安全環保的氟利昂制冷車間，既補充了溫控混凝土澆筑高峰期液氨制冷設備制冷能力的不足，同時也降低了液氨這一重大危險源帶來的安全風險。

大藤峽右岸主體工程混凝土拌和系統正式運行以來，運行情況良好，混凝土溫控和質量均達到設計要求，滿足了右岸主體工程大體積混凝土生產需求。結合本工程特點，需要注意以下問題：

（1）氟利昂制冷機組對比常規的液氨制冷機組而言，具有占地面積較小、安全環保程度較高的優點，符合當今時代的環保發展理念，但是氟利昂制冷設備的冷卻速度對比常規的液氨制冷速度較慢，需要在實踐過程中進一步研究改善。

（2）混凝土生產供應系統應根據施工總進度計劃，合理調度系統運行，保證提供保質、保量的混凝土。在系統運行期間，能夠滿足24 h運行要求。高峰時段生產時，系統各設備完好率應達到100%。