大藤峡水利枢纽右岸主体工程拌和楼制冷系统设计与实践

陈立宁，王 蓉，赵光辉

（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 桂平 537200）

1 工程概述

大藤峡水利枢纽右岸主体工程永久建筑物主要有右岸挡水坝段、右岸厂房坝段、右岸泄水闸、黔江鱼道等工程项目；二期工程临时建筑物主要有二期上下游土石围堰、右岸施工临建设施以及右岸场内道路等工程。右岸主体工程需要各种标号、各种级配混凝土186.36 万m3，其中温控混凝土总计172.46 万m3，工程配备专属混凝土生产供应系统，该系统布置2座混凝土拌和楼，其中1座设置2台3 m3强制式搅拌机，1座设置4台4.5 m3自落式搅拌机。

2020 年1 月，设计单位下发《大藤峡水利枢纽工程右岸泄水闸混凝土温控技术要求》（8141-JG10-5-7）、《大藤峡水利枢纽工程右岸厂房凝土温控技术要求》（8141-JG10-5-8）等文件，要求高温季节拌和楼最低出机口温度为7℃，根据右岸主体工程进度计划，温控混凝土设计高峰浇筑强度为355 m3/h（2021 年5 月），非温控混凝土设计高峰浇筑强度为70 m3/h（2021年9月）。

2 设计条件

（1）气温设计条件。大藤峡水利枢纽工程地处广西桂平，夏季炎热，坝址附近多年平均气温21.5℃，极端最高气温39.2℃，极端最低气温-3.3℃，历年高温出现在7月份，月平均气温28.7℃，因此混凝土生产供应系统中的制冷系统骨料预冷设计以7月份多年平均气温为标准。

（2）混凝土生产供应系统设计。系统设置两座拌和楼，强制式搅拌机型号为HL240-2S3000L，容量为2台3.0 m3搅拌机，常态混凝土生产能力为240 m3/h，其中温控混凝土生产能力为180 m3/h；自落式混凝土搅拌机型号为HL360-4F4500L，容量为4 台4.5 m3搅拌机，常态混凝土生产能力为360 m3/h，其中温控混凝土生产能力为250 m3/h。

（3）混凝土制冷系统设计。根据设计技术要求，温控混凝土生产强度为355 m3/h，出机口温度7℃。制冷系统采用1 座液氨制冷楼、1 座AC750E氟利昂制冷剂集装箱制冷站、1 座空压机房、2 个骨料风冷料仓等组成。常态混凝土生产能力为600 m3/h、其中温控混凝土设计生产能力为430 m3/h，设计混凝土出机口最低温度为7℃。

（4）制冷措施。①粗骨料的堆存高度和储存时间应满足规程规范要求，调节料仓温度应不高于当月平均气温；②骨料进度皮带机应采取遮阳措施，避免骨料受到太阳光直接照射；③一次风冷车间对四级骨料冷却至6～8℃；④二次风冷车间对四级骨料冷却至4～5℃；⑤单位体积混凝土添加40 kg 片冰和适量6℃冷水进行拌和；⑥其他混凝土外加剂加入6℃冷却水。

（5）骨料预冷流程。粗骨料经胶带机输送到一次风冷车间，骨料一次风冷料仓分为4个，分别存放特大石、大石、中石、小石4 种骨料。冷风自下而上通过骨料，骨料随着胶带机进料、冷却、出料。冷却后的骨料输送至拌和楼上部进行第二次风冷。拌和楼上同样分为4 个料仓，分别存放特大石、大石、中石、小石4种骨料，采用风冷使骨料进一步降到设计值。一、二次风冷原理基本一致。

（6）制冰制冷水系统流程。制冷楼内设置2 台片冰机和配套冰库。片冰经过片冰机生产后在冰库中储存，并通过输冰装置输送到拌和楼上，经过称量后送入集料斗加入搅拌机。拌和用冷水由制冷楼内的冷水机组生产，经水泵输送到楼内集料斗加入拌和机。

（7）混凝土骨料通过二次风冷后与各种混凝土原材料和片冰在集料斗中混合进入搅拌机，经过充分搅拌得到最低出机口温度为7℃混凝土。

3 制冷系统设计计算与容量确定

根据设计下发的《大藤峡水利枢纽工程右岸泄水闸混凝土温控技术要求》（8141-JG10-5-7）、《大藤峡水利枢纽工程右岸厂房凝土温控技术要求》（8141-JG10-5-8），选取右岸主体工程混凝土施工配合比数据，根据热平衡公式计算，当出机口温度为7℃时，粗骨料入机温度分别为：大石-2～-1℃，中石0～1℃，小石4℃。混凝土材料热平衡参数见表1。

根据热平衡试算，在二次风冷容量范围内，假设一次风冷允许的最高温度为：大石，a℃；中石，b℃；小石，c℃，（配合比见表1）则：

[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

为满足粗骨料入机温度：大石-2℃，中石0℃，小石4℃，试算的粗骨料一次风冷后的温度应分别达到：大石7℃，中石8℃、小石9℃。

为使粗骨料经过一次风冷冷却后，达到大石7℃，中石8℃，小石9℃的条件，需对一次风冷容量进行计算。

根据风冷骨料计算公式：

表1 三级配混凝土材料热平衡参数表

（1）需冷量QX，kJ/h。

式中：Gg为需要风冷的第i 中骨料量，t/h；Cg为骨料的比热容，kJ/（kg·℃）；△Ti为第i 种骨料的降温幅度，℃。

（2）第i种骨料的计算风量Wji，m3/h。

式中：ρa为冷风的体积制冷，kg/m3；hc2为风冷骨料冷却仓出风的比焓，kJ/kg；hc1为风冷骨料冷却仓进风的比焓，kJ/kg。

（3）冷风循环量Wi：Wi=（1.05～1.15）Wji。

（4）设计工况下的风冷骨料冷负荷Qf，kW。

式中：d1为空气冷却器进口冷风的含湿量，kJ/kg；d2为空气冷却器进口冷风的含湿量，kJ/kg；335为冰霜融化潜热，kJ/kg；2.09 为冰霜比热容，kJ/kg；Te 为制冷剂的蒸发温度，当Te＞0℃时，取Te=0℃。

根据配合比计算得，混凝土制冷系统总需设计能力为1100×104kcal/h。主要技术指标见表2。

表2 混凝土制冷系统主要技术指标表

4 设备选型

4.1 液氨制冷楼布置

液氨制冷楼制冷总计800×104kcal。制冷楼总区域：长×宽×高为30 m×18 m×18 m 的3 层钢结构楼，二楼以上：长×宽为14 m×18 m。

一楼设置3 台制冷量为100×104kcal/h、1 台制冷量为50×104kcal/h 的螺杆制冷压缩机组，配套4台低压循环贮液器、8 台CNF50-200 型氨泵，2 台WN-900 型卧式冷凝器、2 台ZA-15.0 型高压贮氨器、以及4 台冷却循环水泵、1 台制冷量为50×104kcal/h 的螺杆冷水机组及冷水循环水泵、冷水输送水泵各2台。

二楼设置50 t 冰库2 套，2 套12 t/h 气力输送装置将片冰分别送到1#、2#拌和楼上。三楼设置产量为50 t/d 片冰机4 台。制冷楼为两台拌和楼风冷骨料提供所需的冷源，为拌制混凝土提供片冰和冷水。

4.2 氟利昂制冷剂集装箱制冷站布置

氟利昂制冷设施为集装箱式制冷机组，总计310×104kcal/h。每组制冷设施有制冷主机和空气冷却器组成，布置3组单机制冷量为80×104kcal/h、空气冷却器换热面积为3600 m2的制冷设施，1组单机制冷量为70×104kcal/h、空气冷却器换热面积为3200 m2的制冷设施，制冷剂为R22（氟利昂），制冷剂总重约15 t。

5 实施效果

截至2020 年10 月底，混凝土生产供应系统拌制出机口温度7～9℃（含7℃，不含9℃）的温控混凝土共计11.73 万m3，出机口温度9～11℃（含9℃，不含11℃）的温控混凝土共计4.23 万m3，出机口温度11～13℃（含11℃，不含13℃）的温控混凝土共计0.09 万m3，出机口温度13～15℃（含13℃，不含15℃）的温控混凝土共计1.52 万m3，出机口温度15～19℃（含15℃，不含19℃）的温控混凝土共计0.29万m3，合格率均为100%。

在2020年，制冷设备经施工检验，结果表明：大藤峡右岸主体工程混凝土拌和楼制冷系统能满足2020年10月～2021年9月持续1年的高强度温控混凝土浇筑，满足工程大体积温控混凝土浇筑要求。

6 结语

常规混凝土拌和系统的制冷系统多采用液氨制冷设备，大藤峡枢纽水利工程为打造水利工程行业标杆，制冷系统在采用液氨制冷设备的基础上，增加了更加安全环保的氟利昂制冷车间，既补充了温控混凝土浇筑高峰期液氨制冷设备制冷能力的不足，同时也降低了液氨这一重大危险源带来的安全风险。

大藤峡右岸主体工程混凝土拌和系统正式运行以来，运行情况良好，混凝土温控和质量均达到设计要求，满足了右岸主体工程大体积混凝土生产需求。结合本工程特点，需要注意以下问题：

（1）氟利昂制冷机组对比常规的液氨制冷机组而言，具有占地面积较小、安全环保程度较高的优点，符合当今时代的环保发展理念，但是氟利昂制冷设备的冷却速度对比常规的液氨制冷速度较慢，需要在实践过程中进一步研究改善。

（2）混凝土生产供应系统应根据施工总进度计划，合理调度系统运行，保证提供保质、保量的混凝土。在系统运行期间，能够满足24 h运行要求。高峰时段生产时，系统各设备完好率应达到100%。