水利水电工程中混凝土拌和及制冷系统设计

贾文光 孙秀丽

（中国水利水电第十一工程局有限公司 河南郑州 450001）

1 混凝土拌合系统介绍

混凝土搅拌系统是由搅拌主机、物料称量系统、物料输送系统、物料贮存系统、控制系统五大组成系统和其他附属设施组成的建筑材料制造设备，其工作的主要原理是以水泥为胶结材料，将砂石、石灰、煤渣等原料进行混合搅拌，最后制作成混凝土，作为建筑材料投入工程建设。

本项目混凝土系统布置于大坝下游1.0km处，系统计常温混凝土生产能力600m3/h，预冷混凝土生产能力440m3/h，设置2座HL360-2S6000L型强制式搅拌楼，三班制生产。

制冷装机容量11340kW（950×104kcal/h，标准工况），其中：一次风冷5234kW（450×104kcal/h，标准工况）；二次风冷 3489kW（300×104kcal/h，标准工况）；片冰生产2326kW（200×104kcal/h，标准工况）。制冷水500kW。片冰生产能力：180t/d。

系统设置供配电、供排水及废水处理系统，设置外加剂车间、配电室、空压机房、地磅、综合办公楼等辅助设施。

2 混凝土拌和系统设计

2.1 设计依据

系统的设计方案依据混凝土生产强度及搅拌楼配置而拟定，使其满足混凝土质量和混凝土浇筑高峰期生产能力的要求。设计成果满足国家的现行标准、规程、规范等要求。

2.2 设计原则

为确保工程施工进度和工程质量，混凝土系统设计方案应遵循生产工艺先进可靠、质量符合规范要求、混凝土生产能力满足工程需要及并满足环保和安全生产要求的原则。

2.3 系统的规模

根据项目施工进度安排，常温碾压混凝土小时强度按2×300m3进行设计。温控月份，预冷混凝土小时强度按2×220m3进行设计。

2.4 工艺流程设计

（1）总体工艺方案

骨料采用汽车运输至受料仓，通过皮带机运输至3个粗骨料竖井、2个细骨料竖井，再运输至二次筛分车间，经筛分后进入一次风冷料仓，风冷后的粗骨料经胶带机运输至搅拌楼，细骨料直接运输至搅拌楼料仓。10个胶凝材料罐布置在1224.00m高程平台，2座二次筛分车间布置在1247.30m、1252.80m高程开挖边坡的平台上。2座搅拌楼并排布置在1224.50m高程平台，二冷楼紧邻2座搅拌楼下游侧布置，2座一次风冷料仓在1224.00m高程平台下游沿长度方向靠坡脚线“一”字排开布置。一冷车间紧邻一次风冷料仓下游布置，空压机站布置在胶凝材料罐背后靠山体侧，外加剂车间利用二冷楼底层中间空余部位布置，试验、办公布置在系统下游场地。

（2）工艺设备的选择

本项目场地狭窄，混凝土生产量大，搅拌设备应优先选择大容量的搅拌楼。按工程要求，配置2座2×6m3强制式搅拌楼。

骨料采用大型竖井料仓储存。骨料采用汽车运输，设4个骨料受料仓，通过胶带机将骨料转运到骨料竖井。

为保证骨料质量，控制超逊径含量及粉尘含量，提高预冷效果，设置冲洗及二次筛分设施。

水泥及粉煤灰均按散装考虑，设10座直径为φ10m，贮量2000t的胶凝材料罐。

考虑集中供风，设固定空压机站。外加剂泵选用耐酸立式屏蔽流程泵。

2.5 系统布置设计

（1）混凝土粗、细骨料运输及贮存

成品骨料通过汽车运输至受料仓，再用胶带机转运到5个粗、细骨料竖井，通过竖井底部的胶带机运输至二次筛分车间，经检查筛分后再进入一次风冷料仓，风冷后的骨料运至搅拌楼料仓。细骨料直接运输至搅拌楼料仓。

（2）二次筛分及一次风冷料仓

布置两座二次筛分车间每座筛分楼分二层，二阶式“品”字形布置。第一阶为冲洗脱水筛，布置1台双层圆振动筛，将粗骨料分成80～20mm、20～5mm两种级配，分别进入第二阶并排布置的1台双层圆振动筛及1台ZKR2460单层直线振动筛进行二次脱水，将骨料再次分成80～40mm、40～20mm、20～5mm 三种级配。

系统共设6个一次风冷料仓，兼作调节料仓。预冷骨料由胶带机运输，各级骨料按序轮换向搅拌楼料仓供料，调节料仓与胶带机栈桥均设有保温设施。

（3）水泥、粉煤灰

系统设10座胶凝材料罐。其中水泥罐4座，总贮量8000t；粉煤灰罐6 座，总贮量 9000t。

（4）空压机站

空压机站总供风量200m3/min，配置4台螺杆式空压机，车间分两层布置，一层布置主机及循环水泵，二层布置辅机。

（5）外加剂

外加剂车间由搅拌池、反应池、试验室、外加剂库组成。一层布置外加剂池及少部分粉剂，池顶堆放大部分粉剂，紧邻外加剂车间的配电室二层为外加剂试验室。

2.6 电气设计

混凝土系统用电设备的总装机容量为10830kW。其中低压设备安装容量为5780kW，10kV高压设备占5050kV。计算最大用电负荷为6612.4kW。

根据本系统负荷容量大小、分布状况，本系统共设10kV配电室3座，电源从大坝变10kV母线通过架空线引到各施工配电室。

为防止雷电波侵袭电气设备，造成设备的绝缘损坏，设置Y5WZ-12.7型避雷器，接地线引到配电所接地网。

2.7 计算机管理及监控系统

系统采用计算机对现场生产及管理实行全过程自动化，监控系统采用分层分布式网络结构。整个监控系统由三大部分组成，第一部分为设在各生产现场的就地控制单元LCU（智能可编程控制器）和集中器组成；第二部分由通讯网络设备组成，负责完成现场LCU与中央控制中心通信；第三部分由设在2#配电室中央控制中心组成，控制中心计算机通过通讯网（以太网或现场总线）与各就地控制单元相连，实现对现场各个生产设备控制和监视。

2.8 供排水及废水处理系统设计

系统生产用水主要为混凝土拌和、搅拌楼冲洗、粗骨料二次筛分、外加剂拌制、空压机站、一冷车间及二冷车间循环水的补充用水、骨料一次风冷、二次风冷空气冷却器冲霜用水、混凝土试件养护、生活用水等。空气冷却器冲霜在交接班时进行，与生产时段不重叠。系统供水以二次筛分冲洗、混凝土拌和为主，确定供水量为420m3/h。

废水处理主要为骨料二次筛分冲洗，搅拌楼冲洗，空气冷却器冲霜等处理水量为630m3/h；水处理规模按700m3/h确定。

混凝土生产系统废水处理厂主要由预沉池、加药装置、高效快速澄清器、污水池、清水池、泵房、压滤机等组成。

2.9 生产辅助设施设计

为确保混凝土系统安全、可靠运行拟设置辅助设施：办公生活设施、试验中心、配件、检修和物资材料仓库、值班室、场内道路、配电室、胶凝材料输送微机控制室。

3 混凝土预冷系统设计

3.1 概述

根据施工进度安排，两座HL360-2S6000L强制式搅拌楼需全部配置预冷设施，高温季节出机口温度要求常态混凝土≤11℃，碾压混凝土≤12℃。每座楼预冷碾压混凝土按220m3/h计，系统设计制冷量（标准工况）11340kW。

3.2 设计条件

（1）气温、水温、相对湿度

表1 不同月份下的气温、水温、相对湿度（单位：℃、%）

（2）水泥、粉煤灰温度（参考当月气温）

表2 不同月份下的水泥温度、粉煤灰温度（单位：℃）

（3）混凝土级配及原材料物理热学性质

表3 混凝土级配及原材料物理热学性质

（4）其它相关参数

①夏季室外计算气温：23℃；

②片冰潜热利用率：90%；

③混凝土拌和机械热：2717kJ/m3；

④粗骨料温度：23℃；

⑤细骨料温度：23℃。

（5）混凝土自然拌和出机口温度：

依据以上条件，计算混凝土自然拌和出机口温度，详见表4。

表4 不同月份下的混凝土自然拌和出机口温度

3.3 设计原则

为确保工程施工进度和工程质量，预冷系统设计方案应遵循生产工艺技术先进，操作运行可靠，技术经济指标优良，出机口温度满足技术要求，预冷混凝土生产能力满足工程需要的原则。

3.4 混凝土温控措施

当日平均气温高于允许浇筑温度时，应采取措施控制混凝土温度：

（1）降低混凝土浇筑温度，可采用加冷水和片冰拌和混凝土、二次风冷预冷骨料、运输采用隔热遮阳措施，缩短混凝土暴晒时间、喷水雾等措施降低仓面的气温。

（2）降低混凝土的水化热温升，可选用水化热低的中热水泥。

3.5 混凝土预冷系统的规模

根据施工进度安排，预冷混凝土的最大月浇筑强度15.55万m3。

预冷混凝土设计生产能力：预冷碾压混凝土2×220m3/h，出机口温度12℃。

制冷装机容量11340kW（950×104kcal/h，标准工况），其中：一次风冷5234kW（450×104kcal/h，标准工况）；二次风冷 3489kW（300×104kcal/h，标准工况）；片冰生产2326kW（200×104kcal/h，标准工况）。制冷水500kW（标准工况 43×104kcal/h）。

片冰生产能力：180t/d。

冷水生产能力：设计工况蒸发温度t0=-3℃，冷凝温度tk=35℃，进水温度18.4℃，出水温度3～4℃时，产水量48m3/h。考虑温度回升，拌和混凝土用4℃低温水。

3.6 工艺方案与设备配备方案的选择

制冷工艺设计：

施工现场极端最高气温39.4℃，极端最低气温0.5℃，7月份多年平均气温23℃、平均水温18.4℃。混凝土预冷系统以高温季节生产出机口温度11℃碾压混凝土为依据进行设计。

（1）预冷措施

采取加冰及低温水拌和，二次风冷粗骨料的预冷设计方案。

①加冰及低温水拌和：碾压混凝土加片冰及4℃低温水拌和，每m3混凝土加冰量为15kg；

②在冲洗筛分后的一次风冷料仓内对三级骨料进行一次风冷，使大石、中石冷却到7℃，小石冷却到10℃；

③在搅拌楼料仓内继续对三级骨料进行二次风冷，使大石、中石、小石分别冷却到-1、0、4℃；

④粗骨料竖井上设雨棚（兼遮阳棚），贮存时间应满足工程要求，地下洞出料，温度不高于月平均气温；

⑤夏季混凝土浇筑后通冷水，进行大坝一期通水冷却。

在过渡季节，根据外界气温及混凝土出机口温度要求，可选择采用风冷、加冰、冷水拌和混凝土其中一种或几种组合措施。优先顺序：冷水，加冰，搅拌楼风冷，一次料仓风冷。

（2）预冷工艺

一次风冷系统由一冷车间、空气冷却器、风冷料仓、冷风循环系统组成，分三层布置。一层布置4台LG25Ⅲ型、1台LG20Ⅲ型螺杆制冷压缩机、控制室，二层布置5台ZA5.0型高压贮氨器、3台DFW300-315/4/90型立式离心泵、8台CNF-40-200型氨泵，三层布置4台DX10.0型卧式低压循环贮氨器、5台WN450型卧式冷凝器，屋顶布置3台DBNL3-800型冷却塔。

二次风冷由2座搅拌楼的粗骨料仓、空气冷却器、离心鼓风机及相应的制冷设施等组成。二次风冷也需对三种粗骨料进行冷却，并在搅拌楼料仓中进行。

制冰及制冷水冷源采用螺杆冷水机组，提供4℃冷冻水，水经加压送至搅拌楼上的水箱和片冰机水箱，分别用于拌和混凝土和生产片冰。

（3）预冷混凝土

混凝土预冷系统设备配置按三级配设计，生产三级配12℃预冷碾压混凝土时，按空气冷却器满出力计，预冷混凝土生产能力为2×220m3/h，使用冷源（标准工况）一次风冷制冷容量为5234kW，二次风冷制冷容量为3489kW，片冰生产制冷容量为2326kW，冷水生产制冷容量为500kW。

3.7 保温工程

系统设备、氨管道、通风管道保温采用阻燃橡塑海绵保温材料，一次风冷料仓采用10cm厚夹芯聚苯乙烯保温板（单侧彩钢板），顶层上铺4mm厚钢板。胶带机栈桥采用10cm厚夹芯聚苯乙烯保温板。

保温隔热层必须按照有关制冷规范要求和防火安全要求施工，保温材料耐燃性能和防潮性能应满足要求。

3.8 混凝土预冷系统生产质量控制

（1）混凝土预冷系统全部投入运行，也可根据实际生产需要采用片冰+冷水、片冰+冷水+二次风冷、片冰+冷水+二次风冷+一次风冷任意一种组合。

（2）风冷料仓、搅拌楼料仓进料应连续均匀，确保骨料预冷效果。

（3）空气冷却器应定期冲霜，确保降温效果。

3.9 消防与氨泄漏措施

制冷车间消防按建筑设计防火规范设置消防，消防水量5～10L/s，消防水压按临时高压制供给，消防水源由室外消防水系统提供。

在每个制冷车间内安装两台紧急泄氨器，一旦发生严重氨泄漏可及时对制冷系统进行放空处理。并安装氨气报警器，实时监测氨气浓度，发现异常及时通风。

制冷车间内配备足够的防毒面具、氧气呼吸器以及消防器具，保证出现氨泄漏事故的情况下，能够及时的进入现场进行抢修处理。

在制冷系统运行、检修过程中加强对系统设备、阀件、管路的检查和维护，确保系统的正常。在任何情况下制冷车间内都要保证有人值班。

4 结束语

本文主要介绍了水电工程项目中预冷混凝土拌合站的设计和设备配置等思路，希望能为相关企业或单位提供有价值的参考，保证混凝土的生产质量，从而为建筑工程的整体质量打下坚实的基础。