張偉鋒,張慧霞

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水電站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張偉鋒,張慧霞

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水電站為目前西藏地區(qū)最大水電站，其樞紐布置為重力壩+壩后式廠房，混凝土需求量大、質(zhì)量要求高?；炷辽a(chǎn)系統(tǒng)有夏季預(yù)冷和冬季預(yù)熱的要求，是目前西藏地區(qū)最大的混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，在藏木水電站建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用，對(duì)以后高海拔地區(qū)的水電工程混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要指導(dǎo)意義。

藏木水電站；混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)；預(yù)冷系統(tǒng)；預(yù)熱系統(tǒng)；出機(jī)口溫度

0 前 言

藏木水電站為目前西藏地區(qū)最大水電站工程，擋水建筑物為混凝土重力壩，混凝土需求量大、質(zhì)量要求高。工程地處西藏高寒、高海拔地區(qū)，夏季氣溫高、冬季寒冷，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)需配備預(yù)冷、預(yù)熱系統(tǒng)。由于工程地處高寒、高海拔地區(qū)，氣候條件惡劣、氧氣稀薄，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需考慮其惡劣的氣候特點(diǎn)。另外，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)成品骨料運(yùn)輸方案的選擇也對(duì)工程的施工、投資有較大的影響?；炷辽a(chǎn)系統(tǒng)周全完善的工藝設(shè)計(jì)、平面布置是確保工程順利實(shí)施、按時(shí)發(fā)電的重要保障。

1 工程概述

藏木水電站位于西藏自治區(qū)加查縣境內(nèi)，壩址距省道S306約7 km，距加查縣城約17 km，距拉薩約325 km，對(duì)外交通較方便。本工程為二等大(2)型工程，開(kāi)發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電。樞紐布置格局為重力壩+壩后式廠房，由左右岸擋水壩段、溢流壩段、廠房壩段、沖砂底孔壩段、壩后式地面廠房、消力池和海漫等組成。最大壩高116 m，裝機(jī)510 MW。

藏木水電站混凝土總量約340萬(wàn)m3。其中高溫季節(jié)需要預(yù)冷的溫控混凝土約121萬(wàn)m3，低溫季節(jié)需要預(yù)熱的溫控混凝土約102萬(wàn)m3。高溫季節(jié)拌和樓出機(jī)口溫度為10～14 ℃，低溫季節(jié)拌和樓出機(jī)口溫度為10～15 ℃。

藏木水電站位于高原溫帶季風(fēng)半濕潤(rùn)氣候地區(qū)，具有典型的高原氣候特征，白天溫度高，夜間溫度低，晝夜溫差大。月平均最高氣溫出現(xiàn)在7月份，溫度約16.4 ℃，相對(duì)濕度為71%。藏木水電站氣溫、水溫、相對(duì)濕度情況見(jiàn)表1。

表1 藏木水電站多年月平均氣溫、水溫、相對(duì)濕度

2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本工程混凝土以二、三級(jí)配為主，混凝土骨料料源為樞紐區(qū)開(kāi)挖砂礫石料和基坑開(kāi)挖塊石料。混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)使用時(shí)間長(zhǎng)，生產(chǎn)混凝土量大，混凝土溫控要求高。

為確保藏木水電站施工進(jìn)度和工程質(zhì)量，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案遵循生產(chǎn)工藝先進(jìn)可靠、混凝土質(zhì)量滿足工程要求、混凝土生產(chǎn)能力滿足工程建設(shè)需要、滿足水保環(huán)保要求的原則。

2.1 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模

根據(jù)施工進(jìn)度和大壩混凝土澆筑方案，混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)需滿足常溫混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度約11萬(wàn)m3的要求。大壩和廠房混凝土在5～9月有預(yù)冷要求，冷混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度約9萬(wàn)m3；大壩和廠房混凝土在11月～翌年2月有預(yù)熱要求，預(yù)熱混凝土高峰月澆筑強(qiáng)度約10萬(wàn)m3。系統(tǒng)配置2座HL240-4F3000L型混凝土拌和樓，常溫混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為360 m3/h，預(yù)冷及預(yù)熱混凝土設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力均為300 m3/h，三班制生產(chǎn)。

2.2 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)工藝

2.2.1 總工藝概述

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)由成品骨料運(yùn)輸線、成品骨料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、膠凝材料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、預(yù)冷系統(tǒng)、預(yù)熱系統(tǒng)及混凝土拌和樓等組成。

成品骨料經(jīng)膠帶機(jī)由砂石加工系統(tǒng)成品料堆運(yùn)至混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)骨料罐。骨料罐中的粗骨料通過(guò)膠帶機(jī)運(yùn)輸?shù)蕉魏Y分車間進(jìn)行篩分，篩分后的廢料通過(guò)膠帶機(jī)運(yùn)至棄料堆場(chǎng)再由汽車運(yùn)走，篩分后的骨料通過(guò)膠帶機(jī)運(yùn)至調(diào)節(jié)料倉(cāng)，然后由膠帶機(jī)運(yùn)至拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)。細(xì)骨料直接從骨料罐中由膠帶機(jī)輸送至拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)。

水泥、粉煤灰經(jīng)散裝水泥罐車運(yùn)至混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，氣送至膠凝材料罐中儲(chǔ)存，然后采用氣送方式輸送至拌和樓。

高溫季節(jié)對(duì)混凝土生產(chǎn)采取粗骨料風(fēng)冷、加片冰和冷水拌和等預(yù)冷措施，低溫季節(jié)對(duì)混凝土生產(chǎn)采取粗骨料風(fēng)熱、加熱水拌和等預(yù)熱措施，使混凝土出機(jī)口溫度滿足溫控要求。為進(jìn)一步做好保溫措施，減少溫度損失，系統(tǒng)膠帶機(jī)廊道、拌和樓及輔助車間均外包泡沫保溫板。

2.2.2 關(guān)鍵工藝研究

(1)成品骨料的運(yùn)輸方式。砂石加工系統(tǒng)與混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)同岸布置，位于混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)下游約1.5km處。成品骨料的場(chǎng)外供料運(yùn)輸線擬定兩個(gè)方案比選：方案一，膠帶機(jī)運(yùn)輸方式；方案二，汽車運(yùn)輸方式。

方案一：膠帶機(jī)運(yùn)輸方式。通過(guò)膠帶機(jī)將砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的成品骨料運(yùn)輸至混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的成品骨料罐中。本方案的優(yōu)點(diǎn)為：輸送過(guò)程外界干擾小、輸送速度快、輸送保證性高、輸送線安全性高，但建安費(fèi)用高，臨建工程量大。

方案二：汽車運(yùn)輸方式。砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)的成品骨料采用汽車通過(guò)場(chǎng)內(nèi)公路運(yùn)輸至混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的受料平臺(tái)。本方案為常規(guī)骨料運(yùn)輸方式，技術(shù)上可靠，但骨料的溫度控制較難，運(yùn)輸外界干擾大、經(jīng)濟(jì)性較差。

經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，成品骨料運(yùn)輸選擇可靠性較高的膠帶機(jī)運(yùn)輸方式，輸送能力按滿足混凝土月高峰澆筑強(qiáng)度12萬(wàn)m3/月所需的骨料計(jì)算，另考慮設(shè)備故障、停機(jī)、換料等影響因素，確定膠帶機(jī)輸送能力為1 600 t/h。

(2)成品粗骨料二次篩分。本工程混凝土骨料的料源為樞紐區(qū)開(kāi)挖天然砂礫石料和基坑開(kāi)挖塊石料。樞紐區(qū)開(kāi)挖天然砂礫石料強(qiáng)度略偏低，在運(yùn)輸過(guò)程中易破碎。

從砂石加工系統(tǒng)將成品骨料堆運(yùn)至混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)骨料罐，需經(jīng)過(guò)多條膠帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)，骨料的破碎率大大增加。此外，成品骨料在轉(zhuǎn)運(yùn)后進(jìn)入骨料罐中也會(huì)有一定程度跌落損失。

因此，為了控制進(jìn)入拌和樓成品骨料的遜徑率，并為了提高風(fēng)冷(風(fēng)熱)粗骨料的效果，系統(tǒng)設(shè)置二次篩分車間。

(3)夏季預(yù)冷、冬季預(yù)熱工藝。本工程擋水建筑物為混凝土重力壩，地處西藏高寒、高海拔地區(qū)，夏季氣溫稍高、冬季寒冷。根據(jù)氣溫、水溫及混凝土配合比資料，運(yùn)用熱平衡原理進(jìn)行計(jì)算分析， 確定預(yù)冷預(yù)熱工藝， 5～9月需要預(yù)冷，采取粗骨料風(fēng)冷、加片冰和冷水拌和的預(yù)冷措施；11月～翌年2月需要預(yù)熱，采取粗骨料風(fēng)熱、加熱水拌和的預(yù)熱措施。

2.3 混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置于壩址右岸下游約600 m白溝溝口的河灘地上，場(chǎng)地長(zhǎng)350 m，寬100 m。

混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)布置充分利用地形條件，分4個(gè)平臺(tái)上進(jìn)行布置，分別為3 270 m高程平臺(tái)、3 267 m高程平臺(tái)、3 264 m高程平臺(tái)和3 260 m高程平臺(tái)。3 270 m平臺(tái)主要布置骨料罐，3 267 m平臺(tái)布置二次篩分車間、沉淀池、清水池，3 264 m平臺(tái)主要布置廢棄渣堆、壓濾機(jī)房，3 260 m平臺(tái)主要布置混凝土拌和樓、制冷樓、鍋爐房、膠凝材料罐以及拆包車間、空壓機(jī)房等輔助車間(見(jiàn)圖1、2)。

3 混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 預(yù)冷措施

藏木水電站預(yù)冷混凝土出機(jī)口溫度要求為10 ℃(約束區(qū))、14 ℃(非約束區(qū))，工程區(qū)月平均最高氣溫、水溫出現(xiàn)在7月份，氣溫為16.4 ℃，水溫為17.1 ℃，相對(duì)濕度為71%。根據(jù)氣溫、水溫及混凝土配合比資料，運(yùn)用熱平衡原理進(jìn)行計(jì)算分析，藏木水電站混凝土5～9月需要預(yù)冷，預(yù)冷主要采取以下措施：

(1)成品骨料堆場(chǎng)儲(chǔ)存高度、時(shí)間滿足規(guī)范要求，控制地弄出料溫度不高于月平均氣溫。料堆采取遮陽(yáng)措施，減少陽(yáng)光的直射。

圖1 藏木水電站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)總平面布置

圖2 藏木水電站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)工藝流程

(2)由于混凝土降溫幅度約10 ℃，降溫幅度不大，采取在拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)對(duì)粗骨料進(jìn)行風(fēng)冷降溫，使粗骨料溫度冷卻到10 ℃。

(3)在拌和樓中加入3 ℃冷水和-2 ℃片冰進(jìn)行拌和。

3.2 預(yù)冷系統(tǒng)規(guī)模、工藝

(1)系統(tǒng)規(guī)模。根據(jù)大壩混凝土澆筑進(jìn)度和擬定的冷卻措施，經(jīng)過(guò)逐月的混凝土預(yù)冷計(jì)算，冷混凝土高峰澆筑強(qiáng)度發(fā)生在第五年7月，相應(yīng)的混凝土澆筑強(qiáng)度9萬(wàn)m3/月。

系統(tǒng)配備的預(yù)冷總規(guī)模約482.7萬(wàn)kcal/h(標(biāo)準(zhǔn)工況)，其中風(fēng)冷約247.3萬(wàn)kcal/h，3 ℃拌和冷水約37.8萬(wàn)kcal/h，-2 ℃片冰約197.6萬(wàn)kcal/h。

系統(tǒng)片冰生產(chǎn)能力為180 t/24 h，冷水生產(chǎn)能力為25 m3/h。

(2)系統(tǒng)工藝、設(shè)備。藏木水電站混凝土預(yù)冷系統(tǒng)主要措施為在拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)通-5 ℃、5 ℃冷風(fēng)對(duì)粗骨料進(jìn)行冷卻，在拌和樓中加3 ℃冷水、-2 ℃片冰進(jìn)行拌和。

-5 ℃、5 ℃冷風(fēng)的冷源和3 ℃冷水、-2 ℃片冰均在預(yù)冷車間生產(chǎn)，-5 ℃、5 ℃冷風(fēng)主要由2臺(tái)W-LG25ⅢA型螺桿式預(yù)冷壓縮機(jī)、1臺(tái)W-LG20ⅢA 型螺桿式預(yù)冷壓縮機(jī)、3臺(tái)WN-450型臥式冷凝器、4臺(tái)LSL2000型附壁式空氣冷暖風(fēng)機(jī)、4臺(tái)SL1500型附壁式空氣冷暖風(fēng)機(jī)設(shè)備制備。3 ℃拌和及制冰用冷水由1臺(tái)LSLGF500/125螺桿式冷水機(jī)組制備。-2 ℃片冰由3 ℃冷水生產(chǎn)，采用2臺(tái)W-LG25ⅢA型螺桿式預(yù)冷壓縮機(jī)，6臺(tái)5M-300FS型片冰機(jī)制備。片冰制備后，儲(chǔ)存在2個(gè)冰庫(kù)內(nèi)(冰庫(kù)容量30 t/個(gè))，采用QL-500型片冰氣體輸送裝置輸送至拌和樓儲(chǔ)冰罐。

3.3 預(yù)冷車間布置

預(yù)冷車間主要生產(chǎn)粗骨料預(yù)冷-5 ℃、5 ℃冷風(fēng)的冷源和3 ℃冷水、-2 ℃片冰。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，結(jié)合拌和樓的選型，預(yù)冷車間采用樓的形式進(jìn)行布置，緊鄰拌和樓，共五層，制冷樓尺寸為43.0 m×19.0 m×20.0 m(長(zhǎng)×寬×高)。

制冷樓一層布置5臺(tái)螺桿式預(yù)冷壓縮機(jī)、1臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組、2臺(tái)冷水泵、2臺(tái)循環(huán)水泵、1個(gè)控制室、5個(gè)高壓貯氨器、5個(gè)低壓循環(huán)貯液器及12臺(tái)氨泵。壓縮機(jī)之間通道寬度1.7 m，高壓貯氨器之間通道寬度1.5 m，低壓循環(huán)貯液器之間通道寬度1.2 m。

制冷樓二層布置5個(gè)冷凝器，通道寬度1.3 m。三層露天布置3臺(tái)冷卻塔，通道寬度1.5 m。四層布置2個(gè)冰庫(kù)、2臺(tái)氣力輸送片冰裝置，五層布置2組6臺(tái)片冰機(jī)，分別對(duì)應(yīng)4層的2個(gè)片冰庫(kù)。

4 混凝土預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 預(yù)熱系統(tǒng)工藝

藏木水電站所在地區(qū)冬季氣溫較低，冬季1、2、11、12月平均氣溫分別為0 ℃、2.7 ℃、4.7 ℃、0.6 ℃，上述四個(gè)月份混凝土出機(jī)口溫度要求均為10～15 ℃，根據(jù)自然出機(jī)口溫度計(jì)算，這四個(gè)月份混凝土需要預(yù)熱。經(jīng)計(jì)算，采取的預(yù)熱措施為：骨料罐內(nèi)設(shè)置蒸汽排管預(yù)熱骨料、加熱水拌和及拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)熱風(fēng)加熱粗骨料。

工程所在地區(qū)沒(méi)有煤炭生產(chǎn)基地，考慮燃煤所釋放的煙霧和粉塵對(duì)環(huán)境的破壞較大，本系統(tǒng)采用燃油鍋爐預(yù)熱方案。此外，考慮到該地區(qū)太陽(yáng)能比較豐富，可利用太陽(yáng)能輔助加熱。

從鍋爐房分氣缸引出三條主管道，分別通往骨料罐、調(diào)節(jié)料倉(cāng)、拌和樓及輔助生產(chǎn)車間，骨料罐、調(diào)節(jié)料倉(cāng)、拌和樓上樓棧橋、篩分樓等部位采用蒸汽排管采暖，各生產(chǎn)車間及房間采用換熱器進(jìn)行采暖。

4.2 預(yù)熱系統(tǒng)布置

本工程預(yù)熱熱源生產(chǎn)車間為鍋爐房，鍋爐房配置3臺(tái)WNS4-1.25-Y全自動(dòng)燃油蒸汽鍋爐，事故油箱、埋地儲(chǔ)油罐布置于鍋爐房之外，距離滿足相關(guān)規(guī)范要求。

鍋爐房和埋地儲(chǔ)油罐距混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)拌和樓及其它設(shè)施的距離滿足相關(guān)規(guī)范要求。埋地儲(chǔ)油罐設(shè)檢查孔、防火呼吸閥、油位計(jì)、排污等設(shè)施，油罐及輸油管路應(yīng)做防靜電措施，并設(shè)置警示標(biāo)志。

鍋爐房?jī)?nèi)部布置有3臺(tái)WNS4-1.25-Y全自動(dòng)燃油蒸汽鍋爐、日用油箱間、維修化驗(yàn)室、水處理車間、軟化凝結(jié)水箱及自來(lái)水、蒸汽、排污等管道。鍋爐房?jī)?nèi)部設(shè)施布置滿足相關(guān)規(guī)范要求，各管道應(yīng)刷涂相應(yīng)的顏色以區(qū)分。

5 結(jié) 論

藏木水電站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)模大，工藝流程復(fù)雜，采用膠帶機(jī)運(yùn)輸成品骨料，骨料運(yùn)距較遠(yuǎn)，轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)多，采用了二次篩分措施。混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)有預(yù)冷、預(yù)熱設(shè)施，預(yù)冷設(shè)置了一座制冷樓，采用骨料風(fēng)冷，加冷水、片冰拌和等預(yù)冷措施；預(yù)熱設(shè)置了鍋爐房，采用蒸汽預(yù)熱骨料、加熱水拌和及拌和樓儲(chǔ)料倉(cāng)吹暖風(fēng)加熱骨料等預(yù)熱措施。系統(tǒng)的布置充分利用地形條件，采用階梯布置方式，布置緊湊。系統(tǒng)建成投產(chǎn)后，運(yùn)行良好，為藏木水電站的建設(shè)發(fā)揮了重要作用。

[1] 《水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》DL/T5397-2007[S].2007.

[2] 《水電水利工程混凝土預(yù)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則》DL/T5179-2003[S].2003.

[3] 《水電水利工程混凝土預(yù)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)則》DL/T5386-2007[S].2007.

2016-08-23

張偉鋒(1979-)，男，河南新安人，高級(jí)工程師，從事施工組織設(shè)計(jì)工作。

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1003-9805(2017)01-0105-04