張建鴻

（中國葛洲壩集團第五工程有限公司 湖北宜昌 443100）

1 工程概況

金沙江某水電站混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)，主要承擔導流隧洞、尾水系統(tǒng)、泄洪洞、地下廠房系統(tǒng)、水墊塘和二道壩等工程約477.0萬m3混凝土的生產(chǎn)任務，其中出機口溫度為14℃的溫控混凝土約為376.3萬m3。混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)按2座4×3m3自落式拌和樓規(guī)模設置，需滿足工程高峰月混凝土澆筑強度12.0×104m3，小時生產(chǎn)能力為240m3/h，出機混凝土的溫度為14℃設計。

2 制冷系統(tǒng)工藝設計和控制

2.1 水文、氣象資料

最高河水溫度：25.4℃，多年平均相對濕度：66.0%。

壩址區(qū)多年平均氣溫21.9℃，多年最高月平均氣溫為27.1℃。

考慮骨料運輸?shù)纫蛩?，初始溫度定為：粗骨?7.5℃；濕砂25.5℃；外加劑25.5℃；水泥52.5℃；粉煤灰47.5℃；水溫25℃。

2.2 制冷工藝

采用骨料風冷+冷水拌和+加冰片的制冷工藝。

2.3 制冷量計算

（1）拌和樓風冷骨料計算參數(shù)

①制冷機裝機容量（標準工況）：390×104Kcal/h；

②冷風蒸發(fā)溫度：-14～-16℃；

③骨料冷卻平均終溫：7～9℃；

④料倉冷風進風溫度：-1～-2℃；

⑤骨料平均冷卻時間：90min。

（2）片冰及冷水計算參數(shù)

①制冷機裝機容量（低溫工況）：240×104Kcal/h；

②制冰蒸發(fā)溫度：-23～-25℃；

③片冰平均溫度：-8～-10℃；

④每m3混凝土加冰量：：50kg混凝土二級配）；

⑤冷水蒸發(fā)溫度：-3℃；

⑥冷水水溫：4～6℃。

（3）冷風制冷量計算

本系統(tǒng)采用一邊進料、一邊冷卻、一邊供料的連續(xù)風冷方式，料層自上而下順序連續(xù)流動，頂層為進料溫度，底層溫度為所需的冷卻終溫，料流速度按照單位時間所需的供料量計算。各層的料溫、風溫都恒定不變，若將骨料分層，則上一層料的終溫為下一層的初溫，下層料的出風溫度為上層料的進風初溫。

冷風耗冷量、加冰量、冷水量按預冷混凝土小時生產(chǎn)能力240m3/h計算。

假定骨料冷卻終溫為7℃，骨料比熱為0.21Kcal/℃，則在設計工況時制冷風所耗熱量 Q=240×（400+400+400+420）÷1000×0.21×（27.5-7）×1.5÷10=251.08萬Kcal/h。

（4）制冰系統(tǒng)耗冷量計算

二級配混凝土量大，加冰量最多，制冰量以生產(chǎn)二級配混凝土進行計算。需冰量為240×20×0.046=220.8t/d，確定制冰的能力為225t/d，根據(jù)公式計算制冰系統(tǒng)耗冷量。

QB=0.0016kGB[（tw-0）cw+（0-tB）cB+335]

式中，QB-設計工況下的制冰冷負荷，kW；k-冷量損失補償系數(shù)，取1.2～1.25；GB-日制冰能力，t/d；tw-制冰用水水溫，℃；tB-冰溫，℃；cw-水的比熱容，kJ/（kg℃）；cB-冰的比熱容，kJ/（kg℃）；335-冰的融化潛熱，kJ/kg。

假定制冰時水溫為15℃（6℃冷水有一個溫升過程），片冰溫度為-10℃，計算得出制冰的冷負荷為1100kW，考慮冷量損失，并為冰庫提供冷風約需耗冷量200kW×2=400kW，制冰系統(tǒng)共需消耗冷負荷129萬Kcal/h。

（5）冷水生產(chǎn)量

冷水生產(chǎn)量包括制片冰所需冷水及拌和所需冷水兩部分，冷水生產(chǎn)量以生產(chǎn)二級配混凝土進行計算。根據(jù)典型二級配加水量為135kg/m3，計算冷水產(chǎn)量為240×135=32.40m3/h，考慮到生產(chǎn)不均勻和氣候變化，冷水生產(chǎn)量按35m3/h設計。

根據(jù)公式計算制冷水冷負荷：

Qw=kGgwcw（tj-tc）÷3600

式中，Qw-設計工況下的制冰水冷負荷，kW；k-冷量損失補償系數(shù)，取1.1～1.2；G為混凝土小時生產(chǎn)量，m3/h；gw-每立方米混凝土外加冷水和片冰的總量，kg/m3；tj-制冷水設備的進水溫度，℃；tc-制冷水設備的出水溫度，℃；cw-水的比熱容，kJ/（kg℃）。

本設計方案選用螺旋管蒸發(fā)器制冷水，其占地面積小，設備成本低，出水溫度為2～4℃。經(jīng)過計算，低溫工況下制冷量為781kW，蒸發(fā)溫度為-1℃，低溫工況制冷量為67.1萬Kcal/h。

2.4 工藝流程說明

（1）制冷車間

制冷車間由螺桿式氨壓機、蒸發(fā)冷凝器、虹吸貯氨器、高壓貯氨器、低壓循環(huán)貯液器、氨泵及片冰機、冷風機等組成閉路循環(huán)系統(tǒng)。

制冷車間由于制冷風與制片冰的運行工況不一致，設計時配置三臺氨壓縮機、兩臺低壓循環(huán)貯液器，四臺氨泵用于保證片冰及冷水生產(chǎn)；配置三臺氨壓縮機，三臺低壓循環(huán)貯液器及四臺氨泵用于兩座拌和樓風冷骨料生產(chǎn)。氨制冷系統(tǒng)工作流程如下：氨壓縮機從低壓循環(huán)貯液器吸入低溫低壓的飽和氨氣，經(jīng)壓縮機壓縮后變成高溫高壓的氣體，排入立式冷凝蒸發(fā)器，通過熱交換后氨氣變成常溫高壓的氨液，流入虹吸貯氨器。虹吸貯氨器是一個液氣分離裝置，一部分液體流回氨壓縮機的油冷卻系統(tǒng)進行熱交換，蒸發(fā)后的氣體回至虹吸貯氨器內，氣體回至冷凝器內再次液化；一部分液體溢流至高壓貯氨器內。高壓儲液器內的氨液經(jīng)過液體分配站及節(jié)流膨脹閥，變成低溫低壓的液體，分別向螺旋管蒸發(fā)器和低壓循環(huán)儲液器供液。螺旋管蒸發(fā)器內的氨液吸熱蒸發(fā)后變成低溫低壓的氣液混合物回到低壓循環(huán)貯液器，蒸發(fā)器內的常溫水被氨液帶走熱量從而變成冷水，完成冷水的生產(chǎn)過程。低壓循環(huán)貯液器是一臺集儲存、氣液分離的壓力容器，低循內的氨液經(jīng)過氨泵輸送到片冰機及拌和樓上的冷風機蒸發(fā)器進行熱交換，完成片冰和冷風的生產(chǎn)過程，吸熱后的氨液變成氣液混合物沿回氣管回到低壓循環(huán)貯液器，氣液混合物經(jīng)低壓循環(huán)貯液器分離后的飽和氣體被壓縮機吸回，完成一個工作循環(huán)，如此周而復始完成制冷流程。流程簡圖如圖1所示。為保證系統(tǒng)可互相切換且檢修某臺主機時不影響系統(tǒng)生產(chǎn)，我們在主機回氣管和氨泵出液管集管上分別增加1臺過橋閥門，如生產(chǎn)冷風的某臺主機需要檢修時，過橋閥門打開，可將另一臺用于制冰的主機用于制冷風。

圖1 制冷系統(tǒng)預冷工藝流程簡圖

（2）風冷骨料系統(tǒng)

液氨吸收空氣的熱量使空氣溫度降低，附壁式冷風機將低溫空氣吹入料倉，低溫空氣和骨料交換熱量使骨料降低到要求溫度。儲罐內的骨料經(jīng)膠帶機送入拌和樓骨料倉進行風冷。拌和樓的特大石骨料倉可根據(jù)需要調節(jié)堆存大石或中石，每個料倉自上而下分為進料區(qū)、冷卻區(qū)、儲料區(qū)。在冷卻區(qū)內設有配風裝置，使冷風在冷卻區(qū)均勻擴散與骨料進行熱交換，冷風由冷卻區(qū)底部送入，逆骨料流向穿過該區(qū)骨料層吸熱升溫后，由冷卻區(qū)上部出來進入空氣冷卻器，冷卻后通過鼓風機吹入料倉進入下一個冷卻循環(huán)，骨料在冷風不斷循環(huán)冷卻作用下溫度降到所需終溫進入儲料區(qū)?？諝饫鋮s器、離心風機與各骨料倉一對一配置，組成各自獨立的冷風循環(huán)系統(tǒng)。在拌和樓料倉內冷卻到設計終溫的骨料經(jīng)稱量器計量后卸入攪拌集中生料斗。

（3）冷水

將液體分配站輸出的氨液，經(jīng)節(jié)流膨脹閥后，變成低溫低壓的氨液，進入螺旋管蒸發(fā)器，氨液吸收水箱中水的熱量后變成氣液混合物，回到低壓循環(huán)貯液器。常溫水的熱量被氨液吸收后，變成冷凍水。根據(jù)溫度高低，調節(jié)供液量大小及系統(tǒng)運行壓力，使冷水溫度達到規(guī)定要求。拌和混凝土所需的冷凍水，通過放置在螺旋管蒸發(fā)器旁的冷水泵及連接管道，分別送往制冰樓和拌和樓的水箱中。

（4）片冰

制冰系統(tǒng)由氨泵將低溫低壓的氨液，輸送至片冰機蒸發(fā)器內，氨液吸收冰筒頂部噴淋在冰筒表面的冷水的熱量，使其迅速降溫，凝結成冰。由旋轉冰刀將冰切割下來，片冰直接落入設有隔熱保溫措施的冰庫內，片冰在庫內進一步冷卻干燥，冰庫用于調節(jié)片冰產(chǎn)量與拌和樓用冰量的不均勻性，保證片冰機均衡連續(xù)生產(chǎn)。片冰通過冰庫內的耙冰機及出冰螺旋機輸輸送到氣力輸泵，經(jīng)氣力輸送裝置送入拌和樓的小冰倉。由衡量裝置按配設定數(shù)值計量好后，將片冰及冷水分批次投入攪拌機內。

2.5 溫控措施

為保證夏季混凝土出機口的溫度要求，本系統(tǒng)預冷措施按生產(chǎn)14℃混凝土配置，高溫季節(jié)采取加冰、冷水拌和及拌和樓風冷綜合方式降溫，在過渡季節(jié)根據(jù)外界氣溫及混凝土出機口溫度要求，可選擇采用風冷、加冰、冷水拌和混凝土單一或組合預冷措施。

本工程混凝土拌和時可采取如下綜合溫控措施：

（1）骨料輸送膠帶機搭設遮陽棚，防止骨料在輸送過程中暴曬升溫。

（2）拌和樓料倉采用鋼結構制作，且直倉段加高至9m，料倉外壁用橡塑海綿保溫，避免冷量的損失。

（3）混凝土澆筑時間盡量安排在早晨或晚上進行，以避開高溫時段澆筑混凝土。

（4）混凝土在運輸過程中采取適當?shù)谋卮胧?，避免混凝土溫度回升過快。

（5）加4～6℃冷水拌制混凝土。

（6）對拌和樓料倉的粗骨料進行風冷，使骨料終溫降至7～9℃。

（7）加片冰拌和混凝土，加冰量按加水量中扣除骨料含水和外加劑含水的最大可能量加入。

（8）選用水化熱低的中熱水泥和低熱水泥。

（9）在滿足施工圖紙要求的混凝土強度、耐久性和和易性的前提下，改善混凝土骨料級配，加優(yōu)質的摻合料和外加劑以適當減少單位水泥用量。

（10）保溫工程系統(tǒng)設備、氨管道、通風管道、骨料倉外壁等保溫采用橡塑海棉保溫材料保溫隔熱層必須按照有關制冷規(guī)范要求和防火安全要求施工，所有保溫材料應具有耐燃性能和防潮性能的數(shù)據(jù)和使用說明書，應采用不燃性或阻燃性材料。

3 結束語

本文主要以某水電站拌和站為例闡述了混凝土制冷方面的工藝以及控制措施，通過本文的介紹能夠對水電站混凝土制冷提供一定參考以及幫助。