鄭曉剛，何新初，李躍興

（1.水利部產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究所，浙江 杭州 310012；2.杭州江河機(jī)電裝備工程有限公司，浙江 杭州 310012；3.中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004）

在水電工程施工中大體積混凝土預(yù)冷是混凝土溫度控制的主要技術(shù)之一，預(yù)冷粗骨料又是生產(chǎn)預(yù)冷混凝土的主要預(yù)冷工藝之一。以往的混凝土預(yù)冷系統(tǒng)制冷劑一般為液氨（R717），采用工廠式建成制冷系統(tǒng)。2017 年廣西大藤峽左岸廠壩項(xiàng)目混凝土預(yù)冷系統(tǒng)擴(kuò)容時(shí)，選用了制冷劑為氟里昂R507A 模塊化制冷系統(tǒng)（環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)），是國內(nèi)水電工程混凝土生產(chǎn)中首次使用的新型制冷工藝。R507A制冷劑不具燃爆性、無毒，為一般化學(xué)產(chǎn)品，按一般危險(xiǎn)源進(jìn)行安全、環(huán)保處理。液氨R717 有毒、易燃爆，是施工現(xiàn)場的一個(gè)潛在的重大危險(xiǎn)源，由R507A 制冷劑取代有毒、易燃爆的液氨R717 制冷劑，為施工現(xiàn)場消除了一個(gè)可能發(fā)生事故的重大危險(xiǎn)源。目前在水電工程混凝土預(yù)冷工藝中，環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)將逐步取代工廠式的液氨制冷系統(tǒng)。

1 環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)

選用環(huán)保型的制冷劑，將全部或大部分設(shè)備安裝在集裝箱內(nèi)、由一個(gè)或多個(gè)集裝箱組成的模塊，在模塊內(nèi)形成閉環(huán)的制冷系統(tǒng)稱為環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)。環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)按功能分可分為粗骨料預(yù)冷系統(tǒng)（一次風(fēng)冷、樓上風(fēng)冷）、制冰及輸冰系統(tǒng)和制冷水系統(tǒng)模塊3 類制冷系統(tǒng)。環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)按型式分可分為整體式模塊化制冷系統(tǒng)和分體式模塊化制冷系統(tǒng)。

整體模塊化制冷系統(tǒng)是指所制冷設(shè)備（制冷壓縮機(jī)及制冷輔助設(shè)施、空氣冷卻器及風(fēng)機(jī)）均布置在一組40 尺集裝箱內(nèi)，可以應(yīng)用于針對某種粗骨料的預(yù)冷、制冰系統(tǒng)和制冷水系統(tǒng)。

分體模塊化制冷系統(tǒng)采用分級(jí)布置，制冷壓縮機(jī)及制冷輔助設(shè)施安裝在一組40 尺集裝箱內(nèi)形成冷源模塊，空氣冷卻器及風(fēng)機(jī)安裝在一組20 尺集裝箱內(nèi)組成一個(gè)空冷模塊緊鄰粗骨料倉布置。1個(gè)冷源模塊給2～4 個(gè)空氣冷卻器模塊提供冷媒，實(shí)現(xiàn)多種粗骨料的同時(shí)預(yù)冷。分體模塊化制冷系統(tǒng)適用于粗骨料地面一次風(fēng)冷和粗骨料拌合樓上二次風(fēng)冷。

環(huán)保型模塊化制冷系統(tǒng)可以通過不同的模塊組合實(shí)現(xiàn)不同的預(yù)冷工藝，以制冰系統(tǒng)為例，既可以用1 組制冰模塊給2 座拌合樓（站）供冰，也可以用2 組制冰模塊組合一起給1 座拌合樓（站）供冰。

根據(jù)模塊化制冷系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)，制冰、制冷水模塊宜選用整體模塊化制冷系統(tǒng)，粗骨料一次風(fēng)冷根據(jù)現(xiàn)場條件選擇整體模塊化制冷系統(tǒng)或分體模塊化制冷系統(tǒng)，粗骨料二次風(fēng)冷宜選擇分體模塊化制冷系統(tǒng)。

2 冷卻粗骨料耗冷量的計(jì)算

粗骨料制冷模塊的主要設(shè)備參數(shù)需要根據(jù)冷卻粗骨料的耗冷量來確定，計(jì)算將粗骨料Gn由初溫T1冷卻到終溫T2需要的制冷量Qn，需要的制冷量計(jì)算公式如下。

式中Qn——冷卻粗骨料所需的制冷量，kJ/h；

C——粗骨料的比熱，kJ/（kg×℃）；

Mn——單位時(shí)間1 小時(shí)內(nèi)需要冷卻粗骨料的重量，kg/h；

T1——粗骨料的初始溫度，℃；

T2——粗骨料冷卻后的溫度，℃。

通過公式可計(jì)算出冷卻不同的粗骨料G1、G2、G3、G4由溫度T1冷卻到T2需要的制冷量Q1、Q2、Q3、Q4，最后得出需要的總制冷量Q0=Q1+Q2+Q3+Q4。

3 粗骨料制冷模塊的參數(shù)確定

對于制冷模塊型式的選擇需要考慮制冷模塊布置的場地情況、制冷模塊設(shè)備及安裝運(yùn)行成本、安裝工期等因素。粗骨料風(fēng)冷分一次風(fēng)冷（地面）和二次風(fēng)冷（拌合樓上），一般情況地面一次風(fēng)冷料倉容積大、二次風(fēng)冷料倉容積偏小，通常粗骨料降溫幅度主要在一次風(fēng)冷，二次風(fēng)冷主要起保溫和微降溫的作用。

由于布置形式的不同整體模塊式和分體模塊式的制冷系統(tǒng)參數(shù)的確定過程也有所不同。

整體模塊式制冷系統(tǒng)是一對一實(shí)現(xiàn)一種粗骨料的預(yù)冷，因此可以根據(jù)粗骨料的G1、G2、G3、G4各自冷卻所需要的制冷量Q1、Q2、Q3、Q4，來確定粗骨 料G1、G2、G3、G4對應(yīng)的 制冷主機(jī)、油冷器、儲(chǔ)液器、蒸發(fā)式冷凝器、空氣換熱器及風(fēng)機(jī)等設(shè)備的參數(shù)，根據(jù)參數(shù)再匹配合適的設(shè)備組成整體模塊化制冷系統(tǒng)。

分體模塊式制冷系統(tǒng)由于采用統(tǒng)一的冷源模塊，因此需要根據(jù)粗骨料預(yù)冷所需要的總制冷量Q0來確定制冷主機(jī)、油冷器、儲(chǔ)液器、制冷劑輸送泵、蒸發(fā)式冷凝器等設(shè)備的參數(shù)，再根據(jù)G1、G2、G3、G4分別對應(yīng)需要的制冷量Q1、Q2、Q3、Q4，來計(jì)算各個(gè)二級(jí)模塊的空氣換熱器及風(fēng)機(jī)的參數(shù)，再根據(jù)參數(shù)匹配合適的設(shè)備組成分體模塊化制冷系統(tǒng)。

4 不同型式粗骨料風(fēng)冷模塊制冷系統(tǒng)及特點(diǎn)

4.1 粗骨料風(fēng)冷模塊制冷系統(tǒng)

粗骨料模塊化制冷系統(tǒng)分為整體式模塊化制冷系統(tǒng)和分體式模塊化制冷系統(tǒng)。

4.1.1 一次風(fēng)冷模塊制冷系統(tǒng)型式

粗骨料一次風(fēng)冷料倉一般建在地面上，粗骨料一次風(fēng)冷料倉冷卻的骨料量大、冷卻截面大、冷卻區(qū)域大，需要的制冷量大、風(fēng)量大、風(fēng)壓偏高。要求其相應(yīng)配備的制冷主機(jī)總?cè)萘看蟆⒖绽淦鳠峤粨Q器面積大，宜配備風(fēng)量大、風(fēng)壓偏高的離心風(fēng)機(jī)。

粗骨料一次風(fēng)冷模塊可選用整體式制冷模塊，每一種骨料對應(yīng)一組制冷單元，主機(jī)模塊和空冷模塊集中在一起，如圖1 所示，也可以采用分體式，即所有的骨料系統(tǒng)采用統(tǒng)一的冷源模塊，通過不同的空冷模塊，實(shí)現(xiàn)各自骨料的預(yù)冷，如圖2 所示。

圖1 整體模塊化制冷系統(tǒng)

圖2 分體模塊化制冷系統(tǒng)

4.1.2 二次風(fēng)冷模塊制冷系統(tǒng)型式

拌合樓粗骨料通常作為二次風(fēng)冷料倉對粗骨料進(jìn)行第二次預(yù)冷，拌合樓的骨料倉較小冷卻的骨料量小、冷卻截面小、冷卻區(qū)域小，需要的制冷量較小、風(fēng)量較小、風(fēng)壓可略偏低。與其相應(yīng)配備的制冷主機(jī)容量較小、空冷器熱交換器面積較小。通常拌合樓上采用冷風(fēng)機(jī)和冷卻器對粗骨料進(jìn)行二次風(fēng)冷，設(shè)備多而散，不利于安裝和維護(hù)，采用模塊式空冷模塊，把所有管道閘閥、管道彎頭、空冷器集和風(fēng)機(jī)等中布置在集裝箱內(nèi)，如圖3 所示。

圖3 模塊化二次風(fēng)冷系統(tǒng)

4.2 不同型式粗骨料風(fēng)冷模塊制冷系統(tǒng)的特點(diǎn)

4.2.1 整體模塊式制冷系統(tǒng)特點(diǎn)

整體模塊化制冷系統(tǒng)末端蒸發(fā)器制冷劑供液方式為壓力膨脹閥直供液，與泵供液方式相比，不需配桶泵機(jī)組、集裝箱使用個(gè)數(shù)少、需要的制冷劑量少、建設(shè)運(yùn)行成本低。

每座樓粗骨料G1、G2、G3、G4其對應(yīng)的空冷部分和冷源部分為一個(gè)整體模塊，是一個(gè)完全獨(dú)立的制冷系統(tǒng)（每座樓共4 個(gè)制冷子系統(tǒng)）。制冷系統(tǒng)可以設(shè)置不同的蒸發(fā)溫度，特別有利于解決小石倉凍倉的問題。不足之處是模塊制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員需要來回不斷巡回各個(gè)獨(dú)立的制冷系統(tǒng)。

整個(gè)整體模塊化制冷系統(tǒng)集裝箱內(nèi)的制冷機(jī)組及大部分管道在廠內(nèi)已經(jīng)固定安裝、檢驗(yàn)完畢，在現(xiàn)場沒有外接制冷劑管道使安裝簡便、安裝工期短、工程量很小。

整體模塊化制冷系統(tǒng)對安裝場地要求有一定規(guī)模，要求場地方正、長寬方向能布置整體模塊式的集裝箱制冷機(jī)組。

4.2.2 分體模塊式制冷系統(tǒng)特點(diǎn)

分體模塊化制冷系統(tǒng)的末端蒸發(fā)器制冷劑供液方式為泵供液，與膨脹直供液相比蒸發(fā)器換熱效果好，但需要的制冷劑總量大、運(yùn)行成本高。

每座樓粗骨料G1、G2、G3、G4倉對應(yīng)的4 個(gè)空冷模塊由同1 個(gè)冷源模塊提供冷源，由于共1個(gè)冷源模塊便于集中管理，可以減輕運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

由于空冷模塊和冷源模塊有一定距離需要管道連接讓制冷系統(tǒng)形成回路，現(xiàn)場安裝的管道長且直徑大，相對整體模塊式制冷系統(tǒng)工程量大，安裝工序多、安裝工期長。

由于空冷模塊和冷源模塊分開布置，冷源模塊可以根據(jù)地形條件靈活布置。

4.3 粗骨料風(fēng)冷模塊制冷系統(tǒng)的適用范圍

4.3.1 一次粗骨料風(fēng)冷

整體模塊化制冷系統(tǒng)現(xiàn)場安裝簡便、安裝工期短、工程量很小，管理運(yùn)行成本低。由于骨料一次風(fēng)冷空冷器與制冷站距離短落差小，可以適用整體模塊式的集裝箱制冷機(jī)組。在場地條件允許的情況下粗骨料一次風(fēng)冷系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用整體模塊化制冷系統(tǒng)，當(dāng)場地受限制時(shí)或總制冷容量偏小時(shí)才考慮選用分體式模塊化制冷系統(tǒng)。

4.3.2 二次粗骨料風(fēng)冷

拌合樓上的骨料倉容積小、骨料冷卻時(shí)間短、降溫幅度小，相對于骨料的一次風(fēng)冷配備的制冷容量要小很多。

拌合樓上粗骨料二次風(fēng)冷時(shí)，具有空冷器與制冷站（冷源模塊）落差大、總制冷容量偏小的特點(diǎn)。如粗骨料二次風(fēng)冷時(shí)使用每種粗骨料對應(yīng)一組整體式制冷模塊在經(jīng)濟(jì)上很不合適、場地條件可能也不一定允許搭置立柱桁架支撐整體式制冷模塊，因此拌合樓上粗骨料二次風(fēng)冷時(shí)宜選用分體式模塊化制冷系統(tǒng)，空冷器也宜應(yīng)選用模塊式。

5 結(jié)語

通過廣西大藤峽項(xiàng)目混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、湖南五強(qiáng)溪擴(kuò)機(jī)項(xiàng)目混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)、云南TB 大壩混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，混凝土粗骨料一次風(fēng)冷（地面風(fēng)冷）在場地允許的情況下宜首先考慮選用整體模塊化制冷系統(tǒng)，當(dāng)場地狹小時(shí)宜考慮選用分體式模塊制冷系統(tǒng)，混凝土粗骨料二次風(fēng)冷（拌合樓上風(fēng)冷）宜選用分體模塊化制冷系統(tǒng)。根據(jù)理論分析結(jié)合現(xiàn)場情況選取整體式制冷系統(tǒng)模塊或分體式制冷系統(tǒng)模塊，在制冷系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)行管理的成本具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。

模塊化制冷系統(tǒng)處于推廣應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的不足之處也需要不斷完善。如整體化模塊制冷系統(tǒng)應(yīng)用于粗骨料G1、G2、G3、G4冷卻時(shí)，每種粗骨料Gn制冷模塊都是自己的控制系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)需要到各個(gè)模塊巡視、由于模塊空間小設(shè)備運(yùn)行的噪音也影響工作環(huán)境。如能在G1、G2、G3、G4的模塊內(nèi)配置一些攝像頭和應(yīng)急開關(guān)，將控制部分獨(dú)立出來全部布置在一個(gè)集裝箱內(nèi)G1、G2、G3、G4的模塊變成集中控制、運(yùn)行人員也可以通過攝像頭監(jiān)控各模塊內(nèi)部的情況，可以減少操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和改善工作環(huán)境，同時(shí)也提高了工作效率。不斷對系統(tǒng)的不足之處進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，才能提高模塊化制冷系統(tǒng)的技術(shù)進(jìn)步和實(shí)用性。