抽水蓄能電站砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力探討

馬傳寶 李明陽 劉君成

(國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161)

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·水利工程·

抽水蓄能電站砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力探討

馬傳寶 李明陽 劉君成

(國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161)

分析了三個(gè)抽水蓄能電站施工特點(diǎn)及砂石需用強(qiáng)度過程曲線，計(jì)算研究了每個(gè)電站砂石骨料加工系統(tǒng)不同設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力及對(duì)應(yīng)成品料堆存量，指出利用堆存非高峰期富裕產(chǎn)量，補(bǔ)充高峰期不足部分，可以降低砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，達(dá)到均衡生產(chǎn)，優(yōu)化砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。

抽水蓄能電站，砂石加工系統(tǒng)，砂石骨料，生產(chǎn)能力

抽水蓄能電站砂石系統(tǒng)加工高峰期相對(duì)較短，一般持續(xù)6個(gè)月左右，而非高峰期時(shí)間相對(duì)較長且施工強(qiáng)度相對(duì)較低，往往不足砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的50%。砂石骨料生產(chǎn)不均衡，設(shè)備生產(chǎn)能力不能充分發(fā)揮。通過對(duì)文登、蟠龍、廈門三個(gè)抽水蓄能電站砂石生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力優(yōu)化，利用堆存非高峰期富裕產(chǎn)量，補(bǔ)充高峰期不足部分，可以大幅度降低砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)能力，提高設(shè)備利用率，降低砂石系統(tǒng)造價(jià)。

1 常規(guī)設(shè)計(jì)

1.1 生產(chǎn)能力確定

抽水蓄能電站砂石加工系統(tǒng)目前設(shè)計(jì)主要執(zhí)行DL/T 5098—2010水電工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范及《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)》。砂石原料需用量根據(jù)混凝土和墊層料、反濾料用料，以及開采、加工、運(yùn)輸損耗和棄料量確定。砂石加工系統(tǒng)主要生產(chǎn)車間工作制度，月工作25 d，日工作小時(shí)14 h，多采用兩班制工作。生產(chǎn)能力根據(jù)混凝土高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度及同時(shí)段墊層料、反濾料填筑強(qiáng)度，計(jì)入砂石開采、加工、運(yùn)輸?shù)葥p耗后確定。即：

1)混凝土高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度(含同時(shí)段墊層料、反濾料填筑強(qiáng)度)Qmc：當(dāng)混凝土連續(xù)高峰時(shí)段不大于3個(gè)月時(shí)，Qmc按混凝土高峰時(shí)段月平均強(qiáng)度計(jì)算；當(dāng)混凝土連續(xù)高峰時(shí)段大于3個(gè)月時(shí)，Qmc還應(yīng)計(jì)入相應(yīng)的不均勻系數(shù)，不均勻系數(shù)的取值范圍為1.1～1.3。

2)成品砂石月需用量Q1：

Q1=QmcA

(1)

其中，Q1為成品砂月需用量，t/月；Qmc為混凝土高峰時(shí)段月平均澆筑強(qiáng)度(含同時(shí)段墊層料、反濾料填筑強(qiáng)度)，m3/月；A為每立方米混凝土(或墊層料、反濾料)的砂石用量，無試驗(yàn)資料時(shí)按2.2 t/m3取值。

3)砂石加工系統(tǒng)月處理能力Qm：

Qm=Q1[(1-γ)/η1+γ/η2]=QmcA[(1-γ)/η1+γ/η2]

(2)

其中，Qm為砂石加工系統(tǒng)月處理能力，t/月；γ為砂率；η1為計(jì)入開采、加工、運(yùn)輸?shù)葥p耗后的粗骨料成品率；η2為計(jì)入開采、加工、運(yùn)輸?shù)葥p耗后的細(xì)骨料成品率。

4)砂石加工系統(tǒng)小時(shí)處理能力Qh：

Qh=Qm/(MN)

(3)

其中，Qh為砂石加工系統(tǒng)小時(shí)處理能力，t/h；M為月工作日數(shù)，可按每月25 d取值；N為日工作小時(shí)數(shù)，可按每日14 h取值。

1.2 砂石儲(chǔ)存

抽水蓄能電站砂石加工原料多采用人工砂石料源，半成品堆存按高峰時(shí)段3 d～5 d的砂石需用量確定，成品堆存按高峰時(shí)段5 d～7 d的砂石需用料確定。

2 抽水蓄能電站砂石骨料加工特點(diǎn)分析

1)抽水蓄能電站砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模多為中型。2)砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模主要考慮混凝土高峰月強(qiáng)度、墊層料反濾料填筑強(qiáng)度、成品需求量及級(jí)配需求比例、原料特性、原料質(zhì)量、原料開采條件、運(yùn)輸?shù)缆返纫蛩兀?jīng)平衡計(jì)算確定。3)砂石骨料加工系統(tǒng)生產(chǎn)規(guī)模設(shè)計(jì)時(shí)缺少對(duì)施工過程供需曲線分析。4)砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“兩班制14 h”，而實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，多采用兩班生產(chǎn)一班檢修。一個(gè)工程在實(shí)際施工過程中，由于各種因素的影響，高峰月混凝土強(qiáng)度一般都會(huì)超過原設(shè)計(jì)強(qiáng)度，實(shí)際運(yùn)行砂石系統(tǒng)單位的技術(shù)及管理水平差異很大。砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用“兩班制14 h”時(shí)考慮了各種影響因素，確保砂石料的正常供應(yīng)。5)抽水蓄能電站砂石骨料加工原料多采用地下洞室開挖料，砂石加工系統(tǒng)以堆存毛料為主，成品料堆存一般滿足混凝土生產(chǎn)高峰期5 d～7 d需要量。在砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般不考慮堆存量對(duì)砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的影響，只考慮不均衡生產(chǎn)、設(shè)備故障及檢修對(duì)生產(chǎn)的影響。6)抽水蓄能電站砂石加工系統(tǒng)在整個(gè)生產(chǎn)周期內(nèi)生產(chǎn)不均衡，砂石加工高峰往往在廠房開挖完成以后形成。從廠房頂拱開挖至砂石生產(chǎn)高峰期一般有20多個(gè)月，期間砂石生產(chǎn)強(qiáng)度偏低。砂石加工系統(tǒng)多數(shù)時(shí)間處于低效工作狀態(tài)，非高峰期生產(chǎn)水平往往不足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的50%。抽水蓄能電站砂石骨料生產(chǎn)高峰期持續(xù)時(shí)間不長，一般持續(xù)6個(gè)月左右。

3 抽水蓄能電站砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力案例分析

3.1 砂石加工系統(tǒng)基本概況

本電站主體工程混凝土(含噴混凝土及支洞封堵混凝土)總量約為57.91萬m3，上水庫壩體填筑墊層料9.5萬m3，下水庫壩體填筑墊層料5萬m3，共需生產(chǎn)成品砂石料159萬t，均由下水庫砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)。根據(jù)施工總進(jìn)度安排，主體工程高峰時(shí)段混凝土月平均澆筑強(qiáng)度2.7萬m3/月，系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力160 t/h，考慮碎石加工、運(yùn)輸與堆存等損耗，系統(tǒng)處理能力220 t/h。砂石骨料加工原巖為地下洞室開挖料。

3.2 砂石骨料需用強(qiáng)度

根據(jù)混凝土澆筑強(qiáng)度曲線和土石方填筑強(qiáng)度曲線計(jì)算砂石骨料需用強(qiáng)度曲線如圖1所示。

通過對(duì)文登抽水蓄能電站砂石骨料使用強(qiáng)度分析，混凝土施工共62個(gè)月，如果按照砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力160 t/h計(jì)算，僅有31%的時(shí)間系統(tǒng)生產(chǎn)能力大于設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的1/2，有69%的時(shí)間系統(tǒng)生產(chǎn)能力不足設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力的1/2。文登電站砂石系統(tǒng)生產(chǎn)能力利用率占比如圖2所示。

3.3 優(yōu)化砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力

抽水蓄能電站砂石使用周期長，高峰期短，工程初期及后期砂石使用強(qiáng)度低。砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力選擇時(shí)，采用非高峰期砂石需用強(qiáng)度為計(jì)算依據(jù)，通過分析砂石骨料供需曲線，保證供需曲線平衡，利用堆存非高峰期富裕產(chǎn)量，補(bǔ)充高峰期不足部分，降低砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，使砂石生產(chǎn)均衡。根據(jù)對(duì)砂石需用量過程曲線進(jìn)行分析，取不同設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力計(jì)算結(jié)果見表1，表2；不同設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力砂石生產(chǎn)累計(jì)量曲線見圖3。

表1 文登砂石系統(tǒng)生產(chǎn)能力100 t/h計(jì)算成果 萬t

表2 文登砂石系統(tǒng)生產(chǎn)能力90 t/h計(jì)算成果 萬t

通過對(duì)砂石需用量及供應(yīng)過程曲線計(jì)算分析，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為80 t/h時(shí)，將出現(xiàn)需求大于供應(yīng)，砂石生產(chǎn)不能滿足需用要求，影響施工進(jìn)度；當(dāng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為100 t/h時(shí)，堆存最大量發(fā)生在2016年12月份，需最大堆存11.72萬t成品料即可滿足要求，砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以降低37.5%；當(dāng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90 t/h時(shí)，堆存最大量發(fā)生在2017年1月份，需最大堆存18.32萬t成品料即可滿足要求，砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以降低43.8%。通過堆存砂石骨料成品料可以大幅度降低系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力。

同理，對(duì)蟠龍抽水蓄能電站和廈門抽水蓄能電站砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力進(jìn)行優(yōu)化。1)當(dāng)蟠龍抽水蓄能電站設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為100 t/h時(shí)，需最大堆存4.3萬t成品料即可滿足要求，砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以降低37.5%；當(dāng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90 t/h時(shí)，需最大堆存5.7萬t成品料即可滿足要求，砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以降低43.8%。2)當(dāng)廈門抽水蓄能電站設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90 t/h時(shí)，需最大堆存10.03萬t成品料即可滿足要求，砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以降低45.5%；當(dāng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為80 t/h時(shí)，需最大堆存15.13萬t成品料即可滿足要求，砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力可以降低51.5%。

4 結(jié)語

按照DL/T 5098—2010水電工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，并未考慮施工過程中砂石骨料供需曲線及成品料堆存對(duì)系統(tǒng)生產(chǎn)能力的影響，而抽水蓄能電站建設(shè)過程特點(diǎn)是：高峰期相對(duì)較短，非高峰期時(shí)間較長；砂石骨料加工原料多采用地下洞室開挖料，砂石使用高峰期往往在地下廠房開挖完成以后；抽水蓄能電站砂石骨料加工系統(tǒng)具備非高峰期生產(chǎn)堆存成品料的條件。利用堆存成品料優(yōu)化砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力，首先以不影響施工進(jìn)度為原則，綜合考慮雨季、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、管理等各項(xiàng)因素。通過對(duì)文登、蟠龍、廈門三個(gè)抽水蓄能電站砂石生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力優(yōu)化，利用堆存成品砂石料消減砂石生產(chǎn)高峰強(qiáng)度，可以大幅度降低砂石加工系統(tǒng)生產(chǎn)能力。砂石系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力優(yōu)化工作中首先分析施工總進(jìn)度及砂石使用強(qiáng)度曲線是否存在優(yōu)化的空間，另外堆存場(chǎng)地也是制約因素，必須將三者統(tǒng)一考慮。在抽水蓄能電站砂石骨料加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力選擇時(shí)，應(yīng)充分考慮成品料堆存對(duì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力選擇的影響，通過對(duì)不同成品堆存量和系統(tǒng)生產(chǎn)能力之間的組合方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，選擇最優(yōu)方案。

[1] DL/T 5098—2010,水電工程砂石加工系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

On production capacity for system design of aggregate process of pumped storage power stations

Ma Chuanbao Li Mingyang Liu Juncheng

(TechnicalCenter,NationalGridNewEnergyCo.,Ltd,Beijing100161,China)

The paper analysis of the construction features of the three pumped storage power stations and the strength process curve for the sand,calculates various design production capacity for the aggregate processing system at each station and the finished product storage,and points out the adoption of the abundant output of non-high-strength period to complement the insufficient parts of the high period,which can lower the production capacity of the aggregate processing system,so as to achieve the balance production and optimize the production capacity of the aggregate process system.

pumped storage power station,aggregate process system,aggregate,production capacity

1009-6825(2016)29-0213-02

2016-08-03

馬傳寶(1980- )，男，工程師

TV743

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