水電站混凝土制冷系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)原則及流程

摘要：混凝土是建筑工程施工常見(jiàn)的建筑材料，在各種水利建設(shè)工程、建筑工程中都得到了廣泛的應(yīng)用。由于混凝土澆筑完成后會(huì)有大量的水化熱釋放出來(lái)，當(dāng)混凝土體積收縮后有可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，可以設(shè)計(jì)制冷系統(tǒng)來(lái)對(duì)混凝土進(jìn)行降溫。文章以實(shí)際工程為例，首先對(duì)水電站混凝土制冷系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了分析，然后對(duì)設(shè)計(jì)措施進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：水電站；混凝土；制冷系統(tǒng)；預(yù)冷系統(tǒng)；設(shè)計(jì)措施；建筑工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TV544 文章編號(hào)：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作為一種常用的建筑材料，在澆筑后會(huì)有大量的水化熱釋放出來(lái)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度升高，使混凝土體積膨脹。而表面混凝土由于凝結(jié)快、散熱快，當(dāng)內(nèi)部溫度下降后體積收縮后容易出現(xiàn)收縮裂縫，為了避免出現(xiàn)混凝土裂縫，溫控方法是一種比較有效的方法。尤其是在氣溫比較高的季節(jié)，自然條件下混凝土的出機(jī)溫度會(huì)超過(guò)施工中的限制溫度，此時(shí)就需要采取相應(yīng)的人工降溫措施對(duì)骨料進(jìn)行預(yù)冷，在拌和過(guò)程中加冰、加冷水等。由于工程情況和自然情況存在一定的差異性，因此在設(shè)計(jì)制冷工藝時(shí)，需要在以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從多方面進(jìn)行對(duì)比和分析，在滿足技術(shù)要求的基礎(chǔ)上追求設(shè)備和費(fèi)用的最小化。

1 工程概況

加查水電站骨料加工系統(tǒng)及混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)工程主要承擔(dān)加查水電站導(dǎo)流工程和主體工程的混凝土供應(yīng)以及其他設(shè)施所需要的少量成品骨料及混凝土供應(yīng)。加查水電站骨料加工系統(tǒng)需滿足混凝土高峰月平均澆筑強(qiáng)度約9.6萬(wàn)m3的粗細(xì)骨料供應(yīng)需求，系統(tǒng)毛料處理能力約1000t/h，成品骨料生產(chǎn)能力約800t/h，其中成品砂生產(chǎn)能力約240t/h。骨料加工系統(tǒng)承擔(dān)整個(gè)工程混凝土骨料的生產(chǎn)任務(wù)，供應(yīng)成品骨料總量不小于570萬(wàn)t。混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)混凝土生產(chǎn)總量約236萬(wàn)m3，其中導(dǎo)流工程約44.7萬(wàn)m3，主體工程約191.3萬(wàn)m3，其中高溫季節(jié)需要預(yù)冷的溫控混凝土約96.21萬(wàn)m3。

2 混凝土制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

通過(guò)多年混凝土制冷設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，此次施工中采取如下施工流程進(jìn)行操作：按照骨料樓上風(fēng)冷、加冰、加冷水拌和的順序進(jìn)行施工，保證了混凝土出機(jī)口溫度符合施工實(shí)際所需。結(jié)合類似電站工程的施工經(jīng)驗(yàn)，并綜合權(quán)衡現(xiàn)場(chǎng)施工特征，得知只需設(shè)置一個(gè)制冷車間即可滿足兩臺(tái)拌和樓運(yùn)行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統(tǒng)的預(yù)冷效果。將氨壓機(jī)與拌和機(jī)布置在一起一方面可提高設(shè)備的這行效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限；另一方面也能為施工人員創(chuàng)設(shè)安全的作業(yè)環(huán)境。

考慮到混凝土生產(chǎn)系統(tǒng)施工流程復(fù)雜、規(guī)模大、施工難度大等特征，所以選取行之有效工藝技術(shù)對(duì)提高施工質(zhì)量具有可靠的保障。在選擇混凝土制冷系統(tǒng)中應(yīng)遵循以下原則：（1）結(jié)合工程所需，合理明確制冷容量；（2）在制冷設(shè)備的選擇中，應(yīng)挑選性能穩(wěn)定、功率合理的先進(jìn)設(shè)備；（3）制冷設(shè)備的安放應(yīng)綜合權(quán)衡施工場(chǎng)地的實(shí)際特征，以方便工程施工的基礎(chǔ)上，盡可能減少占地面積；（4）所需材料應(yīng)從正規(guī)廠家處購(gòu)買，進(jìn)場(chǎng)前必須經(jīng)過(guò)全面檢查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)安裝工作。混凝土原材料物理熱學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)以氣溫最高的7月份多年月平均氣溫、多年月平均水溫及混凝土各原材料配比為依據(jù)進(jìn)行計(jì)算，其相關(guān)參數(shù)如下：（1）高溫月多年月平均氣溫16.4℃；（2）高溫月多年月平均水溫20℃；（3）片冰潛熱利用率90%；（4）混凝土拌和機(jī)械熱1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生產(chǎn)砂）6%。

本混凝土系統(tǒng)的溫控混凝土主要分為兩種類型，若在高溫季節(jié)施工，由于外界環(huán)境溫度較高，因此對(duì)拌和樓的出機(jī)口溫度較為嚴(yán)格，要選擇溫度在10℃以下的混凝土42.7萬(wàn)m3，最大級(jí)配為四級(jí)配2萬(wàn)m3；選擇溫度在14℃以下的混凝土約53.51萬(wàn)m3，只針對(duì)粗料在樓上料倉(cāng)進(jìn)行風(fēng)冷工藝。

對(duì)溫度在10℃以下的溫控混凝土主要采取風(fēng)冷、冷水、冰的預(yù)冷工藝流程，先將粗骨料溫度進(jìn)行冷卻，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃，拌和用冷水的溫度為4℃，冰預(yù)冷溫度在-5℃。通過(guò)計(jì)算得知每方混凝土中應(yīng)加入20kg左右的片冰。

對(duì)溫度在14℃以下的混凝土，對(duì)粗骨料進(jìn)行風(fēng)冷處理，主要在拌和樓料倉(cāng)內(nèi)完成，使其從16.4℃平均冷卻到9.0℃。粗骨料拌和過(guò)程中，不管是制冷車間或者是輸冰設(shè)備等均應(yīng)做好保溫處理，控制在3℃～6℃為宜，以避免混凝土物料溫度的回升，影響施工效果。

3 預(yù)冷系統(tǒng)

3.1 預(yù)冷系統(tǒng)車間的布置

結(jié)合三峽、龍灘、索風(fēng)營(yíng)等電站工程的施工經(jīng)驗(yàn)，并綜合權(quán)衡現(xiàn)場(chǎng)施工特征，得知只需設(shè)置一個(gè)制冷車間即可滿足兩臺(tái)拌和樓運(yùn)行所需，而且在一定程度上還能提高制冷系統(tǒng)的預(yù)冷效果。將氨壓機(jī)與拌和機(jī)布置在一起一方面可提高設(shè)備的用行效率，延長(zhǎng)設(shè)備的使用年限；另一方面也能為施工人員創(chuàng)設(shè)安全的作業(yè)環(huán)境。制冷車間為三層鋼架結(jié)構(gòu)，將制冷車間布置在一定高度的平臺(tái)上，與拌和樓相鄰。

一臺(tái)車間需設(shè)置四臺(tái)制冷量達(dá)到100萬(wàn)kcal/h的螺桿制冷壓縮機(jī)組以及一臺(tái)制冷量為50萬(wàn)kcal/h的螺桿制冷壓縮機(jī)組，預(yù)冷系統(tǒng)車間所需要的設(shè)備如下：制冷空間一層主要設(shè)置有四臺(tái)型號(hào)為WN-500的臥式冷凝器，四臺(tái)型號(hào)為ZA-8的高壓貯氨器，一臺(tái)型號(hào)為CNF40-200氨泵，一臺(tái)型號(hào)為L(zhǎng)ZL240螺旋管式蒸發(fā)器，四臺(tái)冷卻循環(huán)水泵，兩臺(tái)冷水輸送水泵，四臺(tái)型號(hào)為DX-12的低壓循環(huán)貯液器。在制冷空間的二層分別設(shè)置了兩套30T冰庫(kù)與氣力輸送裝置。在制冷空間的三層設(shè)置有四臺(tái)產(chǎn)量為60T/d的片冰機(jī)。為了滿足制冷車間冷源需求，需設(shè)置兩臺(tái)拌和樓風(fēng)冷骨料，為車間提供所需冷源。此外，還需在每臺(tái)拌和樓上設(shè)置四臺(tái)空氣冷卻器與離心風(fēng)機(jī)，滿足設(shè)備運(yùn)行所需。

3.2 預(yù)冷系統(tǒng)工藝流程

3.2.1 系統(tǒng)骨料風(fēng)冷。粗骨料從膠帶機(jī)部位流出后被運(yùn)送到拌和樓指定的料倉(cāng)內(nèi)進(jìn)行風(fēng)冷處理。拌和樓料倉(cāng)一共由四個(gè)料倉(cāng)組成，可分別存放四種類型的骨料。料倉(cāng)自上而下一共分成三個(gè)區(qū)域：（1）進(jìn)料區(qū)，骨料主要從該區(qū)域進(jìn)入到拌和樓的料倉(cāng)中；（2）冷卻區(qū)，該區(qū)域主要是對(duì)粗骨料進(jìn)行冷卻處理的區(qū)域；（3）儲(chǔ)料區(qū)，經(jīng)冷卻處理完成的骨料會(huì)運(yùn)送至該區(qū)域暫時(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，以備后期使用所需。冷風(fēng)從下到上通過(guò)骨料，骨料會(huì)根據(jù)用料速度按照一定的順序進(jìn)行流動(dòng)，借助風(fēng)冷這一環(huán)節(jié)可確保骨料降至設(shè)計(jì)所需。待冷卻完成的骨料經(jīng)稱量后進(jìn)入拌和機(jī)中進(jìn)行拌和處理。粗骨料經(jīng)由膠帶機(jī)送至篩分樓中進(jìn)行沖洗，將骨料中的雜物徹底清除干凈后進(jìn)入到調(diào)節(jié)料倉(cāng)內(nèi)，調(diào)節(jié)料倉(cāng)一共有三個(gè)分料倉(cāng)，用于生產(chǎn)三級(jí)配的混凝土。在生產(chǎn)二級(jí)配混凝土?xí)r，可在大石料倉(cāng)內(nèi)存儲(chǔ)中石，每個(gè)料倉(cāng)也分為三分區(qū)域，即進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)與儲(chǔ)料區(qū)。通常情況下，在冷卻區(qū)內(nèi)專門設(shè)置有配風(fēng)裝置，這樣可確保冷氣均勻擴(kuò)散與骨料進(jìn)行熱交換。冷風(fēng)主要從冷卻區(qū)的底部進(jìn)入，與骨料流向相反的方向逐一穿過(guò)骨料區(qū)，對(duì)骨料進(jìn)行迅速冷卻，待溫度降至所需終溫時(shí)進(jìn)入儲(chǔ)料區(qū)。

3.2.2 二次風(fēng)冷骨料工藝流程。在調(diào)節(jié)倉(cāng)內(nèi)將已完全冷卻的骨料經(jīng)由膠帶機(jī)運(yùn)送至攪拌樓骨料倉(cāng)內(nèi)，進(jìn)行二次風(fēng)冷。攪拌樓的特大石骨料倉(cāng)分為三個(gè)區(qū)域，即進(jìn)料區(qū)、冷卻區(qū)、儲(chǔ)料區(qū)。冷風(fēng)循環(huán)順序與一次分冷完全相同，將滿足設(shè)計(jì)終溫的骨料經(jīng)過(guò)稱量后運(yùn)至集中生料斗中。

3.2.3 冰系統(tǒng)。制冷車間內(nèi)專門設(shè)置有冷系統(tǒng)，冷系統(tǒng)主要由兩部分組成：（1）片冰機(jī)；（2）冰庫(kù)。片冰機(jī)置于冰庫(kù)之上，由片冰機(jī)所生產(chǎn)出來(lái)的片冰落入貯冰庫(kù)中貯存起來(lái)，經(jīng)由氣力輸冰裝置送至拌和樓上的調(diào)節(jié)冰倉(cāng)，借助調(diào)節(jié)冰倉(cāng)下的螺旋輸送機(jī)將其運(yùn)送至拌和樓中，稱取一定重量后送入集料斗中。冷系統(tǒng)中的冷源主要由氨制冷系統(tǒng)提供，拌和中所使用到的4℃低溫水由氨系統(tǒng)通過(guò)螺旋管蒸發(fā)器生產(chǎn)，借助泵運(yùn)送到拌和樓的水箱中。生產(chǎn)的片冰直接落入到具有隔熱效能的冰庫(kù)中，片冰在冰庫(kù)內(nèi)會(huì)被冷卻干燥。冰庫(kù)有兩方面的作用：（1）可有效調(diào)節(jié)片冰產(chǎn)量與拌和樓冰量分布的不均勻性；（2）可提高冰機(jī)生產(chǎn)的效率。片冰通過(guò)一系列處理外會(huì)被排出庫(kù)外，通過(guò)氣力輸送裝置運(yùn)輸至拌和樓的冰倉(cāng)內(nèi)。

3.2.4 冷水系統(tǒng)。制冷車間內(nèi)冷水系統(tǒng)的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸發(fā)管將所生產(chǎn)出的混凝土拌和用冷水經(jīng)水泵運(yùn)輸?shù)桨韬蜆侵校?jīng)過(guò)稱重后，將所需用量送入拌和機(jī)中，供施工所需。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本工程在采用上述方法進(jìn)行混凝土制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用后取得了良好的應(yīng)用效果，通過(guò)使用連續(xù)風(fēng)冷骨料的方法有效節(jié)省了占地面積，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)影響環(huán)境的廢水，投資效益顯著，為類似工程提供了借鑒和參考。

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作者簡(jiǎn)介：章波（1981-），男，四川南充人，中國(guó)水利水電第八工程局有限公司工程師，研究方向：水電站混凝土工藝。

（責(zé)任編輯：小 燕）