张建鸿

（中国葛洲坝集团第五工程有限公司 湖北宜昌 443100）

1 工程概况

金沙江某水电站混凝土生产系统，主要承担导流隧洞、尾水系统、泄洪洞、地下厂房系统、水垫塘和二道坝等工程约477.0万m3混凝土的生产任务，其中出机口温度为14℃的温控混凝土约为376.3万m3。混凝土生产系统按2座4×3m3自落式拌和楼规模设置，需满足工程高峰月混凝土浇筑强度12.0×104m3，小时生产能力为240m3/h，出机混凝土的温度为14℃设计。

2 制冷系统工艺设计和控制

2.1 水文、气象资料

最高河水温度：25.4℃，多年平均相对湿度：66.0%。

坝址区多年平均气温21.9℃，多年最高月平均气温为27.1℃。

考虑骨料运输等因素，初始温度定为：粗骨料27.5℃；湿砂25.5℃；外加剂25.5℃；水泥52.5℃；粉煤灰47.5℃；水温25℃。

2.2 制冷工艺

采用骨料风冷+冷水拌和+加冰片的制冷工艺。

2.3 制冷量计算

（1）拌和楼风冷骨料计算参数

①制冷机装机容量（标准工况）：390×104Kcal/h；

②冷风蒸发温度：-14～-16℃；

③骨料冷却平均终温：7～9℃；

④料仓冷风进风温度：-1～-2℃；

⑤骨料平均冷却时间：90min。

（2）片冰及冷水计算参数

①制冷机装机容量（低温工况）：240×104Kcal/h；

②制冰蒸发温度：-23～-25℃；

③片冰平均温度：-8～-10℃；

④每m3混凝土加冰量：：50kg混凝土二级配）；

⑤冷水蒸发温度：-3℃；

⑥冷水水温：4～6℃。

（3）冷风制冷量计算

本系统采用一边进料、一边冷却、一边供料的连续风冷方式，料层自上而下顺序连续流动，顶层为进料温度，底层温度为所需的冷却终温，料流速度按照单位时间所需的供料量计算。各层的料温、风温都恒定不变，若将骨料分层，则上一层料的终温为下一层的初温，下层料的出风温度为上层料的进风初温。

冷风耗冷量、加冰量、冷水量按预冷混凝土小时生产能力240m3/h计算。

假定骨料冷却终温为7℃，骨料比热为0.21Kcal/℃，则在设计工况时制冷风所耗热量 Q=240×（400+400+400+420）÷1000×0.21×（27.5-7）×1.5÷10=251.08万Kcal/h。

（4）制冰系统耗冷量计算

二级配混凝土量大，加冰量最多，制冰量以生产二级配混凝土进行计算。需冰量为240×20×0.046=220.8t/d，确定制冰的能力为225t/d，根据公式计算制冰系统耗冷量。

QB=0.0016kGB[（tw-0）cw+（0-tB）cB+335]

式中，QB-设计工况下的制冰冷负荷，kW；k-冷量损失补偿系数，取1.2～1.25；GB-日制冰能力，t/d；tw-制冰用水水温，℃；tB-冰温，℃；cw-水的比热容，kJ/（kg℃）；cB-冰的比热容，kJ/（kg℃）；335-冰的融化潜热，kJ/kg。

假定制冰时水温为15℃（6℃冷水有一个温升过程），片冰温度为-10℃，计算得出制冰的冷负荷为1100kW，考虑冷量损失，并为冰库提供冷风约需耗冷量200kW×2=400kW，制冰系统共需消耗冷负荷129万Kcal/h。

（5）冷水生产量

冷水生产量包括制片冰所需冷水及拌和所需冷水两部分，冷水生产量以生产二级配混凝土进行计算。根据典型二级配加水量为135kg/m3，计算冷水产量为240×135=32.40m3/h，考虑到生产不均匀和气候变化，冷水生产量按35m3/h设计。

根据公式计算制冷水冷负荷：

Qw=kGgwcw（tj-tc）÷3600

式中，Qw-设计工况下的制冰水冷负荷，kW；k-冷量损失补偿系数，取1.1～1.2；G为混凝土小时生产量，m3/h；gw-每立方米混凝土外加冷水和片冰的总量，kg/m3；tj-制冷水设备的进水温度，℃；tc-制冷水设备的出水温度，℃；cw-水的比热容，kJ/（kg℃）。

本设计方案选用螺旋管蒸发器制冷水，其占地面积小，设备成本低，出水温度为2～4℃。经过计算，低温工况下制冷量为781kW，蒸发温度为-1℃，低温工况制冷量为67.1万Kcal/h。

2.4 工艺流程说明

（1）制冷车间

制冷车间由螺杆式氨压机、蒸发冷凝器、虹吸贮氨器、高压贮氨器、低压循环贮液器、氨泵及片冰机、冷风机等组成闭路循环系统。

制冷车间由于制冷风与制片冰的运行工况不一致，设计时配置三台氨压缩机、两台低压循环贮液器，四台氨泵用于保证片冰及冷水生产；配置三台氨压缩机，三台低压循环贮液器及四台氨泵用于两座拌和楼风冷骨料生产。氨制冷系统工作流程如下：氨压缩机从低压循环贮液器吸入低温低压的饱和氨气，经压缩机压缩后变成高温高压的气体，排入立式冷凝蒸发器，通过热交换后氨气变成常温高压的氨液，流入虹吸贮氨器。虹吸贮氨器是一个液气分离装置，一部分液体流回氨压缩机的油冷却系统进行热交换，蒸发后的气体回至虹吸贮氨器内，气体回至冷凝器内再次液化；一部分液体溢流至高压贮氨器内。高压储液器内的氨液经过液体分配站及节流膨胀阀，变成低温低压的液体，分别向螺旋管蒸发器和低压循环储液器供液。螺旋管蒸发器内的氨液吸热蒸发后变成低温低压的气液混合物回到低压循环贮液器，蒸发器内的常温水被氨液带走热量从而变成冷水，完成冷水的生产过程。低压循环贮液器是一台集储存、气液分离的压力容器，低循内的氨液经过氨泵输送到片冰机及拌和楼上的冷风机蒸发器进行热交换，完成片冰和冷风的生产过程，吸热后的氨液变成气液混合物沿回气管回到低压循环贮液器，气液混合物经低压循环贮液器分离后的饱和气体被压缩机吸回，完成一个工作循环，如此周而复始完成制冷流程。流程简图如图1所示。为保证系统可互相切换且检修某台主机时不影响系统生产，我们在主机回气管和氨泵出液管集管上分别增加1台过桥阀门，如生产冷风的某台主机需要检修时，过桥阀门打开，可将另一台用于制冰的主机用于制冷风。

图1 制冷系统预冷工艺流程简图

（2）风冷骨料系统

液氨吸收空气的热量使空气温度降低，附壁式冷风机将低温空气吹入料仓，低温空气和骨料交换热量使骨料降低到要求温度。储罐内的骨料经胶带机送入拌和楼骨料仓进行风冷。拌和楼的特大石骨料仓可根据需要调节堆存大石或中石，每个料仓自上而下分为进料区、冷却区、储料区。在冷却区内设有配风装置，使冷风在冷却区均匀扩散与骨料进行热交换，冷风由冷却区底部送入，逆骨料流向穿过该区骨料层吸热升温后，由冷却区上部出来进入空气冷却器，冷却后通过鼓风机吹入料仓进入下一个冷却循环，骨料在冷风不断循环冷却作用下温度降到所需终温进入储料区。空气冷却器、离心风机与各骨料仓一对一配置，组成各自独立的冷风循环系统。在拌和楼料仓内冷却到设计终温的骨料经称量器计量后卸入搅拌集中生料斗。

（3）冷水

将液体分配站输出的氨液，经节流膨胀阀后，变成低温低压的氨液，进入螺旋管蒸发器，氨液吸收水箱中水的热量后变成气液混合物，回到低压循环贮液器。常温水的热量被氨液吸收后，变成冷冻水。根据温度高低，调节供液量大小及系统运行压力，使冷水温度达到规定要求。拌和混凝土所需的冷冻水，通过放置在螺旋管蒸发器旁的冷水泵及连接管道，分别送往制冰楼和拌和楼的水箱中。

（4）片冰

制冰系统由氨泵将低温低压的氨液，输送至片冰机蒸发器内，氨液吸收冰筒顶部喷淋在冰筒表面的冷水的热量，使其迅速降温，凝结成冰。由旋转冰刀将冰切割下来，片冰直接落入设有隔热保温措施的冰库内，片冰在库内进一步冷却干燥，冰库用于调节片冰产量与拌和楼用冰量的不均匀性，保证片冰机均衡连续生产。片冰通过冰库内的耙冰机及出冰螺旋机输输送到气力输泵，经气力输送装置送入拌和楼的小冰仓。由衡量装置按配设定数值计量好后，将片冰及冷水分批次投入搅拌机内。

2.5 温控措施

为保证夏季混凝土出机口的温度要求，本系统预冷措施按生产14℃混凝土配置，高温季节采取加冰、冷水拌和及拌和楼风冷综合方式降温，在过渡季节根据外界气温及混凝土出机口温度要求，可选择采用风冷、加冰、冷水拌和混凝土单一或组合预冷措施。

本工程混凝土拌和时可采取如下综合温控措施：

（1）骨料输送胶带机搭设遮阳棚，防止骨料在输送过程中暴晒升温。

（2）拌和楼料仓采用钢结构制作，且直仓段加高至9m，料仓外壁用橡塑海绵保温，避免冷量的损失。

（3）混凝土浇筑时间尽量安排在早晨或晚上进行，以避开高温时段浇筑混凝土。

（4）混凝土在运输过程中采取适当的保温措施，避免混凝土温度回升过快。

（5）加4～6℃冷水拌制混凝土。

（6）对拌和楼料仓的粗骨料进行风冷，使骨料终温降至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剂含水的最大可能量加入。

（8）选用水化热低的中热水泥和低热水泥。

（9）在满足施工图纸要求的混凝土强度、耐久性和和易性的前提下，改善混凝土骨料级配，加优质的掺合料和外加剂以适当减少单位水泥用量。

（10）保温工程系统设备、氨管道、通风管道、骨料仓外壁等保温采用橡塑海棉保温材料保温隔热层必须按照有关制冷规范要求和防火安全要求施工，所有保温材料应具有耐燃性能和防潮性能的数据和使用说明书，应采用不燃性或阻燃性材料。

3 结束语

本文主要以某水电站拌和站为例阐述了混凝土制冷方面的工艺以及控制措施，通过本文的介绍能够对水电站混凝土制冷提供一定参考以及帮助。