水电站混凝土制冷系统工艺设计原则及流程

摘要：混凝土是建筑工程施工常见的建筑材料，在各种水利建设工程、建筑工程中都得到了广泛的应用。由于混凝土浇筑完成后会有大量的水化热释放出来，当混凝土体积收缩后有可能会出现裂缝，可以设计制冷系统来对混凝土进行降温。文章以实际工程为例，首先对水电站混凝土制冷系统的工艺设计原则进行了分析，然后对设计措施进行了探讨。

关键词：水电站；混凝土；制冷系统；预冷系统；设计措施；建筑工程 文献标识码：A

中图分类号：TV544 文章编号：1009-2374（2017）08-0175-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.08.085

混凝土材料作为一种常用的建筑材料，在浇筑后会有大量的水化热释放出来，导致混凝土结构内部温度升高，使混凝土体积膨胀。而表面混凝土由于凝结快、散热快，当内部温度下降后体积收缩后容易出现收缩裂缝，为了避免出现混凝土裂缝，温控方法是一种比较有效的方法。尤其是在气温比较高的季节，自然条件下混凝土的出机温度会超过施工中的限制温度，此时就需要采取相应的人工降温措施对骨料进行预冷，在拌和过程中加冰、加冷水等。由于工程情况和自然情况存在一定的差异性，因此在设计制冷工艺时，需要在以往经验的基础上，从多方面进行对比和分析，在满足技术要求的基础上追求设备和费用的最小化。

1 工程概况

加查水电站骨料加工系统及混凝土生产系统工程主要承担加查水电站导流工程和主体工程的混凝土供应以及其他設施所需要的少量成品骨料及混凝土供应。加查水电站骨料加工系统需满足混凝土高峰月平均浇筑强度约9.6万m3的粗细骨料供应需求，系统毛料处理能力约1000t/h，成品骨料生产能力约800t/h，其中成品砂生产能力约240t/h。骨料加工系统承担整个工程混凝土骨料的生产任务，供应成品骨料总量不小于570万t。混凝土生产系统混凝土生产总量约236万m3，其中导流工程约44.7万m3，主体工程约191.3万m3，其中高温季节需要预冷的温控混凝土约96.21万m3。

2 混凝土制冷系统设计原则

通过多年混凝土制冷设计经验，此次施工中采取如下施工流程进行操作：按照骨料楼上风冷、加冰、加冷水拌和的顺序进行施工，保证了混凝土出机口温度符合施工实际所需。结合类似电站工程的施工经验，并综合权衡现场施工特征，得知只需设置一个制冷车间即可满足两台拌和楼运行所需，而且在一定程度上还能提高制冷系统的预冷效果。将氨压机与拌和机布置在一起一方面可提高设备的这行效率，延长设备的使用年限；另一方面也能为施工人员创设安全的作业环境。

考虑到混凝土生产系统施工流程复杂、规模大、施工难度大等特征，所以选取行之有效工艺技术对提高施工质量具有可靠的保障。在选择混凝土制冷系统中应遵循以下原则：（1）结合工程所需，合理明确制冷容量；（2）在制冷设备的选择中，应挑选性能稳定、功率合理的先进设备；（3）制冷设备的安放应综合权衡施工场地的实际特征，以方便工程施工的基础上，尽可能减少占地面积；（4）所需材料应从正规厂家处购买，进场前必须经过全面检查，符合要求后方可使用；（5）采取合理的方式完成设备的现场安装工作。混凝土原材料物理热学性质见表1。该系统设计以气温最高的7月份多年月平均气温、多年月平均水温及混凝土各原材料配比为依据进行计算，其相关参数如下：（1）高温月多年月平均气温16.4℃；（2）高温月多年月平均水温20℃；（3）片冰潜热利用率90%；（4）混凝土拌和机械热1200kcal/m3；（5）砂含水率（干化生产砂）6%。

本混凝土系统的温控混凝土主要分为两种类型，若在高温季节施工，由于外界环境温度较高，因此对拌和楼的出机口温度较为严格，要选择温度在10℃以下的混凝土42.7万m3，最大级配为四级配2万m3；选择温度在14℃以下的混凝土约53.51万m3，只针对粗料在楼上料仓进行风冷工艺。

对温度在10℃以下的温控混凝土主要采取风冷、冷水、冰的预冷工艺流程，先将粗骨料温度进行冷却，使其从16.4℃平均冷却到9.0℃，拌和用冷水的温度为4℃，冰预冷温度在-5℃。通过计算得知每方混凝土中应加入20kg左右的片冰。

对温度在14℃以下的混凝土，对粗骨料进行风冷处理，主要在拌和楼料仓内完成，使其从16.4℃平均冷却到9.0℃。粗骨料拌和过程中，不管是制冷车间或者是输冰设备等均应做好保温处理，控制在3℃～6℃为宜，以避免混凝土物料温度的回升，影响施工效果。

3 预冷系统

3.1 预冷系统车间的布置

结合三峡、龙滩、索风营等电站工程的施工经验，并综合权衡现场施工特征，得知只需设置一个制冷车间即可满足两台拌和楼运行所需，而且在一定程度上还能提高制冷系统的预冷效果。将氨压机与拌和机布置在一起一方面可提高设备的用行效率，延长设备的使用年限；另一方面也能为施工人员创设安全的作业环境。制冷车间为三层钢架结构，将制冷车间布置在一定高度的平台上，与拌和楼相邻。

一台车间需设置四台制冷量达到100万kcal/h的螺杆制冷压缩机组以及一台制冷量为50万kcal/h的螺杆制冷压缩机组，预冷系统车间所需要的设备如下：制冷空间一层主要设置有四台型号为WN-500的卧式冷凝器，四台型号为ZA-8的高压贮氨器，一台型号为CNF40-200氨泵，一台型号为LZL240螺旋管式蒸发器，四台冷却循环水泵，两台冷水输送水泵，四台型号为DX-12的低压循环贮液器。在制冷空间的二层分别设置了两套30T冰库与气力输送装置。在制冷空间的三层设置有四台产量为60T/d的片冰机。为了满足制冷车间冷源需求，需设置两台拌和楼风冷骨料，为车间提供所需冷源。此外，还需在每台拌和楼上设置四台空气冷却器与离心风机，满足设备运行所需。

3.2 预冷系统工艺流程

3.2.1 系统骨料风冷。粗骨料从胶带机部位流出后被运送到拌和楼指定的料仓内进行风冷处理。拌和楼料仓一共由四个料仓组成，可分别存放四种类型的骨料。料仓自上而下一共分成三个区域：（1）进料区，骨料主要从该区域进入到拌和楼的料仓中；（2）冷却区，该区域主要是对粗骨料进行冷却处理的区域；（3）储料区，经冷却处理完成的骨料会运送至该区域暂时存储起来，以备后期使用所需。冷风从下到上通过骨料，骨料会根据用料速度按照一定的顺序进行流动，借助风冷这一环节可确保骨料降至设计所需。待冷却完成的骨料经称量后进入拌和机中进行拌和处理。粗骨料经由胶带机送至筛分楼中进行冲洗，将骨料中的杂物彻底清除干净后进入到调节料仓内，调节料仓一共有三个分料仓，用于生产三级配的混凝土。在生产二级配混凝土时，可在大石料仓内存储中石，每个料仓也分为三分区域，即进料区、冷却区与储料区。通常情况下，在冷却区内专门设置有配风装置，这样可确保冷气均匀扩散与骨料进行热交换。冷风主要从冷却区的底部进入，与骨料流向相反的方向逐一穿过骨料区，对骨料进行迅速冷却，待温度降至所需终温时进入储料区。

3.2.2 二次风冷骨料工艺流程。在调节仓内将已完全冷却的骨料经由胶带机运送至搅拌楼骨料仓内，进行二次风冷。搅拌楼的特大石骨料仓分为三个区域，即进料区、冷却区、储料区。冷风循环顺序与一次分冷完全相同，将满足设计终温的骨料经过称量后运至集中生料斗中。

3.2.3 冰系统。制冷车间内专门设置有冷系统，冷系统主要由两部分组成：（1）片冰机；（2）冰库。片冰机置于冰库之上，由片冰机所生产出来的片冰落入贮冰库中贮存起来，经由气力输冰装置送至拌和楼上的调节冰仓，借助调节冰仓下的螺旋输送机将其运送至拌和楼中，称取一定重量后送入集料斗中。冷系统中的冷源主要由氨制冷系统提供，拌和中所使用到的4℃低温水由氨系统通过螺旋管蒸发器生产，借助泵运送到拌和楼的水箱中。生产的片冰直接落入到具有隔热效能的冰库中，片冰在冰库内会被冷却干燥。冰库有两方面的作用：（1）可有效调节片冰产量与拌和楼冰量分布的不均匀性；（2）可提高冰机生产的效率。片冰通过一系列处理外会被排出库外，通过气力输送装置运输至拌和楼的冰仓内。

3.2.4 冷水系統。制冷车间内冷水系统的冷源主要由氨制冷所提供，借助螺旋蒸发管将所生产出的混凝土拌和用冷水经水泵运输到拌和楼中，经过称重后，将所需用量送入拌和机中，供施工所需。

4 结语

综上所述，本工程在采用上述方法进行混凝土制冷系统的设计和应用后取得了良好的应用效果，通过使用连续风冷骨料的方法有效节省了占地面积，同时不会出现影响环境的废水，投资效益显著，为类似工程提供了借鉴和参考。

参考文献

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作者简介：章波（1981-），男，四川南充人，中国水利水电第八工程局有限公司工程师，研究方向：水电站混凝土工艺。

（责任编辑：小 燕）