混凝土出机口温控措施在羊曲水电站的应用.pdf

6 2 李莉 混凝土 出机 口热温控措 施在羊 曲水 电站的应用 文章编 号： 1 0 0 6 -2 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 4 0 0 6 2 0 3 混 凝 土 出 机口 温 控 措 施 在 羊 曲 水电 站 的 应 用 李 莉 ( 中国电建集团西北勘测设计研究院有限公 司， 西安7 1 0 0 6 5 ) 摘要： 羊曲水电站工程混凝土出机 口有预冷、 预热两方面温控要求， 通过将传统空气冷却器改装成冷暖交换器 ， 在料仓中实现风冷骨料、 风热骨料。羊曲水电站工程采取的预冷、 预热措施有效地控制了混凝土出机口温度。 关键词： 混凝土出机口； 预冷 ； 预热； 风冷； 风热； 骨料； 冷暖交换器 中图分类号 ： T V 5 4 4 9 文献标 识码 ： A D O ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 6 - 2 6 1 0 2 0 1 5 0 4 0 1 6 App l i c a t i o n o f He a t Te mpe r a t ur e Co n t r o l Fa c i l i t y t o Co n c r e t e a t M i xe r Out l e t LI L i ( N o r t h w e s t E n g i n e e r i n g C o ，L t d ， X i a n 7 1 0 0 6 5 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e t e m p e r a t u r e c o n t r o l o f c o n c r e t e a t m i x e r o u t l e t i n Y a n g q u H y d r o p o w e r P r o j e c t i s r e q u i r e d i n t e r ms o f p r e c o o l i n g a n d p r e h e a - t i n g Th e c o n v e n t i o n a i r c o o l e r i s r e b u i l t t o o n e c o o l i n g - h e a t i n g e x c h a n g e r Ag g r e g a t e s c a n b e c o o l e d a n d h e a t e d b y a i r i n s i l o T h e p r e c o o l i n g a n d pr e he a t i n g me a s u r e s wh i c h a r e t a k e n e f f e c t i v e l y c o n t r o l t h e t e mpe r a t ur e o f c o n c r e t e a t t he mi x e r o u t l e t Ke y wo r ds：c o nc r e t e mi x e r o u de t ；p r e c o o l i ng；pr e h e a t i n g；a i r c o o l i n g；air h e a t i n g；a g g r e g a t e；c o o l i n g -h e a t i n g e x c h a ng e r 0 日 U 吾 在水电站工程中混凝土出机 口温度控制是大体 积混凝土浇筑温度控制 的关键环节 ， 预冷混凝土 出 机 口温度控制是 自三峡水电站工程以来不断发展和 日趋成熟的技术 ， 近些年大型水 电站工程 主要分布 在西南部， 地区气温较高， 混凝土的温控措施集中体 现在预冷措施方面， 而随着高寒地区水 电站开发的 加快发展， 混凝土预热措施将成为混凝 土浇筑温度 控制的关键技术。本文主要介绍羊 曲水 电站工程混 凝土拌和系统 出机 口兼有预冷 、 预热两方面温控要 求所采取 的措施。 l 工程概况 羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县 交界处 ， 是黄河干流龙羊峡水 电站上游 “ 茨哈、 班多 和羊曲” 3个规划梯级 电站 的最下一级 ， 装机容 量 1 2 0 0 M W， 工程规模为 I等大( 1 ) 型工程。 收稿 日期： 2 0 1 5 0 2 2 7 作者简介 ： 李莉 ( 1 9 8 0 一) ， 女 ， 辽宁省凤城市 人 ， 高级工 程师 ， 主 要从事水利水电工程施工设计工作 羊 曲水电站地处高寒地 区， 平 均海拔约 2 7 0 0 m， 多年平均 7月份气温最高 l 3 4， 极端最 高气 温达 3 1 8 ， 预冷混凝土出机 口温度要求 1 2 o C； 低 温期 1 2 一翌年 2月停工 ， 多年平均 1 1月气温一 4 9 ， 极端最低气温达一 2 3 9 ， 预热混凝土出机 口温 度要求 1 5。为了保证混凝土出机 口温度 ， 拌和系 统需配备制冷系统和供暖系统。 2 预冷混凝 土 出机 口温控措施 预冷混凝土小时生产能力2 4 0 I n h ， 依据混凝土 生产能力， 确定预冷按 3座 HZ 1 2 0 2 F 3 0 0 0 L搅拌站 配置。羊 曲水电站夏季 7月份气温最高为 1 3 4， 自然出机 口温度 1 7 c c， 要 求混凝 土 出机 口温度 1 2 。采取 的制冷措施为一次风冷+ 冷水拌和。虽然这 种预冷措施在水电站工程中广泛应用 ， 但针对不同工 程 ， 制冷系统的设计在风冷效果、 降低能耗等方面仍 在不断探索， 以期达到高效率 、 低能耗的 目标。 本工程 H Z 1 2 0 2 F 3 0 0 0 L搅拌站的料仓为落地 式中转料仓 ， 单个料仓断面尺寸为 2 5 mx 4 mx 7 5 I n ( 高) ， 分大石、 中石 、 小石 、 砂共 6个料仓。骨料一 次风冷采用在中转料仓配备空气冷却器和离心风机 构建冷风循环系统 ， 将大石 ( 8 04 0 l l l I I 1 ) 、 中石 ( 4 0 西北水电 2 0 1 5年 第4期 6 3 2 0 m m) 、 小石 ( 2 05 mm) 由 1 3 4冷却 到 5 。混凝土拌和采用 1 0冷冻水。冷源配置螺杆 压缩机 、 螺杆冷水机组及制冷辅机。 如何实现冷风与成品骨料在中转料仓内进行充 分热交换 ， 与料仓进 、 回风 口位置、 风道形式、 仓 内风 速 、 冷却时间等参数 的设计有关。本工程 中转料仓 进出风 口位置需兼顾 风冷骨料和风 热骨料 2种 工 况 ， 风冷骨料所需冷却时间长 ， 根据风冷骨料的条件 确定进出风 口的位置。 在冷却区高度 、 进风温度、 回风温度 、 风量多个 变量条件下 ， 如何合理配置空气冷却器 、 离心风机是 设计的关键点。经验算法中， 设定料仓断面尺寸， 按 小时成品骨料用量进行设置 ， 常规为矩形 以方便施 工 ； 进风温度一般取 比骨料终温低 51 5 ； 经济风 速取值 范 围： 特 大 石 ( 1 5 08 0 mm) ， 0 91 2 5 m s ； 大石( 8 0 4 0 m m) ， 0 70 9 m s ； 中石 ( 4 O 2 0 m m) ， 0 5 0 7 m s ； J 、 石 ( 2 0 5 mm) ， 0 4 0 5 m s 。设定上述参数后 ， 推算冷风循环量 、 骨料 冷却时间、 回风温度、 冷却区高度 ( 即进出风 口高 差 ) 。 ( 1 )风冷骨料制冷量计算 设计工况(t =3 0 ， t 0 =一 1 5 o C) ： Q= G P C ( t 一t ) ( 1 ) 式 中： Q为设计工况冷负荷 ， k J h ； 为系数 ； G为每 方混凝土各级骨料用量 ， k g m ， 按混凝土配合 比取 值 ； P为混凝土小时强度 ， m h ； C 为各级骨料 的比 热 ， k J ( k g o C) ； t 为骨 料初 温 ， ； t 为 骨料 终 温 ， o C； 标准工况( t ： 3 0 o C， t o =一 1 5 o C) ： Q b=Q( 1 1 6 3 Q d j ) ( 2 ) 式 中： Q 为标准工况冷负荷 ， k J h ； Q i 为单机设计 负荷 ， k W。 ( 2 )空气冷却器与常规型式不 同， 在于它不仅 要满足氨液在排管 内蒸发冷却空气 ， 还要能够满足 风热骨料措施中蒸 汽与风 的热交换 ， 在此将 其定义 为冷暖交换器。冷暖交换器按设计要求非标制作 ， 冷暖交换器分上下 2个 区， 上半部为风加热部位 ， 设 置有独立的蒸汽排管 ， 将蒸汽通入上部排管加热风。 下半部为风冷却部位 ， 设置独立的氨液排管， 将氨液 通人下部排管冷却风 。供风 系统与常规型式一致 ， 即中转料仓 、 冷暖风机 、 离心风机构成供 风循环系 统 。 ( 3 )冷风机计算( 单仓) F = ( a L r m ( 3 ) 式 中： Q为冷量 ， k J h ； F为计算冷 风机面积 ， m ； K 为传 热系 数 ， k J ( m h ) ， 根 据 厂家 资料 取 7 5 3 ； 为对数温差 ， 。 ( 4 ) 式 中： t 为进风温度 ， o C； t 为 回风温度 ， ； t 。为蒸 发温度 ， 。 ( 4 )羊 曲水 电站混凝土骨料风冷参数见表 1 。 ( 5 )制冷水耗冷量计算 Q = 淼 ( 5 ) 式 中： Q 为设计工况冷水负荷 ， k W； k为损耗 系数 ， 一 般可取 1 11 2 ； P为高峰月小时强度 ， m h ； g 为每 方 混 凝 土 加 水 量 ， k g m。 ； C 为 冷 水 比热 ， k J ( k g c lC) 。 表 1 风冷计算参数汇总表 3预热混凝土出机 口温控措施 预热混凝土小时生产能力 1 1 4 m h ， 依据混凝 土生产能力 ， 确定预热按 2座 H Z 1 2 0 2 F 3 0 0 0 L搅拌 站配置 。按 1 1月份气温一 4 9 o C计算 ， 自然 出机 口 温度一 2 2 o C， 要求出机 口温度 1 5。预热措施采 取 ： 成品料堆预热骨料+1次风 热骨料+ 热水拌 和。 根据热平衡计算 ， 大石 、 中石 、 小石终温 1 4， 并采 用 6 0热水拌和， 即可满足 出机 口 1 5的温控要 求 。热源采用蒸汽锅炉 ， 锅炉的容量按 系统所需热 负荷进行配置。 低温期拌和系统运行不仅要对原材料进行加热 李莉 混凝土 出机 口热温控措施在羊 曲水 电站的应 用 以达到出机 口温度 ， 系统 内的各车间均应考虑供暖 才能保证正常运行 。预热措施如下 ： ( 1 )对料堆骨料进行加热。结合系统内车间供 暖， 成品料堆 、 筛分调节料堆采用埋设散热排管， 散 热排管 内通蒸汽的方式对骨料进行加热 ， 防止骨料 冻结。散热排管 由01 5 9 m mx 6和 0 1 0 8 m mx 4两种 钢管加工而成 ， 每个下料 口布设 2个 。散热排管在 料堆内受骨料的侧压力影响容易变形倒塌 ， 应将每 个下料 口布设 的 2个散热排管制作成整体式 ， 以增 强 自身稳定性 ， 另外在散热排管上部用 2道角钢进 行加固。 料堆内的热负荷计算 ， 为简化计算 ， 认为排管放 出的热量全部被骨料吸收 ， 按下式计算 ： Q =F ( t 一t 。 ) ( 6 ) 式 中： Q 为加热设备的计算放热量 ， w， 按预热导则 附录 I 中式( I 1 ) 计算 ； F 为加热排管的放热面积 ， m ； K 为传热系数 ， 加热 时间为 08 h时， 对于砂 子 K ： 1 0 9 w (m ) ， 对 于 砾 石K = l 4 8 W ( r n - ) ； 加热时间为 81 6 h时 ， 对于砂 子 K =1 0 1 W ( I n o C) ， 对 于砾 石 K =1 0 5 W ( m ) ； t 为热媒 的平均温度 ， ， 当热媒 为 蒸汽时是饱和蒸汽的温度 ； 当热媒为热水 时按 t = ，上 计算 ； 为加热排管 的进水温度 ， ； 为加热 厶 排管 的 出水 温度 ， o C； t 为 骨 料 的平 均 温度 ， t = t Lt ，o C； 为骨料的初温， o C； 为骨料的终温 ， 。 厶 ( 2 )骨料在中转料仓 内用热风加热 ， 热风 由暖 风机提供。 暖风机面积计算 。热媒 为蒸汽 ， 人 口温 度 t = 1 0 0，压力 P= 0 1 MP a ， 单座搅拌站暖风机计算 。 式中： Q为热量 ， k J h ； F为计算 暖风机 面积 ， 1T I 。 ； K 为传热系数 ， k J ( m h ) ； 。为热媒与空气之 间的平均 温差 ， 。 =t g一 ( 8 ) 式中： t 为蒸汽温度 ， ， 取 1 0 0； 为加热前空气温 度 ， ， 取 2 5 ； 为加热后空气温度， ， 取 4 5。 ( 3 )热风供风量计算 = 式 中： r 。 为空气容重 1 2 9 k g m。 ； Q为热量 ， k J h ； i 为进风温度的焓 ， k J k g ； i 。 为 回风温度的焓 ， k J k g 。 1 1月份平均相对湿度为 4 7 ， 进风温度 t = 4 5 ，查 图 i J =1 2 4 k J k g ； 回风 温度 t h =2 5 ， 查 图 i = 4 9 k J k g 。 ( 4 )中转料仓骨料初温按 4计算。从计算数 据 中可以看出， 在受热区高度确定 的情况下， 由于蒸 汽间接加热 ， 进风温度较高， 与骨料 的温差较大 ， 使 得循环风量减小 ， 对应风速低 、 料层阻力小 。由于风 冷 、 风热的风源按供风量大的冷风量配置离心风机 ， 因此在风热中暖风量 比计算值大， 可 以通过调节蒸 汽量来影响进风温度达到控制加热温度。 骨料风热计算参数见表 2 。 ( 5 )拌和用热水 ， 采用 6 0热水 ， 规范 规定 拌和热水最高不能超过 6 0 ， 热水热负荷计算。 表 2 骨料风热计算参数汇 总表 Q=( 1 0 61 1 5 ) c PW( T 1 ) ( 1 0 ) 式 中： Q为热负荷 ， k J h ； P为混凝 土强度 ， I n h ； 为每方混凝 土 水 的用 量 ， k g m ； C 为水 的 比热 ， k J ( i n 。 h ) ； 为拌 和热水 温度 ， ； T 为 当 月水温 ， o C； ( 6 )胶带机栈桥采用下承式 ， 用 5 e m厚聚苯乙 烯夹心保温板围护 ， 胶带机两侧沿线设 01 0 8 m inx 4 散热钢管 ， 以避免胶带机运行 打滑。此外 ， 搅拌站 、 空压机房 、 外加剂问、 锅炉房 、 办公室均需采暖 ， 若砂 石加工系统与混凝土拌和系统联合布置 ， 筛分车间 、 破碎车间、 试验室等也均需采 暖。采暖热负荷按上 述公式计算。考虑到 系统为临建 工程 ， 各 车间的供 暖采用 自制的散热器 ， 用无缝钢管焊接而成 。 ( 下转 第 9 8页 ) 9 8 张 东东 乌东德 水电站 右岸导流洞深孔 全孔 不分段 固结灌浆生产试验 表 3 声 波检测成果表 部 位 篓 差 7 2 压 水试 验检 查 固结灌浆压水试验质量检查在相应部位灌浆结 束 7 d后进行 ， 检查孔位置 由监理工程师根据灌浆 成果及钻孔灌浆综合平 、 剖面图确定 ， 根据规范及设 计要求检查孑 L 的数量不宜少于灌浆 孔总数 的 5 ， 本试验要求 3个试 验区各布置 1 个检查孔 ， 灌浆质 量压水试验检查采用单点法 ， 压力一般按 8 0 的灌 浆压力且不大于 1 MP a 。根据设计要求 ， 灌浆结束 后 ， 检查孔各孔段透水率不大于 5 L u为合格。单元 灌区内压水试验检查的合格率应达到 8 5 以上 ， 其 余试验段透水率最大值不超过 7 5 L u ， 且分布不集 中。检查孔压水结果见表 4 。 表 4 全孔不分段固结灌浆压水试验检查孔透水率统计表 根据表 4可 以看出 ， 本次全孔不分段 固结灌浆 一 一 一 一 一 l ， 实验中， 3个试验区压水均满足设计要求 ， 灌浆质量 合格率 1 0 0 。 8 结语 通过 3个不 同部位试验区的统计数据分析 ， 全 孔不分段固结灌浆试验区施工质量满足设计要求 ， 得 出试验结论如下 ： ( 1 )3个试验区采用全孑 L 不分段的灌浆方式进 行 固结灌浆试验 ， 灌浆最大压力 0 8 7 M P a 。 ( 2 )3个试验 区施工完成后 ， 各布置 了 1个检 查孔 ， 其 中压水检查最大透水率 3 6 8 L u ( 5号导边 墙试验区) ， 最小透水 率 1 6 4 L u ， 试验区透水率均 满足设计要求。 ( 3 )通过声波检测 ， 3个试验 区灌后声波均大 于 3 5 0 0 m s ， 满足设计要求 。 ( 4 )每个试验区各设置 1个抬动观测孑 L ， 试验 过程中未检测到抬动现象。 参考文献 ： 1 D I Y T 5 1 4 8 2 0 1 2 ， 水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 S 北 京 ： 中国水利水 电出版社 ， 2 0 1 2 2 中国水利水 电第 十 四工 程局 金沙 江乌东德 水 电站右岸 导流 洞上游段 固结灌浆试验大纲 R 昆明 ： 中国水 利水 电第 十 四 工程局 3 金永才 ， 郑岚 纳子峡水 电站大坝 固结 灌浆生产性试 验及成果 分析 J 1 西北水 电， 2 0 1 3， ( 3 ) ： 9 1 9 4 ( 上接第 6 4页) ( 7 )蒸 汽加热拌 和用水 时加热设备 的选择原 则。当用蒸汽间接加热拌和水时 ， 如果用水量较大 ， 从设备 完善性 和运行 可靠性 出发 ， 应 选用定 型产 品汽水热交换器 ； 如果用水量不大 ， 则可采用简 单的热交换器 ， 在这种交换器的箱 内装设蛇形盘管 即可 。办公室供暖采取热水热媒 ， 设计 中采取管壳 式汽水交换器制热水 ， 采取机械循环热水供暖的形 式。对于搅拌站拌和 、 外加剂溶液配制用热水均采 取在水箱 内设蛇形盘管制热水 。 4 结语 羊曲水电站工程混凝土拌和系统出机 口兼有预 冷 、 预热两方面温控要求 ， 设计将成品粗骨料在搅拌 站的中转料仓 内实现冷风冷却骨料 、 热风加热骨料 ， 巧妙地对空气冷却器进行非标改造 ， 将其分上部供 热区和下部冷却 区， 改造后的冷暖交换器实现既可 制冷风又可制热风。羊曲水电站工程采取的预冷预 热措施有效的控制 了混凝 土出机 口温度 ， 为其它类 似工程提供参考 。 参考文献 ： 1 水利水 电工程施工组织设计手册( 第 4卷 ) M 北京 ： 水利水 电出版社 ， 1 9 9 1 2DL T 5 3 8 6 2 0 0 7 ， 水 电水 利 工程 混 凝 土预 冷 系统设 计 导则 S 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 7 3 陆耀庆 实用供热空调设计手册 ( 上册 ) M 2版 北京 ： 中国 建筑工业 出版社 ， 2 0 0 8 4 D L T 5 1 7 9 2 0 0 3 ， 水 电水利 工程 混 凝 土预 热 系统 设计 导 则 f S 1 北京 ： 中国电力出版社 ， 2 0 0 3