周公宅水库混凝土制冷系统浅析.pdf

第 3 2卷 第 3期 2 0 1 0年 3月 华 电技 Hua d i a n Te c h n o l o g y V0 1 3 2 No 3 Ma r 2 0l 0 周公宅水库混凝土制冷 系统浅析 侯忠发 ( 四川华 电木里河水 电开发有限公司 ， 四川 西 昌6 1 0 0 1 6 ) 摘要 ： 介绍了周公 宅水 库工 程混凝 土制冷 系统 的设计条件 、 运行情况及工艺流程 ， 针对运行过 程提 出了一系列工艺改 进措施。总结了该制冷系统在生产运行中的成功经验， 为今后大坝混凝土制冷系统的优化设计和生产运行提供了实践 基础和参考实例。 关键词 ： 周公宅水库 ； 制冷系统 ； 工艺流程 ； 改进 中图分类号： T V 4 3 文献标志码： B 文章编号： 1 6 7 41 9 5 1 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 0 5 0 0 4 1 工程概况 周公宅水库位于浙江省宁波市鄞州区大皎溪皎 口水库上游 1 5 k m， 坝址位于鄞州区樟水镇周公宅 村北大皎溪干流上 ， 距宁波市区约 5 1 k m， 是一座供 水、 防洪结合发 电的综合利用水库。周公宅水库为 等工程 ， 由拦河坝 、 引水建筑物 、 发电厂 和变电站 等建筑物组成。 周公宅拦河大坝为混凝土双 曲拱坝 ， 坝顶中心 线弧长 4 4 6 7 7 m， 坝顶高程 2 4 0 IT I ， 最大坝高 1 2 5 m。 大坝混凝土总量约 6 5万 m ， 其 中大部分为 4级配 混凝土。根据合同进度要求 ， 大坝高峰月浇筑强度 约为 3 5万 m ， 夏季预冷混凝土浇筑强度约为 2 0 万 1 T l 月 2 系统的设计条件 2 1 设计依 据 混凝土制冷系统主要设计依据为招标文件中有 关混凝土温控要求以及合同进度要求的混凝土施工 强度 。 根据合 同进度 要求 ， 大坝 高峰月 浇筑强 度 约 3 5万 m ， 夏 季 预 冷 混 凝 土 浇 筑 强 度 约 为 2 0 万 m 月。混凝土制冷系统的容量和工艺设计须满 足预冷混凝土生产强度和大坝混凝土冷却 ( 初 期、 后期冷却) 的冷冻水生产任务的要求 。 2 2 设计 条件 2 2 1 水温、 气温条件 坝址区属典型的亚热带季风气候 ， 温暖多雨 ， 四 季分明， 全年雨量充沛。设计流域附近有鄞县 和奉 化等气象站， 最近的气象站为奉化气象站， 距坝址 2 4 k m。根据奉化气象站提供的气象资料 ， 坝址 区多 收稿 日期 ： 2 0 0 9 0 7 2 3 年平均气温 1 6 3 ， 月平均最高气温 3 2 4( 7月 份) ， 极 端最 高 气温 达到 3 9。 【 = ， 月平 均 最低气 温 0 8( 1月份 ) ， 多年月平均气温见表 1 。大皎溪多 年平均水温为 1 6 8， 最高水温为 3 0 4 ， 最低水 温为 3 6 c = ， 多年月平均水温见表 2 。 表 1 坝址区多年月平均气温 2 2 2 混凝 土级配 低温混凝土生产 以四级配 C 2 5混凝土为设计 依据 ， 根据经验， 配合比对预冷混凝土制冷容量的影 响不大。混凝土配合比参数见表 3 。 2 2 3 材料参数 周公宅水库工程料源特性为凝灰岩人工骨料。 水泥、 粉煤灰为散装 ， 由汽车运输至工地储藏罐。混 凝土原材料物理和热力学计算参数选择见表 4 ， 混 凝土原材料温度见表 5 。 该工程混凝土原材料来源如下 ： ( 1 ) 水泥。采用浙江尖峰 P 0 4 2 5普通硅酸盐 水泥 。 ( 2 ) 粉煤灰。宁波北仑火电厂 级粉煤灰 。 ( 3 ) 外加剂。浙江龙游 Z B一1型减水剂 ， 上海 枫杨实业有限公司生产的 S J 一 2型引气剂。 ( 4 ) 砂石骨料为人 工骨料 ， 料源特性为熔结凝 灰岩。 第 3期 侯忠发 ： 周公宅水库混凝土制冷系统浅析 5 l 表 3 混凝土典型级 配 材料 密度 ( k g m。) 比热 k J( k g ) 空隙率 导热系数 k J( n l h) 表 5 混凝土原材料温度选用 拌和水 月份 水泥 粉煤灰 片冰 砂 骨料 自来水 冷冻水 t 2 0 2 0 4 8 4 8 7 5 2 2 0 2 0 5 7 5 7 8 0 3 3 0 3 0 9 5 9 5 l 0 5 4 3 5 3 5 1 4 8 1 5 3 l 4 8 5 4 0 4 0 5 1 8 6 2 0 0 1 8 6 6 6 4 5 4 5 5 2 2 2 2 4 0 2 2 2 6 7 5 0 5 O 一5 2 5 9 2 7 0 2 5 9 6 8 5 O 5 O 一5 2 6 1 2 7 0 2 6 1 6 9 4 5 4 5 5 2 3 2 2 3 2 2 3 5 6 1 0 4 0 4 0 5 1 8 3 l 8 3 l 9 6 6 1 1 3 O 3 0 1 2 5 l 2 5 l 4 8 1 2 2 0 2 0 6 7 6 7 9 8 注 ： 水泥 、 粉煤灰温度参考类 似工程取值。 2 2 4混凝土 自然拌和出机 口温度 根据混凝土组成材料热平衡计算得到混凝土在 自然条件下的出机 口温度 ， 计算结果见表 6 。 表 6 混凝土 自然拌和 出机 口温度 月份 1 2 3 4 5 6 温度8 5 9 3 1 3 4 1 8 9 2 3 3 2 7 2 月份 7 8 9 1 0 1 1 1 2 温度 3 0 0 3 0 0 2 7 1 2 2 3 1 6 3 1 0 3 计算时 ， 夏季室外计算气温采用 2 8 q c， 拌和水 温 2 6 c IC， 室外空气平均相对湿度采用 8 4 ， 骨料温 度采用 2 8 。 2 2 5 其他相关参数 根据有关工程经验 ， 预冷混凝土制冷容量计算 尚与片冰潜热利用率有关 ， 而且须考虑混凝土拌和 机械热 ， 其相关参数为 ： 片冰潜热利用率 ， 0 8 ； 混凝 土拌 和机械热， 4 0 0 0 k J m 。 3 系统 工艺及布 置 3 1 温控技术要求和制冷工艺措施 根据招标文件技术条款有关规定 ， 大坝 I区混 凝土浇筑温度 7 ， 8 ， 9月不能超过 1 6。 【 = ， 其他季节不 能超过 1 8 q C； 1 1 区和非约束区混凝土浇筑温度 7 ， 8 ， 9月不能超过 2 0 ， 其他季节不能超过 2 2。考虑 到混凝土仓面及运输途 中温升等因素 ， 高温季节预 冷混凝土出机 口温度应控制在 1 21 6 ， 并应尽量 避免在高温时段浇筑强约束区混凝土。 该制冷系统预冷措施按生产 1 2混凝土配置， 即楼 内风冷粗骨料 、 加冰和加冷 冻水拌和混凝土 。 根据外界气温及混凝土出机 口温度要求 ， 要选择采 用风冷 、 加冰 、 加冷冻水拌和混凝土其中一种或几种 措施。 3 2制冷容量的确定 制冷系统规模主要取决于预冷混凝土生产强度 和大坝混凝土初期冷却 ( 一期) 所需要的制冷容量 ， 大 坝后期( 二期) 冷却在进度上与混凝土预冷不重叠 ， 但 其冷水生产容量大于一期冷却所需制冷容量， 因此， 需要分别考虑各温控措施需要的设备容量 ， 然后根据 系统工艺和进度分析确定系统的总制冷容量。 经计算 ， 周公宅混凝土制冷系统容量为夏季生 产预冷混凝土制冷量加上大坝混凝土一期冷却制冷 水量所控制 。吸取重庆江 口水电站制冷系统一次 、 二 次风冷经验( 重点应为二次风冷的经验 ) ， 周公宅 5 2 华 电擞 采 第 3 2卷 制冷系统在设计上取消了一次风冷 ， 仅设 置二次风 冷， 但在工艺设计上仍然增加了 5 8 1 k W 的制冷设备 作为风冷备用设备。因此 ， 确定制冷系统设计总制 冷 量 (标 准 工 况 )为 2 0 7 0 k W。 实 际 施 工 按 2 9 0 8 k W配置制冷设备 。 3 3 制冷系统工艺流程 ( 1 ) 氨系统工艺流程。如 图 1 所示。 ( 2 ) 水系统工艺流程。水系统分系统冷却循环 水和冷冻水。系统冷却循环水的流程为 ： 2台冷却 塔与制冷楼 4台冷凝器 、 压缩机油冷却器形成闭式 循环管路 ， 管路中间安装水泵提供循环动力 ； 生产冷 冻水的自来水来 自 3 0 0 11 1 高程水池 ， 经冷水厂 内 的蒸发池冷却后流向 1 0 0 t 冷水池 ， 最终供给大坝用 于冷却。 3 4 制冷系统布置 制冷系统的布置共分 3部分： 制冷楼 、 制冰楼和 冷水厂。制冷楼为 3层混凝土框架结构 ， 从上至下 依次安装有冷凝器 、 高压储氨罐和低压循环储氨筒 、 螺杆式氨压机等主要设备 。制冰楼紧邻制冷楼均布 置在 2 6 0 1 高程平台上 ， 为 2层砖混结构 ， 上层安 装有 4台 P B L一 21 1 0型片冰机 ， 底层为冰库和气 力输冰装置。冷水厂布置在 V 2 4 0 m高程 ， 为单层 简易棚建 ， 占地面积约 2 0 0 m ， 安装有 1台螺杆式氨 压机组和 3台开式螺旋管蒸发器。 3 4 1 风冷粗骨料 骨料风冷在混凝土搅拌楼的骨料仓 内完成 ， 4 种粗骨料仓均设附壁式冷风机进行冷却 ， 冷源配备 标准工况制冷量 1 7 4 4 k W 的螺杆式压缩机， 主机与 辅机均布置在制冷楼内， 采用氨泵强制式循环 向附 壁式冷 风机 供 液， 生产 冷 风， 冷风 循 环量 为 4 8 5 7 2 3 l l h 。每个料仓 内安装有 l套配风装 置， 料 仓旁的空气冷却器及轴流风机 由风道连成闭式冷风 循环系统。 3 4 2 冷水生产 冷水生产 由布置在冷水厂内的 3台螺旋管式蒸 发器完成 ， 生产的冷水水温为 5左右 ， 冷源由制冷 楼提供( 后期) ， 标准工况制冷量为 5 8 1 k W( 初期通 水) 和 2 0 7 0 k W( 后期通水) 。前期由冷水厂内的 1 台螺杆式氨压机组提供冷源， 主要供拌和楼搅拌冷 水用。生产出的冷冻水由管道送人设在冷水厂旁的 冷水池内， 水池容积为 1 0 0 m 。 3 4 3 制片冰 制冰由制冰楼 内的片冰机完成 ， 制冰用水 由冷 水厂供应 ， 冷源由制冷楼提供。标准工况制冷量为 5 8 1 k W， 采用氨泵强制式循环向片冰机供液制片冰， 内设 P B L一21 1 0型片冰机 4台， 日产片冰 6 0 t 。 生产的片冰在冰库内经冷风机过冷呈松散 、 干燥状 态， 冰库容积为 3 0t ， 使用时 由气力输冰装置送至拌 和楼的小冰仓 内供拌和楼使用。 4 系统的运行和工艺改进 4 1 氨液循环系统 周公宅制冷系统制冰楼安装有 4台氨压缩机 ， 按照原始设计 ， 1机制冷风， 2机 为冷风备用机 ， 3机制冰， 4机制冷水 。作为系统冷源的4台主机 位于 V 2 6 0 m高程平台的制 冷楼 内， 制冰车间与冷 水车间分别位于V 2 6 0 i n高程平台和 2 4 0 m高程 平台 ， 二者存在 2 0 m 的高差。在 系统运行调试 阶 段 ， 3压缩机在运行过程 中发生异常现象， 造成基 础振动加大， 严重影响到运行安全。因此 ， 运行不到 1 个月 ， 3机被迫停机 ， 改用 4机制冰。高温季节 冷水生产由前期安装于冷水厂的 1 台冷水机组代替。 4 2 冷却水循环系统 制冷系统 中的冷却水主要作用有 2点 ： 一是降 一 排气管 ； 一一 吸气管； 氨液管 图 1 氨 系统工艺流程图 第 3期 侯 忠发 ： 周 公 宅水库 混凝 土制 冷 系统 浅析 5 3 低系统冷凝压力 ， 降低排气温度 ； 二是冷却水在流经 压缩机油冷却器时起到降低油温的作用 。冷却水 的 循环对整个系统 的正常运行和能量利用起着至关重 要 的作用。 该系统 在设计 中配 置 了 2台冷却 塔 ， 一 台为 B N D一 4 0 0型， 另一台为 S F一 6 0 0型， 合计处理能力 为 32 0 0 m h ( 按系统循环水水泵流量计 ) 。查阅 有关空调制冷系统设计技术资料 ， 3 1 5 6 k W 的制冷 量需配置 1 m h冷却水 ， 经计算该 系统应 配置冷却 水 8 2 6 m h ( 按 5 8 1 k W 计 ) ， 冷却塔容量配置 明显不 足。这种先天性的不足导致运行中主机排气压力偏 高， 出力不足 ， 能量仅达 5 0 左右。由于受 到地形 限制 ， 不可能再配置冷却塔 ， 而是采取了扩大冷水塔 布水器孔眼、 系统冷却水管路安装增压泵等办法加 大系统水循环流量 ， 使系统运行得到了一定改善。 4 3冷水 生产 的工艺 改进 4 3 1 拌和楼搅拌和制冰用水 原设计所有生产的冷水均进入冷水池后再分配 使用 ， 水温一般控制在 7 c c左 右。为了进一步降低 水温 ， 将冷水厂 内的 1台型号 为 A B L G 1 2 5 Z的氨泵 机组 ( 制冷量为 3 8 2 k W) 专 门配置 1台螺旋管蒸发 器， 生产接近 0的冷水 ， 专供拌和楼搅拌和制冰楼 生产片冰用 。这种改进既满足了搅拌混凝土温控的 需要 ， 又有利于提高片冰生产 的质量和产量 。该机 高温季节冷水产量 81 0 m h ， 完全满足上述需求 ， 这部分冷水不经过冷水池 ， 直接 由水泵送往拌和楼 和制冰楼 ， 富余部分再返回冷水池。 4 3 2 大坝初期冷却用水 鉴于 3压缩机存在的问题 ， 新购 1台 Y S型约 克冷水机组 ( 标准工况制冷量为 1 0 2 0 k W) 用以替代 3机。约克冷水机组属于新一代高效 、 集成型制冷 设备 ， 具有体积小 、 功效高 、 操作简单等优点 ， 安装时 直接置于冷水池上面 ， 并共用原系统冷却塔 ， 生产的 冷冻水直接进入冷水池。按高温 7月份计算 ， 将 2 6 自来水冷却到 7 q C， 冷水产量约为 4 0m h， 再加 上拌 和楼 的一 部分 回水 ， 基本 能满 足大坝初 期冷 却的需要 。 4 3 3 二期冷却用水 二期冷却大坝通冷水 温度 7。 【=， 冷冻水生产量 为 2 8 0 m h时( 折合制冷系统制冷量( 标准工况) 为 2 0 7 0 k W) ， 可保证封拱温度要求 。 4机和约克冷水 机组可提供 2 1 8 3 k w 的制冷量 ， 但 由于冷水塔配置 容量严重不足 ， 造成制冷楼压缩机不能完全出力， 此 外还存在坝体降温工期相对滞后等多方面的因素 ， 二期冷却仍不能满足要求 。 根据三峡工程制冷系统运行经验 ， 将拌和楼冷 风系统改制为生产冷水 ， 即利用冷风机除霜系统 的 喷淋水生产 冷冻水 ， 以满足二期冷却用 水的不足。 在生产过程中通过调节 喷水量 ， 严格控制生产 的冷 水水温在 8l 0 c c， 从而保证 了大坝二期冷却用水 。 实践证明 ， 这种改进是切实可行的， 能够最大限度地 发挥资源配置 ， 真正做到“ 一机多用” 。 5 结束语 周公宅水库工程制冷系统历经 2年高温季节大 坝混凝土浇筑施工的考验 ， 满足 了预冷混凝土和大 坝初期及后期冷却的要求 。实践表 明， 该 系统的各 项指标达到了设计要求 ， 尤其是后来针对 系统在运 行过程中出现的一些 问题所采取的优化改进措施 ， 均取得了很好的效果 ， 确保 了高温季节 大坝混凝 土 施工质量及工程进度。 此外 ， 就该系统而言 ， 如何发挥制冷设备的运行 效率也是今后制冷 系统设计探讨 的一个重要方面。 随着科学技术的不断发展 ， 体积小 、 能效高、 安装简 单 、 运行方便的新一代智能型制冷设备将成为今后 发展的一个必然趋势 ， 会在水 电工程 中得到越来越 广泛的应用。 ( 编辑 ： 刘芳) 作者简介 ： 侯忠发( 1 9 7 4 一 ) ， 男 ， 甘肃渭 源人 ， 工程 师 ， 从 事水利 水 电施工技术方面的工作 。 ( ( ( 0 ( 上接 第 3 5页) ( 4 ) 设备 的状态检修涉及选型 、 论 证、 设计 、 制 造 、 安装 、 调试 、 运行 、 检修 、 维护等各个环节 ， 其 中一 个环节 的失误都有可能影 响到电厂设 备的可靠性。 因此 ， 必须对 以上各个环节加以分析 ， 找出对策。 ( 5 ) 加强磨煤机衬 瓦备 品配件 的人库管理 ， 严 格验收检验制度 。为了掌握磨损情况 ， 应建立定期 对衬瓦螺栓 的检查 制度 ， 做到有 问题早 发现、 早处 理 ， 不断提高设备 的可靠性 。 参 考文 献 ： 尹民权， 高西 锅炉燃烧工况异常状态诊断分析 J 华 电技术 ， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 6 ) ： 3 63 9 ( 编辑 ： 刘芳) 作者简介 ： 尹君 ( 1 9 8 0 一 ) ， 男 ， 山东德州 人 ， 助 理工 程师 ， 从 事发 电 机组集控运行方面的工作 。 尹民权( 1 9 5 3 一) ， 男， 山东齐河人， 高级技师， 从事锅炉 状态检修方面的工作。