藏木水电站混凝土生产系统设计

张伟锋,张慧霞

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电站混凝土生产系统设计

张伟锋,张慧霞

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072)

藏木水电站为目前西藏地区最大水电站，其枢纽布置为重力坝+坝后式厂房，混凝土需求量大、质量要求高。混凝土生产系统有夏季预冷和冬季预热的要求，是目前西藏地区最大的混凝土生产系统，在藏木水电站建设中发挥了重要的作用，对以后高海拔地区的水电工程混凝土生产系统设计具有重要指导意义。

藏木水电站；混凝土生产系统；预冷系统；预热系统；出机口温度

0 前 言

藏木水电站为目前西藏地区最大水电站工程，挡水建筑物为混凝土重力坝，混凝土需求量大、质量要求高。工程地处西藏高寒、高海拔地区，夏季气温高、冬季寒冷，混凝土生产系统需配备预冷、预热系统。由于工程地处高寒、高海拔地区，气候条件恶劣、氧气稀薄，混凝土生产系统设计需考虑其恶劣的气候特点。另外，混凝土生产系统成品骨料运输方案的选择也对工程的施工、投资有较大的影响。混凝土生产系统周全完善的工艺设计、平面布置是确保工程顺利实施、按时发电的重要保障。

1 工程概述

藏木水电站位于西藏自治区加查县境内，坝址距省道S306约7 km，距加查县城约17 km，距拉萨约325 km，对外交通较方便。本工程为二等大(2)型工程，开发任务主要为发电。枢纽布置格局为重力坝+坝后式厂房，由左右岸挡水坝段、溢流坝段、厂房坝段、冲砂底孔坝段、坝后式地面厂房、消力池和海漫等组成。最大坝高116 m，装机510 MW。

藏木水电站混凝土总量约340万m3。其中高温季节需要预冷的温控混凝土约121万m3，低温季节需要预热的温控混凝土约102万m3。高温季节拌和楼出机口温度为10～14 ℃，低温季节拌和楼出机口温度为10～15 ℃。

藏木水电站位于高原温带季风半湿润气候地区，具有典型的高原气候特征，白天温度高，夜间温度低，昼夜温差大。月平均最高气温出现在7月份，温度约16.4 ℃，相对湿度为71%。藏木水电站气温、水温、相对湿度情况见表1。

表1 藏木水电站多年月平均气温、水温、相对湿度

2 混凝土生产系统设计

本工程混凝土以二、三级配为主，混凝土骨料料源为枢纽区开挖砂砾石料和基坑开挖块石料。混凝土生产系统使用时间长，生产混凝土量大，混凝土温控要求高。

为确保藏木水电站施工进度和工程质量，混凝土生产系统设计方案遵循生产工艺先进可靠、混凝土质量满足工程要求、混凝土生产能力满足工程建设需要、满足水保环保要求的原则。

2.1 混凝土生产系统规模

根据施工进度和大坝混凝土浇筑方案，混凝土生产系统需满足常温混凝土高峰月浇筑强度约11万m3的要求。大坝和厂房混凝土在5～9月有预冷要求，冷混凝土高峰月浇筑强度约9万m3；大坝和厂房混凝土在11月～翌年2月有预热要求，预热混凝土高峰月浇筑强度约10万m3。系统配置2座HL240-4F3000L型混凝土拌和楼，常温混凝土设计生产能力为360 m3/h，预冷及预热混凝土设计生产能力均为300 m3/h，三班制生产。

2.2 混凝土生产系统工艺

2.2.1 总工艺概述

混凝土生产系统由成品骨料运输线、成品骨料储运系统、胶凝材料储运系统、预冷系统、预热系统及混凝土拌和楼等组成。

成品骨料经胶带机由砂石加工系统成品料堆运至混凝土生产系统骨料罐。骨料罐中的粗骨料通过胶带机运输到二次筛分车间进行筛分，筛分后的废料通过胶带机运至弃料堆场再由汽车运走，筛分后的骨料通过胶带机运至调节料仓，然后由胶带机运至拌和楼储料仓。细骨料直接从骨料罐中由胶带机输送至拌和楼储料仓。

水泥、粉煤灰经散装水泥罐车运至混凝土生产系统，气送至胶凝材料罐中储存，然后采用气送方式输送至拌和楼。

高温季节对混凝土生产采取粗骨料风冷、加片冰和冷水拌和等预冷措施，低温季节对混凝土生产采取粗骨料风热、加热水拌和等预热措施，使混凝土出机口温度满足温控要求。为进一步做好保温措施，减少温度损失，系统胶带机廊道、拌和楼及辅助车间均外包泡沫保温板。

2.2.2 关键工艺研究

(1)成品骨料的运输方式。砂石加工系统与混凝土生产系统同岸布置，位于混凝土生产系统下游约1.5km处。成品骨料的场外供料运输线拟定两个方案比选：方案一，胶带机运输方式；方案二，汽车运输方式。

方案一：胶带机运输方式。通过胶带机将砂石加工系统生产的成品骨料运输至混凝土生产系统的成品骨料罐中。本方案的优点为：输送过程外界干扰小、输送速度快、输送保证性高、输送线安全性高，但建安费用高，临建工程量大。

方案二：汽车运输方式。砂石加工系统生产的成品骨料采用汽车通过场内公路运输至混凝土生产系统的受料平台。本方案为常规骨料运输方式，技术上可靠，但骨料的温度控制较难，运输外界干扰大、经济性较差。

经技术、经济比较，成品骨料运输选择可靠性较高的胶带机运输方式，输送能力按满足混凝土月高峰浇筑强度12万m3/月所需的骨料计算，另考虑设备故障、停机、换料等影响因素，确定胶带机输送能力为1 600 t/h。

(2)成品粗骨料二次筛分。本工程混凝土骨料的料源为枢纽区开挖天然砂砾石料和基坑开挖块石料。枢纽区开挖天然砂砾石料强度略偏低，在运输过程中易破碎。

从砂石加工系统将成品骨料堆运至混凝土生产系统骨料罐，需经过多条胶带机转运，骨料的破碎率大大增加。此外，成品骨料在转运后进入骨料罐中也会有一定程度跌落损失。

因此，为了控制进入拌和楼成品骨料的逊径率，并为了提高风冷(风热)粗骨料的效果，系统设置二次筛分车间。

(3)夏季预冷、冬季预热工艺。本工程挡水建筑物为混凝土重力坝，地处西藏高寒、高海拔地区，夏季气温稍高、冬季寒冷。根据气温、水温及混凝土配合比资料，运用热平衡原理进行计算分析， 确定预冷预热工艺， 5～9月需要预冷，采取粗骨料风冷、加片冰和冷水拌和的预冷措施；11月～翌年2月需要预热，采取粗骨料风热、加热水拌和的预热措施。

2.3 混凝土生产系统布置

混凝土生产系统布置于坝址右岸下游约600 m白沟沟口的河滩地上，场地长350 m，宽100 m。

混凝土生产系统布置充分利用地形条件，分4个平台上进行布置，分别为3 270 m高程平台、3 267 m高程平台、3 264 m高程平台和3 260 m高程平台。3 270 m平台主要布置骨料罐，3 267 m平台布置二次筛分车间、沉淀池、清水池，3 264 m平台主要布置废弃渣堆、压滤机房，3 260 m平台主要布置混凝土拌和楼、制冷楼、锅炉房、胶凝材料罐以及拆包车间、空压机房等辅助车间(见图1、2)。

3 混凝土预冷系统设计

3.1 预冷措施

藏木水电站预冷混凝土出机口温度要求为10 ℃(约束区)、14 ℃(非约束区)，工程区月平均最高气温、水温出现在7月份，气温为16.4 ℃，水温为17.1 ℃，相对湿度为71%。根据气温、水温及混凝土配合比资料，运用热平衡原理进行计算分析，藏木水电站混凝土5～9月需要预冷，预冷主要采取以下措施：

(1)成品骨料堆场储存高度、时间满足规范要求，控制地弄出料温度不高于月平均气温。料堆采取遮阳措施，减少阳光的直射。

图1 藏木水电站混凝土生产系统总平面布置

图2 藏木水电站混凝土生产系统工艺流程

(2)由于混凝土降温幅度约10 ℃，降温幅度不大，采取在拌和楼储料仓对粗骨料进行风冷降温，使粗骨料温度冷却到10 ℃。

(3)在拌和楼中加入3 ℃冷水和-2 ℃片冰进行拌和。

3.2 预冷系统规模、工艺

(1)系统规模。根据大坝混凝土浇筑进度和拟定的冷却措施，经过逐月的混凝土预冷计算，冷混凝土高峰浇筑强度发生在第五年7月，相应的混凝土浇筑强度9万m3/月。

系统配备的预冷总规模约482.7万kcal/h(标准工况)，其中风冷约247.3万kcal/h，3 ℃拌和冷水约37.8万kcal/h，-2 ℃片冰约197.6万kcal/h。

系统片冰生产能力为180 t/24 h，冷水生产能力为25 m3/h。

(2)系统工艺、设备。藏木水电站混凝土预冷系统主要措施为在拌和楼储料仓通-5 ℃、5 ℃冷风对粗骨料进行冷却，在拌和楼中加3 ℃冷水、-2 ℃片冰进行拌和。

-5 ℃、5 ℃冷风的冷源和3 ℃冷水、-2 ℃片冰均在预冷车间生产，-5 ℃、5 ℃冷风主要由2台W-LG25ⅢA型螺杆式预冷压缩机、1台W-LG20ⅢA 型螺杆式预冷压缩机、3台WN-450型卧式冷凝器、4台LSL2000型附壁式空气冷暖风机、4台SL1500型附壁式空气冷暖风机设备制备。3 ℃拌和及制冰用冷水由1台LSLGF500/125螺杆式冷水机组制备。-2 ℃片冰由3 ℃冷水生产，采用2台W-LG25ⅢA型螺杆式预冷压缩机，6台5M-300FS型片冰机制备。片冰制备后，储存在2个冰库内(冰库容量30 t/个)，采用QL-500型片冰气体输送装置输送至拌和楼储冰罐。

3.3 预冷车间布置

预冷车间主要生产粗骨料预冷-5 ℃、5 ℃冷风的冷源和3 ℃冷水、-2 ℃片冰。根据现场场地条件，结合拌和楼的选型，预冷车间采用楼的形式进行布置，紧邻拌和楼，共五层，制冷楼尺寸为43.0 m×19.0 m×20.0 m(长×宽×高)。

制冷楼一层布置5台螺杆式预冷压缩机、1台螺杆式冷水机组、2台冷水泵、2台循环水泵、1个控制室、5个高压贮氨器、5个低压循环贮液器及12台氨泵。压缩机之间通道宽度1.7 m，高压贮氨器之间通道宽度1.5 m，低压循环贮液器之间通道宽度1.2 m。

制冷楼二层布置5个冷凝器，通道宽度1.3 m。三层露天布置3台冷却塔，通道宽度1.5 m。四层布置2个冰库、2台气力输送片冰装置，五层布置2组6台片冰机，分别对应4层的2个片冰库。

4 混凝土预热系统设计

4.1 预热系统工艺

藏木水电站所在地区冬季气温较低，冬季1、2、11、12月平均气温分别为0 ℃、2.7 ℃、4.7 ℃、0.6 ℃，上述四个月份混凝土出机口温度要求均为10～15 ℃，根据自然出机口温度计算，这四个月份混凝土需要预热。经计算，采取的预热措施为：骨料罐内设置蒸汽排管预热骨料、加热水拌和及拌和楼储料仓热风加热粗骨料。

工程所在地区没有煤炭生产基地，考虑燃煤所释放的烟雾和粉尘对环境的破坏较大，本系统采用燃油锅炉预热方案。此外，考虑到该地区太阳能比较丰富，可利用太阳能辅助加热。

从锅炉房分气缸引出三条主管道，分别通往骨料罐、调节料仓、拌和楼及辅助生产车间，骨料罐、调节料仓、拌和楼上楼栈桥、筛分楼等部位采用蒸汽排管采暖，各生产车间及房间采用换热器进行采暖。

4.2 预热系统布置

本工程预热热源生产车间为锅炉房，锅炉房配置3台WNS4-1.25-Y全自动燃油蒸汽锅炉，事故油箱、埋地储油罐布置于锅炉房之外，距离满足相关规范要求。

锅炉房和埋地储油罐距混凝土生产系统拌和楼及其它设施的距离满足相关规范要求。埋地储油罐设检查孔、防火呼吸阀、油位计、排污等设施，油罐及输油管路应做防静电措施，并设置警示标志。

锅炉房内部布置有3台WNS4-1.25-Y全自动燃油蒸汽锅炉、日用油箱间、维修化验室、水处理车间、软化凝结水箱及自来水、蒸汽、排污等管道。锅炉房内部设施布置满足相关规范要求，各管道应刷涂相应的颜色以区分。

5 结 论

藏木水电站混凝土生产系统规模大，工艺流程复杂，采用胶带机运输成品骨料，骨料运距较远，转运环节多，采用了二次筛分措施。混凝土生产系统设有预冷、预热设施，预冷设置了一座制冷楼，采用骨料风冷，加冷水、片冰拌和等预冷措施；预热设置了锅炉房，采用蒸汽预热骨料、加热水拌和及拌和楼储料仓吹暖风加热骨料等预热措施。系统的布置充分利用地形条件，采用阶梯布置方式，布置紧凑。系统建成投产后，运行良好，为藏木水电站的建设发挥了重要作用。

[1] 《水电工程施工组织设计规范》DL/T5397-2007[S].2007.

[2] 《水电水利工程混凝土预热系统设计导则》DL/T5179-2003[S].2003.

[3] 《水电水利工程混凝土预冷系统设计导则》DL/T5386-2007[S].2007.

2016-08-23

张伟锋(1979-)，男，河南新安人，高级工程师，从事施工组织设计工作。

TV544

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1003-9805(2017)01-0105-04