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摘要：白鹤滩水电站三滩混凝土预冷系统设计容量大、预冷要求高。本文简述了三滩混凝土预冷系统的工艺设计、制冷容量计算和设备选型。
关键词：白鹤滩水电站；混凝土生产预冷系统；工艺设计与设备选型
一、工程概况
白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，装机容量约16000MW。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。
三滩混凝土系统承担左右岸导流隧洞进口及上游工作面、左右岸引水系统、泄洪洞进口及上游工作面、右岸地下厂房系统、右岸尾水系统等工程约501万m?的混凝土生产任务，其中预冷混凝土约为444.3万m?，二级配常态混凝土约占90%。高峰月生产强度12万m?，小时强度360m?，预冷混凝土出机口温度14℃。配置2座HL240-4F3000L自落式拌和楼。预冷系统制冷容量800万Kcal/h（标准工况）。
二、预冷工艺设计
（一）设计基本参数
1.气温、水温条件
根据白鹤滩气象站气温、水温资料，多年平均气温21.9℃，年平均水温17.4℃。最高月平均气温出现在7月，为27.5C。7月平均水温21.8℃。以7月为设计控制月。
2.参考配合比
三滩预冷混凝土系统以生产二级配为主，主要参考配合比见下表1。
3.混凝土原材料温度
三滩混凝土系统砂石骨料来自相邻的三滩砂石系统成品料仓。成品料仓设计大、中、小石储量均为39000m?，堆高26m；砂储量74000m?，堆高22m，通过成品料仓底部的廊道出料。因此粗骨料初始温度可保证不高于月平均温度，细骨料温度低于月平均温度2℃。在设计控制月混凝土原材料的初始温度为：水泥50℃、粉煤灰45℃、砂25.5℃、粗骨料27.5℃、水温21.8℃。
4.混凝土原材料物理热学性质
三滩混凝土系统所生产混凝土的原材料物理热学性质见表2。
5.其它相关参数
该系统设计以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，其它相关参数如下：
（1）片冰潜热利用率90%
（2）混凝土拌和机械热 1000Kcal/ m3
（二）主要预冷措施的确定
预采取在拌和楼料仓内对粗骨料进行充分风冷降温（即采取拌和楼一次风冷），再加入足量的片冰及冷水拌和的降温措施。根据拌和楼粗料仓一次风冷骨料的经验，骨料在HL240-4F3000L自落式拌和楼标准尺寸的粗骨料仓内所能达到的最大降温幅度为15℃，本系统设计骨料温度降幅为14.5℃。
根据三滩预冷混凝土系统的小时生产强度及本文2.1节所给设计条件，进行出机口温度热平衡计算，计算出出机口温度为13.5℃，因此，拌和楼上粗骨料进行一次风冷、加片冰（60kg/m?）及冷水（24.23kg/m?）拌和的预冷措施可以满足预冷混凝土设计要求。
（三）辅助预冷措施
三滩混凝土生产系统有19个月生产强度超过10万m?。在高温季节，拌和楼长时间处于满负荷生产，保证出机口温度达到设计要求是本系统最大问题。因此采取了以下一些辅助预冷措施来保证效果。
1.降低骨料初始温度，控制骨料含水率
保证骨料堆场高度不小于10米；保证堆料时间，使骨料储存时间不少于5天；在低温时间段（如晚上）上料；在料堆上方搭盖遮阳防雨棚，防止骨料受到阳光暴晒，降低骨料初温，同时能够防雨，保证骨料含水率不超高，以便于拌和时能够充分加片冰和冷水。
2.改进拌和料仓结构及控制料位高度，增强风冷效果
加大料仓容积，延长粗骨料冷却时间；料仓进料加设导料装置，使落料点稳定在料仓中间位置，保证料仓周边料位稳定均衡；进料时尽量“少吃多餐”，保证仓内料位稳定在回风道顶部1m以上，减少仓内冷风泄漏量，保持风冷骨料温度稳定；料仓顶部做好保温密封。
（四）预冷负荷计算
1.制冷风负荷
预冷混凝土小时强度360m?/h，骨料含量1317kg/m3，骨料初温27.5℃，冷却终温13℃，骨料比热963J/kg·℃，含水率1%，水比热4187J/kg·℃，损耗系数为1.5，计算冷风制冷负荷：
一次风冷设计蒸发温度为-15℃，与设备标准工况蒸发温度相同。
2.制冷水负荷
设计每立方混凝土所需片冰和拌和冷水量一共为100kg，拌和水初温21.8℃。设计冷水温度6℃，考虑到冷水在输送过程中的温度回升，控制螺旋管式蒸发器生产冷水温度为2℃，水比热为4187J/kg·℃，损耗系数为1.1，计算冷水制冷负荷为：
为简化制冷工艺流程，氨制冷系统将制冷水与制冷风合并，设计蒸发温度同样取-15℃。
3.制片冰负荷
预冷混凝土小时强度360m?/h，设计每立方混凝土加冰60kg，混凝土生产为20h/d。每天所需片冰量为：
片冰机进水温度6℃，出冰温度-16℃，水凝固潜热335KJ/kg，片冰生产时间为24h/d。储冰库保温、片冰气力输送用压缩空气的冷却都由自带制冷系统提供冷源，不计入制片冰负荷。计算片冰制冷负荷为：
制片冰设计蒸发温度-25℃，该工况与标准工况折算系数约为61.8%。因此换算到标准工况时制冷负荷为：
（五）主要预冷设备选型
1.制冷风与冷水主要设备选型
（1）制冷风与冷水系统氨压机组选型。制冷风负荷为247.5万kcal/h，选择2台LG25IIIA型螺杆氨压机（标准工况下单机制冷量为100万kcal/h），1台LG20IIIA型螺杆氨压机（标准工况下单机制冷量为50万kcal/h）。 制冷水负荷为78.4万kcal/h，选择1台LG25IIIA型螺杆氨压机。
为简化制冷工艺流程，氨制冷系统将制冷水与制冷风合并。制冷量考虑一定富余量，再增加一台1台LG20IIIA型螺杆氨压机作为备用。则制冷风与冷水共配置3台LG25IIIA型螺杆氨压机和2台LG20IIIA型螺杆氨压机，制冷量为标准工况下400万kcal/h。
（2）制冷水设备选型。螺旋管式蒸发器与冷水机组是两种常用制冷设备，冷凝设备采用蒸发式冷凝器时，选择螺旋管式蒸发器比较合适；冷凝设备采用水冷式冷凝器和冷却塔时，可以选择冷水机组。
本系统选择螺旋管式蒸发器制冷水，冷水制冷负荷为78.4万Kcal/h（912.67kw），螺旋管式蒸发器单位面积换热量为2900w/m2，计算蒸发面积为：
考虑一定富余量，配置一台LZL-480型螺旋管式蒸发器制冷水。
（3）空气冷却器选型。风冷制冷负荷为247.5万Kcal/h （2880.79 kw），设计运行工况下循环冷空气与蒸发温度差为12℃，空气冷却器单位面积换热量为29 w/m2·℃，富余系数取1.1，计算蒸发面积为：
为保证风冷效果，考虑了较大的富余量，配置4台GKL2000型空气冷却用于风冷中石，配置4台GKL1800型空气冷却用于风冷小石。
2.制片冰主要设备选型
（1）片冰系统氨压机组选型。片冰制冷负荷为标准工况下342.3万kcal/h，考虑一定的富余量配置4台LG25IIIA型螺杆氨压机。
（2）片冰机选型。片冰生产负荷为432t/d，考虑一定富余量配置8台60t/d片冰机。
（3）片冰储运设备选型。片冰储存选择2座100t冰库，片冰输送配置2套输送能力为30t/h的气力输送系统。
（六）系统主要参数
三滩混凝土系统预冷系统主要参数见表3。
（七）主要设备表
三滩混凝土预冷系统主要设备见表4。
三、结束语
三滩混凝土生产系统于2012年3月开始设计，2013年4月7日1号拌和楼建成投产，2013年8月10日2号拌和楼建成投产。至2014年2月累计生产45.6万m?预冷混凝土。2013年8月15日到21日，1#拌和楼7天共生产混凝土约16500 m?，其中8月的16日、17日、18日分别达到2550m?、2370m?、2466m?，出机口温度稳定在13.5℃以下， 同时记录下的平均气温为27.3℃。出机口温度和生产强度完全满足设计要求（按照每月生产25天计算，每台拌和楼平均每天设计生产强度2400m?）。
参考文献：
[1]张博.水电站混凝土骨料风冷系统优化设计研究[D].西安建筑科技大学 2012
[2]翁定伯.混凝土冷却和节能[J].建设机械技术与管理.2007（05）
[3]张勇.大体积混凝土风冷却技术研究与应用[J].中国建设信息.2010（07）
作者简历：
王少文，大学本科，工程师，现任中国水利水电第八工程局有限公司科研设计院工程管理办主任，主要负责工程技术管理工作。
关键词：白鹤滩水电站；混凝土生产预冷系统；工艺设计与设备选型
一、工程概况
白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，装机容量约16000MW。枢纽工程由拦河坝、泄洪消能建筑物和引水发电系统等主要建筑物组成。
三滩混凝土系统承担左右岸导流隧洞进口及上游工作面、左右岸引水系统、泄洪洞进口及上游工作面、右岸地下厂房系统、右岸尾水系统等工程约501万m?的混凝土生产任务，其中预冷混凝土约为444.3万m?，二级配常态混凝土约占90%。高峰月生产强度12万m?，小时强度360m?，预冷混凝土出机口温度14℃。配置2座HL240-4F3000L自落式拌和楼。预冷系统制冷容量800万Kcal/h（标准工况）。
二、预冷工艺设计
（一）设计基本参数
1.气温、水温条件
根据白鹤滩气象站气温、水温资料，多年平均气温21.9℃，年平均水温17.4℃。最高月平均气温出现在7月，为27.5C。7月平均水温21.8℃。以7月为设计控制月。
2.参考配合比
三滩预冷混凝土系统以生产二级配为主，主要参考配合比见下表1。
3.混凝土原材料温度
三滩混凝土系统砂石骨料来自相邻的三滩砂石系统成品料仓。成品料仓设计大、中、小石储量均为39000m?，堆高26m；砂储量74000m?，堆高22m，通过成品料仓底部的廊道出料。因此粗骨料初始温度可保证不高于月平均温度，细骨料温度低于月平均温度2℃。在设计控制月混凝土原材料的初始温度为：水泥50℃、粉煤灰45℃、砂25.5℃、粗骨料27.5℃、水温21.8℃。
4.混凝土原材料物理热学性质
三滩混凝土系统所生产混凝土的原材料物理热学性质见表2。
5.其它相关参数
该系统设计以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，其它相关参数如下：
（1）片冰潜热利用率90%
（2）混凝土拌和机械热 1000Kcal/ m3
（二）主要预冷措施的确定
预采取在拌和楼料仓内对粗骨料进行充分风冷降温（即采取拌和楼一次风冷），再加入足量的片冰及冷水拌和的降温措施。根据拌和楼粗料仓一次风冷骨料的经验，骨料在HL240-4F3000L自落式拌和楼标准尺寸的粗骨料仓内所能达到的最大降温幅度为15℃，本系统设计骨料温度降幅为14.5℃。
根据三滩预冷混凝土系统的小时生产强度及本文2.1节所给设计条件，进行出机口温度热平衡计算，计算出出机口温度为13.5℃，因此，拌和楼上粗骨料进行一次风冷、加片冰（60kg/m?）及冷水（24.23kg/m?）拌和的预冷措施可以满足预冷混凝土设计要求。
（三）辅助预冷措施
三滩混凝土生产系统有19个月生产强度超过10万m?。在高温季节，拌和楼长时间处于满负荷生产，保证出机口温度达到设计要求是本系统最大问题。因此采取了以下一些辅助预冷措施来保证效果。
1.降低骨料初始温度，控制骨料含水率
保证骨料堆场高度不小于10米；保证堆料时间，使骨料储存时间不少于5天；在低温时间段（如晚上）上料；在料堆上方搭盖遮阳防雨棚，防止骨料受到阳光暴晒，降低骨料初温，同时能够防雨，保证骨料含水率不超高，以便于拌和时能够充分加片冰和冷水。
2.改进拌和料仓结构及控制料位高度，增强风冷效果
加大料仓容积，延长粗骨料冷却时间；料仓进料加设导料装置，使落料点稳定在料仓中间位置，保证料仓周边料位稳定均衡；进料时尽量“少吃多餐”，保证仓内料位稳定在回风道顶部1m以上，减少仓内冷风泄漏量，保持风冷骨料温度稳定；料仓顶部做好保温密封。
（四）预冷负荷计算
1.制冷风负荷
预冷混凝土小时强度360m?/h，骨料含量1317kg/m3，骨料初温27.5℃，冷却终温13℃，骨料比热963J/kg·℃，含水率1%，水比热4187J/kg·℃，损耗系数为1.5，计算冷风制冷负荷：
一次风冷设计蒸发温度为-15℃，与设备标准工况蒸发温度相同。
2.制冷水负荷
设计每立方混凝土所需片冰和拌和冷水量一共为100kg，拌和水初温21.8℃。设计冷水温度6℃，考虑到冷水在输送过程中的温度回升，控制螺旋管式蒸发器生产冷水温度为2℃，水比热为4187J/kg·℃，损耗系数为1.1，计算冷水制冷负荷为：
为简化制冷工艺流程，氨制冷系统将制冷水与制冷风合并，设计蒸发温度同样取-15℃。
3.制片冰负荷
预冷混凝土小时强度360m?/h，设计每立方混凝土加冰60kg，混凝土生产为20h/d。每天所需片冰量为：
片冰机进水温度6℃，出冰温度-16℃，水凝固潜热335KJ/kg，片冰生产时间为24h/d。储冰库保温、片冰气力输送用压缩空气的冷却都由自带制冷系统提供冷源，不计入制片冰负荷。计算片冰制冷负荷为：
制片冰设计蒸发温度-25℃，该工况与标准工况折算系数约为61.8%。因此换算到标准工况时制冷负荷为：
（五）主要预冷设备选型
1.制冷风与冷水主要设备选型
（1）制冷风与冷水系统氨压机组选型。制冷风负荷为247.5万kcal/h，选择2台LG25IIIA型螺杆氨压机（标准工况下单机制冷量为100万kcal/h），1台LG20IIIA型螺杆氨压机（标准工况下单机制冷量为50万kcal/h）。 制冷水负荷为78.4万kcal/h，选择1台LG25IIIA型螺杆氨压机。
为简化制冷工艺流程，氨制冷系统将制冷水与制冷风合并。制冷量考虑一定富余量，再增加一台1台LG20IIIA型螺杆氨压机作为备用。则制冷风与冷水共配置3台LG25IIIA型螺杆氨压机和2台LG20IIIA型螺杆氨压机，制冷量为标准工况下400万kcal/h。
（2）制冷水设备选型。螺旋管式蒸发器与冷水机组是两种常用制冷设备，冷凝设备采用蒸发式冷凝器时，选择螺旋管式蒸发器比较合适；冷凝设备采用水冷式冷凝器和冷却塔时，可以选择冷水机组。
本系统选择螺旋管式蒸发器制冷水，冷水制冷负荷为78.4万Kcal/h（912.67kw），螺旋管式蒸发器单位面积换热量为2900w/m2，计算蒸发面积为：
考虑一定富余量，配置一台LZL-480型螺旋管式蒸发器制冷水。
（3）空气冷却器选型。风冷制冷负荷为247.5万Kcal/h （2880.79 kw），设计运行工况下循环冷空气与蒸发温度差为12℃，空气冷却器单位面积换热量为29 w/m2·℃，富余系数取1.1，计算蒸发面积为：
为保证风冷效果，考虑了较大的富余量，配置4台GKL2000型空气冷却用于风冷中石，配置4台GKL1800型空气冷却用于风冷小石。
2.制片冰主要设备选型
（1）片冰系统氨压机组选型。片冰制冷负荷为标准工况下342.3万kcal/h，考虑一定的富余量配置4台LG25IIIA型螺杆氨压机。
（2）片冰机选型。片冰生产负荷为432t/d，考虑一定富余量配置8台60t/d片冰机。
（3）片冰储运设备选型。片冰储存选择2座100t冰库，片冰输送配置2套输送能力为30t/h的气力输送系统。
（六）系统主要参数
三滩混凝土系统预冷系统主要参数见表3。
（七）主要设备表
三滩混凝土预冷系统主要设备见表4。
三、结束语
三滩混凝土生产系统于2012年3月开始设计，2013年4月7日1号拌和楼建成投产，2013年8月10日2号拌和楼建成投产。至2014年2月累计生产45.6万m?预冷混凝土。2013年8月15日到21日，1#拌和楼7天共生产混凝土约16500 m?，其中8月的16日、17日、18日分别达到2550m?、2370m?、2466m?，出机口温度稳定在13.5℃以下， 同时记录下的平均气温为27.3℃。出机口温度和生产强度完全满足设计要求（按照每月生产25天计算，每台拌和楼平均每天设计生产强度2400m?）。
参考文献：
[1]张博.水电站混凝土骨料风冷系统优化设计研究[D].西安建筑科技大学 2012
[2]翁定伯.混凝土冷却和节能[J].建设机械技术与管理.2007（05）
[3]张勇.大体积混凝土风冷却技术研究与应用[J].中国建设信息.2010（07）
作者简历：
王少文，大学本科，工程师，现任中国水利水电第八工程局有限公司科研设计院工程管理办主任，主要负责工程技术管理工作。