摘 要 通過對(duì)制冷設(shè)計(jì)原則、氨系統(tǒng)的選擇及氨設(shè)備的計(jì)算,淺談萬家寨混凝土拌和系統(tǒng)的制冷設(shè)計(jì)過程。
關(guān)鍵詞 制冷 氨工藝 出機(jī)溫度 蒸發(fā)溫度 冷凝溫度
壩體混凝土澆筑后,隨著水泥凝結(jié)硬化的發(fā)展,要釋放出大量的水化熱,使得混凝土內(nèi)部溫度升高。隨著時(shí)間的推移,由于熱量逐漸散發(fā),內(nèi)部溫度逐漸降低。與此同時(shí),混凝土的體積也在不斷變化,當(dāng)混凝土受到基礎(chǔ)或相鄰澆筑塊的約束,就會(huì)降低水工建筑物的安全系數(shù),對(duì)穩(wěn)定產(chǎn)生不利影響,根據(jù)國內(nèi)外筑壩經(jīng)驗(yàn),進(jìn)行壩體混凝土的溫度控制,是防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫,保證混凝土質(zhì)量的有效方法。
對(duì)壩體混凝土進(jìn)行溫度控制的主要方法有:減少混凝土的發(fā)熱量;降低混凝土的澆筑溫度;散發(fā)澆筑塊的熱量;分層分塊澆筑;表面保護(hù)等。
為了防止混凝土發(fā)生裂縫,混凝土體內(nèi)的最高溫度必須加以嚴(yán)格的限制??刂苹炷磷罡邷厣姆椒ㄖ皇墙档突炷翝仓囟?。因此,要限制混凝土的出機(jī)溫度,在氣溫較高的季節(jié),混凝土在自然條件下的出機(jī)溫度往往超過施工所要求的限制溫度。此時(shí),就必須采取人工降溫措施,即通過對(duì)骨料的預(yù)冷和加冷凍水、加冰拌和混凝土來降低混凝土的出機(jī)溫度,這是降低混凝土澆筑溫度的最有效措施。
萬家寨地區(qū)為溫帶季風(fēng)大陸性氣候,夏季炎熱干燥,日溫差變化大,年平均氣溫為7℃,多年月(7月)平均最高氣溫24.7℃,日絕對(duì)最高氣溫為38.1℃。根據(jù)溫控要求,混凝土出機(jī)口溫度12℃,夏季混凝土澆筑強(qiáng)度為74000m·3/月。通過對(duì)骨料預(yù)冷、加冷水、加冰拌和混凝土,應(yīng)該能滿足混凝土出機(jī)口溫度要求。
根據(jù)混凝土系統(tǒng)中制冷工程標(biāo)書中總?cè)萘?0248kW(標(biāo)準(zhǔn)工況),其中片冰系統(tǒng)2326kW(標(biāo)準(zhǔn)工況),冷凍水系統(tǒng)29lkW(標(biāo)準(zhǔn)工況),冷風(fēng)系統(tǒng)40lkW(標(biāo)準(zhǔn)工況),通過市場(chǎng)調(diào)查,方案比較、設(shè)備選型、實(shí)地勘測(cè)等。將拌和系統(tǒng)制冷廠布置在左岸距拌和樓100m處,占地約2000m2。
2.1 冷凍水氨系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)
2.1.1 氨系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)的基本原則:
(1)制冷量按照標(biāo)書中的左岸混凝土系統(tǒng)制冷總?cè)萘康囊筮M(jìn)行。
(2)結(jié)合萬家寨的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形,制冷廠布置在能縮短氨系統(tǒng)管路距離的地方。
(3)氨系統(tǒng)首先應(yīng)該滿足生產(chǎn)工藝的需要,也要考慮經(jīng)濟(jì),選用安全、可靠,并盡可能采用先進(jìn)工藝。
(4)壓縮機(jī)及輔助設(shè)備的布置應(yīng)使連接管路最短,流向暢通并便于安裝,設(shè)備管路上的壓力表、溫度計(jì)及其它儀表均應(yīng)設(shè)置在便于觀察的地方。
(5)廠內(nèi)設(shè)備布置應(yīng)保證操作、檢驗(yàn)方便,并盡可能緊湊,壓縮機(jī)應(yīng)設(shè)于室內(nèi),其它輔助設(shè)備可設(shè)在室外或敞開式建筑中。
(6)片冰機(jī)均按獨(dú)立系統(tǒng)進(jìn)行配套,以保證均勻穩(wěn)定供氨液,簡化調(diào)節(jié)和操作運(yùn)行,提高靈活性及可靠性。
2.1.2 冷凍水氨系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì):
(1)氨系統(tǒng)的工藝選擇:
冷凍水氨系統(tǒng)工藝采用直接膨脹供液系統(tǒng),并采用單級(jí)壓縮膨脹供液制冷系統(tǒng),就是利用制冷劑的冷凝壓力和蒸發(fā)壓力之間的壓力差作為動(dòng)力,直接由高壓儲(chǔ)液器經(jīng)節(jié)流閥向蒸發(fā)器供液的循環(huán)方式,高壓制冷劑液體壓力和蒸發(fā)壓力之間的壓力差,一般足以克服供液管、蒸發(fā)器和回氣總管中的流動(dòng)阻力,滿足向制冷系統(tǒng)冷分配設(shè)備供液的需要(見圖1)。
(2)制冷工況的確定:
蒸發(fā)溫度和冷凝溫度是確定運(yùn)輸工況的兩個(gè)決定因素。蒸發(fā)溫度T,是指制冷劑在蒸發(fā)器內(nèi)沸騰時(shí)的溫度,與蒸發(fā)壓力是相對(duì)應(yīng)的,它是根據(jù)被冷卻物體或載冷劑的要求來確定的,并根據(jù)制冷工藝要求,通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析綜合考慮。
冷凝溫度Tk是指制冷劑在冷凝器中冷凝時(shí)的溫度。與冷凝壓力是相對(duì)應(yīng)的,它的大小取決于冷卻水或空氣的溫度,并與冷卻水在冷凝器中的溫度和冷凝器的型號(hào)有關(guān),它是通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析,綜合考慮。蒸發(fā)溫度、冷凝溫度的計(jì)算公式如下:
Te=Tf-ΔT
Te—蒸發(fā)溫度 ℃
Tf—被冷卻物或冷卻介質(zhì)與蒸發(fā)溫度的差值 ℃。
Tc=(Twi+Twe)/2+ΔTl
Tc—冷凝溫度 ℃
T
wi—冷凝器冷卻水的進(jìn)水溫度,一般小于或等于31℃;
Twc—冷凝器冷卻水的出水溫度,一般小于或等于35℃;
ΔTl—因選用立式冷凝器,冷凝器進(jìn)出水溫度差取2-4℃。
(3)制冷劑的選擇:
制冷劑為氨,因?yàn)榘笔菑V泛使用的一種制冷劑,它的優(yōu)點(diǎn)是標(biāo)準(zhǔn)沸騰溫度低,在冷凝器和蒸發(fā)器中壓力適中,單位容積制冷量大、導(dǎo)數(shù)系數(shù)大、氣化潛熱大、節(jié)流損失小、能溶解水、有漏氣現(xiàn)象時(shí)易被發(fā)現(xiàn)(有味)、價(jià)格低廉。
(4)制冷壓縮機(jī)的選擇:
我國使用的活塞式制冷壓縮機(jī)現(xiàn)已大多被螺桿式制冷壓縮機(jī)取代,因?yàn)槁輻U式制冷壓縮機(jī)有很多的優(yōu)點(diǎn):其結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、沒有氣閥等易損件,運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高,維護(hù)管理簡單。一般螺桿機(jī)均向工作腔噴油,因而使排氣溫度低,單級(jí)壓縮比大,容積效率高,它有滑閥調(diào)節(jié)裝置,可進(jìn)行空載啟動(dòng),以及無級(jí)冷量調(diào)節(jié)近20年來螺桿壓縮機(jī)發(fā)展很快,機(jī)器品種增多,機(jī)組系統(tǒng)不斷更新,冷量也向更小和更大的范圍伸展,制冷系數(shù)、躁聲等指標(biāo)已接近或達(dá)到活塞制冷壓縮機(jī)的水平。在中等冷量范圍內(nèi)的應(yīng)用已取得了很大的倍譽(yù)??傊?,它已發(fā)展成為制冷機(jī)的主要機(jī)型之一。
2.1.3 氨系統(tǒng)設(shè)備選擇的計(jì)算:
(1)壓縮機(jī)的選擇:
根據(jù)冷水系統(tǒng)的所需制冷量291kW(標(biāo)準(zhǔn)工況),選用螺桿式制冷壓縮機(jī),型號(hào)為KAl6C(煙臺(tái)冷凍廠),制冷量為379.1kW,在設(shè)計(jì)工況下的制冷量為430kW(按照廠家說明書的蒸發(fā)溫度與制冷量、軸功率的關(guān)系曲線中查到)。
(2)冷凝器的選擇:
冷凝器選擇是按照其傳熱面積決定的,傳熱面積主要取決于擔(dān)負(fù)的熱負(fù)荷。同時(shí),也與冷凝器的傳熱系數(shù)和冷凝溫度有關(guān)。
冷凝器熱負(fù)荷計(jì)算:
Qc=Q十860Ni
Qc一冷凝器熱負(fù)荷 kW;
Q一制冷機(jī)在工況下的制冷量 kW;
Ni一制冷機(jī)在設(shè)計(jì)工況下的指示功率W。
冷凝器傳熱面積的計(jì)算:
F= Qc/q
F一冷凝器的傳熱面積 m2;
q一冷凝器的單位熱負(fù)荷 kW/m2;
最后冷凝器采用LN一310;傳熱面積為308m2。
冷凝器所需的冷卻水量:
Gw=Qc/1000(To-Ti)
Gw一冷凝器所需的冷卻水量 t/h;
Qc--冷凝器熱負(fù)荷 kW;
Ti、To--冷卻水進(jìn)、出冷凝器的溫度;
C一冷卻水比熱 kT/(kg,℃)。
(3)蒸發(fā)器的選擇計(jì)算:
蒸發(fā)器的選擇是按其傳熱面積決定的。
F=Qe /q=Qe /kT
F一蒸發(fā)器的傳熱面積 m2;
Qe一蒸發(fā)器的熱負(fù)荷 kW;
k一蒸發(fā)器的散熱系統(tǒng)數(shù)kW/(m2,℃)
q一蒸發(fā)器的單位熱負(fù)荷kW/(m2,℃);
Ta一蒸發(fā)溫度與蒸發(fā)器外載冷劑溫度的平均溫差℃。
冷凍水產(chǎn)量計(jì)算:
Gw=Qe/1000(To-ti)C
蒸發(fā)器采用LzA一240,傳熱面積為240m2
(4)氨儲(chǔ)液器的選擇計(jì)算:
氨儲(chǔ)液器的選擇主要是其容積決定的。
V=GVc/ 2
V一儲(chǔ)液器容積 m3;
Vc一冷凝溫度下液體制冷劑的比容 m3/kg;
G一制冷劑循環(huán)總量 kg/h;
p一液體充滿系數(shù),一般取0.7—0.8;
氨儲(chǔ)液器采用WCA一3300,其容積為3.3m3。
(5)集油器、空氣分離器與緊急泄氨器,在配套設(shè)計(jì)中,集油器和空氣分離器的選擇一般不進(jìn)行計(jì)算,而是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選用。
2.2 冷風(fēng)、片冰氨系統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)
冷風(fēng)、片冰氨系統(tǒng)的工藝均采用氨泵供液方法,此氨泵供液系統(tǒng)就是借助于液體輸送設(shè)備—氨泵的機(jī)械力,完成向冷分配設(shè)備輸送低壓低溫冷劑液體任務(wù)的制冷系統(tǒng),在氨泵供液制冷系統(tǒng)中,高壓制冷劑液體被節(jié)流后進(jìn)入低壓縮循還儲(chǔ)液器,再用氨泵送往蒸發(fā)器(冷風(fēng)機(jī)或片冰機(jī))。從蒸發(fā)器出來的氣液兩相流體,先進(jìn)入低壓循還儲(chǔ)液器進(jìn)行氣液分離,接近干飽和狀態(tài)的制冷劑蒸汽被壓縮機(jī)收回,分離出來的制冷劑重新被泵送往蒸發(fā)器參加循環(huán),此種供液方法可使片冰機(jī)產(chǎn)量穩(wěn)定,供液均勻可靠,提高效率。
片冰系統(tǒng)是由片冰樓、輸水膠帶機(jī)、小冰庫、配冰螺旋機(jī)、稱冰斗等組成。
片冰樓由水電十三局安裝施工。分為2個(gè)冰樓,都可相交送往2個(gè)拌和樓。片冰樓高11m,分3層布置,一樓為片冰的輸送系統(tǒng),二樓為冰庫,三樓為片冰機(jī)。2個(gè)冰庫分別設(shè)有1臺(tái)冷風(fēng)機(jī),型號(hào)為IJ一200,蒸發(fā)面積為198m2,使用制冷劑為氨,總耗冷量為2×134.8kW(標(biāo)準(zhǔn)工況),總風(fēng)量為19980m3/h;選用l臺(tái)ABLGlooZ螺桿氨泵機(jī)組,制冷量為279.1kW。片冰機(jī)選用普陀制冷設(shè)備廠生產(chǎn)的PBl一2×llO型立式片冰機(jī),共8臺(tái),采用單配單工藝,每臺(tái)片冰機(jī)的生產(chǎn)能力為30t/d,片冰厚1.5—2.0mm,出冰溫度為一8℃一一ll℃,耗冷量225.8kW,要求進(jìn)水溫度5—8℃,所配的制冷機(jī)為武漢冷凍機(jī)廠生產(chǎn)的ABLGlooZ螺桿氨泵機(jī)組,每臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)工況的制冷量為279.1kW。
對(duì)粗骨料進(jìn)行預(yù)冷的冷暖風(fēng)機(jī)共6臺(tái),型號(hào)為KLZ一12—56—3.5,換熱面積564m2。氨蒸發(fā)溫度一l0℃,風(fēng)量3.5—5.1萬m2/min,風(fēng)的溫度為0℃,選擇l臺(tái)JZB—KAl2.5一12螺桿泵機(jī)組配2臺(tái)冷暖風(fēng)機(jī),共3臺(tái),每臺(tái)機(jī)組制冷量為131.4kW。
對(duì)粗骨料預(yù)冷、加冰、冷水拌和混凝土是有效的溫控措施。由于冷風(fēng)系統(tǒng)的3臺(tái)JzB KAl2*5一12螺桿氨泵機(jī)組是龍羊峽的舊備,存在的問題比較多,所缺的設(shè)備附件比較多,到現(xiàn)在仍沒有運(yùn)行。目前運(yùn)行的情況是只加冰、加冷水拌和混凝土。
螺桿氨泵機(jī)組的低壓氨液分別用氨泵送至Z樓上的片冰機(jī),片冰機(jī)制冰的水由制冷廠生產(chǎn)2—4℃的冷水,制成的片冰直接依靠重力送入冰庫,通過平板刮冰機(jī)進(jìn)入輸冰膠帶機(jī)送入拌和樓內(nèi)的小冰庫。小冰庫的容積2.5m3,再經(jīng)配冰螺旋輸送機(jī)到冰稱量斗,稱量后進(jìn)入集中1料斗。小冰庫和配料冰螺旋機(jī)外部貼裝保溫層。
由制冷廠生產(chǎn)出來的2—4℃的冷水,通過水泵房內(nèi)的水泵進(jìn)入拌和樓內(nèi)的一個(gè)3m3水罐。在進(jìn)水口裝有浮球閥來控制水位。經(jīng)過出水口進(jìn)入水稱量,稱量后進(jìn)入集中料斗。
通過對(duì)拌和混凝土的加冰、加水采降低混凝土的出機(jī)溫度,而混凝土的出機(jī)溫度與砂、石子、水泥、水的溫度有關(guān),從當(dāng)年6—8月測(cè)得各材料的溫度為:水泥29.1℃、砂20.5℃、石子29.3℃,根據(jù)加冰量的調(diào)整和拌和冷水的溫度來滿足出機(jī)溫度的要求。
其計(jì)算公式如下;
TO=7n一2TiGiCi一807zGc十Q
TO一混凝土出機(jī)口的計(jì)算溫度 ℃;
Ti一組成混凝土中第i類材料的平均進(jìn)料溫度
Gi—每立方米混凝土中第I類材料的重量kg;
Ci一第i類材料的比熱 kJ(kg·℃);
Gc一每立方米混凝土的加冰量 kg
9一冰的冷量利用率,以小數(shù)計(jì);
Q一每立方米混凝土拌和時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械熱 k工;
80一冰的融化潛熱kJ/kg。
由于測(cè)試工作未能全面開展,夏季3個(gè)月混凝土出機(jī)溫度資料不全,無法從這3個(gè)月經(jīng)加冰、加冷水拌和后的出機(jī)溫度來討論它相對(duì)自然出機(jī)溫度的綜合降溫效果。通過夏季加冰、加冷水拌和混凝土實(shí)測(cè)的混凝土出機(jī)溫度,可以看出,采取人工降溫措施后的出機(jī)溫度并沒有達(dá)到所要求的出機(jī)溫度,主要原因如下:
(1)對(duì)粗骨料吹冷風(fēng)沒有使用,使得粗骨料溫度較高。
(2)制冷廠生產(chǎn)的冷水雖然達(dá)到2—4℃。但由于去水泵房的冷水管在施工中沒有保溫、拌和樓上的水罐及管路都沒有保溫,造成冷水的溫度在拌和混凝土?xí)r外高,使得混凝土的出機(jī)溫度降不下來。
4 結(jié)語
采用對(duì)粗骨料吹冷風(fēng),將粗骨料溫度降低約6℃左右并加2℃的冷水及一8℃的片冰是能保證夏季混凝土出機(jī)溫度的要求。
從混凝土拌和系統(tǒng)的制冷廠設(shè)計(jì)、施工到部分投入運(yùn)行以來,在各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、技術(shù)人員和廠隊(duì)工人的共同努力下,取得了—點(diǎn)成績,同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些問題。從設(shè)備配備到施工運(yùn)行管理以及測(cè)試都有不足之處,需加以改進(jìn)。相信隨著制冷技術(shù)的迅速發(fā)展和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的不斷豐富,混凝土拌和制冷系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)一步完善。