淺析水泥廠總平面創(chuàng)新設(shè)計

　　前言
　　工廠總平面布置是水泥廠設(shè)計中的一項重要內(nèi)容，處于水泥廠設(shè)計中總攬全局的地位，它涉及到城市規(guī)劃、水泥工藝、交通運輸、建筑美學、工程地質(zhì)、氣象環(huán)保等專業(yè)學科，目的是將水泥廠各系統(tǒng)組成科學合理的有機整體，形成生產(chǎn)流程簡捷、物料運輸順暢、平面布局緊湊、空間利用有效、環(huán)境綠化優(yōu)美的現(xiàn)代化工廠。

      水泥廠總平面創(chuàng)新設(shè)計的原則。1）節(jié)約集約用地，促進社會和諧發(fā)展；2）統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，遠近兼顧，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展空間；3）平面布局緊湊、功能分區(qū)科學合理，工藝流程順捷；4）因地制宜，充分利用場地條件，以節(jié)省投資；5）優(yōu)化工廠運輸系統(tǒng)，降低工廠運營費用，減少能源消耗；6）綠化廠區(qū)，保護生態(tài)環(huán)境，做到人與自然和諧發(fā)展。

　　以下結(jié)合近幾年設(shè)計的水泥廠總平面布置，介紹總平面創(chuàng)新設(shè)計在工程中的應(yīng)用。
　　1 節(jié)約集約用地，促進社會和諧發(fā)展
      近20年來，水泥建設(shè)項目在節(jié)約用地方面已經(jīng)取得長足的進步。《水泥工廠設(shè)計規(guī)范》（GB50295-1999）規(guī)定4000噸級水泥廠占地面積小于32萬m²，目前新建兩條5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線占地面積基本控制在35萬m²。以下是節(jié)約用地的幾點措施和看法。

　　1）水泥廠規(guī)模大型化。建一個大型水泥廠比建小型水泥廠單位占地面積要小得多，規(guī)模大型化是在保證產(chǎn)能前提下有效降低水泥廠單位占地面積和總占地面積的主要途徑。

　　2）裝備大型化、工藝流程先進化。這是水泥廠規(guī)模大型化的關(guān)鍵。天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院多年以來一直致力于新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，開發(fā)了一大批適合中國國情、具有高可靠性的國際水平的新技術(shù)、新裝備，如兩檔支撐回轉(zhuǎn)窯、第四代冷卻機、大型單段錘式破碎機、5000噸級原料輥式磨、大型輥壓機等，很大程度上壓縮了工藝單元的空間，使主廠房有條件實現(xiàn)聯(lián)合布置，從根本上節(jié)約用地。

　　3）運輸方式的變化。以前我國水泥廠的運輸多以鐵路方式為主，廠內(nèi)鐵路的布置不可避免地在總圖上產(chǎn)生三角形的空隙地帶，用地面積較大。近年來，隨著水泥廠分布密度的改變及公路運輸業(yè)的發(fā)展，物料運輸主要采用膠帶機、道路和管道等方式，各主要車間可以按工藝流程布置，使廠區(qū)更加緊湊，從而減少了占地面積。

　　4）聯(lián)合、集中布置工藝車間，提高一體化程度。聯(lián)合布置是指不同主要生產(chǎn)工藝車間聯(lián)合布置在一起，既縮短運輸距離，節(jié)省能源，又節(jié)約用地；集中布置是指將工廠中分立的建構(gòu)筑物盡可能地集中，以減少占地。如在滿足消防、檢修的前提下，將生料磨及廢氣處理、窯尾、窯中、窯頭、熟料庫及煤磨緊密地聯(lián)系在一起，形成連續(xù)的生產(chǎn)流程；輔助原料、煤均化設(shè)施及儲存堆棚予以聯(lián)合，其中物料堆棚采用高站臺低貨位方式，可在保證儲量的同時減少占地面積；耐火材料庫與綜合材料庫、循環(huán)水泵房等集中，以節(jié)省消防空地。在海螺荻港2×2500t/d生產(chǎn)線的設(shè)計中將兩套燒成系統(tǒng)合并，煤粉制備系統(tǒng)集中布置，回轉(zhuǎn)窯共用一套支架，原料調(diào)配、生料庫、熟料庫共用，有效地減少占地面積。

　　5）露天化布置。在滿足生產(chǎn)可靠的前提下，煤磨、生料立磨、水泥立磨、收塵器、庫頂、輸送廊道等盡量采用露天化布置，既可減少車間的占地面積，又大幅度降低土建投資。

　　6）立體化布置，將水泥廠中的設(shè)施通過豎向發(fā)展減少平面占地。如窯尾電力室置于窯尾塔架底部，窯頭、生料磨電力室置于收塵器下部，一些空壓機及水道設(shè)施設(shè)于主廠房內(nèi)部，將相當一部分輔助設(shè)施“住進高樓”，從而大大節(jié)省用地。

　　7）在廠址選擇階段應(yīng)嚴格遵守《中華人民共和國土地管理法》的有關(guān)規(guī)定，盡量不占或少占耕地，充分利用山坡地、劣地、荒地建廠。

　　8）合理確定通道寬度。水泥廠的通道寬度主要考慮道路、管線、排水溝、發(fā)展預(yù)留等因素，在設(shè)計中應(yīng)予以統(tǒng)一規(guī)劃。避免管線曲折迂回，必要時給水管線可敷設(shè)于人行道下，雨水排水管溝設(shè)在道路下，壓縮空氣管道利用輸送廊道，動力設(shè)施靠近負荷中心，架空管線集中共架布置、地下管線采用綜合管溝，以最小的通道寬度滿足生產(chǎn)需要。

　　9）輔助生產(chǎn)設(shè)施社會化。隨著社會的發(fā)展，水泥廠的輔助生產(chǎn)設(shè)施、公用工程設(shè)施、生活福利設(shè)施都可充分利用社會資源。

　　10）淡化廠前區(qū)。2008年，國家發(fā)布實施了《工業(yè)項目建設(shè)用地控制指標》，規(guī)定工業(yè)企業(yè)所需行政辦公及生活服務(wù)設(shè)施用地面積不得超過工業(yè)項目總用地面積的7％。水泥廠廠前區(qū)可僅布置辦公樓、食堂、倒班宿舍等設(shè)施，必要時中控室與辦公樓合并。

　　11）施工場地統(tǒng)一規(guī)劃?？傮w布署中應(yīng)在建設(shè)用地范圍內(nèi)統(tǒng)一規(guī)劃施工場地，嚴格控制修建臨時設(shè)施，合理利用下期工程和物料儲存場作為臨時施工場地，避免施工場地的位置影響主車間的建設(shè)，拆了又建；離主車間距離較遠，增加了施工成本；超出了征地范圍，占用了耕地。

      通過以上措施，我院2002年設(shè)計的荻港海螺水泥廠（兩條2500t/d及一條5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線，無水泥粉磨系統(tǒng)）占地面積僅188142m²，是當年同類工程占地最少的。工程實踐表明，只要在總平面設(shè)計中做到與時俱進、積極創(chuàng)新，就可達到節(jié)約土地的目的。

　　2 統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，遠近兼顧，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展空間
      設(shè)計實踐表明，絕大部分水泥廠的擴建規(guī)模超越了最初的規(guī)劃，有的老水泥廠由于預(yù)留發(fā)展空間不足，多次擴建，拆小建大，擴大幾倍，造成總體布置不合理，功能分區(qū)混亂，增加了設(shè)計和施工難度。針對這些實際情況，總圖設(shè)計宜采用“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、近期為主、遠近兼顧”的建設(shè)模式。2008年設(shè)計的遼寧昌慶水泥廠（2x5000t/d）建設(shè)場地屬于低山丘陵區(qū)，東北接石灰石礦山，南鄰公路，地形東高西低，總平面設(shè)計中將一期兩條生產(chǎn)線分四個功能區(qū)，各區(qū)自成系統(tǒng)并相對獨立；北側(cè)及東側(cè)為原料儲存預(yù)留廣闊的發(fā)展場地，西側(cè)預(yù)留燒成系統(tǒng)。這樣保證了近期生產(chǎn)線的合理性，降低了設(shè)計、施工的難度，節(jié)省了近期投資，又給遠期的發(fā)展預(yù)留更靈活充分的可持續(xù)發(fā)展空間。

　　3 平面布局緊湊、功能分區(qū)科學合理，工藝流程順捷
      廠區(qū)總平面布置是水泥廠總體規(guī)劃的核心，目的是將水泥廠各系統(tǒng)組成科學合理的有機整體，形成生產(chǎn)流程簡捷、物料運輸順暢、平面布局緊湊、空間利用有效的現(xiàn)代化工廠。因此需根據(jù)廠址的地形、地質(zhì)、氣象、運輸、周邊環(huán)境等條件，結(jié)合工藝流程要求，揚長避短，優(yōu)化設(shè)計，力求廠區(qū)工程量最小化和綜合效益最大化。水泥廠總平面布置一般采用四個功能分區(qū)布置，即原料區(qū)、熟料生產(chǎn)區(qū)、成品發(fā)運區(qū)、廠前區(qū)。仍以遼寧昌慶水泥廠為例，熟料主生產(chǎn)區(qū)從原料調(diào)配、生料磨、燒成系統(tǒng)至熟料庫，垂直公路布置在廠區(qū)中部，處于廠區(qū)工程地質(zhì)條件最好的區(qū)域；原料區(qū)包括石灰石、輔助原料、煤的堆存及均化場地，根據(jù)氣象條件布置于廠區(qū)東側(cè)，可有效減少對廠區(qū)的污染；成品發(fā)運區(qū)設(shè)于廠區(qū)東南側(cè)，靠近廠外公路，方便物料運輸；廠前區(qū)包括辦公樓、食堂及大部分輔助生產(chǎn)設(shè)施，布置在場地西南側(cè)，交通便捷，也相對獨立。

　　4 因地制宜，充分利用場地條件，以節(jié)省投資
　　統(tǒng)計2000年以后新建水泥廠建設(shè)場地85％以上為山坡地，特別是在耕地相對較少的福建、浙江、四川、重慶等地更是如此。山坡、荒地建廠雖可節(jié)約耕地，但由于其坡度陡、高差大、寬度受局限，設(shè)計中應(yīng)充分利用場地地形條件，采用高臺段階梯式布置，合理確定豎向標高，以降低施工成本，縮短物料運輸距離。

　　荻港海螺水泥廠廠址位于山坡之上，場地高差約100m，自然坡度15～45°。通過大量細致的工作和多方案比較，將廠區(qū)合理規(guī)劃為7個臺段，臺段高差80m，其土石方量中填方38.2萬m³，挖方31.6萬m³。經(jīng)測算，節(jié)約投資在一千萬以上，節(jié)省電耗約2kw/t-cl。工廠投產(chǎn)以后，運行良好，對以后的同類設(shè)計具有一定的借鑒意義。

　　5 優(yōu)化工廠運輸系統(tǒng)，降低工廠運營費用，減少能源消耗
　　運輸系統(tǒng)在工廠總平面布置中具有舉足輕重的作用，它與工藝流程中的原燃料均化及堆存、生料制備、成品儲存及發(fā)運等系統(tǒng)有密切的關(guān)系。美國規(guī)劃專家J.A.Tompkins和J.A.White也指出：“據(jù)估計，在制造業(yè)中，總經(jīng)營費用的20%～50%是物料搬運費用。大家公認，優(yōu)良的平面布置可使這一費用至少減少10%～30%。工廠總平面是將來最重要的領(lǐng)域之一和加速生產(chǎn)率提高的決定性因素?！彼鄰S運輸系統(tǒng)的占地一般約占全廠總面積的1/4～1/3，包括鐵路運輸、汽車運輸及膠帶運輸。

      鐵路運輸作為一種長距離運輸方式，上世紀80年代中期以前是水泥廠的主要運輸方式。隨著交通運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展和水泥廠分布密度的改變，汽車運輸及膠帶運輸逐步成為主要的運輸方式。據(jù)統(tǒng)計，天津院2000年以后設(shè)計的水泥廠中90％以上沒有采用鐵路運輸，因此下面僅對汽車運輸和膠帶運輸進行論述。

　　5.1 汽車運輸
      汽車運輸具有初期投資少、布置靈活、管理方便等優(yōu)越性，但其活動頻率高、運營費用大，易對環(huán)境產(chǎn)生廢氣、噪音、粉塵污染，因此在總平面設(shè)計中做好汽車車流規(guī)劃至關(guān)重要。如2×5000t/d水泥熟料生產(chǎn)線，其進出廠物料總量約30000t/d，如全部采用汽車運輸，按每輛車30噸計算，日單向汽車量1000次，流量是很大的，并對廠外公路產(chǎn)生很大的交通壓力。因此，在總平面設(shè)計中應(yīng)按如下原則進行汽車車流規(guī)劃。

　　1）運輸車流盡量集中布置在廠外公路一側(cè)，以減少對工廠環(huán)境的干擾。
　　2）進出車流應(yīng)最大限度地靠近裝車點、卸車點，縮短在工廠內(nèi)的停留時間。
　　3）保證進出廠的主要重車車流在道路右側(cè)順向行駛，減少交織點，避免交叉。
　　4）對于流量或運量較大的熟料、水泥等成品車流，應(yīng)規(guī)劃好裝卸作業(yè)場地和線路，盡量不倒車，以加快通行速度。

　　5.2 膠帶運輸
      膠帶運輸具有運營費用低、安全、可靠、環(huán)保等特點，是水泥廠廠內(nèi)物料運輸?shù)闹饕斔头绞?。近幾年，由石灰石礦山至廠區(qū)輸送也越來越多的采用膠帶運輸。

　　1）廠內(nèi)膠帶輸送，因其低運營成本成為水泥廠廠內(nèi)的物料運輸?shù)闹饕斔头绞?，但受到爬坡能力的限制，其長度往往影響總平面布置的緊湊。因此在設(shè)計中應(yīng)利用臺段壓縮輸送長度，減少轉(zhuǎn)運點，以降低投資、節(jié)省電耗；盡量將膠帶傍依建構(gòu)筑物集中布置，以減少有效占地面積。

　　2）長膠帶輸送。石灰石是水泥廠用量最大的物料，其主要運輸方式以前為公路運輸，但隨著國家環(huán)保力度的加強及公眾環(huán)保意識的提高，公路運輸越來越受到限制，而作為運營費用低、安全、可靠、環(huán)保的膠帶輸送方式越來越受到青睞。但當石灰石礦山至熟料廠區(qū)距離較長時（20km左右），由于長膠帶輸送初期投資大，技術(shù)要求高，投資方又很難選擇。近幾年來，天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院在長膠帶的設(shè)計上進行了不懈的努力，取得了一定的成績。

　　2006年初設(shè)計的冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司，其石灰石輸送膠帶長約9.3km，為國內(nèi)水泥廠中單條最長的下行膠帶（高差約350m），投產(chǎn)后運行良好。2007年設(shè)計的海南華盛水泥廠，石灰石長膠帶長約17.1km，設(shè)四條膠帶，為國內(nèi)水泥廠中最長的膠帶輸送機，雖然其初期投資較大，但生產(chǎn)運營費用低，約2.3年即可收回成本。實踐證明，長膠帶輸送技術(shù)上是可行的，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

　　6 綠化廠區(qū)，保護生態(tài)環(huán)境，做到人與自然和諧發(fā)展
      為減少廠區(qū)的粉塵和噪音對周圍環(huán)境的影響，應(yīng)對廠區(qū)進行適當?shù)木G化、美化。重點是廠前區(qū)和道路兩側(cè)，不同的綠化主體采用不同的綠化方式，以達到阻塵、抗煙、降噪的效果。功能分區(qū)之間特別是原料區(qū)、廠前區(qū)、主生產(chǎn)區(qū)之間應(yīng)種植綠化隔離帶，周邊圍墻內(nèi)側(cè)構(gòu)建綠色屏障，減少相互污染。通過多種手段，以期形成點、線、面的綠化方式，使廠區(qū)綠化與外在環(huán)境相協(xié)調(diào)，促進人與自然的和諧。

來源：《中國勘察設(shè)計》