摘要: 水電工程施工中，砂石料生產和混凝土拌和是保證主體工程施工的重要輔助企業，砂石料加工及混凝土拌和系統工藝流程設計及設備選型是否成功直接決定著系統運行的可靠性和可行性。本文通過對黃河大河家砂石加工及混凝土拌和系統的介紹，進一步說明在水電工程中砂石加工及混凝土拌和系統工藝流程設計和設備選型的思路、方法，同時對該行業的技術發展和設計理念的前沿做簡單介紹，為水電工程天然砂石加工及混凝土拌和系統工藝流程設計和設備選型提供一定參考和借鑒作用。

　　關鍵詞: 水電站 砂石加工 混凝土拌和 工藝流程設計 設備選型 參考和借鑒

　　Abstract: water project construction, production and application of concrete mixing is to ensure that the main body of the project construction important auxiliary enterprise, application processing and concrete mixing system process design and equipment selection success directly determine the feasibility and reliability of the system operation. This article through to the Yellow River DaHeGu sand processing and concrete mixing system of introduction, further illustrate the water project sand processing and concrete mixing system process design and the selection of equipment ideas, methods, at the same time for the industry's development and design idea of frontier do simple introduction, for hydropower project natural sand processing and concrete mixing system process design and equipment selection provide a certain reference for the role.

　　Keywords: hydropower station, the sand processing process design of concrete mixing equipment selection for reference

　　中圖分類號：TU528.52 文獻標識碼：A 文章編號：

　　一、 工程概況

　　黃河大河家水電站砂石料加工及混凝土拌和系統工程布置于青海積石峽水電站至大河家公路旁右邊，位于大河家水電樞紐施工區上游約2公里處的平緩臺地上，地面高程在1784m～1788m，為主體工程生產混凝土總量34.02萬m3，主要承擔的工作內容是砂石骨料生產和混凝土拌制，系統規模滿足主體工程施工高峰期混凝土澆筑3.18萬m3/月強度要求，砂石加工設計處理能力為250t/h，混凝土拌和名牌生產能力為160m3/h。整個系統主要由天然毛料生產單元、成品砂石料生產單元、成品料運輸單元、混凝土拌和樓、制冷車間、制熱車間、壓縮空氣單元、膠凝材料儲存單元、外加劑車間等等單元組成，系統能生產常溫混凝土、預熱混凝土、預冷混凝土等。下面主要介紹砂石加工和混凝土拌和的工藝流程設計和設備選型。

　　二、 砂石加工工藝設計及設備選型

　　2.1. 料源基本資料

　　料源為黃河沖積砂卵礫石，分布厚度一般6～8m。卵礫石磨圓度好，分選性差，成份主要為花崗巖、片麻巖及石英巖等，巖石堅硬。砂粒成份主要為石英、長石、巖屑等。

　　2.2. 料源顆粒級配與工程所需骨料級配比較

　　表1 料源顆粒級配與工程所需級配比較表(單位：萬m3)

　　2.3. 工藝流程設計

　　針對料源級配情況和巖性情況，結合本工程的料源緊缺特點，砂石加工工藝流程設計采用棄料和破碎相結合的工藝流程平衡設計思路，即：棄除大于150mm的超徑毛料，150mm以下的毛料進行工藝平衡，將80-150mm的超徑石經過逐級破碎平衡，滿足骨料平衡要求。毛料中砂子含量較為充足，不考慮制砂，只需考慮砂子沖洗脫水即可。

　　根據以上分析，砂石加工工藝流程主要包括：固定蓖條篩毛料生產工藝、予篩分工藝、顎破-圓錐破中碎工藝、復篩分成品生產工藝、砂處理單元等工藝流程。

　　2.4. 規模設計

　　2.4.1系統規模設計

　　系統規模計算按照滿足混凝土高峰月平均強度3.18萬m3進行，生產采用兩班制，日工作小時數14h，月工作天數25天，考慮到加工損耗、棄料損失、運輸損耗、堆存損耗、天然毛料含泥量損耗等綜和因素，按生產三級配混凝土進行工藝設計，成品生產能力204t/h，毛料處理能力為250t/h。

　　2.4.2砂石儲備

　　結合工程規模，成品粗骨料堆場庫容應不小于高峰期5-7天用量，成品細骨料堆場庫容應不小于高峰期7-9天用量，各個成品骨料堆場容量為：成品細骨料堆容量9000m3，成品粗骨料堆容量9000m3，另外，備用成品料場庫容20000m3，總庫容可滿足高峰期15天儲量。半成品儲存量為5000m3，可調節系統生產3-4天。

　　2.5. 系統工藝流量估算

　　2.5.1流量估算基本原理

　　根據工藝流程圖、毛料顆粒級配曲線、破碎機排料經驗粒度曲線、各級篩分車間篩分效率、破碎巖石的巖性、經驗性技術數據、類似工程的生產實踐等，利用流量平衡原理，考慮棄料、細砂石粉流失等因素，砂石加工系統生產流程計算采用計算機輔助編程，手動輸入基本計算參數，進行工藝流量計算，主要計算結果見下節。

　　2.5.2主要工藝流量計算

　　系統將150mm以上超徑石全部棄除，經流量計算主要部位流量如下：

　　預篩分車間： 計算流量：250t/h 設計流量：300t/h;

　　中碎車間： 計算流量：119t/h 設計流量：150t/h;

　　復篩分車間流量： 計算流量：342t/h 設計流量：500t/h;

　　2.6. 破碎工藝選擇

　　由于物料需要采用破碎工藝進行級配平衡，破碎工藝中破碎機類型的選擇首先要考慮物料巖性，對于本工程巖性采用靜力擠壓破碎設備是比較經濟的。

　　根據目前破碎行業的新理念，大破碎比、具有層壓破碎的圓錐破最適合本工程的需要。利用靜力層壓破碎新理念解決靜力擠壓破碎骨料粒型存在針片狀問題;選用粗腔型小排料口的圓錐破碎機，通過調整圓錐破碎機的開口尺寸，加大破碎比，發揮靜力層壓破碎新技術，可充分調整出料的級配、粒型，平衡系統生產、優化產品粒型，減少骨料工藝流程循環量，達到高效生產的目的。

　　2.7. 主要設備選型

　　(1)受料倉給料機選型：受料倉下安裝兩臺GZG110-4給料機2臺，最大生產能力為500 t/h，單臺功率4.4kw,滿足毛料生產強度需求。

　　(2)預篩分車間設備選型：預篩分車間是將半成品料中大于80mm骨料分離出來進行破碎，平衡計算料流量為250 t/h，配置一臺YKR1536型圓振動篩,單臺功率15kw,。

　　(3)中碎設備選型：中碎車間解決破碎5-150mm骨料的平衡破碎問題，根據平衡計算，中碎車間流量119t/h。中碎設備1臺PYH-2C型標準圓錐破碎機。破碎機開口為22mm，出料粒徑在40mm以下，單臺處理能力為150-190t/h。

　　(4)復篩分車間設備選型:復篩分車間處理<80mm料，流量為342t/h，通過對篩分能力校核計算，復篩分設備擬選用1臺3YK2460型圓振動篩，單臺功率37kw。

　　(5)洗砂脫水設備:洗砂脫水設備主要是解決砂子含水、含泥問題，砂處理車間小時生產能力為68.5t/h，配置SCD-300型砂處理單元兩臺，單臺功率48kw,集分級、洗泥、濃縮、脫水為一體，單臺處理能力為50t/h。

　　(6)膠帶輸送機設備選型：膠帶輸送機的設備選擇根據運輸物料的粒徑大小、運輸強度、運輸環境、運輸距離、提升高度等因素來確定膠帶輸送機的各項技術特性。系統共配置12條膠帶輸送機。

　　2.8. 主要技術指標

　　表2 砂石骨料生產系統主要技術指標

　　三、 混凝土拌和系統工藝設計及設備選型

　　3.1. 系統規模計算

　　混凝土系統生產能按滿足高峰月澆筑強度3.18萬m3。經計算，常溫混凝土生產能力95.4m3/h，預冷混凝土生產能力90m3/h，預熱混凝土生產能力97m3/h。考慮80%負荷率，計算名牌產量為160m3/h。

　　3.2. 拌和樓和拌合站經濟技術比較

　　3.2.1 水工混凝土拌合站組成、應用范圍

　　一般情況下，水工混凝土拌合站骨料配料、混凝土拌合分開布置，物料提升兩次或配料后在做水平運輸，布置分散，占地面積大，高度較低，比較適應于工程規模較小、服務期限短、澆筑分散和前期臨建工程。生產預冷預熱混凝土需要另外加設預冷(熱)料倉，同時物料運輸距離長，冷(熱)量損失較大，不太適應生產預冷(熱)混凝土，對混凝土出機口溫度保證性差。

　　3.3.2 新型水工混凝土拌合樓組成、應用范圍

　　新型水工拌合樓是骨料配料和混凝土拌合集中布置在一起，物料一次提升后，全部利用重力進行儲料、配料、裝入攪拌機，并通過集中料斗向運輸工具發料。所以，建筑物較高、布置集中、占地面積小，適用于場地狹窄、混凝土澆筑強度高、澆筑集中的主體工程。生產預冷(熱)混凝土時，可直接在樓內料罐采用冷(熱)風予冷(熱)，物料運輸距離短(就在樓內完成)，冷(熱)量損失少，比較適用于生產預冷、預熱混凝土，對混凝土出機口溫度保證性較好。當前，國內大多數大中型水利水電主體工程混凝土采用拌合樓生產。

　　3.3.3 拌合樓和拌合站特性比較

　　同規模拌合樓技術經濟指標明顯優于拌合站，主要技術經濟指標比較見下表。

　　表3 同規模拌合樓和拌合站技術經濟比較

　　3.2.4 本工程特點和拌合樓選型

　　大河家砂石料加工及混凝土拌和系統工程場地大多是回填而成，地質條件不好，場地狹小。如選用拌合站，不僅占地面積大，并且使部分大型設備或設施基礎布置在回填場地上，不進行地基處理，勢必影響結構穩定，造成場地安全隱患;如選用拌合樓，減少占地，使所有設備都坐落在地質條件較好的地基上。選用拌合樓的經濟技術指標大大由于選用拌合站：布置集中、裝機容量小，運行成本低。

　　3.3. 工藝說明

　　系統由混凝土攪拌樓、骨料運輸系統、水泥和粉煤灰儲運系統、制冷車間、外加劑配置系統、供風系統、修理車間、試驗室、辦公室等組成。系統工藝流程簡述如下：

　　混凝土系統與砂石系統共用成品料堆，混凝土骨料通過膠帶機從砂石料系統成品料堆輸送至混凝土系統拌和樓骨料倉儲存，經稱量后給入攪拌機進行拌和。

　　水泥和粉煤灰系統均采用散裝，運輸采用氣力輸送工藝。在現場設3個1000t水泥罐和1個1000t粉煤灰罐，以滿足工程使用。在現場布置一個專用空壓機站，為拌和樓和粉料輸送提供風源。輸送粉料用風工作壓力不小于0.5Mpa，拌和樓風源風壓不小于0.7 Mpa。散裝水泥和粉煤灰由專用罐車從廠家運輸到工地后，用氣力直接卸入指定800t灰罐儲存。在水泥罐和粉煤灰罐下方安裝氣化噴射泵，將水泥和粉煤灰霧化后輸送至拌和樓水泥和粉煤灰料罐內，在拌和樓水泥和粉煤灰儲存倉頂部安裝一個MC48型袋式收塵器，再將霧化的水泥和粉煤灰收入儲存倉中。

　　壓縮空氣由空氣壓縮機產生后存于儲氣罐內，使用時再由儲氣罐放出。在儲氣罐出口安裝油水分離器、空氣干噪器，防止水泥和粉煤灰受潮。

　　外加劑車間內設有3組攪拌池，可同時拌制三種外加劑，拌制好的外加劑用化工流程泵送入拌和樓內外加劑儲存箱內。

　　3.4. 主要設備選型

　　3.4.1拌和樓設備選型

　　混凝土拌和樓生產強度按滿足常態混凝土95.4 m3/h配置，選擇設備時考慮80%的負荷名牌生產能力為160m3/h。選配3×2m3自落式預冷型水工混凝土拌和樓(HL160-3F2000L)1座，為保證按設計規模連續生產混凝土，拌和樓采用微機自動化控制和電視監控系統。

　　3.4.2骨料儲運系統

　　骨料儲運系統由成品骨料倉、骨料輸送膠帶機等組成。混凝土系統所需骨料從砂石料系統成品料堆取料，容量可滿足澆筑高峰期7天骨料用量儲備，然后由膠帶機輸送至拌和樓內儲存，膠帶機型號為B=1000mm型，布置2條膠帶機。

　　3.4.3膠凝儲存輸送系統

　　粉料儲運系統由散裝罐車、散裝儲罐、氣力輸送設備、輸送管道等組成。

　　散裝水泥和粉煤灰由專用罐車從廠家運輸到工地后，用汽車自帶的裝置卸入指定儲存罐。在每臺灰罐下安裝一臺氣化射流泵將水泥和粉煤灰霧化送入拌和樓自帶膠凝材料罐儲存，使用時由螺旋輸送機輸送至配料系統。

　　在水泥罐車卸水泥時，散裝儲罐有氣體向罐外排出，排出的氣體中含有水泥，考慮環保及水泥流失，在罐頂部安裝一個MC—48型袋式收塵器，再將氣霧化的水泥收入水泥倉中。

　　3.4.4膠凝材料儲存及輸送設備選型

　　在現場設3個800t水泥罐、1個800t粉煤灰罐，拌和樓3個100t灰罐，共儲灰3500t，可滿足工程使用10天。

　　粉料輸送采用氣化射流泵進行輸送。膠凝材料輸送能力為21t/h，其中水泥輸送能力為15t/h，粉煤灰輸送能力為6t/h;由于攪拌樓設獨立的輸送系統，氣力輸送設備輸送能力按拌和樓的生產能力進行配備。選用QPB(Ⅱ)-2.5倉泵作為輸送設備，輸送量為25t/h，。該設備有結構簡單、運行可靠、輸送量大、操作簡單、自動控制全密封、無污染。

　　3.4.5供風系統

　　供風系統由：空氣壓縮機、儲氣罐、油水分離器、空氣干燥器、過濾器以及供風管道等組成。

　　拌和樓設專用壓縮空氣站，與拌和系統配套使用。系統總用風量為46m3/min，其中膠凝材料輸送、外加劑系統風量為40m3/min，拌和樓耗風量為6m3/min。選擇2臺20m3/min空壓機，1臺6m3/min空壓機，20m3/min空壓機為倉泵供風和其它零星用風部位供風，6m3/min空壓機為拌和樓專用空壓機。

　　3.4.6外加劑配置系統

　　混凝土外加劑種類很多，可分為十三大類，外加劑一般以濃縮液或固體運到工地，使用時需先在攪拌池進行稀釋、溶解、攪拌后送入儲液池儲存，再通過化工流程泵送至拌和樓貯液箱，經衡量后進入拌和機。攪拌池內稀釋采用壓縮空氣在儲液池內進行再攪拌以防沉淀。儲液池的容積應能滿足拌和樓生產2d～3d的用量，本工程取3天。儲液池每種外加劑池的數量為2個，一個攪拌溶解一個使用。

　　3.5. 主要技術指標

　　拌和系統主要技術參數

　　四、 砂石加工及混凝土拌和監控技術發展

　　先進的自動化控制技術、電視監控技術已經應用到砂石加工和混凝土拌和系統中，通過工業控制計算機和微機操作可實現砂石加工和混凝土生產的全方位操作和監控;通過電視監控技術可實現生產現場無人值班，徹底改善運行人員工作環境。在大河家砂石加工及混凝土拌和系統，主要應用功能如下：

　　1)實時監控功能。立體逼真的彩色監控畫面給人以美的享受，用戶可以通過它實時查看各個I/O點的當前值及配料生產的進料、卸料、攪拌、混凝土出料的手/自動運行的全過程，實時顯示工作狀況和各種物料參數，對配料進行動態測試并自動調整配料比(增砂減水)，啟動或停止攪拌電機，稱的標定等。

　　2)配方管理功能。通過配方編輯器定義配方，根據不同建筑的不同要求，設置不同種類混凝土的不同配料比例數據，存入配方組。同時，還可在運行動態下實時查看、添加、刪除、修改、替換、保存配方及配方組數據等操作，并可以方便的選取并執行所需的配方組數據，將下料配比數據一次性設定完成，使各種配料按設定值下料。提高了混凝土攪拌作業的易操作性和準確程度。

　　3)數據及信息記錄。一個生產過程中，系統控制每種原料按設定值下料，下料結束時，利用觸發事件功能，將稱重儀稱得的實際下料量保存到一個內存變量中，各種配料下料完畢，然后開始攪拌，攪拌完成后放料時，將保存下來的各種配料的實際下料量寫入數據庫保存。對于每個下料狀態和閥門、每臺設備都有其狀態監測信號傳入上位機，當某個狀態監測信號顯示故障時，將故障信息立即存儲到數據庫中，例如：氣壓報警、粉煤灰上、下限報警等。

　　4)管理系統。用controX(開物)2000監控軟件開發的混凝土攪拌監控系統根據混凝土攪拌生產需要提供了混凝土攪拌站管理系統，其中包括和同管理、出貨管理、庫存管理、生產管理、數據維護、系統管理等項目按照用戶提供的查詢條件可生成日報、月報、年報、誤差表、車輛查詢、用戶查詢、報警查詢、出貨單等報表，可統計各種物料的庫存量、出庫量、申請消耗量，如此強大的管理系統使用各類混凝土攪拌站的需求。

　　五、 結束語

　　大河家水電站砂石加工及混凝土拌和系統從實際運行來看，毛料處理能力在350t/h，砂石料生產能力達到250t/h，混凝土系統生產能力可達120m3/h，各項指標達到和超過了設計指標。系統的自動化監控及電視監控也發揮了重要作用，運行期大大減少了人員配置，降低了生產成本。在系統工藝流程設計時參考了系統工程學的觀點，對工藝流程進行了優化組合，減少了設備投入，降低了基建資金，提高了經濟效益。

　　在一些工程上GPS全球定位技術已經應用到混凝土生產供應中，通過GPS衛星定位可實現混凝土運輸車輛滿載、卸料、空載等生產調配管理;近幾年，系統工程學的基本觀點、理論、思想等也在砂石拌和系統設計中不斷應用，通過把砂石加工及混凝土拌和作為系統工程進行研究，可以科學、合理進行工藝流程設計，降低工程投資和運行管理成本，提高經濟效益。

　　主要參考文獻：

　　1.《水利水電施工組織設計手冊·第四冊輔助企業》 水利水電出版社 2004版

　　2.《水利水電工程砂石加工系統設計導則》;DL/T5098-1999

　　3.《水利水電工程混凝土生產系統設計導則》;DL/T5086-1999

　　4.《系統工程學》 汪應洛主編 高等教育出版社