混凝土预冷设计

摘要:通过对云南居甫渡水电站混凝土拌和系统的制冷设计,了解混凝土制冷的工艺过程和要求,更进一步指导我们的实际工作。

关键词:制冷 压缩机 蒸发温度 冷凝温度

一、引言

混凝土浇筑后,随着水泥凝结硬化的发展,要释放出大量的水化热,使得混凝土内部温度升高。随着时间的推移,由于热量逐渐散发,内部温度逐渐降低。与此同时,混凝土的体积也在不断变化,当混凝土受到基础或相邻浇筑块的约束,就会降低水工建筑物的安全系数,对稳定产生不利影响,根据国内外筑坝经验,进行坝体混凝土的温度控制,是防止大体积混凝土产生裂缝,保证混凝土质量的有效方法。

根据居甫渡的现场施工情况,制定了从拌和楼到大坝浇筑的混凝土降温措施:1、拌和楼通过一、二次风冷降低混凝土的出机口温度;2、出楼混凝土加遮阳帆布运至大坝;3、大坝采用分层分块浇筑散发浇筑块的热量;4、在浇筑是采用冷水喷雾,降低浇筑温度;5、浇筑完后进行混凝土内部通冷水和表面保护等。

为了防止混凝土发生裂缝,混凝土体内的最高温度必须加以严格的限制。控制混凝土最高温升的方法之一是降低混凝土浇筑温度。因此,要限制混凝土的出机温度,在气温较高的季节,混凝土在自然条件下的出机温度往往超过施工所要求的限制温度。此时,就必须采取人工降温措施,即通过对骨料的预冷和加冷冻水、加冰拌和混凝土来降低混凝土的出机温度,这是降低混凝土浇筑温度的最有效措施。

二、制冷系统的工艺布置设计

根据招标文件所知,云南居甫渡地区是热带向亚热带过渡性气候,年平均气温大于20.4℃,夏季5至10月份最热月平均气温为24.5℃。考虑骨料运输等因素,初始温度定为:粗骨料28℃;砂25℃;水泥、粉煤灰45℃;水22℃。

按温控设计要求,系统生产碾压混凝土最低出机口温度为12℃,常态混凝土最低出机口温度为10℃。制冷系统按满足工程高峰月混凝土浇筑强度11万m3设计,制冷系统制冷量为900×104Kcal/h(标准工况),包含设备的备用,其中,一次风冷系统的制冷量为350×104Kcal/h(标准工况)。

在选厂址的时候,将一次风冷车间建在预冷仓附近,同时车间也要选择硬质地基,采用整体钢筋混凝土底板,防止地基沉降。

1、设计要求

(1)制冷系统的设计首先要满足安全生产要求,特别是氨是有毒气体,更加要确保系统的安全性。

(2)车间应整齐有序,并标明紧急安全通道,并且水源充足。

(3)保证制冷系统供氨均匀,操作简单,系统可控制性强。

2、制冷系统的工艺选择

制冷系统采用直接膨胀供液系统,根据要求采用单级压缩制冷循环系统可满足生产需求。其工作过程是来自蒸发器内的低温低压蒸气,经汽液分离器后,被压缩机吸入气缸内压缩成高压高温的过热蒸气。然后,经氨油分离器使其中所携带的油分离出来,再进入冷凝器与冷却水进行热交换后凝结成高压中温的氨液并流入贮液器。该高压液体通过调节站经膨胀阀节流降压后,再次进入汽液分离器。从汽液分离器出来的低压低温液体,进入蒸发器吸热蒸发产生冷效应,使空气的温度下降,从而完成一个制冷循环(见下图)

3、确定制冷系统制冷剂

制冷剂又称制冷工质,它是在制冷系统中不断循环并通过其本身的状态变化以实现制冷的工作物质。制冷剂在蒸发器内吸收被冷却介质(空气等)的热量而汽化,在冷凝器中将热量传递给周围空气而冷凝。制冷系统选择氨作为制冷剂,它的凝固温度为-77.7℃,标准蒸发温度为-33.3℃,在常温下冷凝压力一般为1.1～1.3Mpa。优点是:易于获得、价格低廉、压力适中、单位制冷量大、放热系数高、几乎不溶解于油、流动阻力小,泄漏时易发现(有刺激性气味)。其缺点是:有刺激性臭味、有毒、可以燃烧和爆炸,对铜及铜合金有腐蚀作用。

4、确定制冷系统的部分设计工况

确定制冷系统的设计工况主要指确定蒸发温度、冷凝温度、压缩机吸气温度和过冷温度等工作参数。

确定冷凝温度时,冷凝器冷却水进、出水温度应根据冷却水的使用情况来确定。

(1)冷凝温度( tl ) 的确定

根据公式: tl = tsl+tsl+t6

可得:tl = 25+5+3.5

tl = 33.5℃

式中 tsl――冷凝器冷却水进口温度,根据标书可知,水温22℃,使用循环水需加上安全值,一般为2～4℃;

tsl――冷凝器中冷却水温升,一般为4～6℃;

t6 ――冷凝器热端温差,一般为3～4℃。

特别要注意的是,冷凝器的出水温度不得超过35℃

(2)蒸发温度( tz * )的确定

蒸发温度是制冷剂液体在蒸发器中汽化时的温度。蒸发温度的高低取决于被冷却物体的温度及传热温差,而传热温差与所采用的载冷剂有关。

一次风冷制冷系统主要是采用以空气为载冷剂的强制循环制冷,给骨料进行预冷,即

一次风冷: tz * = tzl-t8

= 4 -(5～7)

= -2℃

式中 tzl――载冷剂的温度,一次风冷预冷仓冷风进风温度一般为2～4℃;

t8――蒸发器的温差,一般为5～7℃。

因tz * =-2℃-5℃,所以不采用液体过冷。

(3)压缩机的吸气温度( t4 )的确定

t4 = tsl+t4

= 3+6

= 9℃

式中tsl――冷凝器冷却水进口温度,根据标书可知,水温22℃,使用循环水需加上安全值,一般为2～4℃;

t4――压缩机的冷端温差,一般为4～8℃;

5、制冷系统的设备选择

(1)压缩机的选择

由于螺杆制冷压缩机有体积小、重量轻、运转平稳、易损件少、效率高、单级压比大、能量无级调节等优点,在压缩机行业得到迅速发展及应用, 同时螺杆制冷压缩机单级有较大的压缩比及宽广的容量范围,特别在低温工况及变工况情况下仍有较高的效率,这一优点是其它机型(如吸收式、离心式等)不具备的。因此,选择由武冷生产的Ⅱ型螺杆式压缩机。加上从经济角度考虑,利用从三峡工程拆除的Ⅰ型螺杆压缩机(旧机组均送到武冷进行维修和检验)。

根据制冷量和制冷富裕量,可以选择合乎要求的压缩机,如下所示:

一次风冷:

(2)冷凝器的选择

冷凝器是将压缩机排出的高温高压制冷剂蒸汽的热量传递给冷却介质并使之凝结成液体的热交换设备。其工作过程是:来自压缩机的过热制冷剂蒸汽进入冷凝器后先被冷却成饱和蒸汽,继而被冷凝成饱和液体。若冷却介质流量大、温度低时,饱和液体还可进一步被冷却成过冷液体。因居甫渡的冷却水水质较好,,可以随时更换冷却水,故选用卧式冷凝器,其传热系数高,冷却水用量小,结构紧凑、操作管理方便。

冷凝器的传热面积计算:

冷凝器的热负荷:

Qc=Q+860Ni

一次风冷:

Qc=Q+860Ni

=4070.5+860×0.875

=4823kw

式中Q――压缩机在工况下的制冷量;

Ni――压缩机在设计工况下的指示功率。

冷凝器传热面积的计算:

AC= QC/qf

= 4823/3.5

= 1378m2

式中 qf――冷凝器的单位热负荷,

通过查厂家的产品说明书,卧式冷凝器的qf一般为3.5～4.65kw/m2。

最后选定设备为WN-450,单台设备传热面积450m2,加上备用设备及传热面积的富裕量,一次风冷共选用5台相同设备。

(3)蒸发器的选择

蒸发器也是一种换热设备,与冷凝器所不同的是蒸发器是吸热设备。在蒸发器中,由于低压液体制冷剂气化,从需要冷却的物体或空间吸热,从而使被冷却的物体或空间的温度降低,达到制冷的目的。因此,蒸发器是制冷装置中产生和输出冷量的设备。一次风冷的主要功能是风冷式预冷,所以选择是空气冷却器,空气冷却器的选择是按其传热面积决定。

AC=Qc /q

式中Qc――空气冷却器的热负荷;

q――空气冷却器的单位热负荷;

查考厂家设备的单位面积热负荷,经计算,一次风冷采用下列设备

系统的充氨量不得超过高压贮液器容量的70%～80%,加上在氨管及低压循环贮液器中的氨贮量,一次风冷共需充氨30吨。

三、一次风冷的制冷效果追踪

居甫渡拌和制冷系统一次风冷2006年4月开始生产以来,设备运行正常,并且未出现过安全事故,通过2006年6月份收集数据可得:

一次风冷粗骨料预冷达到了设计效果。

四、结论

通过对云南居甫渡混凝土拌和系统一次风冷的设计,可以在很大程度上增加了对氨系统制冷的知识积累。在设计肯定会有不足和欠缺的地方,希望在以后的工作和学习中加以改正。

参考文献

[1] 《制冷工程设计手册》.中国建筑工业出版社.

[2]《制冷技术》. 机械工业出版社.

[3]《武冷设备选型手册》. 武汉新世界制冷工业有限公司.