抽水蓄能电站砂石加工系统设计生产能力探讨

马传宝 李明阳 刘君成

(国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161)



·水利工程·

抽水蓄能电站砂石加工系统设计生产能力探讨

马传宝 李明阳 刘君成

(国网新源控股有限公司技术中心，北京 100161)

分析了三个抽水蓄能电站施工特点及砂石需用强度过程曲线，计算研究了每个电站砂石骨料加工系统不同设计生产能力及对应成品料堆存量，指出利用堆存非高峰期富裕产量，补充高峰期不足部分，可以降低砂石骨料加工系统设计生产能力，达到均衡生产，优化砂石加工系统设计生产能力。

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抽水蓄能电站砂石系统加工高峰期相对较短，一般持续6个月左右，而非高峰期时间相对较长且施工强度相对较低，往往不足砂石系统设计生产能力的50%。砂石骨料生产不均衡，设备生产能力不能充分发挥。通过对文登、蟠龙、厦门三个抽水蓄能电站砂石生产系统设计生产能力优化，利用堆存非高峰期富裕产量，补充高峰期不足部分，可以大幅度降低砂石加工系统生产能力，提高设备利用率，降低砂石系统造价。

1 常规设计

1.1 生产能力确定

抽水蓄能电站砂石加工系统目前设计主要执行DL/T 5098—2010水电工程砂石加工系统设计规范及《水利水电工程施工组织设计手册》。砂石原料需用量根据混凝土和垫层料、反滤料用料，以及开采、加工、运输损耗和弃料量确定。砂石加工系统主要生产车间工作制度，月工作25 d，日工作小时14 h，多采用两班制工作。生产能力根据混凝土高峰时段月平均浇筑强度及同时段垫层料、反滤料填筑强度，计入砂石开采、加工、运输等损耗后确定。即：

1)混凝土高峰时段月平均浇筑强度(含同时段垫层料、反滤料填筑强度)Qmc：当混凝土连续高峰时段不大于3个月时，Qmc按混凝土高峰时段月平均强度计算；当混凝土连续高峰时段大于3个月时，Qmc还应计入相应的不均匀系数，不均匀系数的取值范围为1.1～1.3。

2)成品砂石月需用量Q1：

Q1=QmcA

(1)

其中，Q1为成品砂月需用量，t/月；Qmc为混凝土高峰时段月平均浇筑强度(含同时段垫层料、反滤料填筑强度)，m3/月；A为每立方米混凝土(或垫层料、反滤料)的砂石用量，无试验资料时按2.2 t/m3取值。

3)砂石加工系统月处理能力Qm：

Qm=Q1[(1-γ)/η1+γ/η2]=QmcA[(1-γ)/η1+γ/η2]

(2)

其中，Qm为砂石加工系统月处理能力，t/月；γ为砂率；η1为计入开采、加工、运输等损耗后的粗骨料成品率；η2为计入开采、加工、运输等损耗后的细骨料成品率。

4)砂石加工系统小时处理能力Qh：

Qh=Qm/(MN)

(3)

其中，Qh为砂石加工系统小时处理能力，t/h；M为月工作日数，可按每月25 d取值；N为日工作小时数，可按每日14 h取值。

1.2 砂石储存

抽水蓄能电站砂石加工原料多采用人工砂石料源，半成品堆存按高峰时段3 d～5 d的砂石需用量确定，成品堆存按高峰时段5 d～7 d的砂石需用料确定。

2 抽水蓄能电站砂石骨料加工特点分析

1)抽水蓄能电站砂石骨料加工系统生产规模多为中型。2)砂石骨料加工系统设计生产规模主要考虑混凝土高峰月强度、垫层料反滤料填筑强度、成品需求量及级配需求比例、原料特性、原料质量、原料开采条件、运输道路等因素，经平衡计算确定。3)砂石骨料加工系统生产规模设计时缺少对施工过程供需曲线分析。4)砂石骨料加工系统设计采用“两班制14 h”，而实际生产时，多采用两班生产一班检修。一个工程在实际施工过程中，由于各种因素的影响，高峰月混凝土强度一般都会超过原设计强度，实际运行砂石系统单位的技术及管理水平差异很大。砂石系统设计采用“两班制14 h”时考虑了各种影响因素，确保砂石料的正常供应。5)抽水蓄能电站砂石骨料加工原料多采用地下洞室开挖料，砂石加工系统以堆存毛料为主，成品料堆存一般满足混凝土生产高峰期5 d～7 d需要量。在砂石骨料加工系统设计时，一般不考虑堆存量对砂石系统设计生产能力的影响，只考虑不均衡生产、设备故障及检修对生产的影响。6)抽水蓄能电站砂石加工系统在整个生产周期内生产不均衡，砂石加工高峰往往在厂房开挖完成以后形成。从厂房顶拱开挖至砂石生产高峰期一般有20多个月，期间砂石生产强度偏低。砂石加工系统多数时间处于低效工作状态，非高峰期生产水平往往不足设计生产能力的50%。抽水蓄能电站砂石骨料生产高峰期持续时间不长，一般持续6个月左右。

3 抽水蓄能电站砂石骨料加工系统设计生产能力案例分析

3.1 砂石加工系统基本概况

本电站主体工程混凝土(含喷混凝土及支洞封堵混凝土)总量约为57.91万m3，上水库坝体填筑垫层料9.5万m3，下水库坝体填筑垫层料5万m3，共需生产成品砂石料159万t，均由下水库砂石加工系统生产。根据施工总进度安排，主体工程高峰时段混凝土月平均浇筑强度2.7万m3/月，系统设计生产能力160 t/h，考虑碎石加工、运输与堆存等损耗，系统处理能力220 t/h。砂石骨料加工原岩为地下洞室开挖料。

3.2 砂石骨料需用强度

根据混凝土浇筑强度曲线和土石方填筑强度曲线计算砂石骨料需用强度曲线如图1所示。

通过对文登抽水蓄能电站砂石骨料使用强度分析，混凝土施工共62个月，如果按照砂石骨料加工系统设计生产能力160 t/h计算，仅有31%的时间系统生产能力大于设计生产能力的1/2，有69%的时间系统生产能力不足设计生产能力的1/2。文登电站砂石系统生产能力利用率占比如图2所示。

3.3 优化砂石系统设计生产能力

抽水蓄能电站砂石使用周期长，高峰期短，工程初期及后期砂石使用强度低。砂石加工系统设计生产能力选择时，采用非高峰期砂石需用强度为计算依据，通过分析砂石骨料供需曲线，保证供需曲线平衡，利用堆存非高峰期富裕产量，补充高峰期不足部分，降低砂石骨料加工系统设计生产能力，使砂石生产均衡。根据对砂石需用量过程曲线进行分析，取不同设计生产能力计算结果见表1，表2；不同设计生产能力砂石生产累计量曲线见图3。

表1 文登砂石系统生产能力100 t/h计算成果 万t

表2 文登砂石系统生产能力90 t/h计算成果 万t

通过对砂石需用量及供应过程曲线计算分析，设计生产能力为80 t/h时，将出现需求大于供应，砂石生产不能满足需用要求，影响施工进度；当设计生产能力为100 t/h时，堆存最大量发生在2016年12月份，需最大堆存11.72万t成品料即可满足要求，砂石系统设计生产能力可以降低37.5%；当设计生产能力为90 t/h时，堆存最大量发生在2017年1月份，需最大堆存18.32万t成品料即可满足要求，砂石系统设计生产能力可以降低43.8%。通过堆存砂石骨料成品料可以大幅度降低系统设计生产能力。

同理，对蟠龙抽水蓄能电站和厦门抽水蓄能电站砂石骨料加工系统设计生产能力进行优化。1)当蟠龙抽水蓄能电站设计生产能力为100 t/h时，需最大堆存4.3万t成品料即可满足要求，砂石系统设计生产能力可以降低37.5%；当设计生产能力为90 t/h时，需最大堆存5.7万t成品料即可满足要求，砂石系统设计生产能力可以降低43.8%。2)当厦门抽水蓄能电站设计生产能力为90 t/h时，需最大堆存10.03万t成品料即可满足要求，砂石加工系统设计生产能力可以降低45.5%；当设计生产能力为80 t/h时，需最大堆存15.13万t成品料即可满足要求，砂石加工系统设计生产能力可以降低51.5%。

4 结语

按照DL/T 5098—2010水电工程砂石加工系统设计规范进行砂石骨料加工系统设计时，并未考虑施工过程中砂石骨料供需曲线及成品料堆存对系统生产能力的影响，而抽水蓄能电站建设过程特点是：高峰期相对较短，非高峰期时间较长；砂石骨料加工原料多采用地下洞室开挖料，砂石使用高峰期往往在地下厂房开挖完成以后；抽水蓄能电站砂石骨料加工系统具备非高峰期生产堆存成品料的条件。利用堆存成品料优化砂石系统设计生产能力，首先以不影响施工进度为原则，综合考虑雨季、环保、经济、管理等各项因素。通过对文登、蟠龙、厦门三个抽水蓄能电站砂石生产系统设计生产能力优化，利用堆存成品砂石料消减砂石生产高峰强度，可以大幅度降低砂石加工系统生产能力。砂石系统设计生产能力优化工作中首先分析施工总进度及砂石使用强度曲线是否存在优化的空间，另外堆存场地也是制约因素，必须将三者统一考虑。在抽水蓄能电站砂石骨料加工系统设计生产能力选择时，应充分考虑成品料堆存对设计生产能力选择的影响，通过对不同成品堆存量和系统生产能力之间的组合方案进行经济比较，选择最优方案。

[1] DL/T 5098—2010,水电工程砂石加工系统设计规范[S].

On production capacity for system design of aggregate process of pumped storage power stations

Ma Chuanbao Li Mingyang Liu Juncheng

(TechnicalCenter,NationalGridNewEnergyCo.,Ltd,Beijing100161,China)

The paper analysis of the construction features of the three pumped storage power stations and the strength process curve for the sand,calculates various design production capacity for the aggregate processing system at each station and the finished product storage,and points out the adoption of the abundant output of non-high-strength period to complement the insufficient parts of the high period,which can lower the production capacity of the aggregate processing system,so as to achieve the balance production and optimize the production capacity of the aggregate process system.

pumped storage power station,aggregate process system,aggregate,production capacity

1009-6825(2016)29-0213-02

2016-08-03

马传宝(1980- )，男，工程师

TV743

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