水泥生产线改造及环境优化工程设计方案研究

汤瑾

摘 要：水泥生产线工程设计需要考虑的因素高于普通建筑工程设计要求，它要求高标准的建筑耐高温、总规划设计、给水排水设计、环保绿化设计等。本文以萍乡市昌盛水泥厂为例，结合水泥生产线生产工艺特点和行业发展现状，分析讨论了生产线总平面规划设计以及厂区范围内的主要生产车间及辅助生产车间的总平面布置、工艺、土建、电气、自控、给排水、环保等设计。通过工程项目改造以达到提高水泥生产效率，厂区建筑结构优化，厂区美化环保等效果。

关键词：工程设计；技术研究；环境优化

一、工程设计的原则与指导思想

项目设计研究总的指导思想为“技术先进、提高效益、建筑优化、美化环保”。具体应遵循下列原则：

（1）总图布置力求充分利用现有场地，总体布置合理，流程顺畅，分区明确。

（2）充分结合当地的自然条件，在满足工艺条件的前提下，进一步优化建筑结构条件。土建设计尽量简化方案，减少土建量，以降低土建造价。

（3）主要生产车间采用先进、可靠的自动化控制技术，以实现优化操作，并最大限度地减少操作岗位定员，提高劳动生产率，降低生产成本。

（4）注重节能降耗、资源综合利用、环境保护、生产安全、工业卫生和节约用水，以行之有效的技术措施全面执行各类有关法规。进一步完善粉尘、噪声的处理，提高水的利用率，使整个企业的环保水平得到进一步提高。

（5）美化厂内环境，利用绿化可以减少工厂的扬尘和噪音，改善工厂的环境。

二、总图规划设计

（一）建筑厂址分析

水泥生产线新建工程拟建于江西省莲花县城北7km的莲花县民营科技工业园场地内。建设场地内地势较平坦，场地地貌条件简单，基岩埋深浅，且不存在大的断层，场地稳定性较好。

（二）工程气候、抗震、供水分析

工程所在地属于中亚热带季风湿润气候，冬寒夏热，四季变化分明，年平均气温17.5°C，极端最高气温39.7°C，极端最低气温12.5°C，多年平均降雨量1572.3mm，年平均日照时数1501.9 h，年平均风速1.6m/s。建设场地内地势较平坦，中部为小山丘，高差较小。扩建的建筑物室内地坪采用统一标高+188.00m，与原民营科技工业园原建筑物基本一致。该地区属于小于6度地震区，常年主导风向为东北风。建设厂址旁为莲江，系赣江支流上游，河水常年不枯，水质类型为二类。工厂生产用水拟从莲江取水，水量和水质能满足生产要求。生活用水则考虑由县自来水公司供应。

（三）总平面布置

工厂总平面布置原则要求满足生产工艺、防火、运输、施工、环保等有关规范或规定。总图布局遵循合理紧凑的设计方案，合理运用土地面积和地形特征。工程施工运输方便。总图布置均衡、整齐、美观、环保、绿化。

1.横向布置

根据以上原则，结合工艺流程要求，本方案设计有如下特点：流程顺畅、布置紧凑、功能分区明确、生产线原材料进厂和成品出厂便利；如原料堆棚及堆场布置在厂区的西北侧，燃料和混合材堆棚布置在厂区的东南侧，水泥储存及发散则布置在靠近319国道的东侧，在厂区东侧和南侧分别设置了出入口，以方便原材料进厂和成品出厂；化验室、办公和生活福利等设施则布置于厂前区的东北面，尽量减少粉尘的影响。

2.豎向布置

根据厂方提供的建设场地图纸和本项目的生产工艺流程，工厂基本按标高+188.00m进行设计布置，该布置工程土石方工程量不大。建筑物之前高低落差小，形成统一均衡的建筑格调。

（四）场地雨水排除设计

研究项目的场地雨水排除设计需考虑暴雨所产生的排水量，采用较深的明沟排除，挡土墙外侧设置下水道，成一字形排列。明沟和下水道运用传统的砖混材料堆砌，形成直线，互为贯通。厂区雨水及生产废水排入道路两侧明沟，由明沟汇集后排出厂外。据资料统计，该地区历年无洪水浸入。

（五）道路及运输设计

项目工程道路互为贯通，形成网络，保持厂内道路通畅无阻。工厂内部分别设计单车道（4.0m）和双车道（8.0m），车间引道与各主干道融会贯通，形成回字形。道路设计为横向坡度为2.0%的混凝土路面结构。按测算，本工程道路及广场面积为23480m2。

该项目投产后，工厂全年可新增1089361 t水泥，年货物运输总量为2769599 t，其中，原材料进厂为1680238 t，成品出厂为1089361 t。厂内运输配置了3辆5吨装载机和部分小型铲车，分别为堆棚和露天堆场至生产车间运输。场外原材料运输、成品袋装水泥、散装水泥考虑联系承包商，由承包商联系他们的专业车辆按规定完成场外所有运输任务。

（六）建筑与结构设计

1.建筑设计

建筑工程设计将采用目前最新技术和材料，设计可行可靠地建筑构造。建筑设计从总体协调出发，考虑地方性因素，力求布局合理、造型美观、生产工作便利、色调统一，努力创造具有时代特征和地方特色的工业建筑群新形象。

1）屋面保温及防水处理。厂房采用坡度3%防水要求较高的钢筋混凝土圆库之屋面为PVC柔性防水加粉水泥砂浆；标准较高之建筑为PVC柔性防水，加铺30厚细石混凝土保护板，并作保温处理，采用防水珍珠岩板和彩色压型钢板。2）粉刷。外墙标准不高的刷外墙涂料，标准较高的建筑贴外墙砖。普通车间喷石灰浆两度，标准较高的建筑刷内墙涂料，顶棚喷石灰浆两度。3）楼地面。一般车间C20混凝土随捣随光；标准较高的建筑贴地砖或刷地板漆。4）门窗。标准较高之建筑为铝合金门窗或塑钢钢门窗，其它有封墙的车间采用钢门、钢窗或混凝土花格。5）梯子。主要车间楼梯为钢筋混凝土楼梯，其它为钢梯。6）地坑。采用C20混凝土，抗渗标号≥S8。

2.结构设计

1）多层厂房：如生料磨房、水泥磨房、窑头厂房、煤粉制备、提升机房、皮带机转运站等全部运用钢筋混凝土框架结构。

2）单层厂房：跨度大、直径大的采用轻钢结构。耐火材料库、电力室以及各种辅助车间、堆棚等，跨度较小的采用钢筋混凝土框架结构或砖混结构。

3）水泥库、生料均化库、原料调配库、熟料库、烟囱，采用可滑模或倒模施工的钢筋混凝土结构。

4）利用天然地基设计建（构）筑物，如详勘以后，地基承载力要求无法满足时，可采用人工复合地基或桩基。

（七）供电方案

主电源由距厂约5km的县城中心（六模）的110kV变电站引入，采用35KV单回路专用架空线引至本厂，工程采用单电源单回路供电，故采用柴油发电机组（600kW）作为保安电源，用于主电源故障时对窑辅传及中控系统的供电，保证窑系统运行的安全。所有动力电缆及控制电缆均采用铜芯电缆。

厂内设立程控电话交换机站，位置设在中央控制室，交换机容量按内线108门外线10门配置。电气自动化元器件选用近年来各专业厂家生产的优质产品，部分关键元器件采用进口设备，以提高运行的可靠性。电气自动化设计采用在生产实践中巳成功应用的新技术、新装备，在满足生产需要的前提下，尽量节约设备的投资。

三、项目生产过程自动化设计方案

（一）全厂自动化控制系统介绍

为了满足生产过程中工艺控制需要，稳定热工参数及工艺过程，保证设备正常运行，达到节能降耗、提高产量质量和经济效益，及控制系統的可靠性，本工程从原料碎石库至水泥粉磨采用PCS计算机控制系统进行控制。

本工程设立中央控制室一座，内设中央操作室。整套系统设置4个现场控制站，完成整个生产线各用电设备的逻辑控制及生产过程参数的检测及控制；主要工艺参数的检测通过变送器变送后，经现场总线通信接口直接接入现场总线。在中央控制室通过中央操作站实行对全线集中监控操作。

（二）现场总线综合计算机控制系统的网络结构

1.现场总线网络级

由现场各控制站的远程站、变送器、执行器、现场总线通讯接口等组成。完成以下任务：现场总线功能；承担各生产车间的过程远程控制。采集过程参数，对执行部件进行控制。通过通讯接口连接PC主机和现场设备，构成现场总线通信网络。采用PROFIBUS现场总线技术。

2.监视管理控制网络级

由各现场控制站、操作站、工程师站等通过以太网完成对拟建生产线监视、管理、控制。现场控制站采集数据，控制设备的起停、联锁、保护，采集设备运行状态，发出组起、组停信号。操作站按照生产管理要求，可将人机操作站划分为四大系统部分，其中生料系统配置一台操作站，煤磨系统、烧成系统配置两台操作站，水泥粉磨系统配置一台操作站，所有的操作站均可互为备用。

四、项目给水排水及环保设计

本设计范围为全厂生产线的生产用水和生活用水：内容包括取水泵房，高位水池，循环水泵房及水处理，废水处理，水泥生产线循环给水系统，循环回水系统及排水系统。厂区消防及车间生产给水系统。

（一）水源

建设厂址旁为莲江，系赣江支流上游，河水常年不枯，水质类型为二类。工厂生产用水拟从莲江取水，水量和水质能满足生产要求。生活用水则考虑由县自来水公司供应。

（二）供水方案

生产供水方案采用循环供水方案，减少废水排放量，节约用水，保护环境，厂区设取水泵房、循环水池等。生活用水接自工业园区现有供水管网。

（三） 给水系统

生产循环给水系统：由厂区取水泵房取水，经水处理后储备于高位水池，由高位水池向循环水池补充水。给水系统设循环泵房，由循环水泵直接向生产线供水，水泵采用变频控制，气压罐稳压，不设生产用水塔。

生活消防给水系统：由高位水池通过生活管网向水质不宣采用循环水的用水点（篦冷机，增湿塔等）供生产用水及车间清洁用水。

局部车间根据水泥工艺要求采用二次加压。

消防供水系统：根据工艺、土建专业提供资料，该项目生产种类为丁戊类，建筑物耐火等级为一、二级。根据建筑设计防火规范，室外消防用水标准为151/s，室内消防用水标准为251/s。厂区生活与消防管网合并。循环泵房内设消防水泵，火灾时临时升压灭火。窑头煤粉制备车间室内设消防栓。

厂区回水系统：全厂生产冷却水采用压力回水、压力回水至厂内区循环水池。

（四）主要水工构筑物：

取水泵房S=60m2；循环供水泵房S=140m2；消防水池/生活水V=400m3（高位水池）；循环冷却水池V=200m3；隔油沉淀池V=60m3；窑尾高压泵房 S=30m2。

（五）排水系统和废水处理

本研究项目雨水采用明沟排除，生产线废水主要为生产过程中设备的冷却水及化验室废液，设备冷却水不含其它有害物质，除温度略高及含有少量油液外，水质无明显变化，可经逐步隔油处理后循环使用。化验室废液可经中和稀释后排入下水道，生活污水经化粪池处理后稀释排放。

（六）噪声污染对环境的影响及治理措施

工程建成后将有一部分高噪声设备，如原料磨、水泥磨、煤磨噪声值达100～105dB（A），空压机、罗茨风机的噪声值达75～110dB（A）等。在工艺设计方面尽量选用低噪声设备，在噪声较大的设备进出风口处装消音器，还在噪音超过要求的岗位设置隔音值班室。对强噪音声源的车间，目前没有特别经济有效的解决方法，只能在设计中考虑建筑物多采用隔音材料，做成封闭式的维护结构，尽可能的多进行绿化设计，通过绿化以降低噪声的传播和干扰。一般厂界周围的噪声值不会超过国家规定的50dB（A）（夜间）标准。

（七）绿化设计

本项目绿化设计尽可能地利用厂区地形和空地进行绿化，建筑物旁边设置树木即起到减少噪音的作用，又能美化建筑物优化环境。在厂区的道路两侧种植行道树和绿篱，利用坡度地形，设计环境小品，庭坊休闲椅等，供员工休憩之用，以改善工人的劳动条件，促进职工的身心健康。项目建成后，按总平面布置方案，厂区内绿化面积可达23520m2，厂区绿化系数达到 9.8 %。

总之，通过工程设计研究满足了高标号水泥市场的需求、符合国家产业政策、符合企业自身发展的需求、符合当地经济发展的需要。研究技术可行符合水泥生产线改造工程目标。研究项目的配套设施设计充分利用原有水泥生产线设备，减少了投资成本，是科学合理的。研究方案的实施有利于当地经济发展，造福于当地居民。

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