水泥生產(chǎn)線改造及環(huán)境優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案研究

湯瑾

摘 要：水泥生產(chǎn)線工程設(shè)計(jì)需要考慮的因素高于普通建筑工程設(shè)計(jì)要求，它要求高標(biāo)準(zhǔn)的建筑耐高溫、總規(guī)劃設(shè)計(jì)、給水排水設(shè)計(jì)、環(huán)保綠化設(shè)計(jì)等。本文以萍鄉(xiāng)市昌盛水泥廠為例，結(jié)合水泥生產(chǎn)線生產(chǎn)工藝特點(diǎn)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，分析討論了生產(chǎn)線總平面規(guī)劃設(shè)計(jì)以及廠區(qū)范圍內(nèi)的主要生產(chǎn)車間及輔助生產(chǎn)車間的總平面布置、工藝、土建、電氣、自控、給排水、環(huán)保等設(shè)計(jì)。通過工程項(xiàng)目改造以達(dá)到提高水泥生產(chǎn)效率，廠區(qū)建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化，廠區(qū)美化環(huán)保等效果。

關(guān)鍵詞：工程設(shè)計(jì)；技術(shù)研究；環(huán)境優(yōu)化

一、工程設(shè)計(jì)的原則與指導(dǎo)思想

項(xiàng)目設(shè)計(jì)研究總的指導(dǎo)思想為“技術(shù)先進(jìn)、提高效益、建筑優(yōu)化、美化環(huán)?！?。具體應(yīng)遵循下列原則：

（1）總圖布置力求充分利用現(xiàn)有場(chǎng)地，總體布置合理，流程順暢，分區(qū)明確。

（2）充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件，在滿足工藝條件的前提下，進(jìn)一步優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)條件。土建設(shè)計(jì)盡量簡化方案，減少土建量，以降低土建造價(jià)。

（3）主要生產(chǎn)車間采用先進(jìn)、可靠的自動(dòng)化控制技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化操作，并最大限度地減少操作崗位定員，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。

（4）注重節(jié)能降耗、資源綜合利用、環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)安全、工業(yè)衛(wèi)生和節(jié)約用水，以行之有效的技術(shù)措施全面執(zhí)行各類有關(guān)法規(guī)。進(jìn)一步完善粉塵、噪聲的處理，提高水的利用率，使整個(gè)企業(yè)的環(huán)保水平得到進(jìn)一步提高。

（5）美化廠內(nèi)環(huán)境，利用綠化可以減少工廠的揚(yáng)塵和噪音，改善工廠的環(huán)境。

二、總圖規(guī)劃設(shè)計(jì)

（一）建筑廠址分析

水泥生產(chǎn)線新建工程擬建于江西省蓮花縣城北7km的蓮花縣民營科技工業(yè)園場(chǎng)地內(nèi)。建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)較平坦，場(chǎng)地地貌條件簡單，基巖埋深淺，且不存在大的斷層，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好。

（二）工程氣候、抗震、供水分析

工程所在地屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，冬寒夏熱，四季變化分明，年平均氣溫17.5°C，極端最高氣溫39.7°C，極端最低氣溫12.5°C，多年平均降雨量1572.3mm，年平均日照時(shí)數(shù)1501.9 h，年平均風(fēng)速1.6m/s。建設(shè)場(chǎng)地內(nèi)地勢(shì)較平坦，中部為小山丘，高差較小。擴(kuò)建的建筑物室內(nèi)地坪采用統(tǒng)一標(biāo)高+188.00m，與原民營科技工業(yè)園原建筑物基本一致。該地區(qū)屬于小于6度地震區(qū)，常年主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|北風(fēng)。建設(shè)廠址旁為蓮江，系贛江支流上游，河水常年不枯，水質(zhì)類型為二類。工廠生產(chǎn)用水?dāng)M從蓮江取水，水量和水質(zhì)能滿足生產(chǎn)要求。生活用水則考慮由縣自來水公司供應(yīng)。

（三）總平面布置

工廠總平面布置原則要求滿足生產(chǎn)工藝、防火、運(yùn)輸、施工、環(huán)保等有關(guān)規(guī)范或規(guī)定?？倛D布局遵循合理緊湊的設(shè)計(jì)方案，合理運(yùn)用土地面積和地形特征。工程施工運(yùn)輸方便?？倛D布置均衡、整齊、美觀、環(huán)保、綠化。

1.橫向布置

根據(jù)以上原則，結(jié)合工藝流程要求，本方案設(shè)計(jì)有如下特點(diǎn)：流程順暢、布置緊湊、功能分區(qū)明確、生產(chǎn)線原材料進(jìn)廠和成品出廠便利；如原料堆棚及堆場(chǎng)布置在廠區(qū)的西北側(cè)，燃料和混合材堆棚布置在廠區(qū)的東南側(cè)，水泥儲(chǔ)存及發(fā)散則布置在靠近319國道的東側(cè)，在廠區(qū)東側(cè)和南側(cè)分別設(shè)置了出入口，以方便原材料進(jìn)廠和成品出廠；化驗(yàn)室、辦公和生活福利等設(shè)施則布置于廠前區(qū)的東北面，盡量減少粉塵的影響。

2.豎向布置

根據(jù)廠方提供的建設(shè)場(chǎng)地圖紙和本項(xiàng)目的生產(chǎn)工藝流程，工廠基本按標(biāo)高+188.00m進(jìn)行設(shè)計(jì)布置，該布置工程土石方工程量不大。建筑物之前高低落差小，形成統(tǒng)一均衡的建筑格調(diào)。

（四）場(chǎng)地雨水排除設(shè)計(jì)

研究項(xiàng)目的場(chǎng)地雨水排除設(shè)計(jì)需考慮暴雨所產(chǎn)生的排水量，采用較深的明溝排除，擋土墻外側(cè)設(shè)置下水道，成一字形排列。明溝和下水道運(yùn)用傳統(tǒng)的磚混材料堆砌，形成直線，互為貫通。廠區(qū)雨水及生產(chǎn)廢水排入道路兩側(cè)明溝，由明溝匯集后排出廠外。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)歷年無洪水浸入。

（五）道路及運(yùn)輸設(shè)計(jì)

項(xiàng)目工程道路互為貫通，形成網(wǎng)絡(luò)，保持廠內(nèi)道路通暢無阻。工廠內(nèi)部分別設(shè)計(jì)單車道（4.0m）和雙車道（8.0m），車間引道與各主干道融會(huì)貫通，形成回字形。道路設(shè)計(jì)為橫向坡度為2.0%的混凝土路面結(jié)構(gòu)。按測(cè)算，本工程道路及廣場(chǎng)面積為23480m2。

該項(xiàng)目投產(chǎn)后，工廠全年可新增1089361 t水泥，年貨物運(yùn)輸總量為2769599 t，其中，原材料進(jìn)廠為1680238 t，成品出廠為1089361 t。廠內(nèi)運(yùn)輸配置了3輛5噸裝載機(jī)和部分小型鏟車，分別為堆棚和露天堆場(chǎng)至生產(chǎn)車間運(yùn)輸。場(chǎng)外原材料運(yùn)輸、成品袋裝水泥、散裝水泥考慮聯(lián)系承包商，由承包商聯(lián)系他們的專業(yè)車輛按規(guī)定完成場(chǎng)外所有運(yùn)輸任務(wù)。

（六）建筑與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.建筑設(shè)計(jì)

建筑工程設(shè)計(jì)將采用目前最新技術(shù)和材料，設(shè)計(jì)可行可靠地建筑構(gòu)造。建筑設(shè)計(jì)從總體協(xié)調(diào)出發(fā)，考慮地方性因素，力求布局合理、造型美觀、生產(chǎn)工作便利、色調(diào)統(tǒng)一，努力創(chuàng)造具有時(shí)代特征和地方特色的工業(yè)建筑群新形象。

1）屋面保溫及防水處理。廠房采用坡度3%防水要求較高的鋼筋混凝土圓庫之屋面為PVC柔性防水加粉水泥砂漿；標(biāo)準(zhǔn)較高之建筑為PVC柔性防水，加鋪30厚細(xì)石混凝土保護(hù)板，并作保溫處理，采用防水珍珠巖板和彩色壓型鋼板。2）粉刷。外墻標(biāo)準(zhǔn)不高的刷外墻涂料，標(biāo)準(zhǔn)較高的建筑貼外墻磚。普通車間噴石灰漿兩度，標(biāo)準(zhǔn)較高的建筑刷內(nèi)墻涂料，頂棚噴石灰漿兩度。3）樓地面。一般車間C20混凝土隨搗隨光；標(biāo)準(zhǔn)較高的建筑貼地磚或刷地板漆。4）門窗。標(biāo)準(zhǔn)較高之建筑為鋁合金門窗或塑鋼鋼門窗，其它有封墻的車間采用鋼門、鋼窗或混凝土花格。5）梯子。主要車間樓梯為鋼筋混凝土樓梯，其它為鋼梯。6）地坑。采用C20混凝土，抗?jié)B標(biāo)號(hào)≥S8。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1）多層廠房：如生料磨房、水泥磨房、窯頭廠房、煤粉制備、提升機(jī)房、皮帶機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)站等全部運(yùn)用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。

2）單層廠房：跨度大、直徑大的采用輕鋼結(jié)構(gòu)。耐火材料庫、電力室以及各種輔助車間、堆棚等，跨度較小的采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)或磚混結(jié)構(gòu)。

3）水泥庫、生料均化庫、原料調(diào)配庫、熟料庫、煙囪，采用可滑模或倒模施工的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

4）利用天然地基設(shè)計(jì)建（構(gòu)）筑物，如詳勘以后，地基承載力要求無法滿足時(shí)，可采用人工復(fù)合地基或樁基。

（七）供電方案

主電源由距廠約5km的縣城中心（六模）的110kV變電站引入，采用35KV單回路專用架空線引至本廠，工程采用單電源單回路供電，故采用柴油發(fā)電機(jī)組（600kW）作為保安電源，用于主電源故障時(shí)對(duì)窯輔傳及中控系統(tǒng)的供電，保證窯系統(tǒng)運(yùn)行的安全。所有動(dòng)力電纜及控制電纜均采用銅芯電纜。

廠內(nèi)設(shè)立程控電話交換機(jī)站，位置設(shè)在中央控制室，交換機(jī)容量按內(nèi)線108門外線10門配置。電氣自動(dòng)化元器件選用近年來各專業(yè)廠家生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，部分關(guān)鍵元器件采用進(jìn)口設(shè)備，以提高運(yùn)行的可靠性。電氣自動(dòng)化設(shè)計(jì)采用在生產(chǎn)實(shí)踐中巳成功應(yīng)用的新技術(shù)、新裝備，在滿足生產(chǎn)需要的前提下，盡量節(jié)約設(shè)備的投資。

三、項(xiàng)目生產(chǎn)過程自動(dòng)化設(shè)計(jì)方案

（一）全廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)介紹

為了滿足生產(chǎn)過程中工藝控制需要，穩(wěn)定熱工參數(shù)及工藝過程，保證設(shè)備正常運(yùn)行，達(dá)到節(jié)能降耗、提高產(chǎn)量質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益，及控制系統(tǒng)的可靠性，本工程從原料碎石庫至水泥粉磨采用PCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。

本工程設(shè)立中央控制室一座，內(nèi)設(shè)中央操作室。整套系統(tǒng)設(shè)置4個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，完成整個(gè)生產(chǎn)線各用電設(shè)備的邏輯控制及生產(chǎn)過程參數(shù)的檢測(cè)及控制；主要工藝參數(shù)的檢測(cè)通過變送器變送后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)總線通信接口直接接入現(xiàn)場(chǎng)總線。在中央控制室通過中央操作站實(shí)行對(duì)全線集中監(jiān)控操作。

（二）現(xiàn)場(chǎng)總線綜合計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)級(jí)

由現(xiàn)場(chǎng)各控制站的遠(yuǎn)程站、變送器、執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線通訊接口等組成。完成以下任務(wù)：現(xiàn)場(chǎng)總線功能；承擔(dān)各生產(chǎn)車間的過程遠(yuǎn)程控制。采集過程參數(shù)，對(duì)執(zhí)行部件進(jìn)行控制。通過通訊接口連接PC主機(jī)和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)。采用PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)。

2.監(jiān)視管理控制網(wǎng)絡(luò)級(jí)

由各現(xiàn)場(chǎng)控制站、操作站、工程師站等通過以太網(wǎng)完成對(duì)擬建生產(chǎn)線監(jiān)視、管理、控制?，F(xiàn)場(chǎng)控制站采集數(shù)據(jù)，控制設(shè)備的起停、聯(lián)鎖、保護(hù)，采集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，發(fā)出組起、組停信號(hào)。操作站按照生產(chǎn)管理要求，可將人機(jī)操作站劃分為四大系統(tǒng)部分，其中生料系統(tǒng)配置一臺(tái)操作站，煤磨系統(tǒng)、燒成系統(tǒng)配置兩臺(tái)操作站，水泥粉磨系統(tǒng)配置一臺(tái)操作站，所有的操作站均可互為備用。

四、項(xiàng)目給水排水及環(huán)保設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)范圍為全廠生產(chǎn)線的生產(chǎn)用水和生活用水：內(nèi)容包括取水泵房，高位水池，循環(huán)水泵房及水處理，廢水處理，水泥生產(chǎn)線循環(huán)給水系統(tǒng)，循環(huán)回水系統(tǒng)及排水系統(tǒng)。廠區(qū)消防及車間生產(chǎn)給水系統(tǒng)。

（一）水源

建設(shè)廠址旁為蓮江，系贛江支流上游，河水常年不枯，水質(zhì)類型為二類。工廠生產(chǎn)用水?dāng)M從蓮江取水，水量和水質(zhì)能滿足生產(chǎn)要求。生活用水則考慮由縣自來水公司供應(yīng)。

（二）供水方案

生產(chǎn)供水方案采用循環(huán)供水方案，減少廢水排放量，節(jié)約用水，保護(hù)環(huán)境，廠區(qū)設(shè)取水泵房、循環(huán)水池等。生活用水接自工業(yè)園區(qū)現(xiàn)有供水管網(wǎng)。

（三） 給水系統(tǒng)

生產(chǎn)循環(huán)給水系統(tǒng)：由廠區(qū)取水泵房取水，經(jīng)水處理后儲(chǔ)備于高位水池，由高位水池向循環(huán)水池補(bǔ)充水。給水系統(tǒng)設(shè)循環(huán)泵房，由循環(huán)水泵直接向生產(chǎn)線供水，水泵采用變頻控制，氣壓罐穩(wěn)壓，不設(shè)生產(chǎn)用水塔。

生活消防給水系統(tǒng)：由高位水池通過生活管網(wǎng)向水質(zhì)不宣采用循環(huán)水的用水點(diǎn)（篦冷機(jī)，增濕塔等）供生產(chǎn)用水及車間清潔用水。

局部車間根據(jù)水泥工藝要求采用二次加壓。

消防供水系統(tǒng)：根據(jù)工藝、土建專業(yè)提供資料，該項(xiàng)目生產(chǎn)種類為丁戊類，建筑物耐火等級(jí)為一、二級(jí)。根據(jù)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范，室外消防用水標(biāo)準(zhǔn)為151/s，室內(nèi)消防用水標(biāo)準(zhǔn)為251/s。廠區(qū)生活與消防管網(wǎng)合并。循環(huán)泵房內(nèi)設(shè)消防水泵，火災(zāi)時(shí)臨時(shí)升壓滅火。窯頭煤粉制備車間室內(nèi)設(shè)消防栓。

廠區(qū)回水系統(tǒng)：全廠生產(chǎn)冷卻水采用壓力回水、壓力回水至廠內(nèi)區(qū)循環(huán)水池。

（四）主要水工構(gòu)筑物：

取水泵房S=60m2；循環(huán)供水泵房S=140m2；消防水池/生活水V=400m3（高位水池）；循環(huán)冷卻水池V=200m3；隔油沉淀池V=60m3；窯尾高壓泵房 S=30m2。

（五）排水系統(tǒng)和廢水處理

本研究項(xiàng)目雨水采用明溝排除，生產(chǎn)線廢水主要為生產(chǎn)過程中設(shè)備的冷卻水及化驗(yàn)室廢液，設(shè)備冷卻水不含其它有害物質(zhì)，除溫度略高及含有少量油液外，水質(zhì)無明顯變化，可經(jīng)逐步隔油處理后循環(huán)使用?；?yàn)室廢液可經(jīng)中和稀釋后排入下水道，生活污水經(jīng)化糞池處理后稀釋排放。

（六）噪聲污染對(duì)環(huán)境的影響及治理措施

工程建成后將有一部分高噪聲設(shè)備，如原料磨、水泥磨、煤磨噪聲值達(dá)100～105dB（A），空壓機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)的噪聲值達(dá)75～110dB（A）等。在工藝設(shè)計(jì)方面盡量選用低噪聲設(shè)備，在噪聲較大的設(shè)備進(jìn)出風(fēng)口處裝消音器，還在噪音超過要求的崗位設(shè)置隔音值班室。對(duì)強(qiáng)噪音聲源的車間，目前沒有特別經(jīng)濟(jì)有效的解決方法，只能在設(shè)計(jì)中考慮建筑物多采用隔音材料，做成封閉式的維護(hù)結(jié)構(gòu)，盡可能的多進(jìn)行綠化設(shè)計(jì)，通過綠化以降低噪聲的傳播和干擾。一般廠界周圍的噪聲值不會(huì)超過國家規(guī)定的50dB（A）（夜間）標(biāo)準(zhǔn)。

（七）綠化設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目綠化設(shè)計(jì)盡可能地利用廠區(qū)地形和空地進(jìn)行綠化，建筑物旁邊設(shè)置樹木即起到減少噪音的作用，又能美化建筑物優(yōu)化環(huán)境。在廠區(qū)的道路兩側(cè)種植行道樹和綠籬，利用坡度地形，設(shè)計(jì)環(huán)境小品，庭坊休閑椅等，供員工休憩之用，以改善工人的勞動(dòng)條件，促進(jìn)職工的身心健康。項(xiàng)目建成后，按總平面布置方案，廠區(qū)內(nèi)綠化面積可達(dá)23520m2，廠區(qū)綠化系數(shù)達(dá)到 9.8 %。

總之，通過工程設(shè)計(jì)研究滿足了高標(biāo)號(hào)水泥市場(chǎng)的需求、符合國家產(chǎn)業(yè)政策、符合企業(yè)自身發(fā)展的需求、符合當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。研究技術(shù)可行符合水泥生產(chǎn)線改造工程目標(biāo)。研究項(xiàng)目的配套設(shè)施設(shè)計(jì)充分利用原有水泥生產(chǎn)線設(shè)備，減少了投資成本，是科學(xué)合理的。研究方案的實(shí)施有利于當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，造福于當(dāng)?shù)鼐用瘛?/p>

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