嚴(yán)寒地區(qū)有色冶煉企業(yè)總圖設(shè)計(jì)探討

楊學(xué)飛

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 引言

我國(guó)有色金屬資源(如銅、鉛、鋅)多分布在內(nèi)蒙古、東三省、青海、甘肅、西藏、新疆和云南等地，其中很大一部分資源又分布在上述省份的嚴(yán)寒地區(qū)。

嚴(yán)寒地區(qū)是指我國(guó)最冷月平均溫度≤-10 ℃或日平均溫度≤5 ℃的天數(shù)≥145天的地區(qū)。嚴(yán)寒地區(qū)主要分布在我國(guó)的東北、內(nèi)蒙古、新疆北部、西藏北部、青海等地，代表性城市有長(zhǎng)春、伊春、海拉爾、滿洲里、齊齊哈爾、哈爾濱、吐魯番、呼和浩特、西寧、銀川、延吉、沈陽(yáng)等。

1 廠址選擇

在嚴(yán)寒地區(qū)的有色冶煉企業(yè)，通常靠近原料生產(chǎn)區(qū)或采礦區(qū)，其自然條件與生態(tài)環(huán)境較為特殊(如新疆火燒云鉛鋅冶煉項(xiàng)目選址位于戈壁灘，周圍幾公里無(wú)人煙；呼倫貝爾某鉛鋅冶煉項(xiàng)目選址位于海拉爾腹部草原地區(qū))：冬季寒冷、晝夜溫差大、生態(tài)環(huán)境較為脆弱、生態(tài)破壞后不易恢復(fù)、周邊工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)薄弱。廠址選擇是一個(gè)綜合性較強(qiáng)的工作內(nèi)容，需要考慮的因素較多。有色冶煉企業(yè)的廠址選擇時(shí)應(yīng)充分依據(jù)當(dāng)?shù)氐目傮w規(guī)劃或工業(yè)園區(qū)規(guī)劃，避免占用林地、草地及農(nóng)田等，避免大填大挖導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境破壞和惡化，在滿足企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模、外部安全距離、環(huán)境保護(hù)的前提下，盡可能選擇外部條件(如：水、電、氣、汽和路)和配套設(shè)施較好的區(qū)域，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

另外，員工身心健康、工作效益均與日照有著密切和直接的關(guān)系，在嚴(yán)寒地區(qū)的冬季里，人們更是需要獲得更多的日照。在同一個(gè)地區(qū)，有朝南和朝東等多個(gè)廠址進(jìn)行比選時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選擇朝南廠址，為爭(zhēng)取日照和利用太陽(yáng)能提供條件。生產(chǎn)車間的布置也盡可能的選擇南北向。在伊春一個(gè)鉛冶煉的廠址選擇時(shí)，有兩個(gè)廠址方案，其中廠址方案一的物料運(yùn)輸線路較短，地形相對(duì)平緩，但是其廠址朝北(處于一座小山北面)，四月底去現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)，廠址方案一緊鄰的河流仍有厚厚的冰層，早晚體感溫度依舊較冷，而廠址方案二已經(jīng)具備施工條件，但原料運(yùn)輸距離長(zhǎng)了60 km，從施工建設(shè)進(jìn)度、生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和人員生產(chǎn)勞動(dòng)環(huán)境等因素出發(fā)，推薦了廠址方案二。

2 總平面布置

廠區(qū)的總平面布置設(shè)計(jì)時(shí)需要根據(jù)廠址地形、主導(dǎo)風(fēng)向、外部運(yùn)輸線路、外部供水供電等因素，以工藝流程順暢、布置緊湊合理、廠區(qū)內(nèi)物料走向順暢、場(chǎng)地豎向合理、創(chuàng)造良好的工作環(huán)境等為原則進(jìn)行總平面布置。在嚴(yán)寒地區(qū)，總圖設(shè)計(jì)時(shí)更要重點(diǎn)關(guān)注以下幾個(gè)方面。

2.1 主要生產(chǎn)區(qū)

有色冶煉場(chǎng)地的集中布置能充分發(fā)揮機(jī)械化施工的能力，減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度。生產(chǎn)工藝順暢緊密、布置緊湊合理、運(yùn)輸線路短捷，尤其適合嚴(yán)寒地區(qū)建設(shè)的要求，寬而散的總圖布置應(yīng)盡量避免在嚴(yán)寒地區(qū)出現(xiàn)。

圖1 某鉛鋅冶煉廠幾個(gè)核心濕法生產(chǎn)車間圍成圍合空間

有色冶煉項(xiàng)目的總圖設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工藝流程、企業(yè)管理和生產(chǎn)組織，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境，將廠區(qū)內(nèi)各建筑物劃分成相對(duì)獨(dú)立的多個(gè)功能分區(qū)，通常分為原料區(qū)、火法(熔煉)區(qū)、濕法(精煉)區(qū)、輔助設(shè)施區(qū)、動(dòng)力區(qū)、水處理區(qū)、廠前區(qū)。

我國(guó)許多嚴(yán)寒地區(qū)到了冬季，有一部分有色礦山的選廠基本處于減產(chǎn)和停產(chǎn)狀態(tài)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足冶煉企業(yè)所需的精礦需求，因此在有色冶煉企業(yè)進(jìn)行總圖布置時(shí)，應(yīng)與冶煉工藝專業(yè)進(jìn)行密切配合，按照3～6個(gè)月的儲(chǔ)存周期設(shè)計(jì)精礦倉(cāng)的大小，以保證有色冶煉的持續(xù)性和穩(wěn)定性，精礦倉(cāng)周邊盡可能留有堆存場(chǎng)地。同時(shí)在必要時(shí)設(shè)置解凍庫(kù)，對(duì)冬季運(yùn)來(lái)的原料進(jìn)行解凍，滿足企業(yè)生產(chǎn)需要。

有色冶煉項(xiàng)目生產(chǎn)工藝往往部分或全部采用濕法冶煉工藝流程，主要生產(chǎn)區(qū)的工藝車間和工藝設(shè)施之間多采用管道和溜槽連接，如新液從凈液車間到電解車間之間采用坡度0.5%的溜槽，而在嚴(yán)寒地區(qū)，低溫是管道和溜槽傳遞介質(zhì)的主要制約因素。在呼倫貝爾某鉛鋅冶煉廠，考慮到當(dāng)?shù)刈畹蜆O端溫度可達(dá)到-45 ℃，在總圖布局時(shí)將浸出車間、凈液車間、鎘工段、電解車間幾個(gè)核心的濕法生產(chǎn)車間盡量靠近布置，且形成圍合空間(圖1)，占地面積約61 200 m2，比其他地區(qū)的平面占地少了約5 500 m2，大大縮短車間之間管道和溜槽的長(zhǎng)度，管線長(zhǎng)度縮短了約20%，同時(shí)圍合空間又減少了主導(dǎo)風(fēng)(西北風(fēng))對(duì)車間的影響，降低嚴(yán)寒對(duì)管道和溜槽介質(zhì)的影響。

在嚴(yán)寒地區(qū)，幾個(gè)生產(chǎn)聯(lián)系緊密的車間建議做成大型聯(lián)合廠房，管理集中、內(nèi)部功能相對(duì)獨(dú)立，這樣原先屬于車間之間的外部管道就變成車間內(nèi)部管道，大大降低管道保溫的工程投資，提高企業(yè)的運(yùn)營(yíng)效益。

2.2 廠區(qū)綜合管橋

有色冶煉廠內(nèi)管線種類繁多，達(dá)30～40種，介質(zhì)多樣、壓力等級(jí)多樣，為方便施工、運(yùn)營(yíng)和檢修，將大部分管線采用架空布置，在車間之間形成綜合管橋架。正常情況下綜合管橋架是露天布置，而在極度嚴(yán)寒地區(qū)，要對(duì)橋架上的管線一一進(jìn)行保溫，工程量巨大，施工周期長(zhǎng)，而投資也較高。如果在綜合管橋的外側(cè)設(shè)置保溫彩鋼板，內(nèi)部供暖保溫，形成空中走廊，這樣橋架內(nèi)部的管線就不用再單獨(dú)設(shè)置保溫層，可大大加快施工速度，同時(shí)在空中走廊內(nèi)部留有檢修通道，滿足檢修和巡檢需要。更重要的是，工作人員在冬季巡檢管線和溜槽時(shí)，不再受冷空氣的影響，可以提高工作效率。需要指出的是，在嚴(yán)寒地區(qū)，管道在橋架上敷設(shè)時(shí)，應(yīng)按照最小安全間距設(shè)置，確保橋架尺寸相對(duì)較小，方便設(shè)置外保溫。

2.3 公輔設(shè)施

嚴(yán)寒地區(qū)的公輔設(shè)施盡可能的靠近主要服務(wù)車間，以縮短管線長(zhǎng)度、方便人員統(tǒng)一管理。比如對(duì)各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的循環(huán)水來(lái)說(shuō)，若幾個(gè)生產(chǎn)車間距離遠(yuǎn)，則建議分開設(shè)置相對(duì)獨(dú)立的循環(huán)水系統(tǒng)。

嚴(yán)寒地區(qū)的汽車庫(kù)應(yīng)單獨(dú)設(shè)置，車位較少的貨運(yùn)汽車庫(kù)可與行政汽車庫(kù)合并建筑。

在赤峰的一些銅冶煉廠內(nèi)，由于當(dāng)?shù)囟緯r(shí)間長(zhǎng)，溫度低，渣選廠內(nèi)的精礦濃密機(jī)和磨浮車間之間的精礦管線極易凍結(jié)，設(shè)計(jì)時(shí)給濃密機(jī)設(shè)置了一個(gè)“蒙古包”罩了起來(lái)，使?jié)饷軝C(jī)變成室內(nèi)設(shè)施，減少低溫對(duì)精礦濃密、精礦管線的影響。

廠前區(qū)一般包括辦公樓、食堂和浴室，三者之間人員流動(dòng)頻繁，設(shè)計(jì)時(shí)可以考慮設(shè)置連接外部走廊，以減少人員外出。如在呼倫貝爾的一個(gè)鉛鋅冶煉廠，在廠辦公樓和職工食堂的二樓設(shè)置了廊道，人員可以不出樓就能就餐(圖2)。

圖2 呼倫貝爾某鉛鋅冶煉廠辦公樓與食堂之間的連接走廊

3 廠區(qū)道路

道路是工廠的運(yùn)輸通道，也是各個(gè)車間的聯(lián)絡(luò)通道，是工廠的“血管”和“骨骼”，各種建構(gòu)筑物都沿著道路進(jìn)行布置。

在寒冷地區(qū)，部分土壤屬于季節(jié)性凍土，有凍脹可能的中濕、潮濕路段，廠區(qū)道路的路面結(jié)構(gòu)厚度不應(yīng)小于表1的規(guī)定。

由于嚴(yán)寒地區(qū)溫度變化大，最低溫度低，應(yīng)防止路基不均勻凍脹引發(fā)翻漿、不均勻沉降、凍脹等問(wèn)題，需要在路面基層下設(shè)置防凍穩(wěn)定層或用不易凍脹土置換冰凍線深度范圍內(nèi)的易凍脹土，路面總厚度應(yīng)滿足上表中的防凍層要求，如包括墊層在內(nèi)的路面總厚度小于防凍層時(shí)，須將墊層加厚至防凍層所需厚度。

表1 水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)層最小防凍厚度 m

注：①凍深小或填方路段，或基、墊層采用隔溫性能良好的材料，可采用低值；凍深大或挖方及地下水位高的路段，或基、墊層采用隔溫性能稍差的材料，可采用高值；②凍深小于0.5 m的地區(qū)，可不考慮結(jié)構(gòu)層防凍厚度。

4 結(jié)語(yǔ)

總圖設(shè)計(jì)是一個(gè)綜合性極強(qiáng)的系統(tǒng)工程，需要多個(gè)專業(yè)大力配合、因地制宜地對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行合理布置。針對(duì)不同的地形、氣候、人文環(huán)境等，重點(diǎn)關(guān)注對(duì)總圖設(shè)計(jì)造成影響的因素，如嚴(yán)寒、低溫，要從項(xiàng)目初始階段就將相關(guān)因素融入到總圖設(shè)計(jì)中，以保證工程的總圖布置更加合理。