淺析水泥廠總平面創(chuàng)新設計

　　前言
　　工廠總平面布置是水泥廠設計中的一項重要內容，處于水泥廠設計中總攬全局的地位，它涉及到城市規(guī)劃、水泥工藝、交通運輸、建筑美學、工程地質、氣象環(huán)保等專業(yè)學科，目的是將水泥廠各系統(tǒng)組成科學合理的有機整體，形成生產流程簡捷、物料運輸順暢、平面布局緊湊、空間利用有效、環(huán)境綠化優(yōu)美的現(xiàn)代化工廠。

      水泥廠總平面創(chuàng)新設計的原則。1）節(jié)約集約用地，促進社會和諧發(fā)展；2）統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，遠近兼顧，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展空間；3）平面布局緊湊、功能分區(qū)科學合理，工藝流程順捷；4）因地制宜，充分利用場地條件，以節(jié)省投資；5）優(yōu)化工廠運輸系統(tǒng)，降低工廠運營費用，減少能源消耗；6）綠化廠區(qū)，保護生態(tài)環(huán)境，做到人與自然和諧發(fā)展。

　　以下結合近幾年設計的水泥廠總平面布置，介紹總平面創(chuàng)新設計在工程中的應用。
　　1 節(jié)約集約用地，促進社會和諧發(fā)展
      近20年來，水泥建設項目在節(jié)約用地方面已經取得長足的進步?！端喙S設計規(guī)范》（GB50295-1999）規(guī)定4000噸級水泥廠占地面積小于32萬m²，目前新建兩條5000t/d水泥熟料生產線占地面積基本控制在35萬m²。以下是節(jié)約用地的幾點措施和看法。

　　1）水泥廠規(guī)模大型化。建一個大型水泥廠比建小型水泥廠單位占地面積要小得多，規(guī)模大型化是在保證產能前提下有效降低水泥廠單位占地面積和總占地面積的主要途徑。

　　2）裝備大型化、工藝流程先進化。這是水泥廠規(guī)模大型化的關鍵。天津水泥工業(yè)設計研究院多年以來一直致力于新型干法水泥生產技術的發(fā)展，開發(fā)了一大批適合中國國情、具有高可靠性的國際水平的新技術、新裝備，如兩檔支撐回轉窯、第四代冷卻機、大型單段錘式破碎機、5000噸級原料輥式磨、大型輥壓機等，很大程度上壓縮了工藝單元的空間，使主廠房有條件實現(xiàn)聯(lián)合布置，從根本上節(jié)約用地。

　　3）運輸方式的變化。以前我國水泥廠的運輸多以鐵路方式為主，廠內鐵路的布置不可避免地在總圖上產生三角形的空隙地帶，用地面積較大。近年來，隨著水泥廠分布密度的改變及公路運輸業(yè)的發(fā)展，物料運輸主要采用膠帶機、道路和管道等方式，各主要車間可以按工藝流程布置，使廠區(qū)更加緊湊，從而減少了占地面積。

　　4）聯(lián)合、集中布置工藝車間，提高一體化程度。聯(lián)合布置是指不同主要生產工藝車間聯(lián)合布置在一起，既縮短運輸距離，節(jié)省能源，又節(jié)約用地；集中布置是指將工廠中分立的建構筑物盡可能地集中，以減少占地。如在滿足消防、檢修的前提下，將生料磨及廢氣處理、窯尾、窯中、窯頭、熟料庫及煤磨緊密地聯(lián)系在一起，形成連續(xù)的生產流程；輔助原料、煤均化設施及儲存堆棚予以聯(lián)合，其中物料堆棚采用高站臺低貨位方式，可在保證儲量的同時減少占地面積；耐火材料庫與綜合材料庫、循環(huán)水泵房等集中，以節(jié)省消防空地。在海螺荻港2×2500t/d生產線的設計中將兩套燒成系統(tǒng)合并，煤粉制備系統(tǒng)集中布置，回轉窯共用一套支架，原料調配、生料庫、熟料庫共用，有效地減少占地面積。

　　5）露天化布置。在滿足生產可靠的前提下，煤磨、生料立磨、水泥立磨、收塵器、庫頂、輸送廊道等盡量采用露天化布置，既可減少車間的占地面積，又大幅度降低土建投資。

　　6）立體化布置，將水泥廠中的設施通過豎向發(fā)展減少平面占地。如窯尾電力室置于窯尾塔架底部，窯頭、生料磨電力室置于收塵器下部，一些空壓機及水道設施設于主廠房內部，將相當一部分輔助設施“住進高樓”，從而大大節(jié)省用地。

　　7）在廠址選擇階段應嚴格遵守《中華人民共和國土地管理法》的有關規(guī)定，盡量不占或少占耕地，充分利用山坡地、劣地、荒地建廠。

　　8）合理確定通道寬度。水泥廠的通道寬度主要考慮道路、管線、排水溝、發(fā)展預留等因素，在設計中應予以統(tǒng)一規(guī)劃。避免管線曲折迂回，必要時給水管線可敷設于人行道下，雨水排水管溝設在道路下，壓縮空氣管道利用輸送廊道，動力設施靠近負荷中心，架空管線集中共架布置、地下管線采用綜合管溝，以最小的通道寬度滿足生產需要。

　　9）輔助生產設施社會化。隨著社會的發(fā)展，水泥廠的輔助生產設施、公用工程設施、生活福利設施都可充分利用社會資源。

　　10）淡化廠前區(qū)。2008年，國家發(fā)布實施了《工業(yè)項目建設用地控制指標》，規(guī)定工業(yè)企業(yè)所需行政辦公及生活服務設施用地面積不得超過工業(yè)項目總用地面積的7％。水泥廠廠前區(qū)可僅布置辦公樓、食堂、倒班宿舍等設施，必要時中控室與辦公樓合并。

　　11）施工場地統(tǒng)一規(guī)劃?？傮w布署中應在建設用地范圍內統(tǒng)一規(guī)劃施工場地，嚴格控制修建臨時設施，合理利用下期工程和物料儲存場作為臨時施工場地，避免施工場地的位置影響主車間的建設，拆了又建；離主車間距離較遠，增加了施工成本；超出了征地范圍，占用了耕地。

      通過以上措施，我院2002年設計的荻港海螺水泥廠（兩條2500t/d及一條5000t/d水泥熟料生產線，無水泥粉磨系統(tǒng)）占地面積僅188142m²，是當年同類工程占地最少的。工程實踐表明，只要在總平面設計中做到與時俱進、積極創(chuàng)新，就可達到節(jié)約土地的目的。

　　2 統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施，遠近兼顧，創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展空間
      設計實踐表明，絕大部分水泥廠的擴建規(guī)模超越了最初的規(guī)劃，有的老水泥廠由于預留發(fā)展空間不足，多次擴建，拆小建大，擴大幾倍，造成總體布置不合理，功能分區(qū)混亂，增加了設計和施工難度。針對這些實際情況，總圖設計宜采用“統(tǒng)一規(guī)劃、分步實施、近期為主、遠近兼顧”的建設模式。2008年設計的遼寧昌慶水泥廠（2x5000t/d）建設場地屬于低山丘陵區(qū)，東北接石灰石礦山，南鄰公路，地形東高西低，總平面設計中將一期兩條生產線分四個功能區(qū)，各區(qū)自成系統(tǒng)并相對獨立；北側及東側為原料儲存預留廣闊的發(fā)展場地，西側預留燒成系統(tǒng)。這樣保證了近期生產線的合理性，降低了設計、施工的難度，節(jié)省了近期投資，又給遠期的發(fā)展預留更靈活充分的可持續(xù)發(fā)展空間。

　　3 平面布局緊湊、功能分區(qū)科學合理，工藝流程順捷
      廠區(qū)總平面布置是水泥廠總體規(guī)劃的核心，目的是將水泥廠各系統(tǒng)組成科學合理的有機整體，形成生產流程簡捷、物料運輸順暢、平面布局緊湊、空間利用有效的現(xiàn)代化工廠。因此需根據廠址的地形、地質、氣象、運輸、周邊環(huán)境等條件，結合工藝流程要求，揚長避短，優(yōu)化設計，力求廠區(qū)工程量最小化和綜合效益最大化。水泥廠總平面布置一般采用四個功能分區(qū)布置，即原料區(qū)、熟料生產區(qū)、成品發(fā)運區(qū)、廠前區(qū)。仍以遼寧昌慶水泥廠為例，熟料主生產區(qū)從原料調配、生料磨、燒成系統(tǒng)至熟料庫，垂直公路布置在廠區(qū)中部，處于廠區(qū)工程地質條件最好的區(qū)域；原料區(qū)包括石灰石、輔助原料、煤的堆存及均化場地，根據氣象條件布置于廠區(qū)東側，可有效減少對廠區(qū)的污染；成品發(fā)運區(qū)設于廠區(qū)東南側，靠近廠外公路，方便物料運輸；廠前區(qū)包括辦公樓、食堂及大部分輔助生產設施，布置在場地西南側，交通便捷，也相對獨立。

　　4 因地制宜，充分利用場地條件，以節(jié)省投資
　　統(tǒng)計2000年以后新建水泥廠建設場地85％以上為山坡地，特別是在耕地相對較少的福建、浙江、四川、重慶等地更是如此。山坡、荒地建廠雖可節(jié)約耕地，但由于其坡度陡、高差大、寬度受局限，設計中應充分利用場地地形條件，采用高臺段階梯式布置，合理確定豎向標高，以降低施工成本，縮短物料運輸距離。

　　荻港海螺水泥廠廠址位于山坡之上，場地高差約100m，自然坡度15～45°。通過大量細致的工作和多方案比較，將廠區(qū)合理規(guī)劃為7個臺段，臺段高差80m，其土石方量中填方38.2萬m³，挖方31.6萬m³。經測算，節(jié)約投資在一千萬以上，節(jié)省電耗約2kw/t-cl。工廠投產以后，運行良好，對以后的同類設計具有一定的借鑒意義。

　　5 優(yōu)化工廠運輸系統(tǒng)，降低工廠運營費用，減少能源消耗
　　運輸系統(tǒng)在工廠總平面布置中具有舉足輕重的作用，它與工藝流程中的原燃料均化及堆存、生料制備、成品儲存及發(fā)運等系統(tǒng)有密切的關系。美國規(guī)劃專家J.A.Tompkins和J.A.White也指出：“據估計，在制造業(yè)中，總經營費用的20%～50%是物料搬運費用。大家公認，優(yōu)良的平面布置可使這一費用至少減少10%～30%。工廠總平面是將來最重要的領域之一和加速生產率提高的決定性因素。”水泥廠運輸系統(tǒng)的占地一般約占全廠總面積的1/4～1/3，包括鐵路運輸、汽車運輸及膠帶運輸。

      鐵路運輸作為一種長距離運輸方式，上世紀80年代中期以前是水泥廠的主要運輸方式。隨著交通運輸業(yè)的蓬勃發(fā)展和水泥廠分布密度的改變，汽車運輸及膠帶運輸逐步成為主要的運輸方式。據統(tǒng)計，天津院2000年以后設計的水泥廠中90％以上沒有采用鐵路運輸，因此下面僅對汽車運輸和膠帶運輸進行論述。

　　5.1 汽車運輸
      汽車運輸具有初期投資少、布置靈活、管理方便等優(yōu)越性，但其活動頻率高、運營費用大，易對環(huán)境產生廢氣、噪音、粉塵污染，因此在總平面設計中做好汽車車流規(guī)劃至關重要。如2×5000t/d水泥熟料生產線，其進出廠物料總量約30000t/d，如全部采用汽車運輸，按每輛車30噸計算，日單向汽車量1000次，流量是很大的，并對廠外公路產生很大的交通壓力。因此，在總平面設計中應按如下原則進行汽車車流規(guī)劃。

　　1）運輸車流盡量集中布置在廠外公路一側，以減少對工廠環(huán)境的干擾。
　　2）進出車流應最大限度地靠近裝車點、卸車點，縮短在工廠內的停留時間。
　　3）保證進出廠的主要重車車流在道路右側順向行駛，減少交織點，避免交叉。
　　4）對于流量或運量較大的熟料、水泥等成品車流，應規(guī)劃好裝卸作業(yè)場地和線路，盡量不倒車，以加快通行速度。

　　5.2 膠帶運輸
      膠帶運輸具有運營費用低、安全、可靠、環(huán)保等特點，是水泥廠廠內物料運輸的主要輸送方式。近幾年，由石灰石礦山至廠區(qū)輸送也越來越多的采用膠帶運輸。

　　1）廠內膠帶輸送，因其低運營成本成為水泥廠廠內的物料運輸的主要輸送方式，但受到爬坡能力的限制，其長度往往影響總平面布置的緊湊。因此在設計中應利用臺段壓縮輸送長度，減少轉運點，以降低投資、節(jié)省電耗；盡量將膠帶傍依建構筑物集中布置，以減少有效占地面積。

　　2）長膠帶輸送。石灰石是水泥廠用量最大的物料，其主要運輸方式以前為公路運輸，但隨著國家環(huán)保力度的加強及公眾環(huán)保意識的提高，公路運輸越來越受到限制，而作為運營費用低、安全、可靠、環(huán)保的膠帶輸送方式越來越受到青睞。但當石灰石礦山至熟料廠區(qū)距離較長時（20km左右），由于長膠帶輸送初期投資大，技術要求高，投資方又很難選擇。近幾年來，天津水泥工業(yè)設計研究院在長膠帶的設計上進行了不懈的努力，取得了一定的成績。

　　2006年初設計的冀東海德堡（涇陽）水泥有限公司，其石灰石輸送膠帶長約9.3km，為國內水泥廠中單條最長的下行膠帶（高差約350m），投產后運行良好。2007年設計的海南華盛水泥廠，石灰石長膠帶長約17.1km，設四條膠帶，為國內水泥廠中最長的膠帶輸送機，雖然其初期投資較大，但生產運營費用低，約2.3年即可收回成本。實踐證明，長膠帶輸送技術上是可行的，具有良好的經濟效益和社會效益。

　　6 綠化廠區(qū)，保護生態(tài)環(huán)境，做到人與自然和諧發(fā)展
      為減少廠區(qū)的粉塵和噪音對周圍環(huán)境的影響，應對廠區(qū)進行適當的綠化、美化。重點是廠前區(qū)和道路兩側，不同的綠化主體采用不同的綠化方式，以達到阻塵、抗煙、降噪的效果。功能分區(qū)之間特別是原料區(qū)、廠前區(qū)、主生產區(qū)之間應種植綠化隔離帶，周邊圍墻內側構建綠色屏障，減少相互污染。通過多種手段，以期形成點、線、面的綠化方式，使廠區(qū)綠化與外在環(huán)境相協(xié)調，促進人與自然的和諧。

來源：《中國勘察設計》