浅析水泥厂总平面创新设计

　　前言
　　工厂总平面布置是水泥厂设计中的一项重要内容，处于水泥厂设计中总揽全局的地位，它涉及到城市规划、水泥工艺、交通运输、建筑美学、工程地质、气象环保等专业学科，目的是将水泥厂各系统组成科学合理的有机整体，形成生产流程简捷、物料运输顺畅、平面布局紧凑、空间利用有效、环境绿化优美的现代化工厂。

      水泥厂总平面创新设计的原则。1）节约集约用地，促进社会和谐发展；2）统一规划，分步实施，远近兼顾，创造可持续发展空间；3）平面布局紧凑、功能分区科学合理，工艺流程顺捷；4）因地制宜，充分利用场地条件，以节省投资；5）优化工厂运输系统，降低工厂运营费用，减少能源消耗；6）绿化厂区，保护生态环境，做到人与自然和谐发展。

　　以下结合近几年设计的水泥厂总平面布置，介绍总平面创新设计在工程中的应用。
　　1 节约集约用地，促进社会和谐发展
      近20年来，水泥建设项目在节约用地方面已经取得长足的进步。《水泥工厂设计规范》（GB50295-1999）规定4000吨级水泥厂占地面积小于32万m²，目前新建两条5000t/d水泥熟料生产线占地面积基本控制在35万m²。以下是节约用地的几点措施和看法。

　　1）水泥厂规模大型化。建一个大型水泥厂比建小型水泥厂单位占地面积要小得多，规模大型化是在保证产能前提下有效降低水泥厂单位占地面积和总占地面积的主要途径。

　　2）装备大型化、工艺流程先进化。这是水泥厂规模大型化的关键。天津水泥工业设计研究院多年以来一直致力于新型干法水泥生产技术的发展，开发了一大批适合中国国情、具有高可靠性的国际水平的新技术、新装备，如两档支撑回转窑、第四代冷却机、大型单段锤式破碎机、5000吨级原料辊式磨、大型辊压机等，很大程度上压缩了工艺单元的空间，使主厂房有条件实现联合布置，从根本上节约用地。

　　3）运输方式的变化。以前我国水泥厂的运输多以铁路方式为主，厂内铁路的布置不可避免地在总图上产生三角形的空隙地带，用地面积较大。近年来，随着水泥厂分布密度的改变及公路运输业的发展，物料运输主要采用胶带机、道路和管道等方式，各主要车间可以按工艺流程布置，使厂区更加紧凑，从而减少了占地面积。

　　4）联合、集中布置工艺车间，提高一体化程度。联合布置是指不同主要生产工艺车间联合布置在一起，既缩短运输距离，节省能源，又节约用地；集中布置是指将工厂中分立的建构筑物尽可能地集中，以减少占地。如在满足消防、检修的前提下，将生料磨及废气处理、窑尾、窑中、窑头、熟料库及煤磨紧密地联系在一起，形成连续的生产流程；辅助原料、煤均化设施及储存堆棚予以联合，其中物料堆棚采用高站台低货位方式，可在保证储量的同时减少占地面积；耐火材料库与综合材料库、循环水泵房等集中，以节省消防空地。在海螺荻港2×2500t/d生产线的设计中将两套烧成系统合并，煤粉制备系统集中布置，回转窑共用一套支架，原料调配、生料库、熟料库共用，有效地减少占地面积。

　　5）露天化布置。在满足生产可靠的前提下，煤磨、生料立磨、水泥立磨、收尘器、库顶、输送廊道等尽量采用露天化布置，既可减少车间的占地面积，又大幅度降低土建投资。

　　6）立体化布置，将水泥厂中的设施通过竖向发展减少平面占地。如窑尾电力室置于窑尾塔架底部，窑头、生料磨电力室置于收尘器下部，一些空压机及水道设施设于主厂房内部，将相当一部分辅助设施“住进高楼”，从而大大节省用地。

　　7）在厂址选择阶段应严格遵守《中华人民共和国土地管理法》的有关规定，尽量不占或少占耕地，充分利用山坡地、劣地、荒地建厂。

　　8）合理确定通道宽度。水泥厂的通道宽度主要考虑道路、管线、排水沟、发展预留等因素，在设计中应予以统一规划。避免管线曲折迂回，必要时给水管线可敷设于人行道下，雨水排水管沟设在道路下，压缩空气管道利用输送廊道，动力设施靠近负荷中心，架空管线集中共架布置、地下管线采用综合管沟，以最小的通道宽度满足生产需要。

　　9）辅助生产设施社会化。随着社会的发展，水泥厂的辅助生产设施、公用工程设施、生活福利设施都可充分利用社会资源。

　　10）淡化厂前区。2008年，国家发布实施了《工业项目建设用地控制指标》，规定工业企业所需行政办公及生活服务设施用地面积不得超过工业项目总用地面积的7％。水泥厂厂前区可仅布置办公楼、食堂、倒班宿舍等设施，必要时中控室与办公楼合并。

　　11）施工场地统一规划。总体布署中应在建设用地范围内统一规划施工场地，严格控制修建临时设施，合理利用下期工程和物料储存场作为临时施工场地，避免施工场地的位置影响主车间的建设，拆了又建；离主车间距离较远，增加了施工成本；超出了征地范围，占用了耕地。

      通过以上措施，我院2002年设计的荻港海螺水泥厂（两条2500t/d及一条5000t/d水泥熟料生产线，无水泥粉磨系统）占地面积仅188142m²，是当年同类工程占地最少的。工程实践表明，只要在总平面设计中做到与时俱进、积极创新，就可达到节约土地的目的。

　　2 统一规划，分步实施，远近兼顾，创造可持续发展空间
      设计实践表明，绝大部分水泥厂的扩建规模超越了最初的规划，有的老水泥厂由于预留发展空间不足，多次扩建，拆小建大，扩大几倍，造成总体布置不合理，功能分区混乱，增加了设计和施工难度。针对这些实际情况，总图设计宜采用“统一规划、分步实施、近期为主、远近兼顾”的建设模式。2008年设计的辽宁昌庆水泥厂（2x5000t/d）建设场地属于低山丘陵区，东北接石灰石矿山，南邻公路，地形东高西低，总平面设计中将一期两条生产线分四个功能区，各区自成系统并相对独立；北侧及东侧为原料储存预留广阔的发展场地，西侧预留烧成系统。这样保证了近期生产线的合理性，降低了设计、施工的难度，节省了近期投资，又给远期的发展预留更灵活充分的可持续发展空间。

　　3 平面布局紧凑、功能分区科学合理，工艺流程顺捷
      厂区总平面布置是水泥厂总体规划的核心，目的是将水泥厂各系统组成科学合理的有机整体，形成生产流程简捷、物料运输顺畅、平面布局紧凑、空间利用有效的现代化工厂。因此需根据厂址的地形、地质、气象、运输、周边环境等条件，结合工艺流程要求，扬长避短，优化设计，力求厂区工程量最小化和综合效益最大化。水泥厂总平面布置一般采用四个功能分区布置，即原料区、熟料生产区、成品发运区、厂前区。仍以辽宁昌庆水泥厂为例，熟料主生产区从原料调配、生料磨、烧成系统至熟料库，垂直公路布置在厂区中部，处于厂区工程地质条件最好的区域；原料区包括石灰石、辅助原料、煤的堆存及均化场地，根据气象条件布置于厂区东侧，可有效减少对厂区的污染；成品发运区设于厂区东南侧，靠近厂外公路，方便物料运输；厂前区包括办公楼、食堂及大部分辅助生产设施，布置在场地西南侧，交通便捷，也相对独立。

　　4 因地制宜，充分利用场地条件，以节省投资
　　统计2000年以后新建水泥厂建设场地85％以上为山坡地，特别是在耕地相对较少的福建、浙江、四川、重庆等地更是如此。山坡、荒地建厂虽可节约耕地，但由于其坡度陡、高差大、宽度受局限，设计中应充分利用场地地形条件，采用高台段阶梯式布置，合理确定竖向标高，以降低施工成本，缩短物料运输距离。

　　荻港海螺水泥厂厂址位于山坡之上，场地高差约100m，自然坡度15～45°。通过大量细致的工作和多方案比较，将厂区合理规划为7个台段，台段高差80m，其土石方量中填方38.2万m³，挖方31.6万m³。经测算，节约投资在一千万以上，节省电耗约2kw/t-cl。工厂投产以后，运行良好，对以后的同类设计具有一定的借鉴意义。

　　5 优化工厂运输系统，降低工厂运营费用，减少能源消耗
　　运输系统在工厂总平面布置中具有举足轻重的作用，它与工艺流程中的原燃料均化及堆存、生料制备、成品储存及发运等系统有密切的关系。美国规划专家J.A.Tompkins和J.A.White也指出：“据估计，在制造业中，总经营费用的20%～50%是物料搬运费用。大家公认，优良的平面布置可使这一费用至少减少10%～30%。工厂总平面是将来最重要的领域之一和加速生产率提高的决定性因素。”水泥厂运输系统的占地一般约占全厂总面积的1/4～1/3，包括铁路运输、汽车运输及胶带运输。

      铁路运输作为一种长距离运输方式，上世纪80年代中期以前是水泥厂的主要运输方式。随着交通运输业的蓬勃发展和水泥厂分布密度的改变，汽车运输及胶带运输逐步成为主要的运输方式。据统计，天津院2000年以后设计的水泥厂中90％以上没有采用铁路运输，因此下面仅对汽车运输和胶带运输进行论述。

　　5.1 汽车运输
      汽车运输具有初期投资少、布置灵活、管理方便等优越性，但其活动频率高、运营费用大，易对环境产生废气、噪音、粉尘污染，因此在总平面设计中做好汽车车流规划至关重要。如2×5000t/d水泥熟料生产线，其进出厂物料总量约30000t/d，如全部采用汽车运输，按每辆车30吨计算，日单向汽车量1000次，流量是很大的，并对厂外公路产生很大的交通压力。因此，在总平面设计中应按如下原则进行汽车车流规划。

　　1）运输车流尽量集中布置在厂外公路一侧，以减少对工厂环境的干扰。
　　2）进出车流应最大限度地靠近装车点、卸车点，缩短在工厂内的停留时间。
　　3）保证进出厂的主要重车车流在道路右侧顺向行驶，减少交织点，避免交叉。
　　4）对于流量或运量较大的熟料、水泥等成品车流，应规划好装卸作业场地和线路，尽量不倒车，以加快通行速度。

　　5.2 胶带运输
      胶带运输具有运营费用低、安全、可靠、环保等特点，是水泥厂厂内物料运输的主要输送方式。近几年，由石灰石矿山至厂区输送也越来越多的采用胶带运输。

　　1）厂内胶带输送，因其低运营成本成为水泥厂厂内的物料运输的主要输送方式，但受到爬坡能力的限制，其长度往往影响总平面布置的紧凑。因此在设计中应利用台段压缩输送长度，减少转运点，以降低投资、节省电耗；尽量将胶带傍依建构筑物集中布置，以减少有效占地面积。

　　2）长胶带输送。石灰石是水泥厂用量最大的物料，其主要运输方式以前为公路运输，但随着国家环保力度的加强及公众环保意识的提高，公路运输越来越受到限制，而作为运营费用低、安全、可靠、环保的胶带输送方式越来越受到青睐。但当石灰石矿山至熟料厂区距离较长时（20km左右），由于长胶带输送初期投资大，技术要求高，投资方又很难选择。近几年来，天津水泥工业设计研究院在长胶带的设计上进行了不懈的努力，取得了一定的成绩。

　　2006年初设计的冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司，其石灰石输送胶带长约9.3km，为国内水泥厂中单条最长的下行胶带（高差约350m），投产后运行良好。2007年设计的海南华盛水泥厂，石灰石长胶带长约17.1km，设四条胶带，为国内水泥厂中最长的胶带输送机，虽然其初期投资较大，但生产运营费用低，约2.3年即可收回成本。实践证明，长胶带输送技术上是可行的，具有良好的经济效益和社会效益。

　　6 绿化厂区，保护生态环境，做到人与自然和谐发展
      为减少厂区的粉尘和噪音对周围环境的影响，应对厂区进行适当的绿化、美化。重点是厂前区和道路两侧，不同的绿化主体采用不同的绿化方式，以达到阻尘、抗烟、降噪的效果。功能分区之间特别是原料区、厂前区、主生产区之间应种植绿化隔离带，周边围墙内侧构建绿色屏障，减少相互污染。通过多种手段，以期形成点、线、面的绿化方式，使厂区绿化与外在环境相协调，促进人与自然的和谐。

来源：《中国勘察设计》