汽輪機選型及采購管理

摘要：本文圍繞新建核電項目EPC模式下的設備采購管理，從項目業主的角度闡述了徐大堡核電汽輪機的選型和如何搞好設備采購，以滿足項目質量、進度、費用和長期經濟效益等的管理，同時探討EPC模式下，設備采購中值得關注的幾個問題，并提供了解決問題的建議措施。

關鍵詞：長葉片 經濟效益 設備采購

1.前言

徐大堡核電站位于東北地區，根據《工程海域海洋水文分析計算研究專題》所述，一年中廠址海水溫度有一半時間月均溫度在年平均溫度之下。11-4月平均溫度只有4.5℃，5-10月平均溫度有22℃，全年平均溫度為13.3℃。徐大堡核電作為集團首臺AP1000國產化示范項目，針對徐大堡核電廠址的地理條件，就汽輪機采用低壓末級葉片的長度、低壓轉子的型式、汽缸的數量等從安全可靠性、技術先進性和經濟性等方面進行討論和論證，最后提出徐大堡核電汽輪機選型的最佳方案。

2.論證汽輪機的選型

2.1汽輪機科學選型的意義

汽輪機發電機組是電廠系統中的三大關鍵設備之一，整個熱力系統的經濟型和安全性在其運行過程中得到充分體現，為了選擇更加恰當的機組用于該項目，公司對于幾個潛在投標方的技術方法反復分析比較。機組的選擇不僅要考慮其運行的特性如：高背壓低負荷工況下的末級動葉安全，還要考慮整個基建及配套系統的資金投入，乃至今后壽命期內的運行維護成本。

2.1.1.由于核島的堆功率固定，機組的出力主要取決于冷端條件，而冷端主要包括廠址的常年循環冷卻水（海水）的平均溫度，循環倍率，凝汽器的換熱面積等。這也是機組選型過程十分重視冷端優化的根本原因。眾所周知汽輪機的功率=蒸汽量×總有效焓降。在整個電廠的熱力系統確定的前提下，要提高汽輪機出力，只有充分挖掘汽輪機的內效率；對整個電廠而言，則是盡可能的減少輔助系統的耗電量。本文主要從電廠的經濟性和安全性兩個方面來論述汽輪機組的選型

2.1.2.機組經濟型

徐大堡核電是目前國內循環冷卻水平均溫度最低的核電站，也就說終參數比其它核電站都低，是提高機組循環熱效率的唯一有利條件。據工程設計方估算徐大堡核電項目在TMCR工況下的凝汽器優化背壓約為3.5KPa，此時低壓排汽體積流量為34350m3/s。為確保機組在整個運行壽命期間具備經濟性高的要求，選擇合理的低壓排汽面積，減速排汽損失便成為優先考慮的因素?？v觀目前國內外有成功運行業績的長葉片機組：DEC-ALSTOM的項目嶺澳二期采用57英寸末級葉片；ALSTOM為瑞典的奧斯卡改造項目的提供的LP128模塊，末級葉片為69英寸，在2009年成功投入運行。

每一級低壓末級葉片都對應著固有的排汽損失與體積流量的特性。而我們選取的原則主要從下面三個方面考慮：

1.額定背壓下的排汽容積流量要大于動葉片對應排汽損失最小的設計流量，避免在高背壓低負荷運行，導致蒸汽從低壓末級動葉回流，降低級的做功能力，同時還誘發葉片動應力過大，出現安全問題。

2.額定背壓下的排汽容積流量要小于動葉片設計的阻塞背壓時允許的通過流量，防止在低背壓運行時蒸汽焓降發生于葉片外，對葉片產生附加激振力。

3.額定背壓下的排汽容積流量與末級動葉軸向排汽容積流量相匹配，減少切向流動，降低排汽損失。據相關制造廠家資料顯示，該條件下排汽損失約為2%。

2.1.3.運行的安全性

在選擇的合理的背壓及配套的低壓排汽面積后，如何安全運行也至關重要?，F在運行的大型機組的抽真空系統均采用水環式真空泵，其抽取能力受密封水水溫所對應的飽和壓力限制，即極限真空。對于低壓排汽結構與凝汽器特定的機組，即使降低背壓，機組出力的增加不一定能彌補循環水泵增加的功耗，再則機組偏離最佳設計運行工況，其安全性可能降低，同時維持凝結系統真空的關鍵部件—抽真空泵的選型也存在一定的難度。

機組的排汽面積增大途徑有二：更大尺寸的末級動葉；增多低壓模塊數量。若采用更大尺寸的末級動葉，首先從技術角度分析，其運行工況大多時候偏離設計工況，機組整體效率影響大，其次是目前的制造工藝水平沒有重大突破，產品質量無法保障。若采用多個低壓模塊，勢必導致整個軸系加長，汽機廠房也要相應加大加寬，同時運行平臺的基礎設計難度增大，今后機組的安裝運行工作難度不小，如軸系的找中，振動等問題。

2.2國內長葉片研發制造情況分析

為適應更大的排汽面積，上海電氣、東方電氣和哈爾濱電氣均在開發汽輪機末級長葉片，三大汽輪機廠分別開發生產了67英寸、70英寸和72英寸長葉片。根據國家核電技術公司《QB/T 13 00001-2011 汽輪機長葉片試驗和驗證規范》要求，末級長葉片的研發要進行6個試驗：

1.調頻葉片的靜頻測量試驗；

2.長葉片動調頻測量試驗；

3.葉根、輪槽應力特性驗證；

4.末級組空氣動力試驗驗證；

5.末級葉片動應力實測試驗；

6.末級葉片鍛件試驗驗證；

截止到目前上海電氣還有兩項試驗未完成；東方電氣做完全部試驗；哈爾濱電氣也有一項試驗未完成。根據葉片開發試驗進度和徐大堡工程進展，預計這三種長葉片的開發進度均能滿足徐大堡工程需要。另外，據了解用于瑞典Oskarshamn核電站3號機組的69英寸長葉片已于2009年10月投入運行，于2011年9月23日達到1450MWe的最大熱功率，成為目前世界上運行功率最大的壓水堆核電機組。

無錫葉片廠（WTB）是國內最大、全球知名的電站大型渦輪葉片專業制造企業，隸屬上海電氣集團。主要為電力、航空、航天、船舶等領域動力裝備提供成套葉片、盤件、結構件等高性能動力部件和鍛件。其產品除能滿足國內需求外，還加工出口至日本東芝（用于美國AP1000機組）和巴基斯坦等。2011年6月11日完成3.5萬噸高能螺旋壓力機的調試工作，該壓力機可滿足所有用于核電長葉片的鍛造要求；目前已完成哈爾濱電氣71英寸和東方電氣72英寸長葉片的鍛造加工。2010年為上海電氣用1.8萬噸高能螺旋壓力機鍛造的67英寸葉片已通過上海電氣的試驗驗證。無錫葉片廠具有加工汽輪機末級長葉片的資質，目前制造加工狀況并不飽滿，工人技能及設備狀態良好，一旦簽訂合同，能夠滿足制造質量和進度要求。而東方電氣、哈爾濱電氣自身也有加工末級長葉片的能力。

2.3徐大堡核電汽輪機選型的專家意見

2012年4月19日中國核電工程有限公司與中核遼寧核電有限公司聯合在北京組織召開《遼寧徐大堡核電廠汽輪機選型》專家咨詢會。會議邀請了中國工程院、中國廣東核電集團公司、廣東省電力設計研究院、東北電力設計院、華能國際、國核電力規劃設計研究院、東方電氣集團、哈爾濱汽輪機廠有限責任公司、上海電氣電站設備有限公司及中國核電工程有限公司的專家與代表參加會議。與會專家經過對徐大堡核電汽輪機的選型方案的認真討論，一致認為“針對徐大堡核電的廠址條件，四缸六排汽的設計是比較合理的，低壓缸的排汽面積、末級葉片長度、背壓、凝汽器面積、循環倍率等需待冷端優化后確定；鑒于AP1000機組特性，并考慮徐大堡廠址的實際條件，低壓缸采用較長的末級葉片是經濟的選擇，其安全可靠性也是可以實現的；整鍛轉子和焊接轉子技術均是成熟可靠的；國內核電焊接轉子在完善的焊接工藝評定和驗收標準基礎上，并進行長期有效的運行監督，能夠滿足使用需求?！?/p>

2.4汽輪機末級葉片的長短對經濟效益的比較

針對徐大堡核電，汽輪機采用較長的末級葉片所帶來的經濟收益將非常巨大。

2012年7月5日至7日，中國核電工程有限公司在北京召開徐大堡核電TG包評標會，上海電氣、東方電氣和哈爾濱電氣針對徐大堡核電的廠址條件各提供了投標方案，與會專家一致認為在徐大堡核電項目上采用長葉片經濟效益是可觀的。

從60年壽期來計算，長葉片比短葉片可增加的收益按照以下條件進行估算（以報價的三種長葉片最小功率，和短葉片的最大功率計算得出）。

1.三種長葉片方案中提出的最小出力為1287.569MW；

2.短葉片方案本次報價功率1261.05MW；

3.長葉片比短葉片廠房多投資約1000萬元；

4.等效可用率按87%考慮；

5.長葉片最高報價-短葉片本次報價=28.8-22.7802=6.0199億元；

6.電價按0.40元/度；

7.壽期60年；

8.增加的收益計算：

毛利：（1287.569-1261.05）×106×10-3×24×365×87%×60×0.40×2-6.0199×108-1000×104≈91億元；

考慮稅率及財務費用，凈利約63億元；

通過以上估算可以看出，采用成熟可靠的長葉片方案帶來的經濟收益巨大，遠超出增加的設備投資。

3.EPC模式下的設備采購管理分析

3.1 管理現狀

徐大堡核電擬采用中國核電工程有限公司（以下簡稱工程公司）為總承包方的EPC模式。EPC總承包模式在國際核電項目中已有成熟發展，如西屋、法馬通等。我國核電起步較晚，一直以來所有工程管理包括設備采購主要由業主負責，如秦山核電、田灣核電等。針對先進的AP1000堆型的EPC國內尚屬首次，實際經驗略顯欠缺，這些或將影響到設備質量和交貨進度。根據目前國內在建的兩個AP1000核電項目反饋的經驗，工程進度總體拖期基本都在一年以上，其中最主要的因素就是設備方面帶來的，而設備問題將給核電站帶來巨大的經濟損失。

3.2 EPC模式下設備采購管理思路

在EPC模式下，設備的價格高低和質量優劣問題將直接影響業主的利益，這就要求業主在設備采購管理中必須有相應的權利。業主應對總包方承擔的工作進行全面的管理和監督，保證在設備采購過程中質量、進度、費用全面受控。

結合已有的實際工作反饋，業主在設備采購管理中應圍繞以下幾個重點來開展工作：

3.2.1.完善總包合同，嚴格按合同執行

業主在設備采購管理中的權利、義務應體現在總包合同中。在精干業主模式下，業主應將關鍵重要的管理環節全部落實在總包合同的條款中，通過總包合同理順設備采購中業主方與總包方的責、權、利，實現“業主方全面負責，總包方對業主負責”的原則。業主既不能代替或過多干預總包方的管理，又不能放棄對項目的監督和控制。

3.2.2.制定計劃，關注計劃的可行性

設備采購計劃是設備采購工作開展的“總綱”，在整個設備采購工作中占有主導地位。在EPC模式下業主應要求總包方嚴格按計劃要求準時提交各種設備采購三級進度計劃。

設備采購計劃的內容有：次序、進度節點、完成時間等。當工程進度或制造商的生產狀況發生不可逆轉的變化時，設備采購計劃也應隨時進行調整。

EPC模式下的設備招標應在設備采購三級進度計劃審核發布后進行，如果沒有明確的采購計劃和能夠滿足設備采購的充要條件和時間，必將導致設備采購的重要節點工作顯得倉促，效果不佳。若事前已經制定了完善、詳細的設備采購計劃，并經過嚴格的審核、審查，必能發現采購條件的不完備，可能存在問題的方面如以下部分：

1.設備技術規范書未能按時提交；

2.提交后總包方和業主對規范書的審查時間過于倉促；

3.修改后最終的規范書CFC版遞交投標方時間太晚，使投標方不能更好地響應招標方的要求；

以上幾點最終導致投標方標書編制不統一、不細致，無法讓總包方和業主對各家標書情況進行統一對比、分析而得出最優選擇。

對于設備采購管理中遇到的問題，業主需要積極主動地與總承包方進行聯系和溝通，尋求合理有效的解決途徑，從而快速、有效地消除采購工作中存在的問題和潛在的風險。

3.3.關注評標規則，力圖使評標結果科學合理

評標規則的合理與否，關系著整個評標結果的科學性。因此總包方必須依據招標設備的特點編制合理科學的評標規則，不能所有設備都采用統一不變的評標規則。

目前一些總包單位采取低價中標的方式，以保證己方利益最大化，采取了對評標打分規則進行更改，如在打分規則中要求總報價部分的分值占整個投標報價評標總分的40%，且報價部分評分細則只有一條，具體評分標準為：“以修正的投標總價為評判主體，取各投標方修正的投標總價的算術平均值W乘以 95% 為最優評標價得滿分（40分），并以此為基準來確定各投標人的報價得分（PB）。每高于最優評標價一個百分點扣 0.5 分，每低于最優評標價一個百分點扣 0.1 分。不足部份用插入法計分（小數點后保留兩位）?！闭f明如下：

a. 平均投標價：

b. 最優投標價：Q=0.95W

c. 投標報價得分：

PB=40-[100*（P-Q）*0.5/Q] （P>Q）

PB=40-[100*（Q-P）*0.1/Q] （P

通過以上評標規則可以看出，規則雖然遏制了最高和最低價必然中標的可能，但不難看出這個規則其實更加有利于報價較低的投標方。而由此帶來的設備質量問題必將會影響到電廠今后的安全穩定運行，因此在設備招標時必須考慮設備的重要性，這樣才能更加全面科學地衡量投標方的投標報價的高低，鼓勵投標方提供性價比更好的投標方案。

3.4.多項目管理，重要環節不能縮減

EPC模式下的總包單位，絕大多數均為多項目管理，為保證急事急辦，可能存在對后續項目關注度較差的問題，同時也包括為選擇較高的性價比，同時開始將多項目的相同或相關設備總體打包招標，各項目的招標范圍劃分成不同的標段，這樣無疑減少了很大的工作量，縮減了時間，但同時對于不同類型電站設備可能會存在較大差異，審查一種類型電站設備的招標文件后，對另一類型電站的招標文件審查就會有所懈怠，而且缺少對于差異性分析的環節，這些問題，為今后的設備供應、接口聯系及后續服務均會留下了隱患。

3.5.提高總包方自身管理，確保工程有序開展

在EPC模式下，總包方作為項目的直接管理方在設備采購中有很大的決定權，因此必須明確劃分、強化各項目部的管理職能，對負責相關項目核電設備采購工作的職能部門、人員配備情況進行清晰界定，明確與業主設備采購管理部門具體的接口關系、人員。在設備采購工作中，積極加強與業主聯系溝通，主動接受業主監督和改進建議，積極配合業主單位的檢查和考核，這樣才能保證工程項目的有序開展。

結束語

徐大堡核電項目采用EPC管理模式，作為核設施營運單位的業主承擔全部的核安全責任，業主的職能不能削弱，業主應對投資的股東方負責，所以如何當好業主，需要不斷思考總結。徐大堡項目作為工程公司的首個AP1000總承包項目，有很多需要學習的地方，包括三門、海陽的經驗。作為業主一定要把好關、負起責，工程能否按期完成、保證質量，做好四大控制，同時對于責任也不能推諉，只有通過積極溝通和嚴格監督，才能保證EPC管理模式順利實施，工程項目順利建設。

參考文獻：

[1]《供應管理》，昝云龍主編，原子能出版社，2002。

[2]《AP1000核電廠系統與設備》，中國核工業集團公司編，原子能出版社，2010。

[3]《汽輪機低壓缸效率的分析與計算》邵峰，周勝男，《汽輪機技術》總第198期，2012。