印尼某燃煤電站水工專業設計經驗總結

(安徽省電力設計院有限公司，安徽 合肥 230601)

隨著國內火電建設市場的萎縮，越來越多的電力工程、電力勘測、施工、設計單位走出國門，開拓國際市場。我公司于近年先后參與設計、總包了多個海外工程，本文結合我公司近期總包的印尼某電燃煤站項目實例，對涉外火電項目的水工工藝專業設計進行總結和探討，分享一些設計及總包經驗。

1 工程概況

該電站項目位于印度尼西亞南蘇拉威西省，距Makassar市南約60 km。該電站規劃裝機容量為4臺100 MW機組，本期工程新建2臺100 MW燃煤發電機組，并預留2期擴建場地。

本工程為濱海電廠，循環水采用海水直流供水系統，全廠服務水及生活用水采用海水淡化工藝。

2 外部設計資料

海外項目與國內項目最大的不同就是外部設計資料的獲取，該項目當地無水文、氣象等實測資料，業主也無法提供詳細資料。降雨資料需要到Makassar市氣象局預定、購買，且降雨量資料不完整，最大小時降雨量資料在印尼屬于國家機密，不對外出售。

另外我公司委托國內某水利科研機構在工程海域進行水文氣象資料觀測與收集，開展工程附近海域潮流、潮汐、泥沙(底質和含沙量)、水溫、鹽度等水文項目的現場測量，對氣象特征和潮位特征值進行分析和計算。

由于海外項目工程基礎資料大多缺乏，所以在實施海外項目時都需要自己去收集。海外項目在搜集外部設計資料上需耗費大量的人力、物力和財力，總包方應在投標前充分考慮由外部資料搜集所產生的費用，并為現場實測預留充足的時間，至少3～6個月。一般來說，所有外部設計資料都必須報外方業主審批方可使用。

3 水工工藝系統設計

根據總包合同的要求，本工程設計完全采用國際通用標準，水工專業主要涉及的標準體系包括：美國國家標準化組織(ANSI)，美國機械工程師協會(ASME)，美國材料與試驗協會(ASTM)，美國石油學會(API)，美國自來水廠協會(AWWA)，美國起重機廠商協會(CMAA)，水力學會標準(HIS)，國家消防協會(NFPA)等。另外，飲用水、環保及海水冷卻溫排水應符合印尼當地的相關標準及法律法規。

3.1 循環水系統設計

本工程循環水系統采用海水直流供水系統，循環水系統主要為凝汽器和閉式水熱交換器提供冷卻水，2臺機組海水取水量為48000 m3/h。

循環水系統工藝流程為：

取水頭部—引水管—取水明渠—鋼閘門—攔污柵—旋轉濾網—循環水泵—循環水管—凝汽器/熱交換器—排水管—虹吸井—排水箱涵－排水明渠－排水口。

受場地限制，本工程僅在西南方位有很窄的海岸線，取水口和排水口無法在廠區兩側分開布置，工程具體位置詳見圖1。

圖1 工程位置示意圖

由于取排水口距離較近，為防止溫排水對工程的影響，該工程取水設施采用引水管+取水明渠相結合的取水型式，以此加大取水頭部和排水口的距離，并能夠引取深層的低溫海水。在漫長的淺灘采用明渠，明渠緊貼碼頭實體堤布置，利用實體堤作為取水明渠的一側堤壩，可大大可降低拋石量，減少開挖土方量。在深水區采用引水管加取水頭，引水管采用鋼核鋼筋混凝土管(RCCP)，取水頭采用岸上預制，水下裝配式。該方案可避免全部采用明渠帶來的巨大拋石量或全部采用管道帶來的清淤檢修困難，降低施工難度，減少水下焊接及混凝土澆筑工程量。

循環水泵房布置在廠區西南側，采用開敞式取水，進水流道寬3 m，順水流方向設有平板鋼閘門、攔污柵清污機、旋轉濾網。循環水泵室內布置，可避免循環水泵及輔助設備免受鹽霧、雨水、日照等的影響。每臺機組配置兩臺50%容量的立式循環水泵，單泵流量為3.4 m3/s，采用海水潤滑，電機采用空冷。每臺循泵出口設一臺液控止回蝶閥，直徑DN1400。

每臺機組循環水壓力進排水管采用一根DN1800的鋼核鋼筋混凝土管(RCCP)，單管流速為2.67 m/s，埋地敷設，管頂覆土約2.5 m。進出汽機房的循環水支管為DN1400，流速為2.21 m/s。

循環水排水構筑物由虹吸井、排水暗涵及排水口組成。排水暗涵采用鋼筋混凝土結構，斷面尺寸3 m×2 m，流速為2.5 m/s。排水暗涵為大開挖施工，頂部覆土約2 m，出廠區后采用排水明渠，排水口前采用擴散段及底部消能措施，將排水口處水流速度降低至0.5 m/s以下，并在排水口處采用拋石海漫進行底部護砌。

3.2 消防滅火系統設計

該工程EPC合同要求消防系統設計完全采用美國NFPA標準，各系統及主要設備應具備FM或UL認證，主要涉及以下NFPA標準：

NFPA 850 《發電廠和高壓變電站的消防安全推薦操作》

NFPA 10 《手提式滅火器標準》

NFPA 11 《低、中、高倍數泡沫滅火系統標準》

NFPA 12 《二氧化碳滅火系統標準》

NFPA 13 《自動噴水滅火系統安裝標準》

NFPA 14 《消防管道和消火栓安裝標準》

NFPA 15 《固定防火灑水系統標準》

NFPA 20 《固定消防泵安裝規范》

NFPA 30 《可燃和易燃液體規程》

NFPA 2001 《潔凈氣體滅火系統標準》

美國NFPA標準較國標規范來講，其覆蓋的保護范圍更廣泛，系統設置要求更高，但在保護強度、等級劃分、手動系統等要求上不如國標規范系統、詳盡。

本工程消防水泵采用電動消防泵為主泵，柴油消防泵為備用泵的方案，消防泵單泵流量為400 m3/h，揚程為105 m，同時設置兩臺消防穩壓泵。室外消防管道在主廠房區域、煤場及油罐區環狀布置，在各主要區域布置室外消火栓。在汽機房、鍋爐房、煤倉間、轉運站、碎煤機室、行政樓、檢修樓、倉庫等建筑物內設置室內消火栓，并配置水帶、水槍。

經過與外方業主多次、反復溝通，最終確定了全廠固定消防滅火系統設置的范圍及各保護區的消防系統類型。

與國標規范相比，本工程消防設計的主要差異如下：

(1)消防穩壓裝置的設置：本工程按照美標NFPA規范僅設置了穩壓泵，未設置消防穩壓罐。

(2)室外消防管道及室外消火栓：按照NFPA要求在主廠房區域間距不大于91.4 m，在其它偏遠區域間距不大于152.4 m的要求進行設計，國標規范相比NPFA在消火栓間距的要求上更為嚴格。

(3)室內消火栓的布置及選型：美標消火栓分為I、II和III三種不同形式，其中I類系統配置2? in.(65mm)室內消火栓，僅設栓口，II類系統配置1? in.(40mm) 消火栓，配水龍帶及水槍，III類系統為上述兩種系統的聯合形式。國標消火栓有DN65、DN50及DN25三個規格，DN25的水喉不能單獨使用，DN50的消火栓基本不用。經過與外方業主的溝通，本工程采用國標DN65的消火栓，并配25 m的消防水帶及水槍。消火栓布置上，NFPA要求I類系統消火栓在未設置自動噴水的樓層間距不大于45.7 m，在設有自動噴水的樓層不大于61 m，II類系統消火栓的布置間距不大于39.7 m。國標規范規定，一般消火栓按2只充實水柱同時達到設計的建筑物，消火栓的布置間距不應大于30 m。本工程所有室內消火栓均按照國標進行布置設計。

(4)自動噴水及水噴霧系統：NFPA和國標規范所要求保護的區域有一定區別，國標一般僅在單臺機組容量超過300 MW時，才需在封閉式輸煤棧橋及煤倉間設置自動噴水，且轉運站、碎煤機室均不需設置自動噴水。美標及EPC合同均要求在轉運站、碎煤機室、輸煤皮帶及煤倉間設置自動噴水系統，且沒有機組大小之分；NFPA要求在汽機房運轉層下所有區域均設置自動噴水系統，EPC合同中未明確要求，由于汽機房內管道和設備較多，結構復雜，難以實現，最終僅在油系統設備及管道上設置了水噴霧系統。NFPA規范中自動噴水及水噴霧系統覆蓋范圍較國標更為廣泛。

圖2 取排水構筑物平面圖

NFPA所要求的設計噴水強度、作用面積等與國標也有一定的差異。國標中輸煤系統自動噴水系統按照中Ⅱ火災危險等級進行設計，噴水強度為8 L/min· m2，作用面積為160 m2。NFPA規定噴水強度為10.2 L/min·m2，作用面積轉運站、碎煤機室為232 m2，輸煤皮帶為186 m2。變壓器水噴霧，國標要求本體噴水強度為20 L/min·m2，油坑6 L/min·m2，NFPA要求本體噴水強度為 10.2 L/min·m2，油坑 6.1 L/min·m2。在設計中，應特別注意各保護區的噴水強度和作用面積的差異。

(5)油罐區域泡沫消防系統：本工程油罐區設有2座500 m3油罐，油品為柴油，閃點50℃，油罐為地面立式固定頂油罐，單罐直徑9.0 m，高度約為9.15 m。根據NFPA要求采用固定式低倍數泡沫滅火系統，液上泡沫噴射強度為4.1 L/min·m2，連續供給時間不小于30 min，設兩只PQ4型泡沫槍，連續供給時間不小于20 min。NFPA所規定的噴射強度及連續供給時間均小于國標《泡沫滅火系統設計規范》中規定的噴射強度(5 L/min·m2)及連續供給時間(45 min)。

(6)氣體滅火系統：在低壓二氧化碳及潔凈氣體滅火系統的配置和壓力等方面，NFPA與國標基本一致。本工程采用一套組合分配式MX541氣體滅火系統，國標中規定一套組合分配式氣體滅火系統所保護的防護區不能超過8個，NFPA則沒有這方面的要求。另外，潔凈氣體滅火介質的種類較多，應根據當地的滅火介質供應情況，選擇適當的滅火介質。

3.3 海水預處理系統

本工程所需淡水用量為40 m3/h，均來自海水淡化，共需海水原水約120 m3/h。本工程海水預處理站包括以下設施：

(1) 2×150 m3/h鋼制一體化海水絮凝反應沉淀池，一用一備，采用碳鋼鋼板焊接組裝并內襯5mm厚玻璃鋼。

(2) 2×150 m3鋼筋混凝土海水原水池，用于儲存處理后的海水。

(3) 1×100 m3鋼筋混凝土一級反滲透濃水池，收集來自海水淡化車間的一級反滲透濃水，用做制氯原水。

(4) 1×100 m3不銹鋼生活水箱，生活水來自海水淡化車間經過礦化處理后的一級反滲透產水。

(5)綜合泵房及加藥間，內設化學水泵、化學反洗水泵、制氯原水泵、服務水泵、生活水泵及混凝劑加藥設備一套。

本工程海域海水懸浮物較少，濁度較低，故本工程未設置濾池，僅設反應沉淀池即可滿足化學原水水質要求。另外，全廠儲水及水處理設備盡量采用箱罐，這樣可降低現場混凝土工程量，箱罐在工廠內提前生產，可加快工程施工進度。

4 經驗總結

4.1 取排水方案的選擇

海水直流系統取排水方案的選擇應根據工程的具體情況通過技術經濟比較確定。有條件的盡量采用明渠取水方式，這樣有利于進水渠道的清淤和檢修，減少海生生物對取水構筑物的影響，也大大降低防腐工程費用。

4.2 設備、管道材質選擇及防腐

設備、管道材質選擇及防腐對濱海電廠來講尤為重要，鹽霧、海水及土壤對設備及管道等均會產生非常嚴重的腐蝕。本工程在設備選型、管道材質選擇上主要采取以下措施來應對腐蝕：

(1)根據EPC合同要求，循環水泵主要材質選用ASTM－A743 CN7M雙相不銹鋼，相當于國標022Cr22Ni5Mo3N，該材質在國內很少有海水循環水泵的應用實例，且國內大部分鋼鐵廠均不生產該材質。經過與印尼方業主多次溝通及談判，終于說服業主方將循泵材質更改為國內常用的2205雙相不銹鋼材質。該材質應用實例較多，耐腐蝕性能、機械性能均高于CN7M，國內價格約為進口CN7M的1/3。有些材料的選取要多于業主方溝通，盡量采用國內的材料代替進口的材料，這樣可以大大節約工程造價。

(2)取水管及循環水管采用法國BONNA公司生產的鋼核鋼筋混凝土管(RCCP)，可有效避免海水腐蝕。海外工程海水直流電廠的循環水管管材選取要根據當地的生產條件來確定，鋼筋混凝土管耐海水腐蝕效果好，但若本地不生產，靠從國外進口，則運輸成本太大，不經濟。

(3)鋼閘門、攔污柵、旋轉濾網在水下部分均采用2205雙相不銹鋼，清污機及旋轉濾網機頭框架及罩殼均采用316L材質，僅在設備檢修時使用的平板鋼閘門采用Q235B。

(4)輸送海水介質的水泵，包括海水原水泵、旋轉濾網沖洗水泵、化學原水泵、化學反洗水泵、制氯原水泵等與海水直接接觸的部件均采用2205雙相不銹鋼材質。

(5)輸送海水的管道采用鋼絲網聚乙烯復合管(SRTP)，輸送淡水的管道均采用無縫鋼管，埋地鋼管及管件外壁采用五油四布特加強級防腐。

(6)室外露天的螺栓、螺母等緊固件均采用316L不銹鋼材質。

4.3 模型試驗的重要性

本工程針對取排水構筑物、循泵房進水流道、電廠溫排水等進行了大量的數學及物理模型試驗，用以驗證取排水構筑物布置的合理性、電廠溫排水對機組的影響。本工程實施了以下模型試驗：

(1)波浪數學模型試驗。

(2)潮流溫排放泥沙數學模型試驗。

(3)潮流溫排水物理模型試驗。

(4)波浪斷面物理模型試驗。

(5)循環水泵房進水流道模型試驗。

模型試驗不僅可以驗證取排水系統設計上的合理性，也可及時發現問題，對取排水系統方案進行調整。比如，根據潮流溫排水物理模型試驗結論，我們延長了取水管，將取水頭部放置到平均溫升僅有0.5℃的深海區域。模型試驗的實施有利于設計方案及施工圖順利通過外方業主的審查。

循環水排水溫升應根據合同及當地環保的要求來確定，比如該工程要求取排水溫升不能大于7℃，我們就以此計算循環水的冷卻倍率。

海工工程投資較大，風險也較大，有時海洋資料的勘測周期較短，難以代表全年最不利的工況，取水工程設計時要盡量保守些，留夠裕量，以免引來麻煩甚至是巨額索賠。

4.4 注重EPC合同以及與業主工程師的溝通

EPC合同技術文件是總包方和設計單位的指導性文件，設計人員應全面了解EPC合同中所規定的標準體系、系統設計技術要求，更應該全面分析合同中與國內設計上存在的偏差。對于難以實現和執行的設計偏差，設計人員應在投標之前及時發現并提與外方協調解決。設計人員應注重國外標準的學習，盡快熟悉相關標準，總結與國內標準的異同，在業主工程師進行圖紙審查時以獲得主動。

由于所有的設計成品包括圖紙、計算書、廠家資料等必須經過業主工程師的批準后方可施工，故與業主工程師保持良好的溝通非常重要。溝通中要注重EPC合同及所采用的標準，注重各種細節，保持足夠的耐心，在回答疑問前要經過深思熟慮，確定無誤后再答復，以獲得業主工程師的信任。