某海外聯(lián)合循環(huán)電站項目熱控設(shè)計簡述

米大利，王宇軒，朱靜波

（中南電力設(shè)計院，武漢 430071）

隨著國家電力改革的深入和電力工業(yè)的發(fā)展，中國電力企業(yè)越來越多的走出國門，在這個過程中必須要克服文化、語言、設(shè)計標準、設(shè)計習慣、設(shè)計深度等方面的種種問題，在推廣中方設(shè)計的同時，學習和借鑒國外好的方法。本文論述的是白俄羅斯某聯(lián)合循環(huán)機組項目在熱控設(shè)計過程中碰到的各類主要問題及其解決思路，供大家交流和探討。

1 項目簡介

本聯(lián)合循環(huán)電站項目是白俄羅斯當前投入運行的最大燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，也是白俄羅斯首次使用雙軸布置燃機的世界一流電站技術(shù)，整個電廠投運后其發(fā)電量約占白俄羅斯全國發(fā)電量的10%。

本項目為擴建項目，地處高寒地區(qū)，一年中最低外部氣溫-35℃。老廠設(shè)備比較老舊，全部機組均為20 世紀60、70 年代設(shè)計建造，多數(shù)采用常規(guī)盤控制方式。在集控樓每兩臺機組設(shè)置一個集中控制室，這些老機組除汽機采用PLC（Programmable Logic Controller）控制外，其他均為常規(guī)控制盤。循環(huán)水泵房的控制采用常規(guī)控制盤，鍋爐補給水系統(tǒng)采用常規(guī)盤和PLC 混合的控制方式。全廠設(shè)有MIS（Management Information System），MIS 上位機設(shè)置在集控樓單獨的MIS 機房控制室。

本期工程電廠規(guī)劃容量為1×427MW（ISO）級燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組，采用雙軸方案，配置有一臺SIEMENS 公司SGT5-4000F 的285MW 級（ISO）燃氣輪機及發(fā)電機，一臺140MW 級的蒸汽輪機及發(fā)電機和一臺無補燃三壓再熱型余熱鍋爐及其輔助設(shè)備。機組采用微機分散控制系統(tǒng)（DCS），汽機采用數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH），在集中控制室（CCR）能實現(xiàn)對聯(lián)合循環(huán)機組的啟動、停機，運行監(jiān)視控制，事故處理和管理等功能。DCS 和燃機的控制系統(tǒng)均采用西門子SPPA-T3000 系統(tǒng)，它為機組及其輔機提供了完整的監(jiān)視、控制和保護功能。

機組DCS 的監(jiān)控范圍如下：

◇ 鍋爐控制，包含取樣加藥和空壓站。

◇ 汽機（ST）輔助系統(tǒng)（疏水系統(tǒng)、凝結(jié)水系統(tǒng)、開/閉式循環(huán)冷卻水系統(tǒng)、凝汽器抽真空系統(tǒng)等）控制。

◇ 發(fā)變組及機組廠用電控制。

◇ 循環(huán)水泵房控制。

工業(yè)廢水系統(tǒng)、生活污水處理系統(tǒng)由PLC 控制，構(gòu)成水網(wǎng)控制系統(tǒng)。PLC 控制系統(tǒng)的調(diào)試和維護由便攜式計算機實現(xiàn)，其操作員站設(shè)置在集中控制室，水網(wǎng)與DCS 冗余通訊；天然氣處理站采用PLC 控制，其操作員站設(shè)置在集中控制室，其控制系統(tǒng)與DCS 進行雙向通訊。

2 熱控設(shè)計要點

根據(jù)白俄羅斯法律要求，項目的初設(shè)方案必須得到白俄建設(shè)審查委員會的批準才能開展施工設(shè)計，涉及到防爆系統(tǒng)的設(shè)計也要委托白俄電力設(shè)計院進行標準轉(zhuǎn)化。項目審查的難度超出了想象，語言、文化、標準、習慣等的差異使得設(shè)計審查工作在開始階段就步履蹣跚。

首先遇到的難題就是技術(shù)標準的對接。為了實現(xiàn)標準轉(zhuǎn)化并盡快得到審批，在圖紙審查階段，各專業(yè)設(shè)計人員與白俄電力設(shè)計院的工程師緊密溝通，在白俄電力設(shè)計院工作超過半年。白天與白俄院、業(yè)主、建委會等專家溝通，晚上修改設(shè)計。通過大家的努力，中白雙方工程師較好地達成一致，使雙方有分歧的設(shè)計問題較為迅速地得到解決。

下面主要從中白雙方設(shè)計標準和設(shè)計理念、主要難點及雙方分歧這幾個方面著手介紹本項目熱控設(shè)計的特點。

2.1 設(shè)計標準和理念的差異

國內(nèi)常規(guī)的熱控專業(yè)在白俄羅斯設(shè)計院被分為儀表自動化專業(yè)、工藝過程自動化專業(yè)，CEMS（Continuous Emission Monitoring System）由另一獨立的專業(yè)負責（國內(nèi)有的院屬于環(huán)保專業(yè)），全廠閉路電視系統(tǒng)（Closed Circuit Television）在白俄方屬于通訊專業(yè)。

儀表自動化專業(yè)主要負責就地設(shè)備，包括就地儀表控制設(shè)備相關(guān)的設(shè)計以及控制室及電子設(shè)備間的布置。工藝過程自動化專業(yè)主要負責控制系統(tǒng)的設(shè)計，包括控制系統(tǒng)的選型、控制系統(tǒng)邏輯圖的編制等。

白俄羅斯有自己的國家標準，但很多是20 世紀90 年代之前編制，且白俄羅斯設(shè)計院已經(jīng)多年沒有設(shè)計過完整的電廠，對目前國際上的主流技術(shù)以及設(shè)計思路缺乏了解和掌握。因此，對于中方的設(shè)計文件他們經(jīng)常是不認同，并且在許多情況下心理上不情愿相信中方的設(shè)計，這對于圖紙的審查帶來了一些障礙，對此需要對白俄方進行實例說明、深入解釋，使他們慢慢接受中方的設(shè)計理念[1]。

白俄方的各階段出圖深度比國內(nèi)常規(guī)出圖方式要深得多。在初步設(shè)計階段，國內(nèi)常規(guī)的初步設(shè)計文件包括：初步設(shè)計說明、控制網(wǎng)絡(luò)概貌圖、P&ID（Process and Instrumentation Diagram）、集控室及電子設(shè)備間布置圖、電纜橋架布置圖。而白俄方要求在上述圖紙之外，還要包含控制系統(tǒng)邏輯圖等，這在國內(nèi)是在施工圖階段才能提供的。而在施工圖階段，白俄方出圖深度同樣較深，安裝公司習慣于直接照圖施工而無需再進行二次設(shè)計，這與國內(nèi)常規(guī)方式有所不同。白俄方非常注重設(shè)計細節(jié)，其對圖紙及資料的格式要求非常嚴格，包括文檔格式、采用字體、章節(jié)排列等。

2.2 圖紙審查流程

近年來，中國的經(jīng)濟建設(shè)步伐很快，項目建設(shè)中“速度”被提到重要位置，存在一些邊施工邊設(shè)計的情況，以此滿足日益縮短的設(shè)計工期要求。白俄羅斯的特點是“慢工出細活”，在設(shè)計流程和設(shè)計習慣上，與中國20 世紀80年代相當。其設(shè)計理念是充分地細化施工圖設(shè)計，有些中方在施工圖設(shè)計階段的事情，他們放到了初步設(shè)計階段。

就一個具體的問題為例，在白俄方CEMS 專業(yè)負責CEMS 系統(tǒng)的設(shè)計時，CEMS 系統(tǒng)設(shè)計需要遵守白俄羅斯的標準，并且在初步設(shè)計階段就要提交CEMS 系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)書，主要包括CEMS 的測量方法等，供白俄羅斯國家環(huán)保部審查。

2.3 特殊要求及習慣

2.3.1 防凍設(shè)計

考慮到本工程為封閉式廠房并有采暖系統(tǒng)，雖然地處嚴寒地區(qū)，但并沒有大面積設(shè)計儀表取樣管的伴熱裝置。然而考慮到在機組實際運行時，盡管有暖氣、鍋爐及汽輪機設(shè)備散熱可以提高室溫，但由于鍋爐房及汽輪機房室內(nèi)門窗及未封閉孔洞漏風，在氣溫低于-20℃時，鍋爐0m 及運行層、汽機房0m 的溫度有時仍會低于0℃，可能會造成儀表管凍結(jié)，致使水/汽系統(tǒng)壓力、流量測量失靈，影響機組安全運行[2]。因此，上述區(qū)域的壓力類儀表設(shè)計了儀表取樣管的伴熱。

2.3.2 事故順序記錄（SOE）設(shè)置

白俄方提出要設(shè)置專門的SOE（Sequence Of Event）記錄裝置。SOE 事件順序記錄，其主功能是用于故障順序記錄和查詢，為事故信號的分析提供依據(jù)，其關(guān)鍵是區(qū)別出各種信號的先后。目前，電廠對SOE 分辨率的要求都是要求在1ms 以內(nèi)。SOE 有兩種，一種是獨立于DCS 控制器專用的SOE 裝置，其特點是所有需要區(qū)分先后順序的信號都接到同一個SOE 記錄裝置上，同一信號如果需要參與控制則另外再接到DCS（Distributed Control System）控制器的DI 板卡；另外一種是采用專用的DCS 控制SOE 板卡，是與DCS 一體化的產(chǎn)品，采用高分辨率的卡件來實現(xiàn)事故順序記錄，其功能和精度完全超過多年前常用的事故記錄器，但是白俄方?jīng)]有采用過這種方式，通過向其提供SOE 方面的資料，包括SOE 系統(tǒng)在很多電廠的應(yīng)用案例，最終確定采用SOE 與DCS 一體化的方案。

2.3.3 后備操作設(shè)備布置

白俄方習慣是在操作臺上設(shè)置專門的緊急操作按鈕箱，用于集中安裝全廠的緊急操作按鈕，這是白俄方一貫的習慣，而中方采用的方案是將緊急操作按鈕根據(jù)操作員站的功能嵌入安裝到各個操作員站，這樣根據(jù)功能分散布置更容易達到快速反應(yīng)的目的。白俄方對這兩種方案進行了對比，最終采用了推薦方案，也就是將緊急操作按鈕分散設(shè)置到各個操作員站。

2.3.4 電纜選擇

在嚴寒地區(qū)對于控制電纜的選擇也需要特別注意。控制電纜是控制系統(tǒng)信號傳輸?shù)拿浇椋诎锥砹_斯嚴寒的氣候條件下，氣溫低到-35℃，積雪不融化，有凍土層，室外有水的地方都會結(jié)冰，因此特別需要選擇耐寒控制電纜。本項目控制電纜選用：①耐寒阻燃聚烯烴護套及交聯(lián)聚乙烯絕緣計算機電纜，用于廠房內(nèi)DCS 和廠區(qū)PLC 信號和控制回路；②對絞銅帶分屏加總屏耐寒阻燃聚烯烴護套計算機電纜，用于廠房內(nèi)DCS 和廠區(qū)PLC 模擬量回路。耐寒控制電纜線芯長期允許工作溫度不大于90℃，電纜的最低使用溫度為-40℃，滿足嚴寒地區(qū)的使用要求。此外，還應(yīng)注意電纜的敷設(shè)溫度不低于-20℃。推薦允許的彎曲半徑為：無鎧裝的電纜不小于電纜外徑的6 倍，有鎧裝的電纜不小于電纜外徑的12 倍。

2.3.5 儀表選擇

現(xiàn)在大多數(shù)儀表設(shè)備的電路板和主要電子元器件都可在-25℃環(huán)境正常工作，一些高品質(zhì)的儀表甚至在-40℃時也可長時間正常工作。但有些儀表設(shè)備的液晶顯示部分，在-15℃時就會出現(xiàn)畫面變花和數(shù)字虛化等現(xiàn)象，所以在項目中選型以模擬表頭為主。根據(jù)上述流量儀表的特點，流量檢測應(yīng)盡量選用非介質(zhì)引出型的儀表，如電磁、質(zhì)量、渦街、超聲波等類型，這樣避免某些位置不便于儀表和管路防凍設(shè)計[3]。

在儀表安裝上，設(shè)計上也采取了一定的措施來應(yīng)對低溫環(huán)境，如多采用焊接的管件閥門，少采用螺紋卡套連接，從而避免形成更多的泄漏點。

2.3.6 DCS專用校驗設(shè)備問題

白俄方要求提供DCS 卡件校驗設(shè)備。這在國內(nèi)一般是DCS 廠家自用的設(shè)備，市面上是難以采購到此設(shè)備的。本項目DCS 為西門子SPPA-T3000 系統(tǒng)，西門子解釋其DCS能夠在線進行卡件檢測功能，不需要其他的專用工具進行校驗。在西門子的SPPA-T3000 系統(tǒng)調(diào)試階段，白俄方工程師專門對此事進行了檢查，確認系統(tǒng)能夠滿足其要求。

2.3.7 閉路電視系統(tǒng)設(shè)計方式

白俄方特別重視閉路電視系統(tǒng)的設(shè)計，特別是安防閉路電視系統(tǒng)需要有白俄設(shè)計資質(zhì)的設(shè)計單位提交相關(guān)的報告給他們的內(nèi)務(wù)部，且所有設(shè)計文件需要審查批準。所以僅僅中方完成設(shè)計還不夠，需要當?shù)赜匈Y質(zhì)的公司進行二次設(shè)計。閉路電視系統(tǒng)由內(nèi)務(wù)部管轄，由國家安全部門直接管理，他們對系統(tǒng)的設(shè)計、設(shè)備的安裝都有很多具體的要求。閉路電視系統(tǒng)的設(shè)備需要在明斯克試驗室通過檢驗，這個需要和圖紙同步，不通過檢驗，就無法開展下一步工作。其安防閉路電視系統(tǒng)要求電廠的圍墻上每隔30m ～50m 設(shè)置一個約10m 高的燈塔，攝像機安裝在5m處左右，燈塔的頂端安裝射燈，這種閉路電視前端攝像機利用燈塔作為安裝桿的方式值得中方借鑒。

3 結(jié)束語

在進行海外項目設(shè)計的時候，雙方要充分了解對方設(shè)計理念和思維方式，對自己的設(shè)計要有信心，相信中方所提供的設(shè)計方法包括設(shè)計工具都是一流的。對方可能擁有比中方多的實際運行經(jīng)驗，但他們的電廠可能是數(shù)十年前的設(shè)計，而中方的設(shè)計是全新的，有更先進的理論和實踐。當然，向?qū)Ψ綄W習其設(shè)計思路和方法，對于優(yōu)化自身的設(shè)計和提升中方對國際主流技術(shù)標準的理解也非常重要，借此也可以不斷地提升眼界和設(shè)計水平。