火力發(fā)電廠布置技術(shù)與信息化手段的運(yùn)用

王 堅(jiān)

(中南電力設(shè)計(jì)院，武漢市，430071)

0 引言

設(shè)計(jì)優(yōu)化，持續(xù)改進(jìn)是電力設(shè)計(jì)企業(yè)永恒的主題。從近年的多項(xiàng)大型發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計(jì)招評(píng)標(biāo)上可以看出，各設(shè)計(jì)投標(biāo)單位的投標(biāo)方案的競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越集中在布置方案的競(jìng)爭(zhēng)上。布置上的優(yōu)化突出地?cái)[在設(shè)計(jì)者面前[1]。

1 布置技術(shù)

布置技術(shù)就是合理利用空間的技術(shù)。將布置技術(shù)發(fā)揮到極至的是太空飛行器。電廠的設(shè)計(jì)要求沒(méi)有那么苛刻，但是，有限的土地資源和環(huán)境資源要求我們解放思想、大膽創(chuàng)新，在保證機(jī)組運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的前提下，對(duì)全廠總平面布置、主廠房布置、各生產(chǎn)車間及附屬建筑布置等按模塊化進(jìn)行布置優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)、科學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

對(duì)于火力發(fā)電廠項(xiàng)目，合理利用空間，至少應(yīng)包含以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：工藝流程合理、順暢；交通、運(yùn)輸通道暢通；有必要的檢修起吊、操作維護(hù)空間；整體造價(jià)低，運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益好；滿足職業(yè)健康和安全的要求，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；施工便利，留有必要的擴(kuò)建條件等[2]。

2 布置設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)系

布置設(shè)計(jì)與系統(tǒng)設(shè)計(jì)是密切相關(guān)和相互促進(jìn)的。例如，工作介質(zhì)在管道上的壓降是與管道的布置密切相關(guān)的，這個(gè)壓降又影響著介質(zhì)的參數(shù)和泵類設(shè)備的工藝選型。因此，在掌握系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上優(yōu)化布置設(shè)計(jì)，反過(guò)來(lái)又會(huì)促進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

又如，火力發(fā)電廠主蒸汽在管道上的壓降直接影響機(jī)組的熱效率，管道上的沿程阻力越小，壓降越小，在相同的鍋爐出口參數(shù)情況下，進(jìn)入汽輪機(jī)做功的新蒸汽焓值就越高，獲得的有效焓降就越大。現(xiàn)在，有的工程在主蒸汽管道布置時(shí)盡可能多地使用彎曲半徑大的彎管代替彎曲半徑小的熱壓彎頭，就是出于降低管道沿程阻力的目的。

3 火力發(fā)電廠主廠房布置技術(shù)

火力發(fā)電廠的布置設(shè)計(jì)主要包括廠區(qū)總平面布置設(shè)計(jì)和主廠房布置設(shè)計(jì)。主廠房布置設(shè)計(jì)是火力發(fā)電廠布置設(shè)計(jì)的重中之重[3-4]。

要合理利用主廠房?jī)?nèi)的空間，主廠房布置優(yōu)化必須突破國(guó)內(nèi)目前電廠設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)，力求功能分區(qū)明確，設(shè)備布置緊湊，工藝管道短捷，建筑容積小，施工周期短，工程造價(jià)低。目前，主要的主廠房?jī)?yōu)化思路有：模塊化設(shè)計(jì)思路、精細(xì)化設(shè)計(jì)思路、統(tǒng)籌設(shè)計(jì)思路、基于功能的空間布置設(shè)計(jì)理論、基于物流技術(shù)對(duì)工廠和空間進(jìn)行布置。

3.1 模塊化的設(shè)計(jì)思路

模塊化的設(shè)計(jì)思路就是將火力發(fā)電廠各個(gè)功能區(qū)域模塊化[8]，模塊本身又分層次，即1個(gè)主模塊可以由多個(gè)子模塊組合而成。每個(gè)模塊或子模塊則相對(duì)固定，是一個(gè)非常精簡(jiǎn)、經(jīng)過(guò)優(yōu)化的布置設(shè)計(jì)，其工程量在滿足這個(gè)模塊功能的前提下最優(yōu)，并且有明確的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

模塊的組合形成布置方案。模塊之間也不是任意組合的，受項(xiàng)目具體的廠址條件和技術(shù)條件制約。因此，將明顯不具備優(yōu)勢(shì)的組合排除在外，留下可行且有競(jìng)爭(zhēng)力的組合形成廠房的布置方案。

設(shè)計(jì)思路是：根據(jù)工程具體條件優(yōu)選子模塊，由優(yōu)選出的子模塊形成主模塊參與主廠房布置格局的組合，形成最具競(jìng)爭(zhēng)力的主廠房布置方案。

以江西新昌電廠2×660 MW超超臨界機(jī)組工程為例，根據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思路，將主廠房區(qū)域（周邊環(huán)形道路以內(nèi)區(qū)域）劃分成汽機(jī)房（含除氧間）、鍋爐房（含煤倉(cāng)間及集中控制樓）、爐后區(qū)域（含脫硝）、A列外電氣區(qū)域、公用區(qū)（指供氣中心）等幾個(gè)主要模塊，根據(jù)側(cè)煤倉(cāng)及內(nèi)煤倉(cāng)的選用、爐后區(qū)模塊（分為8個(gè)模塊）的選用，衍生出多個(gè)主廠房布置方案，如果不考慮爐后區(qū)模塊的變化，主廠房可分為內(nèi)煤倉(cāng)方案和側(cè)煤倉(cāng)方案2個(gè)主要的主廠房的布置格局，各模塊的組合見表1。其中，爐后區(qū)模塊的組合條件及組合方案見表2。

新昌工程最終確定的技術(shù)條件是設(shè)置脫硫旁路煙道，不設(shè)置煙氣加熱器（gas gas heater，GGH），脫硫增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)分別設(shè)置，爐后區(qū)布置最終固定為模塊4參與模塊組合。

汽機(jī)房模塊經(jīng)過(guò)比選，固定為一種模塊后，與鍋爐房模塊組合成為以下2種主廠房布置方案。

（1）內(nèi)煤倉(cāng)方案：主廠房采用汽機(jī)房、除氧間、煤倉(cāng)間和鍋爐房4列式布置，2臺(tái)鍋爐之間設(shè)置集中控制樓，配電室、電子設(shè)備間和輔助車間均集中布置在集中控制樓內(nèi)。

（2）側(cè)煤倉(cāng)方案：主廠房采用汽機(jī)房、除氧間、鍋爐房3列式布置，汽機(jī)房、除氧間的布置同內(nèi)煤倉(cāng)方案，兩機(jī)共用的集中控制室布置在主廠房固定端，配電室、電子設(shè)備間和輔助車間就近各功能區(qū)分散布置。

主廠房主要模塊組合方案，即主廠房布置方案形成后，對(duì)連接各模塊間的管道、電纜、地下管廊、綜合管架等進(jìn)行布線設(shè)計(jì)，完整的主廠房布置設(shè)計(jì)方案即完成。

然后對(duì)主廠房方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，從表3可以看出，相同的汽機(jī)房除氧間模塊參與組合，從主廠房占地、體積和四大管道、電纜工程量指標(biāo)看，方案1均優(yōu)于方案2。經(jīng)綜合比較，推薦主廠房布置方案1。

表1 主廠房模塊組合表Tab.1 Main power block module combination

表2 爐后各模塊組合表Tab.2 Boiler rear module combination

表3 主廠房模塊化組合方案各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比Tab.3 Index comparison of main power block module combination schemes

3.2 布置子模塊的優(yōu)化布置

模塊化設(shè)計(jì)思路日益被大家所采用，但國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院的現(xiàn)狀離真正意義上的模塊化設(shè)計(jì)還差的很遠(yuǎn)。主要問(wèn)題是：（1）注重主模塊的組合，不注重子模塊的優(yōu)化和精細(xì)化設(shè)計(jì)。（2）設(shè)計(jì)模塊不固定，工程量不具體，無(wú)法實(shí)現(xiàn)“積木塊”，必須依據(jù)每個(gè)具體工程進(jìn)行調(diào)整。（3）子模塊不成系統(tǒng)，設(shè)計(jì)深度不夠，沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)化系列。

因此，要改變這種現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)真正意義上的模塊化設(shè)計(jì)，還有很長(zhǎng)的路要走。首先，要根據(jù)工程條件和設(shè)備配置系統(tǒng)的劃分布置子模塊，每種子模塊都有適用的工程條件。其次，要對(duì)這些子模塊開展精細(xì)化布置設(shè)計(jì)，切實(shí)達(dá)到功能及造價(jià)各方面最優(yōu)的狀況。然后，對(duì)這些子模塊的工程量有精確的統(tǒng)計(jì)并隨時(shí)可以調(diào)用。

4 信息化手段

信息化技術(shù)手段為便捷、高效地實(shí)現(xiàn)真正意義上的模塊化設(shè)計(jì)提供了支持和保障。以PDMS數(shù)字化工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)為例，這是一套基于數(shù)據(jù)庫(kù)的工廠設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。將每個(gè)子模塊設(shè)計(jì)出來(lái)以后，相應(yīng)的工程量和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)就完整地存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)里，隨時(shí)可以檢索和提取。在虛擬三維電廠空間里，可以將這個(gè)模塊像積木塊一樣整體實(shí)現(xiàn)移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、鏡像、復(fù)制等多種操作，直觀、便捷地看到組合后的情況。通過(guò)軟件提供的REVIEW虛擬實(shí)境漫游，可以在數(shù)字化工廠中漫步。

由于它是基于數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)手段，用戶可以建立各種等級(jí)的數(shù)據(jù)庫(kù)。從最基本的元件庫(kù)開始，到管件庫(kù)、閥門庫(kù)、設(shè)備庫(kù)發(fā)展到布置子模塊庫(kù)、主模塊庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)主廠房布置設(shè)計(jì)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)工程庫(kù)。

設(shè)計(jì)院要做的工作就是不斷地維護(hù)和發(fā)展這些數(shù)據(jù)庫(kù)。只要掌握了軟件都能建立元件庫(kù)（catalogue），但如何通過(guò)加載一定的規(guī)則，從元件庫(kù)中遴選出標(biāo)準(zhǔn)元件數(shù)據(jù)庫(kù)（企業(yè)級(jí)）、通過(guò)精細(xì)化設(shè)計(jì)、固定布置子模塊并形成系列的標(biāo)準(zhǔn)化子模塊庫(kù)，隨時(shí)提取子模塊庫(kù)相應(yīng)的工程量，這就是一個(gè)設(shè)計(jì)企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力了[5]。實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，就可以在工程總承包或設(shè)計(jì)投標(biāo)時(shí)，在最短的時(shí)間內(nèi)拿出投標(biāo)方案和工程量報(bào)價(jià)。

5 信息化手段對(duì)布置技術(shù)的推動(dòng)

信息化設(shè)計(jì)手段無(wú)疑對(duì)布置技術(shù)的發(fā)展有著巨大的推動(dòng)作用，它不僅僅體現(xiàn)在設(shè)計(jì)投標(biāo)階段。

目前，中南電力設(shè)計(jì)院使用PDMS三維設(shè)計(jì)軟件（英國(guó)AVEVA公司產(chǎn)品）進(jìn)行的發(fā)電廠施工圖布置設(shè)計(jì)，已明確顯示出數(shù)字化三維設(shè)計(jì)手段所具備的優(yōu)勢(shì)[7，9-10]：

（1）協(xié)同設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)共享。PDMS三維設(shè)計(jì)本身的優(yōu)勢(shì)是二維方式設(shè)計(jì)所難以企及的，PDMS三維設(shè)計(jì)軟件是一款充分利用網(wǎng)絡(luò)功能以提供多專業(yè)三維布置協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺(tái)。它將同一個(gè)工程的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)放在同一個(gè)服務(wù)器下，所有參與設(shè)計(jì)的人員都是對(duì)同一個(gè)工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)操作的“一體化設(shè)計(jì)”，使其“所見即最新”，有效避免了二維設(shè)計(jì)中各專業(yè)各自為戰(zhàn)，提供資料時(shí)效性差，設(shè)計(jì)成果溝通不及時(shí)的缺點(diǎn)。

（2）直觀性。三維的設(shè)計(jì)成果與實(shí)際完全一致。這在節(jié)約用地的要求下，不斷壓縮的主廠房空間的內(nèi)部布置提供了高質(zhì)量的設(shè)計(jì)保證。軟件提供的碰撞檢查的工具，將碰撞解決在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，使設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量更高，增加了客戶滿意度。

（3）高效性。三維模型建好以后，自動(dòng)抽取ISO三維管線圖，自動(dòng)統(tǒng)計(jì)材料；避免了人工制圖、統(tǒng)計(jì)材料等繁瑣且易出錯(cuò)的工作；同時(shí)提供各種計(jì)算軟件接口，如應(yīng)力計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸，大大提高了工作效率。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。不僅是提高單個(gè)發(fā)電廠的空間布局合理性和設(shè)計(jì)質(zhì)量，發(fā)電廠三維設(shè)計(jì)還在于工程設(shè)計(jì)的積累和重復(fù)利用。在大量模型積累的基礎(chǔ)上，各布置子模塊可以形成標(biāo)準(zhǔn)化的、精煉的子模塊，發(fā)電廠設(shè)計(jì)的速度會(huì)越來(lái)越快，空間內(nèi)設(shè)備布局的可參考性也就越強(qiáng)。

（5）形成企業(yè)知識(shí)庫(kù)。幾十年來(lái)，國(guó)內(nèi)各大設(shè)計(jì)院已經(jīng)完成多個(gè)國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，以及參與了多個(gè)大型項(xiàng)目的投標(biāo)，積累了豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)中不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，鍛煉了一大批設(shè)計(jì)人才。但是，隨著部分人員的轉(zhuǎn)崗或流動(dòng)，使他們的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)也隨之失去。大型國(guó)際工程公司則是借助三維數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)軟件，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、規(guī)范庫(kù)的制定和維護(hù)，形成企業(yè)知識(shí)庫(kù)，成為企業(yè)的永久無(wú)形資產(chǎn)。

[1]湯蘊(yùn)琳.大型火電廠設(shè)計(jì)優(yōu)化思路[J].電力建設(shè)，2005，26（12）：1-5.

[2]DL 5000—2000火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL 5032—2005火力發(fā)電廠總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程[S].

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[5]姚強(qiáng).工程全生命周期的信息化管理：工業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)[J].電力信息化，2005（8）：22-23.

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