沙特燃油電廠設(shè)計特點

閻欣軍，沈 陽

(西北電力設(shè)計院，陜西 西安 710075)

1 項目概況

沙特RABIGH 2×660 MW亞臨界燃油電廠項目位于沙特吉達市以北145 km的拉比格，緊鄰紅海東岸。

本項目業(yè)主為拉比格電力公司(SEC)，由沙特ACWA公司、韓國國家電力公司(KEPCO)和SEC共同出資組建。山東電力建設(shè)三公司(以下簡稱SEPCOIII)與東方電氣股份有限公司(以下簡稱DEC)組成聯(lián)合體中標成為EPC總承包商，SEPCOIII為EPC總承包商聯(lián)合體的領(lǐng)導方，BLACK & VEARCH公司(以下簡稱B&V)為業(yè)主咨詢工程師。三大主機設(shè)備由DEC制造。西北電力設(shè)計院為總體設(shè)計院。

2012年12月、2013年1月兩臺機組相繼投入商業(yè)運行。

1.1 設(shè)計范圍

西北院負責除油碼頭、升壓站和海水脫硫、灰場以外工程的設(shè)計。

1.2 主要系統(tǒng)及配置

(1) 汽輪機采用亞臨界、一次中間再熱凝汽式汽輪機。

(2) 鍋爐為亞臨界參數(shù)、自然循環(huán)、前后墻對沖燃燒方式、一次中間再熱的汽包爐。

(3)采用水氫氫汽輪發(fā)電機組，自并勵勵磁系統(tǒng)。

(4) 燃料為重油，通過船運以及碼頭輸油管道提供電廠重油，在廠區(qū)旁建造一個10萬噸級的卸油碼頭，由HUTA公司設(shè)計。

(5) 采用海水直接冷卻機組。

(6) 采用深海取水方案。

(7) 全廠淡水來源于海水淡化。

(8) 采用發(fā)電機－變壓器組單元接線，接入廠內(nèi)380 kV升壓站。

(9) 采用海水脫硫(帶GGH)，由Alstom設(shè)計和供貨。

(10)采用艾默生分散控制系統(tǒng)實現(xiàn)對機組的集中監(jiān)控和管理，配置大屏幕，輔助系統(tǒng)采用可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)完成工藝系統(tǒng)的程序控制，設(shè)置輔助車間網(wǎng)絡，設(shè)置FCB及機組自啟停功能。

(11)發(fā)電機設(shè)置出口斷路器，高壓廠用電系統(tǒng)采用13.8 kV和6.6 kV兩級電壓。低壓廠用電系統(tǒng)電壓采用400/230 V。設(shè)置220 V和110 V直流系統(tǒng)。

(12)汽機房暖通設(shè)計機械進風，機械排風系統(tǒng)。

2 項目主要特點

(1) 本工程是中國公司在中東以EPC總承包形式承建的首臺60 Hz大型燃油發(fā)電設(shè)備項目，也是世界上單機容量最大的燃油機組。

(2) 合同要求設(shè)置電除塵系統(tǒng)，每臺爐配置2臺雙室三電場靜電除塵器。

(3) 除灰系統(tǒng)采用美國UCC系統(tǒng)。由于燃燒的是渣油，硫含量高，燃燒后的油灰是一種與煤灰完全不同的物料，與常規(guī)燃煤電廠煤灰有較大不同。電除塵系統(tǒng)同時設(shè)置注氨系統(tǒng)，注氨后的油灰具有更大的粘性和吸濕性，給除灰系統(tǒng)的設(shè)計帶來很大的難度。本系統(tǒng)的設(shè)計為后續(xù)渣油燃燒產(chǎn)生的飛灰并注氨的物料類型工程積累了經(jīng)驗。

(4) 設(shè)置小島運行功能

小島運行是機組在異常工況下的一種特殊運行方式，是指在外部電網(wǎng)或線路出現(xiàn)故障而機組本身運行正常的情況下，不聯(lián)跳汽機和鍋爐，發(fā)電機帶機組和公用廠用電運行(合同要求一小時)。小島運行發(fā)生時要求整個機組主、輔機協(xié)調(diào)配合及控制策略能應對機組特殊工況下的動態(tài)特性，故障排除后能較快地恢復并網(wǎng)發(fā)電。

由于我國電網(wǎng)容量較大，小島運行在國內(nèi)火電機組并不專門要求。

B&V要求提交小島運行方案說明，該報告涉及到主輔機設(shè)備、工藝系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選擇以及自動化和電氣專業(yè)聯(lián)鎖和保護系統(tǒng)設(shè)置。我們召開了小島運行方案策劃會議并編寫了方案說明初稿，主動要求SEPCOIII組織設(shè)計院、主輔機廠、DCS組態(tài)商、DEH、MEH廠共同討論和完善方案說明。B&V審核意見返回后，又召開了第二次討論會，還邀請了調(diào)試和運行人員參加，修改后的版本順利得到B&V確認。

(5)設(shè)置機組級自啟停順序控制功能，機組級自啟停順序控制是機組自動化水平的重要指標，在機組自動啟、停過程中，按組態(tài)好的程序步驟發(fā)出各個設(shè)備/系統(tǒng)的啟動或停運命令，由控制系統(tǒng)配合協(xié)調(diào)完成，實現(xiàn)機組的自動啟動或自動停運。本工程從啟動負荷開始到機組并網(wǎng)帶初始負荷結(jié)束，設(shè)置機組啟動準備、鍋爐點火升溫升壓、汽機沖轉(zhuǎn)、發(fā)電機并網(wǎng)四個啟動斷點；停機從降負荷開始到風煙系統(tǒng)停運結(jié)束，設(shè)機組降負荷、機組解列停運二個停機斷點。

(6)設(shè)置燃油蒸汽發(fā)生站，在本系統(tǒng)中，燃油蒸汽發(fā)生站一次蒸汽(來自輔助蒸汽)用來加熱和蒸發(fā)二次給水系統(tǒng)，加熱后的二次飽和蒸汽供給燃油系統(tǒng)、油罐、油管路伴熱系統(tǒng)等，以避免換熱器泄漏時污染蒸汽疏水系統(tǒng)。

(7)工藝管道采用ASME標準設(shè)計，管道為英制標準，在我院是首次設(shè)計。

(8)消防全部采用NFPA標準設(shè)計。

(9)本項目設(shè)計困難最多的是電氣專業(yè)，業(yè)主及B&V對設(shè)計方案要求嚴謹，計算項目比以往涉外工程多。比如電纜壓降、過載、短路計算；馬達啟動校驗分析計算；廠內(nèi)潮流計算；開關(guān)選擇配合計算；無功補償容量計算；照明計算等。

(10)按NFPA標準設(shè)計危險區(qū)域劃分圖紙。危險區(qū)域劃分，國內(nèi)在2009年《火力發(fā)電廠初步設(shè)計深度規(guī)定》開始提出，由總圖專業(yè)在總平面布置圖上劃分危險區(qū)域等級。

危險區(qū)域是指三維空間或區(qū)域，并不僅僅是平面劃分。對危險區(qū)域進行等級分類以便于正確選擇和安裝這些危險區(qū)域所用的電氣設(shè)備。

從NFPA標準看，危險區(qū)域是指爆炸危險性氣體環(huán)境(在大氣條件下，氣體或蒸汽可燃物質(zhì)與空氣的混合物)出現(xiàn)或預期可能出現(xiàn)的數(shù)量達到對電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用采用專門措施的區(qū)域。根據(jù)爆炸性氣體環(huán)境出現(xiàn)的頻率和持續(xù)時間把危險區(qū)域劃分為0區(qū)、1區(qū)和2區(qū)。劃分完危險區(qū)域后，再根據(jù)釋放源劃分為連續(xù)級、1級、2級三個等級。釋放源是指可燃性氣體、蒸汽或液體可能釋放出能形成爆炸氣體環(huán)境的部位或地點。

(11)除合同外，項目還要執(zhí)行沙特國家安全規(guī)范和國家電網(wǎng)規(guī)范，類似于國內(nèi)的強制性標準，這些規(guī)范對廠區(qū)圍柵照明照度及防入侵系統(tǒng)、電網(wǎng)調(diào)度方式和廠網(wǎng)分離的操作要求，需要的信號交換和通信的特殊需求等都有明確要求。

(12)全部圖紙包括資料及廠家圖紙都要由B&V及業(yè)主方確認。圖紙確認分四級：A(確認)、AWC(帶意見確認)、AFI(資料性質(zhì))、RFC(拒絕)。

(13)主廠房為鋼結(jié)構(gòu)，采用條形基礎(chǔ)，鍋爐房采用天然地基。

(14)采用鋼筋混凝土雙管式鋼內(nèi)筒煙囪型式，高175 m。煙囪及主廠房鋼結(jié)構(gòu)采用美國規(guī)范設(shè)計。

(15)混凝土基礎(chǔ)部分B&V同意按中國規(guī)范進行設(shè)計，結(jié)構(gòu)專業(yè)對中美混凝土規(guī)范進行了定性和定量的比較，根據(jù)比較結(jié)果提出了解決措施后按中國規(guī)范進行設(shè)計。為國內(nèi)設(shè)計院走出國門，提供了另一種可供借鑒的方式。

(16)合同要求道路采用英國、美國或等同規(guī)范。經(jīng)咨詢，涉外工程道路沒有按國外標準設(shè)計的先例。后多方調(diào)研，總圖專業(yè)采用與同濟大學合作的方式用美國標準完成了道路設(shè)計。

(17)為防止鍋爐高溫受熱面腐蝕，設(shè)置燃油加藥系統(tǒng)。

(18) 設(shè)置燃油計量系統(tǒng)，將油罐進口/出口重油流量、海水流量、海水品質(zhì)( pH,導電度)、生活水流量、生活水品質(zhì)( pH,余氯) 等信號送到計量系統(tǒng)。

(19)照明設(shè)備在當?shù)夭少彛嬎悴捎脟H通用的dialux軟件，采用沙特當?shù)卦O(shè)計標準。

(20) 廠內(nèi)電纜橋架統(tǒng)一采用鋁合金材質(zhì)，為避免焊接質(zhì)量及當?shù)厥┕り犖榈囊?，橋架統(tǒng)一采用螺栓連接，橋架支架統(tǒng)一使用C型鋼或成套支架。

(21) 封閉母線選型完全使用IEC及IEEE相關(guān)標準，考慮當?shù)厝照諒姸雀撸瑧敉夥忾]母線增加遮陽罩。

(22)輔助車間電氣配電及儀表設(shè)備房間均設(shè)置全空氣空調(diào)系統(tǒng)。

3 B&V及業(yè)主方給予的啟示

中東地區(qū)對項目標準要求高，要求提供好的設(shè)備及精品設(shè)計。從本項目看我們在設(shè)計理念、設(shè)計方式、項目管理等與他們的要求還有差距。

3.1 設(shè)計理念及設(shè)計方式

(1)雖然是做國外項目，但開始我們與B&V談問題，是以我們對國內(nèi)工程的理解、GB或行業(yè)標準思路去談，而B&V是用國際標準來談，都站在自己角度上談問題，像在兩條平行道上走路，沒有交集，經(jīng)過雙方不斷磨合溝通，逐漸消除了這種差異，互相能接受對方的意見和建議，形成共識后去說服業(yè)主。

(2)項目執(zhí)行就是要滿足合同要求，凡是與合同違背或偏離的B&V原則上不商量不讓步。

(3)從業(yè)主和B&V對我們的要求看，有些設(shè)計內(nèi)容雖然合同沒有明確要求，但很多要求就是一種國際慣例，比如接口清單、各類計算書、負荷清單等。

(4) B&V主要專業(yè)人員在設(shè)計階段在我院進行設(shè)計圖紙確認，每個人僅此一個工程，有大量的時間研究合同和圖紙。而我們的專業(yè)主設(shè)人往往身兼數(shù)職，不能一心一意做一個工程。

(5)業(yè)主對國內(nèi)的認識還停留在20年前，甚至對B&V也不放心，使得有些圖紙確認得比較艱難。

(6)國外工程應充分重視設(shè)計軟件。本項目業(yè)主對國標不予接受，幾乎所有設(shè)計、設(shè)備選型都要通過理論計算來做為基本的設(shè)計依據(jù)或驗證設(shè)計的正確性。

電氣廠內(nèi)潮流分析計算，短路計算B&V認可采用國際上通用軟件的計算結(jié)果，對人工計算結(jié)果個別的地方有異議。為此電氣專業(yè)購買了ETAP 軟件，用該軟件建模完成計算，順利通過B&V確認。照明采用沙特當?shù)剀浖ㄟ^建模完成設(shè)計。

按合同要求，每個建筑物要求暖通提供詳細的計算書，但專業(yè)沒有相應計算程序，是按國內(nèi)經(jīng)驗值靠人工計算，修改一次工作量較大，往往是圖紙批準了，計算書中因為一些小問題晚于圖紙被批準。

3.2 項目管理

(1) B&V開始就明確參與工程的每個單位規(guī)范郵件、傳真編號。要求每個郵件或傳真名稱必須寫明編號、主要內(nèi)容、圖紙編號。規(guī)范后的郵件查找起來很方便。比如B&V對SEPCOIII發(fā)出的3981號郵件回復為3597號郵 件，名 稱 為 ：3597/RAB/SEP － Regarding the Ventilation In 380 kV Cable Tunnel(3981/SEPCOIII/RABEC )。

(2) 本項目官方郵件可以作為正式信函，非正式提交的圖紙，與業(yè)主及B&V交流的來往郵件，只要不是以正式信函發(fā)出的一律無效。專題會上口頭談過且達成一致的問題如果紀要中沒有明確記錄一律不認可。

(3) 對于專題會上的問題都要有記錄，已經(jīng)解決的注明closed，說明相關(guān)各方都達成了共識或已經(jīng)完成，對于需要落實或沒有解決的問題注明open，過后重點跟蹤，一目了然。

(4) B&V有專門的計劃工程師，對所有圖紙進行列表統(tǒng)計，各參建單位全部是圍繞這個清單安排工作，控制進度并隨時發(fā)現(xiàn)各環(huán)節(jié)存在的問題，每周甚至更短時間內(nèi)更新一次。

3.3 質(zhì)量控制

(1) B&V在質(zhì)量、三標管理上沒有刻意要求怎么做，但在項目執(zhí)行過程中的各個環(huán)節(jié)時時能感受到質(zhì)量、三標管理的存在，從完善的程序上保證了工程質(zhì)量，而不是流于形式。

(2)對整個項目而言SEPCOIII面臨的最大的問題不是設(shè)計問題，而是設(shè)備的交付。如果規(guī)定的試驗、監(jiān)造項目沒有被B&V確認，則不允許發(fā)貨，即使發(fā)貨了，沒有B&V的確認意見，現(xiàn)場將拒收設(shè)備。

(3)基本設(shè)計階段電氣圖紙遲遲不能關(guān)閉，原因是電氣計算依據(jù)負荷是工藝專業(yè)估算的，B&V認為設(shè)計輸入不準，不能確認圖紙。

(4) B&V專業(yè)人員技術(shù)上比起我們專業(yè)主設(shè)人并不一定是最好的，但每個人很快能勝任專業(yè)工作，這完全得力于B&V的專家團隊、詳細且實用的培訓手冊、審圖的程序和制度以及外企的嚴格考核機制每個人對工作認真嚴謹?shù)膽B(tài)度，保證了關(guān)鍵環(huán)節(jié)不出差錯。

4 需注意的問題及建議

4.1 重視設(shè)計接口管理

由于電站設(shè)計是由多專業(yè)、多部門有機組合協(xié)調(diào)配合完成的系統(tǒng)工程，從設(shè)計工作一開始直到最終設(shè)計成品，都存在設(shè)計接口問題，應作為設(shè)計管理工作重點。本項目設(shè)計過程中出現(xiàn)了接口反復配合的情況，如果車間司令能充分發(fā)揮作用，接口問題應該是在我們掌控之中。

4.2 招標階段應重視電動機功率

各工藝專業(yè)在基本設(shè)計階段提給電氣的負荷資料與實際招標的負荷差別較大，直接影響電氣配電裝置訂貨。由于本項目還有B&V確認和海運環(huán)節(jié)，并且SEPCOIII技術(shù)與采購是分開的，任何商務變化都要經(jīng)過特定的程序需要一定的時間，負荷變化直接影響電氣設(shè)計按期進行，也給設(shè)計院帶來了負面影響。

4.3 重視現(xiàn)場收資

對于涉外工程特別是我們首次進入的地區(qū)，在工程初期應組織相關(guān)專業(yè)人員到現(xiàn)場收集當?shù)毓こ糖闆r，如當?shù)亟ㄖ牧霞巴鈮ψ龇?、防腐要求、建筑屋面做法，廠區(qū)雨水排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)及當?shù)乜照{(diào)設(shè)備情況、電纜橋架設(shè)計要求、當?shù)亟ㄖ厥庖蟆⒔ㄖ镩_窗、常用管道規(guī)格等，為設(shè)計方案的盡早確定提供依據(jù)。

4.4 熱帶地區(qū)應重視暖通工藝設(shè)計

(1)室外氣象參數(shù)設(shè)計溫度問題將直接影響設(shè)備的參數(shù)確定、設(shè)計方案、投資費用、也會影響設(shè)備招標及工程進度。

(2) 要充分重視暖通專業(yè)在涉外工程的工作量并及早與其他專業(yè)配合。暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計直接影響到建構(gòu)筑物布置方案的確定，空調(diào)方案應及早取得業(yè)主工程師及業(yè)主認可。本工程由于暖通設(shè)備采購較晚，使得暖通專業(yè)設(shè)計滯后于其他專業(yè)，引起已經(jīng)確認的建筑和結(jié)構(gòu)圖紙由于暖通原因?qū)痈咴黾佣匦律妗?/p>

(3) 暖通設(shè)備的采購

考慮到暖通設(shè)備要符合當?shù)氐臍夂驐l件，SEPCOIII在當?shù)夭少徔照{(diào)機組及風機，由于設(shè)計時沒有當?shù)禺a(chǎn)品樣本，SEPCOIII要求按國內(nèi)參數(shù)及產(chǎn)品樣本設(shè)計，由現(xiàn)場直接采購，但當?shù)仫L機樣本與設(shè)計參數(shù)不對應，采購極其困難，后決定在國內(nèi)采購。實際上國內(nèi)也有制造適合沙特當?shù)貧夂虻膰H品牌的空調(diào)設(shè)備的廠家。

4.5 關(guān)于設(shè)計標準

合同要求采用國際標準，如果想用GB或行業(yè)標準，業(yè)主和B&V提出只要提交比較報告證實高于或等同于國際標準就可以采用，問題是當時我們沒有這方面的技術(shù)儲備，而項目中沒有人力也沒有時間在完成圖紙的同時去研究規(guī)范之間的差異。好在國內(nèi)專家已經(jīng)開始這方面的工作并取得了一定成果，在后續(xù)工程設(shè)計中可以應用。

4.6 關(guān)于設(shè)計深度

涉外工程具有唯一性、復雜性和特殊性，國內(nèi)和國外工程最大的區(qū)別在于設(shè)計深度。我們設(shè)計深度與國外有差距，不同之處在于國外設(shè)計院由于設(shè)計時間充裕加之設(shè)計習慣細節(jié)上考慮完善，而我們只有定性說法。此外EPC承包商往往為了降低工程造價會在當?shù)貙ふ沂┕り犖?，要考慮如何讓國外的承包商方便地看懂和使用我們的圖紙，應該在精細化設(shè)計上下功夫，對于國外工程出圖范圍和方式上應盡量與國際慣例接軌。

4.7 重視EPC技術(shù)合同

通過合同分解將其中寬泛的合同條文細化到具體的圖紙設(shè)計中，將合同要求落實到項目設(shè)計過程中，確保設(shè)計質(zhì)量。

4.8 淡化圖紙卷冊概念

涉外工程應該根據(jù)施工需求和資料到位情況按張出版設(shè)計圖紙，管理圖紙應該是到張而不是到卷。

4.9 關(guān)于電廠編碼標識系統(tǒng)

業(yè)主及B&V提出將分專業(yè)的電廠編碼標識系統(tǒng)合并為完整一本，供電廠人員使用包括碼頭、升壓站、海水淡化、脫硫等。他們認為只要是各承包方均要使用的如保溫、油漆也應該是全廠整合，而不是各出各的。

4.10 重視月度會

本項目每月一次調(diào)度會，參加人員有業(yè)主、B&V、SEPCOIII、DEC、設(shè)計院、主要供貨商，主要討論設(shè)計、采購、設(shè)備、運輸、質(zhì)檢及現(xiàn)場問題，長則一天，短則半天。這種方式對推動工程進展能起到一定的作用。

4.11 重視專業(yè)間的協(xié)調(diào)

由于涉外工程圖紙多次升版的特點，往往專業(yè)人員只重視第一次會簽，升版后的圖紙基本上就不會簽了，專業(yè)間彼此修改情況不知道。專業(yè)間出圖會出現(xiàn)不同步，專業(yè)配合有時不到位，就會引起其他專業(yè)的圖紙修改，應該加強專業(yè)間的協(xié)調(diào)和配合工作。

5 結(jié)語

由于我們與業(yè)主、B&V之間在設(shè)計上的理念、標準方面存在著諸多差異，所以整個項目的運作過程就是一個相互碰撞、相互融合的過程，參與設(shè)計的每個人都有很大的收獲。

通過本項目，我院設(shè)計人員基本掌握了燃油電廠的核心設(shè)計，加深了我們對中東市場設(shè)計要求的認識，其中出現(xiàn)的許多問題值得我們?nèi)フJ真思考、研究、體會、提高，為其他項目及時提供一些值得參考、借鑒的經(jīng)驗和教訓。