國外火電工程儀控設(shè)計(jì)特點(diǎn)

閻欣軍

(中國電力工程顧問集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院有限公司，陜西 西安 710075)

隨著中國電力需求增速放緩，環(huán)境保護(hù)要求日趨嚴(yán)格，國內(nèi)火電市場的發(fā)展空間逐步收縮，導(dǎo)致火電設(shè)備產(chǎn)能明顯過剩。國內(nèi)的電力勘測設(shè)計(jì)企業(yè)“走出去”做國際工程已經(jīng)是一個(gè)必然的趨勢，尤其是近年來，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的推進(jìn)，國內(nèi)電力行業(yè)更是爭相開拓國際市場。

本文基于筆者多年參與國外火電工程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)積累，對儀控設(shè)計(jì)在實(shí)施過程中存在的問題進(jìn)行了梳理，并歸納總結(jié)圖紙審核重點(diǎn)，以期為類似工程的儀控設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 國外火電工程儀控設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

國外地域環(huán)境與國內(nèi)不同，中外思維方式有差異，導(dǎo)致國外火電工程整體思路及設(shè)計(jì)方案與國內(nèi)大不相同，反映在設(shè)計(jì)中就會有不同的關(guān)注點(diǎn)，設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)習(xí)慣不同導(dǎo)致設(shè)計(jì)深度和設(shè)計(jì)內(nèi)容不能滿足外方要求的問題也越來越突出，亟待系統(tǒng)梳理、總結(jié)。

國外火電工程儀控設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下六個(gè)方面：

(1)國外常規(guī)火電工程的大容量機(jī)組少，小容量機(jī)組偏多。

(2)目前的國外火電工程以地處第三世界國家偏多，當(dāng)?shù)剡\(yùn)行人員水平無法達(dá)到全能水平，因此，輔助車間系統(tǒng)設(shè)置就地控制點(diǎn)或設(shè)置分類集中控制點(diǎn)的工程偏多。

(3)國外火電工程的儀控設(shè)計(jì)需要采用國際標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)的儀控設(shè)備也需要執(zhí)行國際標(biāo)準(zhǔn)。

(4)由于文化、運(yùn)營檢修人員水平、基礎(chǔ)設(shè)施及電網(wǎng)需求等差異，國內(nèi)外火電工程儀控設(shè)計(jì)理念有明顯差異，大多工程都要求設(shè)置小島運(yùn)行功能。

(5)國外火電工程儀控專業(yè)需要額外設(shè)計(jì)安裝圖紙，包括：儀表定位、儀表管道及閥門典型安裝圖等。

(6)國外火電工程由于所處國家的同類運(yùn)行機(jī)組較少，大多需要配置仿真機(jī)用于平時(shí)的培訓(xùn)。

2 儀控專業(yè)在設(shè)計(jì)各階段需要注意的問題

國外火電工程要按國際習(xí)慣和思維進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)各階段需要儀控專業(yè)注意以下六個(gè)方面的問題：

(1)投標(biāo)階段：分解招標(biāo)文件，進(jìn)行投標(biāo)策劃。對招標(biāo)書進(jìn)行研究、學(xué)習(xí)，包括研究標(biāo)準(zhǔn)、評標(biāo)規(guī)則，認(rèn)識到中方自身的優(yōu)劣勢。找出招標(biāo)文件、技術(shù)規(guī)范的差異，與外方進(jìn)行澄清，盡量滿足招標(biāo)文件要求。

如果工程中標(biāo)，立即成立專業(yè)團(tuán)隊(duì)開展工作。由于國外火電工程來往資料、郵件偏多，需要詳細(xì)明確聯(lián)系方式規(guī)則，比如負(fù)責(zé)對外聯(lián)系的人員、郵件抄送和主送人員規(guī)定及郵件編號規(guī)定、文件審批規(guī)定及文件編號規(guī)定等，明確每個(gè)人的責(zé)任分工。項(xiàng)目組需要建立資料共享平臺及網(wǎng)上流轉(zhuǎn)規(guī)定，在此框架下進(jìn)行各類合同的談判與簽署。

(2)概念設(shè)計(jì)階段：除常規(guī)設(shè)計(jì)外，需要提供主要控制系統(tǒng)配置、參數(shù)及附屬系統(tǒng)要求及保證值。

(3)基本設(shè)計(jì)(初步設(shè)計(jì))階段：要與設(shè)備廠家配合，提出控制設(shè)備與系統(tǒng)的配置要求，根據(jù)當(dāng)?shù)厝藛T素質(zhì)情況分析、招投標(biāo)文件、澄清文件、合同、標(biāo)準(zhǔn)等特點(diǎn)，完成設(shè)計(jì)方案。根據(jù)合同分解，標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)范要求，進(jìn)行廠家設(shè)計(jì)信息、資料的提交，初步有條件的出管道儀表圖(Piping and Instrumentation Diagram，P&ID)及工程量清單(Bill of Quantity，BOQ)，與廠家配合完善設(shè)計(jì)，初步明確接口。

(4)詳圖(施工圖)設(shè)計(jì)階段：該階段是檢驗(yàn)合同執(zhí)行能力的過程，要進(jìn)一步細(xì)化接口參數(shù)，細(xì)化各個(gè)設(shè)計(jì)方案。如果設(shè)備為首次使用，要經(jīng)過外方及業(yè)主工程師審批以及試驗(yàn)方法、試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為論證。

(5)施工及調(diào)試配合階段：在設(shè)備出廠前完成分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)邏輯的最終設(shè)計(jì)和試驗(yàn)、定值導(dǎo)入，并結(jié)合系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明(System Design Description，SDD)、設(shè)備手冊以及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步完善。

(6)根據(jù)勘測設(shè)計(jì)管理規(guī)定，施工配合是工程設(shè)計(jì)實(shí)施的重要階段，設(shè)計(jì)完成后，設(shè)計(jì)院派駐工地代表到現(xiàn)場解釋設(shè)計(jì)意圖，解釋施工圖紙中的技術(shù)問題。國外工程工地服務(wù)是與建設(shè)單位及外方、業(yè)主工程師交流的重要過程，工代要具備一定的語言溝通能力，最好派有一定工作經(jīng)驗(yàn)、有責(zé)任心、英語好的技術(shù)人員到工地處理現(xiàn)場問題。

3 儀控設(shè)計(jì)及圖紙審核的重點(diǎn)

通過多個(gè)國外火電工程儀控設(shè)計(jì)及與外方圖紙審核中的經(jīng)驗(yàn)，深刻體會到國外火電工程要按國際標(biāo)準(zhǔn)深化設(shè)計(jì)，從設(shè)計(jì)層面確保符合合同要求，同時(shí)需要充分了解項(xiàng)目所在地環(huán)境、氣候、當(dāng)?shù)亓?xí)慣等，設(shè)計(jì)合理的技術(shù)方案。

3.1 招標(biāo)文件解讀

在投標(biāo)時(shí)，要仔細(xì)閱讀招標(biāo)文件，特別注意關(guān)于試驗(yàn)、檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)、控制設(shè)備選擇等方面的內(nèi)容，避免報(bào)價(jià)漏項(xiàng)，甚至提交的設(shè)備不符合招標(biāo)文件要求。

招標(biāo)文件往往要填寫大量數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表體現(xiàn)了投標(biāo)設(shè)計(jì)方案中選用的設(shè)備和系統(tǒng)性能，也與投標(biāo)價(jià)格相對應(yīng)。某些公司在投標(biāo)階段就進(jìn)行設(shè)備和系統(tǒng)預(yù)招標(biāo)，對所選設(shè)備和系統(tǒng)的性能及價(jià)格進(jìn)行約定，從而使設(shè)計(jì)方案對應(yīng)的價(jià)格真正落地。

3.2 合同分解

項(xiàng)目執(zhí)行期間，建議對合同進(jìn)行詳細(xì)分解，把條款落實(shí)到每個(gè)卷冊、每張圖上，對無法滿足合同或難以滿足合同要求的情況，要及時(shí)澄清，盡量避免風(fēng)險(xiǎn)。技術(shù)規(guī)范書對控制設(shè)備資料、包裝等要有明確要求，適合合同中的要求。

3.3 儀控圖紙?jiān)O(shè)計(jì)

國外火電工程儀控圖紙?jiān)O(shè)計(jì)應(yīng)注意以下六個(gè)方面：

(1)基本設(shè)計(jì)階段外方更注重系統(tǒng)構(gòu)成、控制理念及控制設(shè)備選型。外方要求基本設(shè)計(jì)時(shí)提供所有設(shè)計(jì)的依據(jù)，基本設(shè)計(jì)階段業(yè)主工程師審查圖紙的重點(diǎn)集中在P&ID圖、系統(tǒng)說明、設(shè)備選型原則、系統(tǒng)運(yùn)行說明。其中，系統(tǒng)運(yùn)行說明包括控制聯(lián)鎖、設(shè)備啟動條件、正常運(yùn)行和停止條件。而國內(nèi)在基本設(shè)計(jì)階段出圖僅限于定性描述，主要輔機(jī)招標(biāo)尚未完成，無法達(dá)到外方要求。建議給予基本設(shè)計(jì)足夠的時(shí)間，要求工藝專業(yè)按外方深度完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明、系統(tǒng)運(yùn)行說明等內(nèi)容，儀控專業(yè)與工藝專業(yè)一起完善和加深P&ID圖設(shè)計(jì)。

(2)國內(nèi)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)圖紙習(xí)慣與國外有差異，比如：隨主輔機(jī)供貨的控制系統(tǒng)圖設(shè)計(jì)直接用設(shè)備廠家圖紙，而由于設(shè)備廠家圖紙出圖形式往往與設(shè)計(jì)院圖紙不一致，業(yè)主工程師審批此類圖紙時(shí)會提出要求與設(shè)計(jì)院出圖形式完全一致的修改意見。因此，需要在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會上對隨主輔機(jī)供貨的控制系統(tǒng)圖的圖例符號、編碼規(guī)則進(jìn)行約定。

(3)改變傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)范圍和深度，采用三維精細(xì)化設(shè)計(jì)技術(shù)，全廠地下、地上三維建模，埋件孔洞、電纜、設(shè)備檢修運(yùn)行空間等進(jìn)入三維模型設(shè)計(jì)，檢修條件一目了然。外方要求有控制設(shè)備的地方就要有檢修平臺。

(4)國內(nèi)設(shè)計(jì)院通常直接在P&ID上進(jìn)行儀表的設(shè)計(jì)，實(shí)際安裝過程中會發(fā)現(xiàn)很多儀表設(shè)計(jì)位置不合理：有的直接埋在地下，有的在半空中無法檢修，有的取樣點(diǎn)設(shè)計(jì)在彎頭和大小頭上不能按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范取樣。外方要求所有儀表都能夠便于維護(hù)和檢修，儀表必須能在固定的平臺上進(jìn)行拆裝和觀察。比如燃油罐所有溫度測點(diǎn)處要求設(shè)置平臺，而不接受采用活動平臺方式完成檢修任務(wù)。對于設(shè)計(jì)位置不合理的儀表，要進(jìn)行整改，現(xiàn)場經(jīng)常會因?yàn)閮x表定位發(fā)生返工，產(chǎn)生商務(wù)費(fèi)用。有些工程要求在管道安裝圖紙上表示儀表測點(diǎn)定位設(shè)計(jì)位置。

(5)P&ID圖除了表示主要儀表設(shè)備外，還要表示調(diào)試測點(diǎn)?；驹O(shè)計(jì)階段批準(zhǔn)的P&ID圖中儀表設(shè)備不能在詳圖設(shè)計(jì)階段進(jìn)行刪減。詳圖設(shè)計(jì)階段P&ID需要與管道布置圖中包含的疏水、放水、放氣的閥門一致。

(6)在國外火電工程中，為避免因?yàn)榭刂圃O(shè)備和控制系統(tǒng)原因?qū)е聢D紙修改或更換控制設(shè)備等問題，提高控制設(shè)備和控制系統(tǒng)的供貨質(zhì)量，在設(shè)備技術(shù)規(guī)范書中應(yīng)明確設(shè)備和控制系統(tǒng)性能(包括精度、抗干擾能力等)及盤柜質(zhì)量要求；產(chǎn)品說明書包括的內(nèi)容和深度、產(chǎn)品外包裝等也需要在技術(shù)規(guī)范中明確。儀表閥門及儀表管件材質(zhì)在訂貨時(shí)應(yīng)該注意訂貨細(xì)節(jié)，儀表閥門手柄、螺栓等要求其材質(zhì)與儀表閥門材質(zhì)一致；同時(shí)應(yīng)該加強(qiáng)儀控設(shè)備或系統(tǒng)的驗(yàn)收工作，加強(qiáng)對廠家圖紙的審核工作。

3.4 設(shè)計(jì)接口管理

加強(qiáng)設(shè)計(jì)接口管理主要指以下三個(gè)方面：

(1)加強(qiáng)脫硫控制系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警及消防控制系統(tǒng)等廠供系統(tǒng)及設(shè)計(jì)的圖紙審核；

(2)廠家圖紙儀表設(shè)備編號及設(shè)計(jì)表示方法與設(shè)計(jì)院圖紙經(jīng)常有一定的出入，需要統(tǒng)一；

(3)專業(yè)間應(yīng)加強(qiáng)交流配合，特別注意合同中工藝部分涉及到的儀表與控制內(nèi)容是否與本專業(yè)合同要求一致。

3.5 充分考慮外方特點(diǎn)及慣例進(jìn)行設(shè)計(jì)

(1)模塊化設(shè)計(jì)

受國外對勞工政策的限制，國內(nèi)不能派大量中方人員到現(xiàn)場參與建設(shè)，而使用當(dāng)?shù)貏诠さ纳a(chǎn)效率又普遍偏低。鑒于此，在設(shè)計(jì)初期就要進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)的策劃，與工藝設(shè)備和管道、電氣設(shè)備一起將控制盤柜、儀表及閥門在工廠組裝好再發(fā)往現(xiàn)場，減少現(xiàn)場安裝工作量。設(shè)備整體運(yùn)到現(xiàn)場，分包商只需完成模塊化設(shè)備的管道連接與電纜接線，減少安裝工程量，縮短施工工期。

(2)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)

國內(nèi)儀控專業(yè)接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)極其簡單，儀表支架、接線盒多數(shù)不設(shè)計(jì)接地線，僅DCS等重要盤柜才設(shè)計(jì)接地線，或者直接開一些材料量并對接地進(jìn)行簡單說明，由現(xiàn)場施工。外方要求有完善的儀控接地圖紙并按照圖紙進(jìn)行接地驗(yàn)收工作。如果接地系統(tǒng)沒有通過驗(yàn)收，則不允許進(jìn)行地面澆筑工作。因此，國外火電工程應(yīng)該加強(qiáng)儀控接地設(shè)計(jì)，每個(gè)儀表架、接線盒、控制箱都要接地，DCS也必須有單獨(dú)的接地樁或接地網(wǎng)設(shè)計(jì)，接地線線徑和材質(zhì)按外方要求選擇。

(3)儀表管材料

歐美標(biāo)準(zhǔn)、儀表管安裝材料都與國內(nèi)型號有很大差異，在設(shè)計(jì)初期設(shè)計(jì)人員要根據(jù)當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)與合同要求，對儀表管材料進(jìn)行提前確認(rèn)并形成書面文件，及時(shí)通知相關(guān)部門提前根據(jù)型號規(guī)格進(jìn)行市場調(diào)研，避免安裝材料在現(xiàn)場再進(jìn)行確認(rèn)。

(4)接線圖的設(shè)計(jì)實(shí)用性

國內(nèi)一般以控制盤柜為單元出接線圖，至就地接線盒及儀表僅示意。

外方要求一張接線圖能夠全面概括從控制盤柜到就地接線盒及儀表的整個(gè)進(jìn)線和出線設(shè)備端子接線，控制盤柜必須同時(shí)在圖紙上附帶原理圖。

(5)DCS盤柜及就地盤柜照明

國內(nèi)一般認(rèn)為工作場所照明設(shè)計(jì)能夠滿足檢修設(shè)備要求，因此DCS機(jī)柜大部分都不設(shè)計(jì)柜內(nèi)照明，不設(shè)計(jì)柜內(nèi)檢修插座，就地盤柜大部分也沒有照明設(shè)備。

外方要求，所有DCS盤柜內(nèi)應(yīng)配備充足的照明設(shè)施以及電源插座，對于就地接線盒、接線箱、控制箱必須有充足的照明。充足的照明有助于設(shè)備的檢修和維護(hù)，防止由于工作照明不足而造成設(shè)備誤操作的現(xiàn)象發(fā)生。

(6)就地儀表設(shè)備表盤

國內(nèi)項(xiàng)目每個(gè)廠家所提供的就地儀表規(guī)格尺寸不同，無論是型號還是大小都有一定的差別，有的表盤很小，廠供就地儀表架上表盤只有50 mm，觀察起來很困難。外方要求就地溫度表、壓力表、流量表等表盤要達(dá)到100 mm或150 mm。

(7)設(shè)備包裝及備品備件

國內(nèi)很多廠家供貨的設(shè)備裝箱清單比較簡單，各種材料設(shè)備、備品備件混雜在一起提供到現(xiàn)場，現(xiàn)場清點(diǎn)較困難，儀表設(shè)備除了單獨(dú)訂貨的部分，其它的一般混在工藝設(shè)備中發(fā)到現(xiàn)場。技術(shù)協(xié)議應(yīng)要求儀控設(shè)備與工藝設(shè)備單獨(dú)裝箱、備件單獨(dú)裝箱。

(8)儀控設(shè)備安裝設(shè)計(jì)

外方注重儀表與控制設(shè)備安裝設(shè)計(jì)，要求儀表便于觀察、運(yùn)行和維護(hù)。

4 儀控設(shè)備安裝設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)儀表管路及儀表閥門連接方式

有些合同要求儀表管及一次門以后的接頭及閥門不允許焊接，從一次門后到變送器都必須采用卡套接頭安裝方式。建議選用進(jìn)口接頭和精密儀表管。

(2)設(shè)備卡套接頭安裝方式

外方設(shè)備卡套接頭安裝方式與國內(nèi)方式有所不同，外方的管路連接接頭很少，特別是就地壓力表，傾向于就地直接安裝。

(3)儀表管路敷設(shè)方式及儀表布置

國內(nèi)分區(qū)域?qū)x表進(jìn)行布置，儀表管路相應(yīng)的采用大分散小集中的方式?，F(xiàn)場經(jīng)常會出現(xiàn)多個(gè)設(shè)備布置在同一個(gè)儀表架，儀表管布置成扇面管排方式。

外方要求所有儀表盡量就近布置，對儀表管扇面管排方式敷設(shè)不理解，不允許過長的儀表管路，更注重儀表的準(zhǔn)確性、參數(shù)反映的及時(shí)性。因此，應(yīng)從安裝方面盡量減少甚至消除遷移量，儀表在取樣點(diǎn)附近安裝，盡量減少儀表管長度、彎頭及中間接頭。

由于國內(nèi)儀表管路敷設(shè)沒有確定的安裝位置，并且外方對國內(nèi)的工作方式不熟悉。每個(gè)國家都有一套自己的安裝方式，所以國外工程要在設(shè)計(jì)聯(lián)絡(luò)會上提前與外方交流溝通，必要時(shí)可以采用圖片及資料方式來說服外方，共同確定儀表管路敷設(shè)的方式。

(4)電纜橋架支吊架安裝

國內(nèi)電纜橋架支吊架采用的安裝方式有：現(xiàn)場角鋼加槽鋼直接焊接的安裝方式、工字鋼加成品托臂的安裝方式、螺紋吊桿安裝方式。外方一般要求采用C型鋼免焊接連接方式進(jìn)行電纜橋架支架安裝。

(5)電纜橋架接地

國內(nèi)多數(shù)電廠電纜橋架接地設(shè)計(jì)是將橋架連接處進(jìn)行接地線跨接，然后每隔15～20 m進(jìn)行一次接地。

外方對電纜橋架接地要求很嚴(yán)格，認(rèn)為電纜橋架接地是否良好直接關(guān)系到每個(gè)信號的穩(wěn)定性。電纜橋架必須進(jìn)行連續(xù)性接地，對接地線線徑有具體要求。接地線必須貫穿整個(gè)橋架，每隔幾米對分層橋架間進(jìn)行一次跨接，每隔20m接地一次。建議在橋架訂貨時(shí)要求橋架預(yù)先加工好接地固定孔，有利于減少現(xiàn)場施工工作量，也便于施工質(zhì)量控制。

(6)電纜敷設(shè)

國內(nèi)電纜橋架內(nèi)的電纜數(shù)量較多，部分橋架充滿度達(dá)到80%以上。外方要求動力電纜及信號電纜嚴(yán)格分層敷設(shè)，層間距大于300 mm，即使是小的分支橋架也要嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，個(gè)別工程要求電纜橋架充滿度不超過35%。建議在條件允許的情況下提前與外方溝通，橋架充滿度按50%～60%考慮。

(7)儀表設(shè)備法蘭安裝

國內(nèi)設(shè)計(jì)為法蘭連接的儀表設(shè)備比較少，外方要求中壓管道的所有液位、凝汽器液位、化水液位變送器等都為法蘭方式，以便今后的檢修工作。

5 結(jié)語

基于多年來國外火電工程儀控設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過總結(jié)得到如下結(jié)論：

(1)國內(nèi)電力設(shè)計(jì)院走出國門，按照外方要求進(jìn)行設(shè)計(jì)會遇到各種各樣的困難，這是一個(gè)相互理念碰撞、融合的過程，其中出現(xiàn)的很多問題值得技術(shù)人員去認(rèn)真研究和思考。

(2)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該認(rèn)真研讀合同并對合同進(jìn)行分解，才能在工程設(shè)計(jì)中順利執(zhí)行合同。

(3)應(yīng)該充分考慮當(dāng)?shù)亓?xí)慣和外方特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣的設(shè)計(jì)才有生命力。

(4)國外火電工程尤其要注意儀控設(shè)備和控制系統(tǒng)的供貨質(zhì)量，從而保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

(5)必須認(rèn)識到我們與國外設(shè)計(jì)的差距，儀控設(shè)計(jì)深度、設(shè)計(jì)內(nèi)容、設(shè)計(jì)習(xí)慣及設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上要與國際接軌，只有這樣國內(nèi)設(shè)計(jì)院才能真正走出國門。