迪拜地區(qū)火電廠除灰系統(tǒng)設(shè)計難點及對策

尹 導(dǎo)

(中國電力工程顧問集團東北電力設(shè)計院有限公司，長春 130021)

在國際電力工程中，中東項目在勘察、設(shè)計、設(shè)備采購與制造、調(diào)試、安裝、材料等諸多方面，與一般的國際電力工程有著較大的差異，給中國的電力投資及建設(shè)增加了不小的難度。本文以迪拜地區(qū)電力設(shè)計項目為例，以除灰系統(tǒng)設(shè)計為切入點，對設(shè)計項目在設(shè)計理念、設(shè)計習慣、設(shè)計標準及工作方式等諸多方面出現(xiàn)的難點和對策進行歸納分析，為后續(xù)同類工程提供一些值得借鑒的經(jīng)驗和教訓(xùn)。

1 工程概況

迪拜地區(qū)哈斯彥清潔燃煤電站項目是中東地區(qū)首個清潔燃煤電站，也是“一帶一路”框架下中東地區(qū)第一個中資企業(yè)深度參與的項目。該工程裝機凈出力為4×600 MW，未來擴建二期裝機凈出力2×600 MW燃煤機組，最終規(guī)劃容量為3 600 MW，采用獨立電力供應(yīng)商 (independent power producer，IPP)項目模式，由某項目公司開發(fā)及運行管理。工程首臺機組在2020年3月投入商業(yè)運行，全廠4臺機組預(yù)計在2023年全面投入運營。

2 設(shè)計輸入原始資料

2.1 氣象特征與環(huán)境條件

迪拜地區(qū)位于北回歸線附近，位于地球上的北部沙漠帶，氣候?qū)贌釒衬畾夂?，夏季炎熱潮濕，冬季溫暖短暫，年平均氣?7.7 ℃，極端最高氣溫48.5 ℃，年平均大氣壓1 009.5 hPa，年平均相對濕度59%，海水溫度39 ℃。年平均水量88.69 mm，最大風速為7.1 m/s，地震基本烈度為8度，設(shè)計基本地震加速度為0.2g。

2.2 鍋爐及除塵器

該工程為整個中東地區(qū)首臺燃煤鍋爐，鍋爐為世界首臺可以燃燒煤和天然氣的雙燃料鍋爐。除塵器采用雙室六電場高效靜電除塵器，靜電除塵器出口粉塵質(zhì)量濃度保證值不超過10 mg/m3。

3 除灰系統(tǒng)簡介

3.1 高溫環(huán)境下干式風冷除渣技術(shù)

采用風冷式干渣機+碎渣機+斗式提升機將灰渣輸送至渣庫儲存。在迪拜地區(qū)高溫環(huán)境下(按平均溫度50 ℃設(shè)計)，實現(xiàn)渣溫從1 100 ℃降低至100 ℃以下。系統(tǒng)運行不受鍋爐燃煤、天然氣雙燃料切換影響。

3.2 飛灰處理系統(tǒng)

廠內(nèi)飛灰系統(tǒng)采用正壓濃相氣力輸送系統(tǒng)至灰?guī)靸Υ?。采?0座大型混凝土灰?guī)旒和S布置方案，每座灰?guī)熘睆?8 m，高42 m，儲存能力可滿足4臺機組燃用最差煤質(zhì)14天的飛灰儲存需求，實現(xiàn)了飛灰儲存及運輸中轉(zhuǎn)的高度集中，最大限度地提高綜合利用率，并有效緩解碼頭粉煤灰船運和緩存壓力。灰?guī)煜略O(shè)干、濕灰卸料設(shè)備及廠外氣力輸送系統(tǒng)，卸料方式靈活多樣，可滿足業(yè)主不同需求。

廠外輸送系統(tǒng)布置在灰?guī)煜?，采用先進的雙套管、長距離、大出力物料輸送技術(shù)，采用雙單元6管配置方案(雙套管)，系統(tǒng)額定總出力300 t/h (6×50 t/h)，輸送距離約1 800 m，將灰?guī)熘械娘w灰輸送至碼頭區(qū)域裝船機緩沖倉內(nèi)，裝船外運。

4 除灰系統(tǒng)設(shè)計中難點及對策

4.1 設(shè)計標準的不確定性

難點：在除灰系統(tǒng)設(shè)計標準適用方面，國際上尚無用于除灰系統(tǒng)設(shè)計的國際通用標準及相關(guān)的美國標準，增加了設(shè)計及后續(xù)圖紙送審的難度。

對策及建議：除灰系統(tǒng)設(shè)計標準應(yīng)結(jié)合合同條款及工程實際，自主構(gòu)建標準構(gòu)架模式。工程設(shè)計過程是個不斷磨合的過程，可在執(zhí)行國際慣例+行業(yè)/企業(yè)標準基礎(chǔ)上，建立完善的溝通機制，加強與外方的設(shè)計連線，例如聯(lián)合設(shè)計，專業(yè)性例會等多種形式，做到“設(shè)計中勤溝通，設(shè)計后少返工”。

迪拜地區(qū)電力工程標準構(gòu)架：“中國標準(基礎(chǔ))+美國行業(yè)/企業(yè)標準(參考)+國際慣例+業(yè)主及業(yè)主工程師 (owner and engineer，O&E)審查校驗(修訂)”。

4.2 設(shè)計深度及圖紙表達的差異性

難點：中東地區(qū)項目具有其獨特的項目特點及風格，其難點主要在于設(shè)計深度及圖紙表達方式的地域性差異。

對策及建議：設(shè)計初期，應(yīng)廣泛收集迪拜地區(qū)設(shè)計文件及圖紙資料作為借鑒，分析并歸納總結(jié)，消化當?shù)仨椖刻攸c和風格，并在不斷溝通完善中，深加工并予以優(yōu)化創(chuàng)新。迪拜地區(qū)電力工程設(shè)計模式：“設(shè)計模式=收集+借鑒+總結(jié)+優(yōu)化+創(chuàng)新”。首先組建矩陣設(shè)計模式，實現(xiàn)所有參與方聯(lián)合集中設(shè)計；其次建立全參與方設(shè)計例會制度，加深彼此了解，實現(xiàn)高效溝通，尤其在設(shè)計理念、習慣和出圖深度方面需要不斷的磨合，才能實現(xiàn)協(xié)調(diào)一致；第三，圖紙表達采用“二維+三維同框”的出圖方式，圖文并茂；最后，細化設(shè)計，實現(xiàn)DN50及以上所有管道及電控部件、電纜敷設(shè)全部出圖，實現(xiàn)三維模擬全面同步。

4.3 多終端、全系統(tǒng)、全流程PDMS三維互通式設(shè)計復(fù)雜性

迪拜工程是中國電力設(shè)計領(lǐng)域首個真正意義上的多終端、全系統(tǒng)、全流程工廠三維模型設(shè)計管理系統(tǒng)(plant design management system，PDMS)設(shè)計的電站工程，實現(xiàn)國內(nèi)外公司多終端共建模式，并把可維護的運行理念高度融入到三維模型設(shè)計中。

難點: 項目所有中、外設(shè)計參與方均須采用PDMS平臺進行全三維互通式設(shè)計及審查，構(gòu)建多終端共建的工作模式，實現(xiàn)設(shè)計無縫對接及管理。三維設(shè)計深度深及范圍廣，周期短。例如DN50及以上管道、實體支吊架全部進行全三維實體設(shè)計，工作量較常規(guī)工程翻倍，致使PDMS前臺設(shè)計、軟件二次開發(fā)及后臺維護的壓力巨大。首次在三維平臺中實現(xiàn)所有管道的儀表測點精確設(shè)計，避免了儀表導(dǎo)管安裝位置不足帶來的施工不便。

對策及建議: 加大PDMS應(yīng)用及二次開發(fā)團隊的技術(shù)支持力度，擁有PDMS整體能力過硬的團隊是基本保障；構(gòu)建設(shè)計平臺溝通機制，各單位之間的信息及數(shù)據(jù)傳輸以周為單位，每周進行接口及碰撞檢查，并形成接口及碰撞報告，并規(guī)定時間完成整改消除碰撞，為后續(xù)設(shè)計掃清障礙；建立分系統(tǒng)建立的閉合機制，此為提高設(shè)計效率及準確性的必要環(huán)節(jié)；建立接口控制機制，制定全用戶全系統(tǒng)接口清單，并逐條予以落實，避免接口不匹配或者材料統(tǒng)計遺漏。

4.4 全系統(tǒng)HAZOP應(yīng)用經(jīng)驗的匱乏性

難點：危險與可操作性分析 (hazard and operability analysis，HAZOP)在國內(nèi)一般廣泛應(yīng)用于化工、石化行業(yè)，一般火電行業(yè)應(yīng)用的深度及廣度相對較低，而業(yè)主審查極其嚴格，暴露出設(shè)計方HAZOP經(jīng)驗略顯不足。

對策及建議：加強設(shè)計人員HAZOP意識及技能培訓(xùn)；設(shè)計人員應(yīng)將系統(tǒng)設(shè)計中的潛在運行和控制風險進行預(yù)判，找到應(yīng)對措施，直接融入系統(tǒng)設(shè)計及設(shè)計說明中；組建HAZOP專家預(yù)審團隊，從系統(tǒng)運行、控制維護及安全的角度出發(fā)，積極討論并及時發(fā)現(xiàn)問題，查缺補漏，共同尋找潛在的風險，并制定相應(yīng)的解決方案。

4.5 出圖模式的差異性

難點：工程出圖采用剝離式出圖模式，需要根據(jù)施工進度和工藝順序，靈活控制出圖進度，圖紙按張設(shè)計和審查，淡化了常規(guī)的卷冊管理的概念。該出圖方式對主設(shè)人的技術(shù)水平有較高的要求，片段式出圖容易導(dǎo)致后期圖紙升版率激增，甚至出現(xiàn)大量重復(fù)審查時間，不利于設(shè)計進度的整體把控。

對策及建議：充分利用除灰系統(tǒng)的建設(shè)周期滯后的特點，合理制定出圖計劃；加大前期司令圖規(guī)劃投入力度，從而保證司令圖規(guī)劃的多專業(yè)協(xié)同性和設(shè)計準確性；重視系統(tǒng)招標環(huán)節(jié)，保證系統(tǒng)及供貨范圍的完整和準確性。

4.6 圖紙確認難度大

難點：外方圖紙確認的原則，凡是與合同違背或偏離的，不商量不確認；合同中沒有明確要求的，按國際慣例原則，解釋權(quán)在業(yè)主。最大的難點在于：審查內(nèi)容深、涉及問題范圍廣、合同有約定的按合同及合同沒有約定的按慣例，已確認的圖紙也經(jīng)常出現(xiàn)二次審查的情況。問題領(lǐng)域涉及設(shè)備選型、邏輯控制、檢修維護、運行操作、事故響應(yīng)策略及模型驗證等諸多問題。問題的深度及廣度遠超過以往工程，以干渣機系統(tǒng)圖紙確認為例，業(yè)主對干渣機風量與鍋爐負荷的自動控制聯(lián)鎖要求、渣塊內(nèi)核與表面溫度控制、干渣機溫控模型計算、渣倉內(nèi)溫降數(shù)模計算、汽車防腐論證、汽車運輸區(qū)間配速設(shè)置，故障預(yù)防與消除策略等問題給予了重點的關(guān)切和質(zhì)詢。

對策及建議：明確業(yè)主的真實想法；技術(shù)上要提供足量的、可信的資料和證明文件(包括圖紙、計算、專題、模型、曲線等等)；積極邀請業(yè)主方參與同類工程的實地調(diào)研，增加其對系統(tǒng)及設(shè)備的了解。

4.7 國外設(shè)備供貨方的接口復(fù)雜性

難點：工程采購了大量的海外設(shè)備，包括三大主機、風機、脫硫除塵裝置等等，由于國外供貨方采取單邊供貨接口界定模式，致使國內(nèi)設(shè)計方面臨大量的設(shè)計接口，該接口數(shù)量和范圍遠遠超過了同類型的機組，很容易造成接口不匹配或設(shè)計漏洞。

對策：應(yīng)高度重視設(shè)計接口管理，建立高精度工作分工(division of work，DOW)接口文件清單及跟蹤審核機制，即與外方進行周期性接口確認會，逐一核對，加大管理機制；建立三維平臺接口管理模式，以碰檢文件報告接口情況，并予以跟蹤落實。

4.8 設(shè)計理念與協(xié)調(diào)的復(fù)雜性

難點：本工程國內(nèi)外設(shè)計參與單位眾多，僅整個設(shè)計、審查團隊中的人員就涉及10多個國家及地區(qū)，設(shè)計理念的統(tǒng)一成為了最大的難點。

對策：專業(yè)主設(shè)人需要面對來自各方的大量溝通、配合及協(xié)調(diào)。在除灰系統(tǒng)設(shè)計沒有國際通用的設(shè)計標準及規(guī)范的前提下，除了過硬的技術(shù)實力之外，較強協(xié)調(diào)能力及外語水平就顯得更加重要。

4.9 現(xiàn)場環(huán)境惡劣

難點：不同于一般的沿海電廠，該工程在沿海的沙漠里，現(xiàn)場溫度高，沙塵嚴重，風速高，鹽霧腐蝕嚴重，這些問題將直接影響設(shè)備的參數(shù)確定、電機的選擇、設(shè)計方案、使用壽命、投資費用等。

對策及建議：在規(guī)范書編制和招標過程中應(yīng)重點關(guān)注設(shè)備及系統(tǒng)在惡劣環(huán)境條件下的適應(yīng)性和可靠性；高溫及鹽霧腐蝕等問題，應(yīng)在設(shè)計上有明確的專項方案及預(yù)防措施。

5 結(jié)論

本文以迪拜地區(qū)火電工程為依托，結(jié)合項目設(shè)計中出現(xiàn)的問題，提出了對策和建議：應(yīng)以合同規(guī)定為基礎(chǔ)，拆解、構(gòu)建“新”的除灰系統(tǒng)設(shè)計原則；應(yīng)以中國國家標準為框架+美國行業(yè)/企業(yè)設(shè)計標準+國際慣例+O&E審查校正的設(shè)計體系為基礎(chǔ)，構(gòu)建“新”的設(shè)計標準體系；應(yīng)逐步構(gòu)建全參與方大型矩陣集中設(shè)計模式；應(yīng)推廣構(gòu)建“二維+三維相結(jié)合”的新型出圖方式；應(yīng)構(gòu)建全單位、全系統(tǒng)、全車間PDMS互通式平臺設(shè)計；應(yīng)全面融入HAZOP設(shè)計理念；應(yīng)逐步適應(yīng)剝離式圖紙模式并淡化卷冊管理的概念；應(yīng)建立高精度DOW接口清單，完善跟蹤審核機制；應(yīng)注重與業(yè)主方的溝通與協(xié)調(diào)。

在國際工程設(shè)計中，在設(shè)計理念、設(shè)計習慣、標準方面及工作方式等方面存在著諸多差異是正常現(xiàn)象，國際工程設(shè)計人員需要轉(zhuǎn)變思想，不斷總結(jié)與提高，不斷積累國際項目設(shè)計經(jīng)驗，實現(xiàn)設(shè)計理念和管理制度的同步提升，才能更好地適應(yīng)日益激烈的國際電力市場競爭。