1MW燃氣發(fā)電機組結構的模塊化設計

秦川

摘要：本公司1MW燃氣發(fā)電機組系列產品將核心機所需的全部系統(tǒng)集成在同一個集裝箱上，體積較大，且系統(tǒng)復雜，產品生產裝配進度慢，工期長。為解決上述問題，將產品引入模塊化設計理念，將產品各系統(tǒng)模塊化，改變產品主體結構。提高空間利用率，有效減少產品體積，縮減占地面積，同時提高產品裝配效率，縮短工期。

關鍵詞：燃氣發(fā)電機組、模塊化、體積、工期

引言

本公司1MW燃氣發(fā)電機組系列產品將核心機組所需系統(tǒng)集成在一個集裝箱上，存在兩大問題。其一，由于系統(tǒng)高度集成，導致產品體積大，占地面積大;其二，系統(tǒng)復雜，生產過程中立體交叉作業(yè)，效率低，工期長。

產品總長度（長×寬×高）為13500×3000×8000mm，占地面積達40.5m2。在實際項目應用中，場地資源嚴重影響項目投資成本。為提供更具競爭力的產品，需減小產品尺寸，縮減占地面積，提高空間利用率。

為滿足發(fā)電機組獨立運行，需將電控系統(tǒng)、冷卻水系統(tǒng)、滑油補給系統(tǒng)、煙氣系統(tǒng)、進排風系統(tǒng)全部集成在同一個集裝箱上，復雜的系統(tǒng)相互交錯在集裝箱內和集裝箱頂部。施工過程立體交叉，相互存在影響。施工內容復雜，工期長。為提高市場競爭力，需縮短產品供貨周期，優(yōu)化設計方案。

1 原設計方案介紹

1.1產品PID圖、結構圖

系統(tǒng)PID圖如下：

1.2冷卻水系統(tǒng)

如圖2所示，冷卻水系統(tǒng)分缸套水系統(tǒng)和中冷水系統(tǒng)，兩者分別布置在發(fā)動機正時齒輪前端和發(fā)動機側面的集裝箱內部通道頂部。工廠裝配時，必須先將發(fā)電機組定位結束后，根據(jù)發(fā)電機組接口和對應的設計圖，現(xiàn)場配做管道，進行輔助設備安裝。如發(fā)電機組未裝配到位，則此項工作將延后進行，影響施工進度。

1.3 潤滑油添加系統(tǒng)

如圖2所示，潤滑油添加系統(tǒng)布置在機組室，發(fā)電機組正時齒輪前端，工廠裝配時，必須先將發(fā)電機組定位結束后，根據(jù)發(fā)電機組接口和對應的設計圖，現(xiàn)場配做管道，進行輔助設備安裝。如發(fā)電機組未裝配到位，則此項工作將延后進行，影響施工進度。

1.4 煙氣排氣系統(tǒng)

煙氣排氣系統(tǒng)放置于集裝箱頂部，此系統(tǒng)施工相對獨立，對進度影響不大。

1.5 燃料供給系統(tǒng)

如圖2所示，燃料供給系統(tǒng)放置于發(fā)電機組接口處，在集裝箱內部。該系統(tǒng)需在發(fā)電機組定位安裝完成后，進行管道施工，對整體施工進度有影響。

1.6 通風系統(tǒng)介紹

如圖2所示，通風系統(tǒng)的設立為滿足發(fā)電機組燃燒所需空氣量和帶走機組熱輻射，確保發(fā)電機組工作環(huán)境滿足運行需求。產品進排風采用的結構是端進端出。進排風在同一水平線上，使得產品整體長度無法縮減。

1.7 非標集裝箱介紹

如圖3所示，非標集裝箱作為產品的主體框架，承載所有系統(tǒng)。各系統(tǒng)分布在集裝箱內和集裝箱頂部。由于各系統(tǒng)布置分散，空間利用不佳，箱體尺寸大（長×寬×高：135000mm×3000mm×3000mm），導致產品體積無法縮減。

2 新方案介紹

新方案引入模塊化設計產品尺寸（長×寬×高）為12500mm×3000mm×8000mm，縮小占地面積3m2。且各系統(tǒng)成模塊化，彼此獨立，相互裝配僅需接口連接，生產過程互不干涉，效率顯著提高。產品外觀如圖4和圖5。

應用模塊化設計理念后，將產品分為發(fā)電機組模塊、集裝箱模塊、管路模塊、排風模塊、進風模塊、燃氣進氣模塊、電控系統(tǒng)（配電柜、控制柜）、排氣系統(tǒng)。如下圖6、圖7、圖8所示。

2.1管路模塊

將冷卻水系統(tǒng)和滑油補給系統(tǒng)集成在同一個撬體上構成管路模塊。圖6、圖7所示，管路模塊置于發(fā)電機組正時齒輪端前面，詳細介紹如下：

冷卻水管根據(jù)PID圖和相關要求進行連接和安裝，包括供貨的水泵、三通閥、溫度傳感器、流量開關、電加熱器、安全閥、膨脹水箱等。水管都可以在運輸和維修時拆卸，支架牢固，符合國家相關標準的要求。缸套水熱量不進行利用，直接依賴散熱器將熱量消耗。如進行利用可選配板式換熱器，產品箱體留有板式換熱器二次側接口。

冷卻水管采用優(yōu)質鋼管Q235，缸套水系統(tǒng)管規(guī)格DN80，中冷水管規(guī)格DN65。水管高點安裝自動排氣閥，低點設排水閥。安全閥泄水管接至集裝箱底板以下，并做好過渡孔的隔音防護，避免造成對人身的燙傷及噪音外傳。水管焊接完畢后需進行水壓試驗，試驗壓力為使用壓力1.5倍。保壓120分鐘無泄漏為合格。表面溫度超過50℃的管道全部做防燙隔熱處理。

滑油補給系統(tǒng)包含，潤滑油箱、滑油駁運泵、電磁閥等?；拖淙莘e為700L，采用碳鋼板制作，內部清理干凈并作防銹處理。潤滑油箱頂部裝有超聲波液位開關一個，實時監(jiān)測油位，且實時將信號傳輸給ES柜，通過PLC計算。超出正常的量程范圍30～80%，供補油故障報警。油箱安裝液位指示，油箱頂部設安裝孔及呼吸裝置。新潤滑油補充設一臺新油泵，根據(jù)機組油底殼液位自動控制。新油管及閥門采用不銹鋼材質，螺紋連接。發(fā)動機上的預潤滑泵同時作為廢油泵，通過手動閥門控制。換油時將廢油抽至集裝箱壁上的連接接口。集裝箱內不設廢油箱。

2.2排氣系統(tǒng)

將集裝箱頂部排氣系統(tǒng)管路（包含消聲器和排氣防雨帽）集成在一個撬體上，安裝于集裝箱頂部，如圖6所示。在裝配時，整體吊裝至集裝箱頂部完成安裝，詳細介紹如下：

排氣消音器放在集裝箱頂，立式安裝，法蘭連接，用鋼構支架牢固支撐。排氣消音器降噪效果40±2DB（A）。消音器入口設有不銹鋼波紋管，平衡機組運行時管道受熱的膨脹量。排氣消音器用Q235低合金鋼制作，排氣管采用40#鋼管，符合ASTMA53標準。外部涂層均采用有機硅酮鋁粉耐高溫漆，使用壽命>10年。集裝箱內排氣管隔熱采用可拆卸式防火隔熱套，方便增壓器維護時拆卸。外部排氣管隔熱采用巖棉，護甲為厚鍍鋅板。消音器臥式安裝煙氣出口處距地面8米，排氣口采用防雨帽。水平排煙管中心線距集裝箱頂距離為1.2m。排氣消音器最低處設排水口并帶沉水彎管，冷凝水接管道排放至地面。排氣管安裝排氣背壓傳感器。排氣系統(tǒng)可選配帶有煙氣利用接口的形式。在排氣管道中增和三通閥，可將煙氣通入板式換熱器、鍋爐及溴化鋰機組。排氣系統(tǒng)可選配尾氣處理設備，最低可將NOx排放控制在30mg/Nm3以內。

2.3燃氣進氣模塊

將發(fā)動機燃氣進口前端所需的快速截止閥、過濾器、阻火器等組件集成到一個撬體上，構成燃氣進氣模塊。如圖7所示，該模塊安裝于集裝箱內的發(fā)電機組燃氣進口側面，裝配時以整體吊裝至集裝箱內部，詳細介紹如下：

燃氣供給系統(tǒng)包含自動切斷閥、阻火器、溫度傳感器、壓力表、進機軟管。燃氣供給系統(tǒng)單元采用吊掛方式安裝在集裝箱內，不影響機組檢修及維護空間。實現(xiàn)對燃氣的通斷，過濾，流量控制，防回火的功能。燃氣管道接入接口在集裝箱側墻壁上，法蘭連接。所有燃氣管道及管件、法蘭均采用304L不銹鋼，采用氬弧焊焊接，管道裝配焊接后做好氣密試驗，試驗壓力不小于1bar。燃氣供給系統(tǒng)設備的規(guī)格根據(jù)氣源濃度不同進行選配。當氣源為低濃瓦斯時，燃氣進氣系統(tǒng)的兩個電磁通斷閥改為氣動蝶閥。

2.4進排風系統(tǒng)

進排風系統(tǒng)包含進風模塊和排風模塊。如圖6、圖7所示，進風模塊將消聲裝置做成整體安裝于集裝箱端部，排風模塊將排風消聲裝置做成整體，裝配于集裝箱頂部，形成端進上出的通風方式，不但可以有效的將機組室內熱輻射帶走，且縮短了集裝箱尺寸。詳細介紹如下：

集裝箱發(fā)電機側強制進風，發(fā)動機側自然排風，滿足機組在設計環(huán)境溫度正溫差15K的條件下，確保通風散熱及燃燒用空氣的要求。進風口位于發(fā)電機側，安裝防雨百葉窗，進風過濾采用G3級袋式濾器，過濾精度10um。進風過濾器設有一套微壓差與控制器配套裝置，安裝在進風口適當位置，并將信號傳給AS柜，通過PLC編程來實現(xiàn)報警，便于及時清潔或更換袋式濾器。在進、排風通道上設消音器，消音器組件可以拆卸，進、排風口設防蟲網和防雨百葉窗。進風風機采用定頻控制，跟據(jù)環(huán)境溫度情況，自動啟停風機，確保機組在集裝箱門全部關閉的正常運行狀態(tài)下的任何功率段，滿足通風量及箱內溫度，保證機組正常運行。排風消音箱集成在機組室端的集裝箱頂部。排風風閥開關根據(jù)機組運行情況而定，且與火警信號聯(lián)鎖，一旦火警發(fā)生，風閥會在失電的條件下，快速關閉風閥，確保火勢不會蔓延。

2.5集裝箱模塊

如圖6、圖7所示集裝箱模塊依舊作為產品主框架。如圖8所示，集裝箱從結構上分為機組室、電控間和進風端，取消原設計排風端，將排風端做成排風模塊置于集裝箱頂部，縮減集裝箱整體尺寸。詳細介紹如下：

高壓發(fā)電機組配套集裝箱尺寸為12500*3000*3000mm，集裝箱墻板采用2mm波紋鋼板，頂板采用厚2mm波紋鋼板，地板為4.5mm厚防滑花紋鋼板。預留燃氣入口對接法蘭（含反法蘭、配套螺絲及墊片），底板采用槽鋼焊接，結構強度高，滿足發(fā)電機組長期室外運行的需要。集裝箱箱隔音層采用優(yōu)質60K吸音巖棉，內側面板采用1.0mm鍍鋅孔板，隔音及防火性能優(yōu)良，機組100%負載運行時箱外水平一米、垂直1.2m處≤85dBA。在集裝箱發(fā)動機側設獨立控制室，內空1850*1830*2800mm，面積約3.4m2，控制室內裝飾同機房內。機組控制ES柜、輔助動力柜AS柜安裝于控制室?？刂剖疫^道底板上鋪防滑橡膠絕緣板，安裝冷暖兩用空調，使控制室內溫度為15℃～30℃（環(huán)境溫度0～40℃）。

集裝箱發(fā)動機室前右側和左后側分別開一個隔音門，發(fā)動機室與控制室之間開一個門，控制室端頭開一個門通往室外尺寸為2200*1000mm。所有門鎖配備相同的鑰匙，且在任何時候內外均能打開。所有門均為風雨密封門。集裝箱箱內頂部設置吊掛導軌，且發(fā)動機兩側各約0.6米的維修空間，以便于維修。集裝箱發(fā)電機側進風消音端做成全開門形式，便于大修時發(fā)電機組出入。發(fā)動機與外部連接的所有出口法蘭均布置在集裝箱頂或側面，所有管道均用法蘭連接且?guī)Х捶ㄌm、墊片、緊固螺絲，滿足室外防雨水滲漏，方便拆卸。集裝箱外設爬梯至箱頂，滿足巡視及檢修要求。爬梯的設置符合GB4053.1—1993《固定式鋼直梯安全技術條件》。集裝箱頂設置防護欄，防護欄符合GB4053.3—1993《固定式工業(yè)防護欄安全技術條件》。集裝箱需保證在機組運行及停機期間良好的防水，集裝箱及集裝箱上的接口處不可有滲漏和滴漏。

2.6針對原方案的優(yōu)化總結

尺寸優(yōu)化：將原方案的進排風系統(tǒng)的端進端出方案改成端進頂出，有效的縮減了產品主體尺寸。

裝配進度優(yōu)化：將各系統(tǒng)模塊化設計，各系統(tǒng)之間的生產互補干涉，各模塊生產完畢后，僅需將接口拼接完成即可得到完整的產品。僅對各模塊間的安裝順序做出要求。即：排風模塊、集裝箱模塊、電控系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)模塊、燃氣供給模塊不做安裝順序要求。管路模塊、發(fā)電機組模塊、進風模塊依次按順序裝配。

3 結語

通過模塊化設計，使各系統(tǒng)之間相互獨立，可單獨生產，產品整體生產周期不受各系統(tǒng)的施工順序影響，使得生產效率有極大的改善。單臺機組生產周期縮減至原生產周期的70%。且將進排風系統(tǒng)做成模塊后，放置于集裝箱頂部，改變進排風系統(tǒng)結構，得產品尺寸有明顯改善，寬度和高度不變的前提下，長度縮減1米，節(jié)省占地面積3m2。在項目中有效解決了場地資源受限的問題。

參考文獻：

[1]GB4053.1—1993 固定式鋼直梯安全技術條件[S].

[2]GB4053.3—1993 固定式工業(yè)防護欄安全技術條件[S].