核电站汽轮机提升功率项目管理方法的研究与实践

熊颖峰

摘 要：文章结合核电站汽轮机提升功率改造的工程实际经验，针对核电项目与常规火电项目的不同点，阐述了核电站汽轮机提升功率项目的管理方法，包含：原因分析、技术方向、运作模式、执行手段、管理方法及经验反馈等，涵盖了可行性分析、设计、采购、制造、监造、运输、验收、储存、安装调试、维修策略及备件处理等方面的内容，可供核电站类似重大改造项目参考。

关键词：汽轮机；功率；提升；项目管理

一般汽轮机提升功率改造的原因包含：寿期末的更新改造；备件问题；提高发电量；老化后性能下降、提升可靠性。当前，节能减排已上升到国家战略的高度，推动企业节能技术改造成为一项重要内容。在运核电站在其换料周期和换料数量固定的前提下，如果通过技术改造提高机组的出力，则在核燃料总价不变的情况下增加发电量，可降低单位电价的发电成本、提高收益、增强竞争力。对旧汽轮机进行提升功率改造在国内火电厂已经广泛实施，但是国内核电领域由于涉及核安全、可靠性等因素，改造经验较少。文章结合某百万千瓦级压水堆核电站汽轮机高压缸改造项目的工程实践，归纳项目运作过程中的关键步骤，提出核电站汽轮机提升功率改造项目管理的思路和建议。

1 汽轮机提升功率项目的通用步骤及要点

1.1 项目管理过程主要有以下几个方面

（1）前期准备阶段（初步设计）：收集机组运行数据及外部经验反馈，结合机组实际运行情况及设备检修情况，完成可行性分析，确定改造的必要性、范围和目标。（2）采购准备阶段：编写采购技术规范书，完成经济性分析，完成供应商评审。（3）采购阶段：招投标管理，技术澄清，预算控制，合同谈判。（4）详细设计阶段：建立组织机构，确定职责分工，至少包含机械、电气、仪控、运行、核安全专业人员；确定设计基准和验收标准；分析相关系统的设计裕量及匹配性；完成详细设计论证；提前考虑安装空间、运输、起重、检修策略、汽轮机监测、专用工具等问题。（5）制造阶段：设定质量控制点，按照计划进行驻厂监造和出厂试验。（6）设备交货及验收阶段：提前制定包装和运输方案，确定验收方法和关键点，落实现场储存地点及保养方法。（7）现场安装阶段：要求制造厂进行工厂预装，以节省现场安装时间；设计阶段完成起重设备的评估，核實安装程序、人员及工具；针对现场安装可能出现的尺寸偏差，制定风险预案和质量计划。（8）改造后的相关工作：完成性能试验，制定维修策略，旧设备处理。

1.2 项目经理职责

在重大技术改造项目中的作用尤为重要，合格的项目经理应至少履行的职责有：合理利用资源，建立组织机构，完成责任分工；制定工作计划，制作进度时间表；供应链的管理；风险及意外事故的管理；项目费用的管理；项目组的协调和管理；高级管理支持；项目完整性管理；培训。

2 采购技术规范书的要求

采购技术规范书应详细地描述改造所需的设计和设备要求，但涉及的面尽量广泛、通用，以允许更多的供应商投标。

采购技术规范书应至少包含：设计要求、质量要求、改造方案建议、安装和装配要求、服务要求、质量控制要求、文件要求、运输要求、交货期要求、性能验收要求等，尤其设计要求部分应重点关注。

3 系统和设备的设计要求

3.1 总体要求

（1）分析改造原因，确定改造目标和技术方向。（2）确定系统运行参数和设计基准，包含：流量、压力、温度、接口要求、建筑物要求（基础、支撑等）、水力部件设计裕量（泵组流量、压力、流速等）、电源要求（容量、电压、电缆路径、绝缘、电机等）。（3）核电站需额外考虑事故工况运行条件、抗震要求、环境要求、安全管理要求、冗余、多样性和独立性要求。（4）汽轮机性能要求，包含：核岛及常规岛仪控系统匹配性、设计和安全功能、机组容量、材料特性、机械性能（振动、应力、撞击、扭力等）、超速保护机构。（5）汽轮机设备物理特性要求，例如：尺寸、外形、重量、原材料成分、拉伸量、表面粗糙度、平行度、热传导性、疲劳特性等。（6）确定需改造的设备清单及备件清单。（7）确定改造设备及系统的接口及分界点。（8）系统设计输出文件主要包含：计算报告、图纸、系统手册、技术规范书和FSAR要求，汽轮机输出文件主要包含：设备图纸、维修导则、备件清单、运行导则。（9）设计审查内容包含：设备兼容性、热平衡等性能特性、运行条件限制、设计参数、扭转特性、临界转速和转子动平衡、轴承、对轮、原材料、化学特性、安装和维修程序。（10）项目管理模式要求，例如管理导则、文件控制、制造过程控制等。

3.2 技术关键点

（1）改造一般会受到现有设备、系统的接口和参数限制，可能影响最终设计方案。任何设计裕量的改变均需参考原设计的计算报告、图纸、采购技术规范书、系统手册、设计基准文件、FSAR等，最重要的包含：发电机的冷却能力、无功功率、励磁机性能、主变压器性能、蒸汽发生器老化、汽轮机排气湿度、抽汽和疏水能力、凝气器限制、汽轮机主蒸汽调节阀控制、给水泵和凝结水泵容量、换热管泄漏或堵管情况、汽轮发电机组轴系扭矩和振动变化。（2）为防止项目执行过程中出现颠覆性的设计变更，造成不可挽回的损失，应在设计初期进行针对性评估，如：飞射物包容性评估、接口系统和设备的运行参数评估、转子临界转速分析、轴系稳定性分析、超速特性评估、叶片应力分析、热平衡分析等，以此判断所选技术方向是否正确。（3）核电站反应堆给水控制、R棒控制等核岛重要控制和保护系统均以汽轮机高压缸第一级进汽压力为标定基准，形成核岛热功率与汽轮机功率的对应关系，实现功率调节。汽轮机提升功率改造后由于第一级进汽压力的变化，需要对棒控系统相关函数信号发生器重新进行计算和校验，启机阶段在不同功率平台验证核岛热功率与汽轮机功率的匹配性，防止功率控制偏差引起的核安全风险。（4）压水堆核电站的蒸汽湿度大，隔板静叶喉部设计的改变会引起高低压缸各级的蒸汽湿度发生变化，各级的蒸汽湿度必须控制在汽轮机通流部分抗冲刷的范围之内。（5）分析改造对核电站重要系统的影响，评估在汽轮机升降负荷阶段各种工况的安全性。

4 供应商资格审查和选择

对供应商的工程设计能力、组织机构、制造能力、运行能力、检修能力、采购能力、质保体系等方面进行评估。例如：供应商的业绩；最新的质量认证证书、质保评估报告；供应商的设计和质保能力；投标文件，包含技术澄清、商务澄清。

5 制造要求

（1）在关键制造节点和试验节点设置W点（质量见证点）和H点（停工待检点）；（2）执行设备监造，包含焊接工艺、装配、热处理、加工、试验、文件等方面的检查；（3）明确工厂试验和检查的范围及验收标准：a.子锻件检查：超声波检查、化学成分分析、机械性能试验、FATT曲线、最终超声波检查、热稳定性试验。b.精加工后的转子检查：叶片组装前的磁粉探伤、高速动平衡试验、超速试验、超速试验后检查。c.动叶和静叶检查：化学成分分析、硬度检查、机械性能试验、超声波检查、磁粉探伤。d.隔板套和分流环检查：化学成分分析、机械性能试验、最终磁粉探伤、最终超声波检查、涂层渗透检查。e.隔板检查：化学成分分析、机械性能试验（含硬度检查）、无损检查、焊缝渗透检查、喉部尺寸测量。（4）制造文件至少包含：图纸、程序、采购技术规范书、使用说明书、质量报告、材料鉴定报告、无损检测报告、人员资质证明、检查报告、质保规程、性能试验报告、相关证书、推荐的备件清单等。（5）关注设备清洁度，避免造成核电站水质污染。

6 运输要求

合适的运输方式应在设计阶段或制造阶段进行评估，主要考虑：（1）费用和时间的限制；（2）尺寸、重量和外形的限制（尤其大型部件的运输方式会有一些限制，应提前考虑）；（3）运输方式（卡车、铁路、海运、空运）；（4）运输过程中设备损坏的风险；（5）出厂包装方式（应考虑设置检查视窗，安装冲击指示器）；（6）客户和当地的特殊法律法规要求；（7）吊运工具、吊运方案、交货地点。

7 到貨验收要求

该阶段的验收重点在于检查运输过程中是否造成设备的损坏，以至于影响设备的结构、安装和使用。检查结果一般有：接受、拒绝和保留意见。（1）文件检查；（2）按提前制定的验收标准检查；（3）辅助材料的检查，包含：备件、工具、安装辅材（垫片、垫块等）、耗材（润滑剂、焊条等）。

8 储存和分段运输要求

（1）确定设备的储存等级；（2）评估现场储存能力，包含：仓库容量、照明、电源、防火和压缩空气系统；（3）设备保养，包含：定期盘轴、润滑、防腐、气体保养等；（4）起重设备的评估；（5）材料管理。

9 安装要求

（1）成立现场实施组织机构，应包含实施小组和技术决策小组；（2）制定工厂预装方案；（3）审核不符合项；（4）提前签订专家现场技术支持合同；（5）优化安装步骤：吊运和就位、接口的分离和保护、设计偏离预案、装配、接口连接、试验和检查等；（6）根据新旧设备的吊运顺序，合理安排场地及行车；（7）准备辅材和专用工具，提前验证工具、行车、电源、气源的可用性；（8）对无损检测、数据测量、文件记录和机加工过程进行严格质量控制；（9）严格执行现场工业安全要求，关注重大部件吊装风险；（10）编制启机试验程序，正式超速试验前应通过注油试验使飞锤连续动作多次，使其充分磨合。

10 试验方法

按照GB 8117-1987《电站汽轮机热力性能验收试验规程》与《ASME PTC6.0》编制试验程序，改造前后分别进行性能试验，通过对比试验结果判断改造后功率提升值。

11 维修策略要求

作为合同的一部分，供应商应提供新设备的预防性维修及维修周期的建议。项目组应平衡风险和可靠性，主要考虑风险程度、以往故障记录、供应商建议、预防性维修任务，制定最优化的检修策略。还应考虑不同类型设备的检修经验，制定定期检修计划和监测要求。

12 旧设备的处理

按照核电站冗余设计的理念，建议在设计和采购阶段就决定战略备件的管理方法，应向供应商多索取材料、尺寸、公差等信息，并对现有的人力、工具、财力、资质进行评估。主要考虑：（1）制定清洗和长期储存方案；（2）环境污染的评估：危险化学品、放射性、环境法律法规的限制；（3）评估旧设备是否可以翻新或修补后用于其他电站的改造、科研机构，或出售给第三方；（4）如需包装运输，还需考虑包装、吊运、放射性等问题。

13 结束语

核电站汽轮机提升功率改造后，不仅常规岛相关参数会发生变化，而且还影响核岛控制系统，其技术难度和核安全风险较高。所以，根据项目研究与实践过程中的经验，建议：（1）加大前期可行性研究的投入程度，提高设计论证能力，以确定合适的功率提升幅度；（2）准确核实各种核安全管理限值和设计准则，它们往往是项目成功的主要因素；（3）系统和部件的设计余量可以通过先进的方法充分挖掘和利用，但必须得到核安全局的批准；（4）关注汽轮机本体以外的CI&BOP系统和部件的分析论证，一般是它们限制了功率提升的幅度，一旦在设计阶段被忽视，可能需要付出更多的成本来更新或改造。