某海外联合循环电站项目热控设计简述

米大利，王宇轩，朱静波

（中南电力设计院，武汉 430071）

随着国家电力改革的深入和电力工业的发展，中国电力企业越来越多的走出国门，在这个过程中必须要克服文化、语言、设计标准、设计习惯、设计深度等方面的种种问题，在推广中方设计的同时，学习和借鉴国外好的方法。本文论述的是白俄罗斯某联合循环机组项目在热控设计过程中碰到的各类主要问题及其解决思路，供大家交流和探讨。

1 项目简介

本联合循环电站项目是白俄罗斯当前投入运行的最大燃气蒸汽联合循环机组，也是白俄罗斯首次使用双轴布置燃机的世界一流电站技术，整个电厂投运后其发电量约占白俄罗斯全国发电量的10%。

本项目为扩建项目，地处高寒地区，一年中最低外部气温-35℃。老厂设备比较老旧，全部机组均为20 世纪60、70 年代设计建造，多数采用常规盘控制方式。在集控楼每两台机组设置一个集中控制室，这些老机组除汽机采用PLC（Programmable Logic Controller）控制外，其他均为常规控制盘。循环水泵房的控制采用常规控制盘，锅炉补给水系统采用常规盘和PLC 混合的控制方式。全厂设有MIS（Management Information System），MIS 上位机设置在集控楼单独的MIS 机房控制室。

本期工程电厂规划容量为1×427MW（ISO）级燃气轮机联合循环发电机组，采用双轴方案，配置有一台SIEMENS 公司SGT5-4000F 的285MW 级（ISO）燃气轮机及发电机，一台140MW 级的蒸汽轮机及发电机和一台无补燃三压再热型余热锅炉及其辅助设备。机组采用微机分散控制系统（DCS），汽机采用数字电液控制系统（DEH），在集中控制室（CCR）能实现对联合循环机组的启动、停机，运行监视控制，事故处理和管理等功能。DCS 和燃机的控制系统均采用西门子SPPA-T3000 系统，它为机组及其辅机提供了完整的监视、控制和保护功能。

机组DCS 的监控范围如下：

◇ 锅炉控制，包含取样加药和空压站。

◇ 汽机（ST）辅助系统（疏水系统、凝结水系统、开/闭式循环冷却水系统、凝汽器抽真空系统等）控制。

◇ 发变组及机组厂用电控制。

◇ 循环水泵房控制。

工业废水系统、生活污水处理系统由PLC 控制，构成水网控制系统。PLC 控制系统的调试和维护由便携式计算机实现，其操作员站设置在集中控制室，水网与DCS 冗余通讯；天然气处理站采用PLC 控制，其操作员站设置在集中控制室，其控制系统与DCS 进行双向通讯。

2 热控设计要点

根据白俄罗斯法律要求，项目的初设方案必须得到白俄建设审查委员会的批准才能开展施工设计，涉及到防爆系统的设计也要委托白俄电力设计院进行标准转化。项目审查的难度超出了想象，语言、文化、标准、习惯等的差异使得设计审查工作在开始阶段就步履蹒跚。

首先遇到的难题就是技术标准的对接。为了实现标准转化并尽快得到审批，在图纸审查阶段，各专业设计人员与白俄电力设计院的工程师紧密沟通，在白俄电力设计院工作超过半年。白天与白俄院、业主、建委会等专家沟通，晚上修改设计。通过大家的努力，中白双方工程师较好地达成一致，使双方有分歧的设计问题较为迅速地得到解决。

下面主要从中白双方设计标准和设计理念、主要难点及双方分歧这几个方面着手介绍本项目热控设计的特点。

2.1 设计标准和理念的差异

国内常规的热控专业在白俄罗斯设计院被分为仪表自动化专业、工艺过程自动化专业，CEMS（Continuous Emission Monitoring System）由另一独立的专业负责（国内有的院属于环保专业），全厂闭路电视系统（Closed Circuit Television）在白俄方属于通讯专业。

仪表自动化专业主要负责就地设备，包括就地仪表控制设备相关的设计以及控制室及电子设备间的布置。工艺过程自动化专业主要负责控制系统的设计，包括控制系统的选型、控制系统逻辑图的编制等。

白俄罗斯有自己的国家标准，但很多是20 世纪90 年代之前编制，且白俄罗斯设计院已经多年没有设计过完整的电厂，对目前国际上的主流技术以及设计思路缺乏了解和掌握。因此，对于中方的设计文件他们经常是不认同，并且在许多情况下心理上不情愿相信中方的设计，这对于图纸的审查带来了一些障碍，对此需要对白俄方进行实例说明、深入解释，使他们慢慢接受中方的设计理念[1]。

白俄方的各阶段出图深度比国内常规出图方式要深得多。在初步设计阶段，国内常规的初步设计文件包括：初步设计说明、控制网络概貌图、P&ID（Process and Instrumentation Diagram）、集控室及电子设备间布置图、电缆桥架布置图。而白俄方要求在上述图纸之外，还要包含控制系统逻辑图等，这在国内是在施工图阶段才能提供的。而在施工图阶段，白俄方出图深度同样较深，安装公司习惯于直接照图施工而无需再进行二次设计，这与国内常规方式有所不同。白俄方非常注重设计细节，其对图纸及资料的格式要求非常严格，包括文档格式、采用字体、章节排列等。

2.2 图纸审查流程

近年来，中国的经济建设步伐很快，项目建设中“速度”被提到重要位置，存在一些边施工边设计的情况，以此满足日益缩短的设计工期要求。白俄罗斯的特点是“慢工出细活”，在设计流程和设计习惯上，与中国20 世纪80年代相当。其设计理念是充分地细化施工图设计，有些中方在施工图设计阶段的事情，他们放到了初步设计阶段。

就一个具体的问题为例，在白俄方CEMS 专业负责CEMS 系统的设计时，CEMS 系统设计需要遵守白俄罗斯的标准，并且在初步设计阶段就要提交CEMS 系统设计任务书，主要包括CEMS 的测量方法等，供白俄罗斯国家环保部审查。

2.3 特殊要求及习惯

2.3.1 防冻设计

考虑到本工程为封闭式厂房并有采暖系统，虽然地处严寒地区，但并没有大面积设计仪表取样管的伴热装置。然而考虑到在机组实际运行时，尽管有暖气、锅炉及汽轮机设备散热可以提高室温，但由于锅炉房及汽轮机房室内门窗及未封闭孔洞漏风，在气温低于-20℃时，锅炉0m 及运行层、汽机房0m 的温度有时仍会低于0℃，可能会造成仪表管冻结，致使水/汽系统压力、流量测量失灵，影响机组安全运行[2]。因此，上述区域的压力类仪表设计了仪表取样管的伴热。

2.3.2 事故顺序记录（SOE）设置

白俄方提出要设置专门的SOE（Sequence Of Event）记录装置。SOE 事件顺序记录，其主功能是用于故障顺序记录和查询，为事故信号的分析提供依据，其关键是区别出各种信号的先后。目前，电厂对SOE 分辨率的要求都是要求在1ms 以内。SOE 有两种，一种是独立于DCS 控制器专用的SOE 装置，其特点是所有需要区分先后顺序的信号都接到同一个SOE 记录装置上，同一信号如果需要参与控制则另外再接到DCS（Distributed Control System）控制器的DI 板卡；另外一种是采用专用的DCS 控制SOE 板卡，是与DCS 一体化的产品，采用高分辨率的卡件来实现事故顺序记录，其功能和精度完全超过多年前常用的事故记录器，但是白俄方没有采用过这种方式，通过向其提供SOE 方面的资料，包括SOE 系统在很多电厂的应用案例，最终确定采用SOE 与DCS 一体化的方案。

2.3.3 后备操作设备布置

白俄方习惯是在操作台上设置专门的紧急操作按钮箱，用于集中安装全厂的紧急操作按钮，这是白俄方一贯的习惯，而中方采用的方案是将紧急操作按钮根据操作员站的功能嵌入安装到各个操作员站，这样根据功能分散布置更容易达到快速反应的目的。白俄方对这两种方案进行了对比，最终采用了推荐方案，也就是将紧急操作按钮分散设置到各个操作员站。

2.3.4 电缆选择

在严寒地区对于控制电缆的选择也需要特别注意。控制电缆是控制系统信号传输的媒介，在白俄罗斯严寒的气候条件下，气温低到-35℃，积雪不融化，有冻土层，室外有水的地方都会结冰，因此特别需要选择耐寒控制电缆。本项目控制电缆选用：①耐寒阻燃聚烯烃护套及交联聚乙烯绝缘计算机电缆，用于厂房内DCS 和厂区PLC 信号和控制回路；②对绞铜带分屏加总屏耐寒阻燃聚烯烃护套计算机电缆，用于厂房内DCS 和厂区PLC 模拟量回路。耐寒控制电缆线芯长期允许工作温度不大于90℃，电缆的最低使用温度为-40℃，满足严寒地区的使用要求。此外，还应注意电缆的敷设温度不低于-20℃。推荐允许的弯曲半径为：无铠装的电缆不小于电缆外径的6 倍，有铠装的电缆不小于电缆外径的12 倍。

2.3.5 仪表选择

现在大多数仪表设备的电路板和主要电子元器件都可在-25℃环境正常工作，一些高品质的仪表甚至在-40℃时也可长时间正常工作。但有些仪表设备的液晶显示部分，在-15℃时就会出现画面变花和数字虚化等现象，所以在项目中选型以模拟表头为主。根据上述流量仪表的特点，流量检测应尽量选用非介质引出型的仪表，如电磁、质量、涡街、超声波等类型，这样避免某些位置不便于仪表和管路防冻设计[3]。

在仪表安装上，设计上也采取了一定的措施来应对低温环境，如多采用焊接的管件阀门，少采用螺纹卡套连接，从而避免形成更多的泄漏点。

2.3.6 DCS专用校验设备问题

白俄方要求提供DCS 卡件校验设备。这在国内一般是DCS 厂家自用的设备，市面上是难以采购到此设备的。本项目DCS 为西门子SPPA-T3000 系统，西门子解释其DCS能够在线进行卡件检测功能，不需要其他的专用工具进行校验。在西门子的SPPA-T3000 系统调试阶段，白俄方工程师专门对此事进行了检查，确认系统能够满足其要求。

2.3.7 闭路电视系统设计方式

白俄方特别重视闭路电视系统的设计，特别是安防闭路电视系统需要有白俄设计资质的设计单位提交相关的报告给他们的内务部，且所有设计文件需要审查批准。所以仅仅中方完成设计还不够，需要当地有资质的公司进行二次设计。闭路电视系统由内务部管辖，由国家安全部门直接管理，他们对系统的设计、设备的安装都有很多具体的要求。闭路电视系统的设备需要在明斯克试验室通过检验，这个需要和图纸同步，不通过检验，就无法开展下一步工作。其安防闭路电视系统要求电厂的围墙上每隔30m ～50m 设置一个约10m 高的灯塔，摄像机安装在5m处左右，灯塔的顶端安装射灯，这种闭路电视前端摄像机利用灯塔作为安装杆的方式值得中方借鉴。

3 结束语

在进行海外项目设计的时候，双方要充分了解对方设计理念和思维方式，对自己的设计要有信心，相信中方所提供的设计方法包括设计工具都是一流的。对方可能拥有比中方多的实际运行经验，但他们的电厂可能是数十年前的设计，而中方的设计是全新的，有更先进的理论和实践。当然，向对方学习其设计思路和方法，对于优化自身的设计和提升中方对国际主流技术标准的理解也非常重要，借此也可以不断地提升眼界和设计水平。