國外火電工程儀控設計特點

閻欣軍

(中國電力工程顧問集團西北電力設計院有限公司，陜西 西安 710075)

隨著中國電力需求增速放緩，環(huán)境保護要求日趨嚴格，國內火電市場的發(fā)展空間逐步收縮，導致火電設備產能明顯過剩。國內的電力勘測設計企業(yè)“走出去”做國際工程已經是一個必然的趨勢，尤其是近年來，隨著“一帶一路”戰(zhàn)略的推進，國內電力行業(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計的經驗積累，對儀控設計在實施過程中存在的問題進行了梳理，并歸納總結圖紙審核重點，以期為類似工程的儀控設計提供借鑒。

1 國外火電工程儀控設計的特點

國外地域環(huán)境與國內不同，中外思維方式有差異，導致國外火電工程整體思路及設計方案與國內大不相同，反映在設計中就會有不同的關注點，設計理念和設計習慣不同導致設計深度和設計內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。

國外火電工程儀控設計的特點主要表現在以下六個方面：

(1)國外常規(guī)火電工程的大容量機組少，小容量機組偏多。

(2)目前的國外火電工程以地處第三世界國家偏多，當地運行人員水平無法達到全能水平，因此，輔助車間系統(tǒng)設置就地控制點或設置分類集中控制點的工程偏多。

(3)國外火電工程的儀控設計需要采用國際標準，相應的儀控設備也需要執(zhí)行國際標準。

(4)由于文化、運營檢修人員水平、基礎設施及電網需求等差異，國內外火電工程儀控設計理念有明顯差異，大多工程都要求設置小島運行功能。

(5)國外火電工程儀控專業(yè)需要額外設計安裝圖紙，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行機組較少，大多需要配置仿真機用于平時的培訓。

2 儀控專業(yè)在設計各階段需要注意的問題

國外火電工程要按國際習慣和思維進行設計，設計各階段需要儀控專業(yè)注意以下六個方面的問題：

(1)投標階段：分解招標文件，進行投標策劃。對招標書進行研究、學習，包括研究標準、評標規(guī)則，認識到中方自身的優(yōu)劣勢。找出招標文件、技術規(guī)范的差異，與外方進行澄清，盡量滿足招標文件要求。

如果工程中標，立即成立專業(yè)團隊開展工作。由于國外火電工程來往資料、郵件偏多，需要詳細明確聯系方式規(guī)則，比如負責對外聯系的人員、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，明確每個人的責任分工。項目組需要建立資料共享平臺及網上流轉規(guī)定，在此框架下進行各類合同的談判與簽署。

(2)概念設計階段：除常規(guī)設計外，需要提供主要控制系統(tǒng)配置、參數及附屬系統(tǒng)要求及保證值。

(3)基本設計(初步設計)階段：要與設備廠家配合，提出控制設備與系統(tǒng)的配置要求，根據當地人員素質情況分析、招投標文件、澄清文件、合同、標準等特點，完成設計方案。根據合同分解，標準的技術規(guī)范要求，進行廠家設計信息、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)，與廠家配合完善設計，初步明確接口。

(4)詳圖(施工圖)設計階段：該階段是檢驗合同執(zhí)行能力的過程，要進一步細化接口參數，細化各個設計方案。如果設備為首次使用，要經過外方及業(yè)主工程師審批以及試驗方法、試驗數據作為論證。

(5)施工及調試配合階段：在設備出廠前完成分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)邏輯的最終設計和試驗、定值導入，并結合系統(tǒng)設計說明(System Design Description，SDD)、設備手冊以及標準進一步完善。

(6)根據勘測設計管理規(guī)定，施工配合是工程設計實施的重要階段，設計完成后，設計院派駐工地代表到現場解釋設計意圖，解釋施工圖紙中的技術問題。國外工程工地服務是與建設單位及外方、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驗、有責任心、英語好的技術人員到工地處理現場問題。

3 儀控設計及圖紙審核的重點

通過多個國外火電工程儀控設計及與外方圖紙審核中的經驗，深刻體會到國外火電工程要按國際標準深化設計，從設計層面確保符合合同要求，同時需要充分了解項目所在地環(huán)境、氣候、當地習慣等，設計合理的技術方案。

3.1 招標文件解讀

在投標時，要仔細閱讀招標文件，特別注意關于試驗、檢驗標準、控制設備選擇等方面的內容，避免報價漏項，甚至提交的設備不符合招標文件要求。

招標文件往往要填寫大量數據表，數據表體現了投標設計方案中選用的設備和系統(tǒng)性能，也與投標價格相對應。某些公司在投標階段就進行設備和系統(tǒng)預招標，對所選設備和系統(tǒng)的性能及價格進行約定，從而使設計方案對應的價格真正落地。

3.2 合同分解

項目執(zhí)行期間，建議對合同進行詳細分解，把條款落實到每個卷冊、每張圖上，對無法滿足合同或難以滿足合同要求的情況，要及時澄清，盡量避免風險。技術規(guī)范書對控制設備資料、包裝等要有明確要求，適合合同中的要求。

3.3 儀控圖紙設計

國外火電工程儀控圖紙設計應注意以下六個方面：

(1)基本設計階段外方更注重系統(tǒng)構成、控制理念及控制設備選型。外方要求基本設計時提供所有設計的依據，基本設計階段業(yè)主工程師審查圖紙的重點集中在P&ID圖、系統(tǒng)說明、設備選型原則、系統(tǒng)運行說明。其中，系統(tǒng)運行說明包括控制聯鎖、設備啟動條件、正常運行和停止條件。而國內在基本設計階段出圖僅限于定性描述，主要輔機招標尚未完成，無法達到外方要求。建議給予基本設計足夠的時間，要求工藝專業(yè)按外方深度完成系統(tǒng)設計說明、系統(tǒng)運行說明等內容，儀控專業(yè)與工藝專業(yè)一起完善和加深P&ID圖設計。

(2)國內設計院的設計圖紙習慣與國外有差異，比如：隨主輔機供貨的控制系統(tǒng)圖設計直接用設備廠家圖紙，而由于設備廠家圖紙出圖形式往往與設計院圖紙不一致，業(yè)主工程師審批此類圖紙時會提出要求與設計院出圖形式完全一致的修改意見。因此，需要在設計聯絡會上對隨主輔機供貨的控制系統(tǒng)圖的圖例符號、編碼規(guī)則進行約定。

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

(4)國內設計院通常直接在P&ID上進行儀表的設計，實際安裝過程中會發(fā)現很多儀表設計位置不合理：有的直接埋在地下，有的在半空中無法檢修，有的取樣點設計在彎頭和大小頭上不能按照標準規(guī)范取樣。外方要求所有儀表都能夠便于維護和檢修，儀表必須能在固定的平臺上進行拆裝和觀察。比如燃油罐所有溫度測點處要求設置平臺，而不接受采用活動平臺方式完成檢修任務。對于設計位置不合理的儀表，要進行整改，現場經常會因為儀表定位發(fā)生返工，產生商務費用。有些工程要求在管道安裝圖紙上表示儀表測點定位設計位置。

(5)P&ID圖除了表示主要儀表設備外，還要表示調試測點。基本設計階段批準的P&ID圖中儀表設備不能在詳圖設計階段進行刪減。詳圖設計階段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，為避免因為控制設備和控制系統(tǒng)原因導致圖紙修改或更換控制設備等問題，提高控制設備和控制系統(tǒng)的供貨質量，在設備技術規(guī)范書中應明確設備和控制系統(tǒng)性能(包括精度、抗干擾能力等)及盤柜質量要求；產品說明書包括的內容和深度、產品外包裝等也需要在技術規(guī)范中明確。儀表閥門及儀表管件材質在訂貨時應該注意訂貨細節(jié)，儀表閥門手柄、螺栓等要求其材質與儀表閥門材質一致；同時應該加強儀控設備或系統(tǒng)的驗收工作，加強對廠家圖紙的審核工作。

3.4 設計接口管理

加強設計接口管理主要指以下三個方面：

(1)加強脫硫控制系統(tǒng)、火災報警及消防控制系統(tǒng)等廠供系統(tǒng)及設計的圖紙審核；

(2)廠家圖紙儀表設備編號及設計表示方法與設計院圖紙經常有一定的出入，需要統(tǒng)一；

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

3.5 充分考慮外方特點及慣例進行設計

(1)模塊化設計

受國外對勞工政策的限制，國內不能派大量中方人員到現場參與建設，而使用當地勞工的生產效率又普遍偏低。鑒于此，在設計初期就要進行模塊化設計的策劃，與工藝設備和管道、電氣設備一起將控制盤柜、儀表及閥門在工廠組裝好再發(fā)往現場，減少現場安裝工作量。設備整體運到現場，分包商只需完成模塊化設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)設計

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

(3)儀表管材料

歐美標準、儀表管安裝材料都與國內型號有很大差異，在設計初期設計人員要根據當地特點與合同要求，對儀表管材料進行提前確認并形成書面文件，及時通知相關部門提前根據型號規(guī)格進行市場調研，避免安裝材料在現場再進行確認。

(4)接線圖的設計實用性

國內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進線和出線設備端子接線，控制盤柜必須同時在圖紙上附帶原理圖。

(5)DCS盤柜及就地盤柜照明

國內一般認為工作場所照明設計能夠滿足檢修設備要求，因此DCS機柜大部分都不設計柜內照明，不設計柜內檢修插座，就地盤柜大部分也沒有照明設備。

外方要求，所有DCS盤柜內應配備充足的照明設施以及電源插座，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備的檢修和維護，防止由于工作照明不足而造成設備誤操作的現象發(fā)生。

(6)就地儀表設備表盤

國內項目每個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、流量表等表盤要達到100 mm或150 mm。

(7)設備包裝及備品備件

國內很多廠家供貨的設備裝箱清單比較簡單，各種材料設備、備品備件混雜在一起提供到現場，現場清點較困難，儀表設備除了單獨訂貨的部分，其它的一般混在工藝設備中發(fā)到現場。技術協議應要求儀控設備與工藝設備單獨裝箱、備件單獨裝箱。

(8)儀控設備安裝設計

外方注重儀表與控制設備安裝設計，要求儀表便于觀察、運行和維護。

4 儀控設備安裝設計要點

(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。建議選用進口接頭和精密儀表管。

(2)設備卡套接頭安裝方式

外方設備卡套接頭安裝方式與國內方式有所不同，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)儀表管路敷設方式及儀表布置

國內分區(qū)域對儀表進行布置，儀表管路相應的采用大分散小集中的方式。現場經常會出現多個設備布置在同一個儀表架，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不理解，不允許過長的儀表管路，更注重儀表的準確性、參數反映的及時性。因此，應從安裝方面盡量減少甚至消除遷移量，儀表在取樣點附近安裝，盡量減少儀表管長度、彎頭及中間接頭。

由于國內儀表管路敷設沒有確定的安裝位置，并且外方對國內的工作方式不熟悉。每個國家都有一套自己的安裝方式，所以國外工程要在設計聯絡會上提前與外方交流溝通，必要時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的方式。

(4)電纜橋架支吊架安裝

國內電纜橋架支吊架采用的安裝方式有：現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行電纜橋架支架安裝。

(5)電纜橋架接地

國內多數電廠電纜橋架接地設計是將橋架連接處進行接地線跨接，然后每隔15～20 m進行一次接地。

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

(6)電纜敷設

國內電纜橋架內的電纜數量較多，部分橋架充滿度達到80%以上。外方要求動力電纜及信號電纜嚴格分層敷設，層間距大于300 mm，即使是小的分支橋架也要嚴格按照標準執(zhí)行，個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)儀表設備法蘭安裝

國內設計為法蘭連接的儀表設備比較少，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 結語

基于多年來國外火電工程儀控設計經驗，通過總結得到如下結論：

(1)國內電力設計院走出國門，按照外方要求進行設計會遇到各種各樣的困難，這是一個相互理念碰撞、融合的過程，其中出現的很多問題值得技術人員去認真研究和思考。

(2)設計人員應該認真研讀合同并對合同進行分解，才能在工程設計中順利執(zhí)行合同。

(3)應該充分考慮當地習慣和外方特點進行設計，這樣的設計才有生命力。

(4)國外火電工程尤其要注意儀控設備和控制系統(tǒng)的供貨質量，從而保證設計質量。

(5)必須認識到我們與國外設計的差距，儀控設計深度、設計內容、設計習慣及設計細節(jié)上要與國際接軌，只有這樣國內設計院才能真正走出國門。