H級燃機電廠新型主廠房布置方案檢修起吊設計研究

陳昌山，朱 瑾，范勇剛，付煥興，謝立國

(1. 中國電力工程顧問集團西南電力設計院有限公司，四川 成都 610021；2. 華電福新廣州能源有限公司，廣東 廣州 511300)

0 引言

與傳統燃煤發電機組相比，燃氣—蒸汽聯合循環機組具有高效率、低投資、環保性能優、建設周期短等顯著優勢[1]。近年來，隨著燃機技術不斷進步，重型燃機的容量和效率也在不斷提高，重型燃機市場主力機型開始從F級向H級過渡。H級燃氣輪機是目前初溫最高、功率最大以及效率最高的燃氣輪機，其聯合循環機組出力達到600～870 MW，聯合循環效率達到61%～64%。

我國H級燃氣—蒸汽聯合循環機組項目的設計建設還處在起步階段，2017年起國內H級燃機電廠的建設才開始陸續進入實施階段。作為國內首個投運的650 MW等級H級燃氣—蒸汽聯合循環機組項目，廣州增城燃氣冷熱電三聯供項目的創新設計理念和經驗在國內H級燃機電廠的設計領域具有示范意義。

本文以增城項目為例，根據低位雙跨聯合主廠房布置特點，對主要設備檢修方案、主廠房行車配置等進行研究和論述。

1 主廠房總體布置簡介

廣州增城燃氣冷熱電三聯供項目建設2套“一拖一”多軸H級燃氣—蒸汽聯合循環機組，單套機組聯合循環ISO出力為670 MW。主機采用西門子SGT 5—8000H燃氣輪機發電機組，配套西門子SST 5—5000汽輪機發電機組。

為兼顧優化項目總平面布置、兩套機組機島的多臺主機布置完整集成、方便全廠“去工業化”和噪聲治理、方便檢修維護、實現主廠房內外觀感美觀協調等綜合要求，設計院與主機廠進行了深入協作，開發并成功實施了“H級聯合循環低位多軸雙跨聯合主廠房”方案，該方案最大限度規避了單純對稱或簡單順列布置的弊端，實現了前述綜合目標要求，成為該類型機組新的優化“典型布置方案”。

如圖1～2所示，“H級聯合循環低位多軸雙跨聯合主廠房”方案中，燃氣輪機發電機組采用低位布置，機組中心線為6.0 m，汽輪發電機組采用低位側排汽布置方式，凝汽器位于機組側面的低壓缸排汽側，機組中心線為7.0 m。燃氣輪機發電機組和汽輪機發電機組設聯合主廠房，兩套蒸汽輪發電機組位于兩套燃氣輪發電機組之間，每套機組的燃氣輪發電機組、余熱鍋爐、蒸汽輪發電機組等主機本體部分均順列布置；區別于簡單順列布置聯合廠房方案，兩臺機組連接余熱鍋爐和汽機的汽水管道布置、兩套燃氣輪機的天然氣前置模塊以及天然氣管道布置、燃機輔機冷卻水等管道布置均不一致，這種布置格局雖然大幅增加了設計難度和工作量，但該方案的燃機房和汽機房集中布置，方便統一規劃檢修起吊設施和空間；廠房內布置更緊湊，各空間使用更充分、合理，廠房外觀更美觀、整潔；發電機出線統一，母線布置短捷，利于升壓站設置；汽輪發電機機組和燃氣輪發電機機組主廠房集中布置，主廠房行車共用，檢修場地可以共享；余熱鍋爐之間能夠布置集中控制樓和其它公用設施，而不增加占地面積；該布置形式不僅符合燃機生產廠家的需要，而且對場地的利用也最為合理。

圖1 H級聯合循環低位多軸雙跨聯合主廠房平面布置圖

圖2 H級聯合循環低位多軸雙跨聯合主廠房斷面布置圖

主廠房長度方向共設15檔(3+4+1+4+3)，每臺燃氣輪機發電機組占3檔(含1檔檢修檔)，每臺蒸汽輪機發電機組占4檔，兩臺汽輪機之間設置1檔檢修跨。主廠房分為發電機間(A-B跨)和燃機汽機間(B-C跨)。燃機汽機間(B-C跨)屋頂標高約為29.4 m，配置2臺起重量為200 t的行車，滿足燃機和汽機及輔機的檢修要求，行車軌頂標高為21.5 m；燃機發電機區域(A-B跨)屋頂標高約為17 m，每臺燃機發電機配置1臺13.5 t起重量的單梁懸掛起重機；汽機發電機區域(A-B跨)屋頂標高約23 m，2臺汽機發電機共配置1臺55 t起重能力的行車，滿足汽機發電機及輔機的檢修要求，行車軌頂標高為17.0 m。

2 主要設備檢修設計特點

2.1 燃機轉子檢修

如圖3所示，西門子燃機轉子的檢修過程分為3個步驟：1. 轉子整體吊出；2. 轉子傾翻；3. 轉子拆卸。具體過程如下：使用行車將轉子整體吊至主廠房內設置的轉子檢修場地，該區域設置有轉子傾翻設備，轉子一端與傾翻設備固定后，行車大鉤將另一端吊起，將轉子傾翻至豎直狀態，再使用行車小鉤將轉子的各部件拆卸并吊出進行檢修。燃機轉子作為主廠房內最大檢修起吊件，直接影響著行車的最大起升重量，主、副鉤最大起吊高度，以及主廠房的布置方案，因此在主廠房設計中應充分了解燃機轉子的檢修起吊方案及相關要求。

圖3 西門子燃機轉子檢修示意圖

根據燃機廠家資料，燃機轉子起吊時包括吊具起重能力要求為200 t，作為主廠房內檢修最重件，燃機轉子的起吊重量直接決定了燃機汽機間行車起吊能力的選擇。

燃機轉子檢修過程中需要將轉子傾翻至豎直狀態，再使用行車小鉤將轉子的各部件拆卸并吊出，主鉤距地面高度最低要求為17.0 m，副鉤距地面高度最低要求為19.8 m，主鉤距軌頂約1.2 m，副鉤距軌頂約1.0 m，因此，燃機汽機間行車軌頂標高不應小于19.8 m＋1.0 m＝20.8 m。該要求直接決定了燃機汽機間屋面高度的設計。

圖4為#1燃機轉子檢修區域布置圖，視角從#1余熱鍋爐看向主廠房內#1燃氣發電機組，左邊1檔布置1號燃機本體，中間1檔布置有燃機封閉母線、靜止變頻啟動裝置(static frequency converter，SFC)設備間、配電間、電子設備間、燃機潤滑油模塊以及燃機傾翻裝置基礎等，右邊1檔為燃機檢修檔，檢修檔右側為主廠房固定端山墻。根據燃機廠家提供的資料，并考慮轉子傾翻裝置以及腳手架的空間，轉子傾翻裝置與燃機中心線距離定為12.0 m；轉子傾翻裝置中心線與行車吊鉤行程的距離要求為13.83 m；行車吊鉤極限行程距離固定端軸線為4.5 m，考慮一定裕量后，確定固定端軸線與#1燃機中心線的距離為31 m。

圖4 #1燃機轉子檢修區域布置圖

2.2 燃機發電機抽轉子方案

如圖5所示，燃機發電機抽轉子采用工具小車方法，主要工具為轉子小車、支架、滑塊、滑板等。抽轉子主要步驟如下：1. 安裝好包括勵端小車、轉子滑塊、滑板、鐵心保護墊、軸承檔支架等工具；2. 從勵端撥拉轉子，將轉子慢慢拉出；3. 裝上轉子本體小車，繼續向勵端拉出轉子；4. 整個抽出轉子。

圖5 燃機發電機抽轉子示意圖

如圖6所示，為燃機發電機區域俯視圖，根據上述廠家資料，轉子完全抽出后端部距離發電機中心線約18.8 m，而發電機中心線距離A列中心線為14.714 m，此時轉子端部已經位于主廠房A列墻外，因此A列墻在燃機檔設置可拆卸墻面，用于燃機發電機抽轉子檢修。沿燃機中心線從A列墻至主廠房外道路的區域設計中不考慮布置其他設備，以免阻擋轉子運出通道。燃機發電機轉子檢修采用的工具小車方法不需要使用行車，對燃機發電機上方設置的單梁懸掛起重機沒有起吊要求，因此設計該起重機時僅需考慮燃機發電機其他部件及輔機的起吊重量。

圖6 燃機發電機轉子檢修區域布置圖

2.3 汽機發電機抽轉子方案

如圖7所示，汽機發電機抽轉子采用行車方法，主要工具為轉子吊繩、支架、滑塊、滑板等。抽轉子主要步驟如下：1. 準備好上述主要工具；2. 使用行車從勵端撥拉轉子，慢慢拉出；3. 使用行車繼續向勵端拉轉子；4. 整個從勵端抽出轉子。根據廠家資料，轉子完全抽出后端部距離發電機中心線約15.6 m，主廠房A列中心線距離汽機發電機中心線約23 m，因此轉子可以在主廠房內檢修場地進行檢修，無需拖出主廠房外。

圖7 汽機發電機抽轉子示意圖

2.4 汽機發電機空冷器檢修

如圖8所示，汽機配套空冷發電機，空冷器設置在發電機側面，空冷器中有兩組換熱管束模塊，每組模塊各有兩個換熱管束單元，空冷器外側設置有可拆卸護板，換熱管束檢修時，只需拆卸外側護板后將換熱管束水平拖出空冷器殼體后吊至檢修場地進行檢修維護。

圖8 汽機發電機空冷器區域示意圖

根據發電機及母線的布置情況，靠近汽機側的換熱模塊可以利用發電機間(A-B跨)汽機發電機區域的行車直接吊出并放置于檢修場地。而靠近勵端的換熱模塊上方有發電機母線遮擋，無法利用行車直接吊出，因此需要使用專用起吊工具，如圖9所示，專用起吊工具有上下兩層鋼梁，上層鋼梁可用行車小鉤吊起，下層鋼梁下方設置有電動葫蘆，可將換熱模塊吊起，而上下兩層梁利用吊繩連接。使用該起吊工具將換熱模塊吊出后沿發電機母線軸向移動至發電機側面的檢修場地，再對管束進行檢修維護。

圖9 汽機發電機空冷器檢修示意圖

2.5 汽機主汽閥及再熱汽閥檢修

如圖10所示，汽機主汽閥和再熱汽閥位于高中壓缸側面，主汽關斷閥、調節閥及再熱調節閥執行器水平布置，再熱關斷閥執行器豎直布置。以主汽閥為例，主汽閥執行機構拆卸時，需采用專用工具——“C型吊鉤”，并通過燃機汽機間行車沿執行機構中心線水平拉出，步驟詳見圖11中①、②、③部分，專用工具外形及起吊詳見圖中④、⑤部分。再熱調節閥執行機構檢修方式與主汽閥一致，通過C型吊鉤水平拖出；由于再熱關斷閥執行機構豎直布置，需要向上拖出，因此起吊空間對周圍影響較小。

圖10 汽機主汽門再熱汽閥檢修示意圖

圖11 主汽閥執行機構檢修示意圖

如圖10所示，主廠房內主汽調節閥和再熱調節閥檢修時C型吊鉤拖出的方向布置有11.5 m層汽機維護鋼平臺，因此需要優化該區域的鋼平臺設置，留出主汽及再熱調節閥的檢修空間，該區域不設置鋼平臺及鋼梁，預留檢修空間的大小需要綜合考慮C型吊鉤本體尺寸、最大移動行程、執行機構拖出時的最大占用空間以及鋼平臺鋼梁寬度等因素。

3 主廠房行車設計特點

主廠房行車設置如圖2所示。燃機汽機間(B-C跨)兩套機組設置兩臺行車，用于燃機及汽機的檢修。汽機檢修最重件為低壓缸轉子，重量為81 t，燃機檢修最重件為燃機轉子，起吊重量要求為200 t，因此選取起升荷載為200 t的橋式起重機。汽輪機低壓缸上半缸檢修要求較汽輪機高中壓上半缸、汽輪機轉子要求更高，所以用汽輪機低壓缸上半缸檢修來確定行車軌頂標高及主廠房屋架下弦標高。對于汽機檢修，汽輪發電機組中心線標高為7.0 m，汽機廠提供的檢修最小高度為11.5 m，主鉤距軌頂約1.2 m，因此，軌頂標高不應小于7.0 m＋11.5 m＋1.2 m＝19.7 m。行車應高于汽機中低壓缸連通管，行車操作室標高應超過汽機低壓補汽管道。對于燃機檢修，如前文所述，軌頂標高不應小于20.8 m。行車最低處是操作室，其標高超過燃機罩殼。燃氣輪機區域和蒸汽輪機區域行車軌頂標高相差不大，按設置2臺行車考慮，同時滿足燃氣輪機和蒸汽輪機檢修要求。綜上分析并考慮一定裕量，燃機汽機間行車軌頂標高取為21.5 m。

根據燃機機組布置情況可知，燃機靠近發電機的區域位于主廠房B列，由于行車大小鉤極限位置的限制，燃機汽機間的200 t行車大鉤極限位置距離B列3.55 m，小鉤極限位置距離B列1.75 m，因此燃機靠近B列的區域存在行車起吊空白區域，為此，本項目行車設置有12.5 t起重量的探臂吊，如圖12所示，將檢修極限范圍擴展至B列軸線0.35 m區域，可以檢修起吊壓氣機進口段上半缸等部件。

圖12 H級聯合循環低位多軸雙跨聯合主廠房檢修大部件擺放圖

發電機間(A-B跨)汽機發電機區域，發電機轉子考慮沿A列方向用行車配合專用工具抽出后檢修，發電機轉子重量為48.8 t，為汽機發電機區域檢修最重件，由于兩臺汽機相鄰布置，兩臺汽機發電機可共用1臺行車，考慮吊具重量和一定裕量后，汽機發電機區域屋頂設置一臺55 t單行車，用于檢修發電機轉子、集電環、端蓋、空氣冷卻器、冷卻水泵、真空泵、循環水蝶閥等，另外起重機標高選擇還要考慮避開發電機封閉母線，汽機發電機組中心線標高為7.0 m，發電機檢修要求高度約9.0 m，行車主鉤距軌頂約1.0 m。因此，汽機發電機區域的行車軌頂標高不應小于7.0 m+9.0 m+1.0 m＝17.0 m。

發電機間(A-B跨)燃機發電機區域，發電機轉子考慮沿A列方向用專用工具小車抽出檢修，屋頂設置一臺13.5 t單梁懸掛起重機，用于檢修發電機集電環、端蓋和氫氣冷卻器，另外起重機標高選擇還要考慮避讓發電機封閉母線。燃機發電機組中心線標高為6.0 m，發電機檢修要求高度約為6.0 m，起重機吊鉤距軌頂約3.0 m，考慮一定裕量，單梁懸掛起重機軌頂標高約為15.3 m。

4 主廠房總體檢修條件

如圖1所示，從余熱鍋爐看向主廠房，#1燃機和#2燃機右側各設置1檔檢修跨，兩臺汽機之間設置1檔檢修跨，主廠房共設置3檔檢修跨，在兩套聯合循環機組中任意一套檢修時，均有2個檢修跨可以使用，大部件可以完全堆放在主廠房內，如圖12所示。該方案有效避免了西門子典型布置方案中主廠房內檢修堆放空間受限，需要將部分大部件擺放在主廠房外的問題，在不增加主廠房占地面積的情況下，為機組檢修創造了有利的條件。

5 結語

廣州增城燃氣冷熱電三聯供項目中，設計院開發并成功實施了“H級聯合循環低位多軸雙跨聯合主廠房”方案。本文根據燃機、汽機、發電機等主要設備的檢修要求，結合低位雙跨聯合主廠房布置特點，對主要設備檢修方案、主廠房行車配置等進行了詳細的論述，提出了一種典型的H級燃氣—蒸汽聯合循環機組低位布置主廠房檢修起吊設計方案，以供同類工程設計借鑒參考。增城項目1號機組于2020年6月14日通過168 h試運，本項目對機組檢修的周詳設計受到業主的高度肯定。