熊穎峰

摘 要：文章結(jié)合核電站汽輪機(jī)提升功率改造的工程實際經(jīng)驗，針對核電項目與常規(guī)火電項目的不同點，闡述了核電站汽輪機(jī)提升功率項目的管理方法，包含：原因分析、技術(shù)方向、運作模式、執(zhí)行手段、管理方法及經(jīng)驗反饋等，涵蓋了可行性分析、設(shè)計、采購、制造、監(jiān)造、運輸、驗收、儲存、安裝調(diào)試、維修策略及備件處理等方面的內(nèi)容，可供核電站類似重大改造項目參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；功率；提升；項目管理

一般汽輪機(jī)提升功率改造的原因包含：壽期末的更新改造；備件問題；提高發(fā)電量；老化后性能下降、提升可靠性。當(dāng)前，節(jié)能減排已上升到國家戰(zhàn)略的高度，推動企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造成為一項重要內(nèi)容。在運核電站在其換料周期和換料數(shù)量固定的前提下，如果通過技術(shù)改造提高機(jī)組的出力，則在核燃料總價不變的情況下增加發(fā)電量，可降低單位電價的發(fā)電成本、提高收益、增強(qiáng)競爭力。對舊汽輪機(jī)進(jìn)行提升功率改造在國內(nèi)火電廠已經(jīng)廣泛實施，但是國內(nèi)核電領(lǐng)域由于涉及核安全、可靠性等因素，改造經(jīng)驗較少。文章結(jié)合某百萬千瓦級壓水堆核電站汽輪機(jī)高壓缸改造項目的工程實踐，歸納項目運作過程中的關(guān)鍵步驟，提出核電站汽輪機(jī)提升功率改造項目管理的思路和建議。

1 汽輪機(jī)提升功率項目的通用步驟及要點

1.1 項目管理過程主要有以下幾個方面

（1）前期準(zhǔn)備階段（初步設(shè)計）：收集機(jī)組運行數(shù)據(jù)及外部經(jīng)驗反饋，結(jié)合機(jī)組實際運行情況及設(shè)備檢修情況，完成可行性分析，確定改造的必要性、范圍和目標(biāo)。（2）采購準(zhǔn)備階段：編寫采購技術(shù)規(guī)范書，完成經(jīng)濟(jì)性分析，完成供應(yīng)商評審。（3）采購階段：招投標(biāo)管理，技術(shù)澄清，預(yù)算控制，合同談判。（4）詳細(xì)設(shè)計階段：建立組織機(jī)構(gòu)，確定職責(zé)分工，至少包含機(jī)械、電氣、儀控、運行、核安全專業(yè)人員；確定設(shè)計基準(zhǔn)和驗收標(biāo)準(zhǔn)；分析相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計裕量及匹配性；完成詳細(xì)設(shè)計論證；提前考慮安裝空間、運輸、起重、檢修策略、汽輪機(jī)監(jiān)測、專用工具等問題。（5）制造階段：設(shè)定質(zhì)量控制點，按照計劃進(jìn)行駐廠監(jiān)造和出廠試驗。（6）設(shè)備交貨及驗收階段：提前制定包裝和運輸方案，確定驗收方法和關(guān)鍵點，落實現(xiàn)場儲存地點及保養(yǎng)方法。（7）現(xiàn)場安裝階段：要求制造廠進(jìn)行工廠預(yù)裝，以節(jié)省現(xiàn)場安裝時間；設(shè)計階段完成起重設(shè)備的評估，核實安裝程序、人員及工具；針對現(xiàn)場安裝可能出現(xiàn)的尺寸偏差，制定風(fēng)險預(yù)案和質(zhì)量計劃。（8）改造后的相關(guān)工作：完成性能試驗，制定維修策略，舊設(shè)備處理。

1.2 項目經(jīng)理職責(zé)

在重大技術(shù)改造項目中的作用尤為重要，合格的項目經(jīng)理應(yīng)至少履行的職責(zé)有：合理利用資源，建立組織機(jī)構(gòu)，完成責(zé)任分工；制定工作計劃，制作進(jìn)度時間表；供應(yīng)鏈的管理；風(fēng)險及意外事故的管理；項目費用的管理；項目組的協(xié)調(diào)和管理；高級管理支持；項目完整性管理；培訓(xùn)。

2 采購技術(shù)規(guī)范書的要求

采購技術(shù)規(guī)范書應(yīng)詳細(xì)地描述改造所需的設(shè)計和設(shè)備要求，但涉及的面盡量廣泛、通用，以允許更多的供應(yīng)商投標(biāo)。

采購技術(shù)規(guī)范書應(yīng)至少包含：設(shè)計要求、質(zhì)量要求、改造方案建議、安裝和裝配要求、服務(wù)要求、質(zhì)量控制要求、文件要求、運輸要求、交貨期要求、性能驗收要求等，尤其設(shè)計要求部分應(yīng)重點關(guān)注。

3 系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計要求

3.1 總體要求

（1）分析改造原因，確定改造目標(biāo)和技術(shù)方向。（2）確定系統(tǒng)運行參數(shù)和設(shè)計基準(zhǔn)，包含：流量、壓力、溫度、接口要求、建筑物要求（基礎(chǔ)、支撐等）、水力部件設(shè)計裕量（泵組流量、壓力、流速等）、電源要求（容量、電壓、電纜路徑、絕緣、電機(jī)等）。（3）核電站需額外考慮事故工況運行條件、抗震要求、環(huán)境要求、安全管理要求、冗余、多樣性和獨立性要求。（4）汽輪機(jī)性能要求，包含：核島及常規(guī)島儀控系統(tǒng)匹配性、設(shè)計和安全功能、機(jī)組容量、材料特性、機(jī)械性能（振動、應(yīng)力、撞擊、扭力等）、超速保護(hù)機(jī)構(gòu)。（5）汽輪機(jī)設(shè)備物理特性要求，例如：尺寸、外形、重量、原材料成分、拉伸量、表面粗糙度、平行度、熱傳導(dǎo)性、疲勞特性等。（6）確定需改造的設(shè)備清單及備件清單。（7）確定改造設(shè)備及系統(tǒng)的接口及分界點。（8）系統(tǒng)設(shè)計輸出文件主要包含：計算報告、圖紙、系統(tǒng)手冊、技術(shù)規(guī)范書和FSAR要求，汽輪機(jī)輸出文件主要包含：設(shè)備圖紙、維修導(dǎo)則、備件清單、運行導(dǎo)則。（9）設(shè)計審查內(nèi)容包含：設(shè)備兼容性、熱平衡等性能特性、運行條件限制、設(shè)計參數(shù)、扭轉(zhuǎn)特性、臨界轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子動平衡、軸承、對輪、原材料、化學(xué)特性、安裝和維修程序。（10）項目管理模式要求，例如管理導(dǎo)則、文件控制、制造過程控制等。

3.2 技術(shù)關(guān)鍵點

（1）改造一般會受到現(xiàn)有設(shè)備、系統(tǒng)的接口和參數(shù)限制，可能影響最終設(shè)計方案。任何設(shè)計裕量的改變均需參考原設(shè)計的計算報告、圖紙、采購技術(shù)規(guī)范書、系統(tǒng)手冊、設(shè)計基準(zhǔn)文件、FSAR等，最重要的包含：發(fā)電機(jī)的冷卻能力、無功功率、勵磁機(jī)性能、主變壓器性能、蒸汽發(fā)生器老化、汽輪機(jī)排氣濕度、抽汽和疏水能力、凝氣器限制、汽輪機(jī)主蒸汽調(diào)節(jié)閥控制、給水泵和凝結(jié)水泵容量、換熱管泄漏或堵管情況、汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭矩和振動變化。（2）為防止項目執(zhí)行過程中出現(xiàn)顛覆性的設(shè)計變更，造成不可挽回的損失，應(yīng)在設(shè)計初期進(jìn)行針對性評估，如：飛射物包容性評估、接口系統(tǒng)和設(shè)備的運行參數(shù)評估、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速分析、軸系穩(wěn)定性分析、超速特性評估、葉片應(yīng)力分析、熱平衡分析等，以此判斷所選技術(shù)方向是否正確。（3）核電站反應(yīng)堆給水控制、R棒控制等核島重要控制和保護(hù)系統(tǒng)均以汽輪機(jī)高壓缸第一級進(jìn)汽壓力為標(biāo)定基準(zhǔn)，形成核島熱功率與汽輪機(jī)功率的對應(yīng)關(guān)系，實現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)提升功率改造后由于第一級進(jìn)汽壓力的變化，需要對棒控系統(tǒng)相關(guān)函數(shù)信號發(fā)生器重新進(jìn)行計算和校驗，啟機(jī)階段在不同功率平臺驗證核島熱功率與汽輪機(jī)功率的匹配性，防止功率控制偏差引起的核安全風(fēng)險。（4）壓水堆核電站的蒸汽濕度大，隔板靜葉喉部設(shè)計的改變會引起高低壓缸各級的蒸汽濕度發(fā)生變化，各級的蒸汽濕度必須控制在汽輪機(jī)通流部分抗沖刷的范圍之內(nèi)。（5）分析改造對核電站重要系統(tǒng)的影響，評估在汽輪機(jī)升降負(fù)荷階段各種工況的安全性。

4 供應(yīng)商資格審查和選擇

對供應(yīng)商的工程設(shè)計能力、組織機(jī)構(gòu)、制造能力、運行能力、檢修能力、采購能力、質(zhì)保體系等方面進(jìn)行評估。例如：供應(yīng)商的業(yè)績；最新的質(zhì)量認(rèn)證證書、質(zhì)保評估報告；供應(yīng)商的設(shè)計和質(zhì)保能力；投標(biāo)文件，包含技術(shù)澄清、商務(wù)澄清。

5 制造要求

（1）在關(guān)鍵制造節(jié)點和試驗節(jié)點設(shè)置W點（質(zhì)量見證點）和H點（停工待檢點）；（2）執(zhí)行設(shè)備監(jiān)造，包含焊接工藝、裝配、熱處理、加工、試驗、文件等方面的檢查；（3）明確工廠試驗和檢查的范圍及驗收標(biāo)準(zhǔn)：a.子鍛件檢查：超聲波檢查、化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗、FATT曲線、最終超聲波檢查、熱穩(wěn)定性試驗。b.精加工后的轉(zhuǎn)子檢查：葉片組裝前的磁粉探傷、高速動平衡試驗、超速試驗、超速試驗后檢查。c.動葉和靜葉檢查：化學(xué)成分分析、硬度檢查、機(jī)械性能試驗、超聲波檢查、磁粉探傷。d.隔板套和分流環(huán)檢查：化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗、最終磁粉探傷、最終超聲波檢查、涂層滲透檢查。e.隔板檢查：化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗（含硬度檢查）、無損檢查、焊縫滲透檢查、喉部尺寸測量。（4）制造文件至少包含：圖紙、程序、采購技術(shù)規(guī)范書、使用說明書、質(zhì)量報告、材料鑒定報告、無損檢測報告、人員資質(zhì)證明、檢查報告、質(zhì)保規(guī)程、性能試驗報告、相關(guān)證書、推薦的備件清單等。（5）關(guān)注設(shè)備清潔度，避免造成核電站水質(zhì)污染。

6 運輸要求

合適的運輸方式應(yīng)在設(shè)計階段或制造階段進(jìn)行評估，主要考慮：（1）費用和時間的限制；（2）尺寸、重量和外形的限制（尤其大型部件的運輸方式會有一些限制，應(yīng)提前考慮）；（3）運輸方式（卡車、鐵路、海運、空運）；（4）運輸過程中設(shè)備損壞的風(fēng)險；（5）出廠包裝方式（應(yīng)考慮設(shè)置檢查視窗，安裝沖擊指示器）；（6）客戶和當(dāng)?shù)氐奶厥夥煞ㄒ?guī)要求；（7）吊運工具、吊運方案、交貨地點。

7 到貨驗收要求

該階段的驗收重點在于檢查運輸過程中是否造成設(shè)備的損壞，以至于影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用。檢查結(jié)果一般有：接受、拒絕和保留意見。（1）文件檢查；（2）按提前制定的驗收標(biāo)準(zhǔn)檢查；（3）輔助材料的檢查，包含：備件、工具、安裝輔材（墊片、墊塊等）、耗材（潤滑劑、焊條等）。

8 儲存和分段運輸要求

（1）確定設(shè)備的儲存等級；（2）評估現(xiàn)場儲存能力，包含：倉庫容量、照明、電源、防火和壓縮空氣系統(tǒng)；（3）設(shè)備保養(yǎng)，包含：定期盤軸、潤滑、防腐、氣體保養(yǎng)等；（4）起重設(shè)備的評估；（5）材料管理。

9 安裝要求

（1）成立現(xiàn)場實施組織機(jī)構(gòu)，應(yīng)包含實施小組和技術(shù)決策小組；（2）制定工廠預(yù)裝方案；（3）審核不符合項；（4）提前簽訂專家現(xiàn)場技術(shù)支持合同；（5）優(yōu)化安裝步驟：吊運和就位、接口的分離和保護(hù)、設(shè)計偏離預(yù)案、裝配、接口連接、試驗和檢查等；（6）根據(jù)新舊設(shè)備的吊運順序，合理安排場地及行車；（7）準(zhǔn)備輔材和專用工具，提前驗證工具、行車、電源、氣源的可用性；（8）對無損檢測、數(shù)據(jù)測量、文件記錄和機(jī)加工過程進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制；（9）嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場工業(yè)安全要求，關(guān)注重大部件吊裝風(fēng)險；（10）編制啟機(jī)試驗程序，正式超速試驗前應(yīng)通過注油試驗使飛錘連續(xù)動作多次，使其充分磨合。

10 試驗方法

按照GB 8117-1987《電站汽輪機(jī)熱力性能驗收試驗規(guī)程》與《ASME PTC6.0》編制試驗程序，改造前后分別進(jìn)行性能試驗，通過對比試驗結(jié)果判斷改造后功率提升值。

11 維修策略要求

作為合同的一部分，供應(yīng)商應(yīng)提供新設(shè)備的預(yù)防性維修及維修周期的建議。項目組應(yīng)平衡風(fēng)險和可靠性，主要考慮風(fēng)險程度、以往故障記錄、供應(yīng)商建議、預(yù)防性維修任務(wù)，制定最優(yōu)化的檢修策略。還應(yīng)考慮不同類型設(shè)備的檢修經(jīng)驗，制定定期檢修計劃和監(jiān)測要求。

12 舊設(shè)備的處理

按照核電站冗余設(shè)計的理念，建議在設(shè)計和采購階段就決定戰(zhàn)略備件的管理方法，應(yīng)向供應(yīng)商多索取材料、尺寸、公差等信息，并對現(xiàn)有的人力、工具、財力、資質(zhì)進(jìn)行評估。主要考慮：（1）制定清洗和長期儲存方案；（2）環(huán)境污染的評估：危險化學(xué)品、放射性、環(huán)境法律法規(guī)的限制；（3）評估舊設(shè)備是否可以翻新或修補后用于其他電站的改造、科研機(jī)構(gòu)，或出售給第三方；（4）如需包裝運輸，還需考慮包裝、吊運、放射性等問題。

13 結(jié)束語

核電站汽輪機(jī)提升功率改造后，不僅常規(guī)島相關(guān)參數(shù)會發(fā)生變化，而且還影響核島控制系統(tǒng)，其技術(shù)難度和核安全風(fēng)險較高。所以，根據(jù)項目研究與實踐過程中的經(jīng)驗，建議：（1）加大前期可行性研究的投入程度，提高設(shè)計論證能力，以確定合適的功率提升幅度；（2）準(zhǔn)確核實各種核安全管理限值和設(shè)計準(zhǔn)則，它們往往是項目成功的主要因素；（3）系統(tǒng)和部件的設(shè)計余量可以通過先進(jìn)的方法充分挖掘和利用，但必須得到核安全局的批準(zhǔn)；（4）關(guān)注汽輪機(jī)本體以外的CI&BOP系統(tǒng)和部件的分析論證，一般是它們限制了功率提升的幅度，一旦在設(shè)計階段被忽視，可能需要付出更多的成本來更新或改造。