陳 義

（國能神福（石獅）發(fā)電有限公司，福建 泉州362700）

國能神福（石獅）發(fā)電有限公司（以下簡稱“石獅公司”）的2×1 050 MW火電機組位于福建省泉州市。該地區(qū)隸屬于閩南地區(qū)，屬亞熱帶海洋性季風氣候，氣溫高，光熱資源豐富。大部分地區(qū)年平均氣溫為19.5～21.0℃，最熱月平均氣溫為26.0～29.0℃，最冷月平均氣溫為9.0～13.0℃，全年基本無霜。美國得克薩斯州（以下簡稱“得州”）屬亞熱帶氣候，全年平均氣溫為20.7℃，五一過后入夏，十一之后入秋。冬無嚴寒夏無酷暑，冬天溫度低于0.0℃的時長一般為一周左右（多在一月份），晚上氣溫有時會下降到0.0℃以下。綜上所述，得州的常年氣候和福建省閩南地區(qū)類似，具有較強的類比性。

石獅公司規(guī)劃裝機總容量為4×1 050 MW，一期建設的2×1 050 MW發(fā)電機組是福建省建成的“首臺百萬千瓦級超超臨界火電機組”，靜電除塵、選擇性催化還原 （Selective Catalytic Reduction，SCR）脫硝和旋匯耦合器脫硫等環(huán)保設施與主機同步建設投入使用，生產(chǎn)現(xiàn)場65%以上的控制信號通過總線方式布置，技術指標在國內(nèi)同類型電廠中居于領先地位；鍋爐燃燒后排放的灰渣和脫硫吸收塔產(chǎn)生的石膏全部商業(yè)利用，脫硫產(chǎn)生的廢水通過綜合利用、回收，不向系統(tǒng)外排放。

1 美國得克薩斯州2021年初大面積停電事故

受到北極地區(qū)寒流的影響，得州于2021年2月14日晚受到風暴襲擊，造成大面積停電事故。大部分火力發(fā)電廠管道內(nèi)介質(zhì)遇冷結冰無法正常流動，火力發(fā)電廠、燃氣電廠無法供電導致電網(wǎng)崩潰。得州2月15日大約有250萬戶停電，16日停電家庭上升至400萬戶。在供需極端不平衡的情況下，得州電價瘋狂飆升。根據(jù)管理當?shù)仉娋W(wǎng)的得州電力可靠性委員會（ERCOT）數(shù)據(jù)顯示，短短幾天內(nèi)，得州批發(fā)電價突破1萬美元/MW·h，相當于電價超過10美元/kW·h，約合人民幣65元/kW·h，與平日電價相比增長了近200倍。此外，受低溫及停電影響，得州食品供應鏈也受到?jīng)_擊。全州范圍內(nèi)，一些超市因停電關門，部分居民不得不靠囤積的罐頭食品度日。得州州長格雷格·阿伯特說，受極端天氣和冰點溫度影響，許多使用煤炭、天然氣或風力發(fā)電的電廠無法正常運轉，電力部門正加緊搶修。ERCOT系統(tǒng)運作事務高級官員丹·伍德芬說，這種天氣狀況“前所未見……遠超（系統(tǒng)）為得州典型乃至極端冬季設計的參數(shù)值”。

得州擁有豐富的發(fā)電能源，根據(jù)公開信息，石油、天然氣是得州最主要的資源，已知石油儲量超過80億桶，約占美國已知供應量的1/3，天然氣產(chǎn)量占全美產(chǎn)量的1/4，此外還擁有46億桶（7.3億m3）的原油儲量。得州擁有全美41%的石化產(chǎn)量和28%的風能供應，平時供電主要靠天然氣和風力，還有火電和核電。

誰能想到，一場寒潮剝奪了得州的兩大驕傲。那么，得州作為美國的“能源中心”，為何經(jīng)不起一場寒潮的侵襲？一個解釋是，氣溫驟降讓用電需求暴增，進而導致電力供應明顯不足。另一個解釋是，很多專家認為政府和電力部門沒有對發(fā)電和輸電設施進行防寒升級改造，是造成這次大停電的“人禍”。

2011年，一股相似的寒流曾襲擊得州并造成大停電。但得州政府明知嚴寒會威脅電力系統(tǒng)，卻任由各私人電力公司決定是否改造設備，致使多數(shù)公司出于成本考慮并未進行改造。

得州在美國最南邊，屬于正常情況下冬季氣溫在20℃以上的地方，但2021年出現(xiàn)了-20℃以下的極端寒潮，導致了部分電力系統(tǒng)癱瘓。作為亞熱帶地區(qū)的得州，缺乏預防控制火電廠介質(zhì)管道冰堵的監(jiān)控措施。

未來如果世界各地極端天氣頻發(fā)，那么人類的正常生產(chǎn)、生活秩序都將面臨巨大挑戰(zhàn)。2008年我國南方的雪災還讓國人記憶猶新，當時因災死亡129人，經(jīng)濟損失1 516億元，損壞房屋168.6萬間，受災人口超過1億人。要應對極端天氣，一定要在電力等公共設施方面按照最嚴苛的標準進行安裝建設。

2 石獅公司火力發(fā)電設備遭遇極寒天氣的常見問題

石獅公司處于我國南方地區(qū)，冬季基本上不下雪，電廠設備在招標采購時考慮的最經(jīng)濟運行環(huán)境溫度在-10~40℃之間，生產(chǎn)系統(tǒng)除了液氨管路和燃油系統(tǒng)外并沒有按照極端寒潮天氣的情況設計保溫伴熱系統(tǒng)[1]。鍋爐房采用露天布置，燃油管道、熱工取樣管路、給水管道雖然安裝有蒸汽伴熱和保溫棉防護，但是采購的材料和運行環(huán)境溫度均按照南方氣候環(huán)境考慮，在極端寒潮天氣下不足以抵御超出-10℃的低溫。例如2008年1月3日在我國發(fā)生的大范圍世紀寒潮，福建省泉州市天氣預報顯示最低溫度為-10℃，但是石獅公司地處海邊，鍋爐頂層高度達82 m，海面吹過來的風力達6級，實測鍋爐頂端氣溫降到了-19℃，大大超出了-10~40℃的環(huán)境溫度設計范圍。

雖然這種百年一遇的極端天氣很少出現(xiàn)，但是在當今世界環(huán)境破壞嚴重、溫室氣體超地球負荷排放的情況下，極端天氣出現(xiàn)的頻率越來越高，一旦極端寒潮天氣來臨，極有可能造成設備損壞、機組停運事故。因此，閩南地區(qū)，或者說我國南方地區(qū)火電機組在初設、設備采購和安裝時，就應當將設備設施抗寒防凍等級提高到北方地區(qū)火電機組水平，已經(jīng)建成投產(chǎn)運營的機組應當結合等級檢修和機組調(diào)停，對重點區(qū)域防寒等級薄弱的設備進行有針對性的改造，最終要達到火力發(fā)電廠的設備設施所能抵御的防寒溫度比極端最低氣溫低10℃以上[2]。石獅公司目前應對極端寒潮天氣面臨的主要問題如下。

1）海水淡化、脫硫脫硝以及循環(huán)水區(qū)域部分熱工儀表取樣管道未安裝保溫伴熱裝置。

2）廠房區(qū)域部分熱工儀表取樣管道未按照廠家規(guī)范正確安裝伴熱裝置，部分一次閥、二次閥處由于閥門安裝限制導致盤根處保溫不完整，有的儀表管路穿越鍋爐、汽機房格柵板時未進行保溫防護處理。

3）未考慮到極端寒潮天氣，導致管路伴熱效果不佳，部分伴熱或保溫損壞后未及時修復。

4）極端低溫情況下，壓力變送器或壓力表由于內(nèi)充液為普通硅油而出現(xiàn)測量不準或損壞，出現(xiàn)針型閥由于材料質(zhì)量問題發(fā)生凍裂的情況。

5）鍋爐房六大風機露天布置，未安裝在室內(nèi)并加裝暖氣片。

6）儀用氣和雜用氣儲存罐露天布置，未安裝在室內(nèi)并加裝暖氣片。

7）伸出廠房外的蒸汽排汽管道在極端寒潮天氣存在排汽口附近結冰問題。

8）部分水管道未采取埋地布置，且未采取保溫伴熱裝置。

9）油儲罐內(nèi)部未安裝電加熱器或蒸汽加熱器。

10）冷一次風和冷二次風入口未安裝暖風器。

3 石獅公司火力發(fā)電設備面臨極寒天氣的應對措施

1）機組設備停止運行或處于備用和檢修狀態(tài)時，應當將內(nèi)部介質(zhì)排盡，防止管道凍結。

2）寒潮來臨前，部分電氣柜和熱工端子箱內(nèi)可視情況加裝伴熱貼片或碘鎢燈等加熱設備，保證柜體和端子箱內(nèi)溫度正常。

3）部分不涉及保護動作的儀表可在極端天氣下關閉取樣一次閥，臨時拆除儀表，疏水放盡內(nèi)部介質(zhì)[3]。部分重要的儀表和測點，靠海一側處于迎風面，可臨時搭設腳手架，裝設防風保溫房，起到擋風和保暖的作用。主廠房之外其他外圍區(qū)域不涉及保護的儀表、測點，可以采取開啟排污閥慢滴的方式，使介質(zhì)流動進而防凍。

4）已經(jīng)凍結的管路，在搶修時可以采取敷設伴熱電纜和電熱毯的方式快速解凍。

5）對于有可能誤動的設備采取退出保護的方式。例如主廠房內(nèi)四大主管道的電磁泄壓安全閥帶有壓力測點的控制裝置，壓力測點如果未進行保溫伴熱防護，在寒潮來臨時很容易造成取樣管道凍結而產(chǎn)生誤動，可以采取關閉電磁泄壓閥汽源的方式退出保護。

4 石獅公司火力發(fā)電設備預防極寒天氣的改造措施

1）針對火電廠現(xiàn)場不同區(qū)域、重要程度和工藝特點采取分而治之的方式。例如重大危險源氨站可采取熱水坐浴式加熱，或以搭設屋頂和遮風墻但不影響通風的方式加強保暖。

2）儀表、測點、管道設備靠海側迎風面可以搭設固定式的防風措施。

3）汽機房、氧化風機房、循環(huán)水泵房、磨煤機密封風機房和海水淡化車間等室內(nèi)窗戶、大門、百葉窗附近的設備、測點等管路應加裝保溫設施，保證冬季室內(nèi)密封性能良好。

4）伴熱方式優(yōu)先選擇電伴熱，熱水拌熱和蒸汽伴熱雖然成本較低，但是和熱工以及液氨管路捆綁在一起伴熱，距離較長，容易發(fā)生跑冒滴漏現(xiàn)象，維護成本較高。電伴熱方式一次性投資成本較高，但是運行、維護費用較低，比較適合閩南地區(qū)使用。需要特別注意的是，在需要防止燃燒和爆炸的區(qū)域應選用蒸汽或熱水伴熱，也可選用防爆型的電伴熱帶。

5）對于伴熱溫度要求精度不高的管線，可采取自限溫電伴熱帶。對于火電廠四大主要管道上的取樣管和測點，由于工質(zhì)溫度較高，應選用抗高溫型電伴熱帶。

6）設備改造時，優(yōu)先選用合適的儀表型式，盡量無須伴熱，以達到節(jié)約能源、減少維護的目的：一是壓力變送器選用低溫型變送器；二是液位變送器、流量變送器和流量表優(yōu)先選擇非取樣工作原理的設備，代之以超聲波、電磁等型式；三是基地式氣動門的壓力測量選擇定位器或電動門，防止介質(zhì)受凍閥門誤開。

7）六大風機采取室內(nèi)布置，儀用氣和雜用氣儲存罐采取半室內(nèi)布置（安全閥伸出室外），以室內(nèi)加裝暖氣片的方式進行防風抗凍。蒸汽系統(tǒng)的排汽口遠離墻面并設置保溫，排汽前設置擴容減溫裝置；水管道采取室外埋地的方式，埋地深度要大于凍土層；油儲罐內(nèi)部使用伴熱裝置；在冷風吸入口加裝暖風器保證合理的進風溫度。

5 結束語

鑒于得州部分地區(qū)于2021年2月份遭遇極端天氣造成大面積停電事故，充分說明了保障極端寒潮天氣下的火電廠安全穩(wěn)定運行是一項系統(tǒng)工程，需要采取臨時應對的短期策略和設備設施改造的長期措施。