王 堅(jiān)

(中南電力設(shè)計院，武漢市，430071)

0 引言

設(shè)計優(yōu)化，持續(xù)改進(jìn)是電力設(shè)計企業(yè)永恒的主題。從近年的多項(xiàng)大型發(fā)電項(xiàng)目的設(shè)計招評標(biāo)上可以看出，各設(shè)計投標(biāo)單位的投標(biāo)方案的競爭越來越集中在布置方案的競爭上。布置上的優(yōu)化突出地擺在設(shè)計者面前[1]。

1 布置技術(shù)

布置技術(shù)就是合理利用空間的技術(shù)。將布置技術(shù)發(fā)揮到極至的是太空飛行器。電廠的設(shè)計要求沒有那么苛刻，但是，有限的土地資源和環(huán)境資源要求我們解放思想、大膽創(chuàng)新，在保證機(jī)組運(yùn)行安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、高效的前提下，對全廠總平面布置、主廠房布置、各生產(chǎn)車間及附屬建筑布置等按模塊化進(jìn)行布置優(yōu)化，為實(shí)現(xiàn)電力工業(yè)的可持續(xù)、科學(xué)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。

對于火力發(fā)電廠項(xiàng)目，合理利用空間，至少應(yīng)包含以下幾個方面的內(nèi)容：工藝流程合理、順暢；交通、運(yùn)輸通道暢通；有必要的檢修起吊、操作維護(hù)空間；整體造價低，運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)效益好；滿足職業(yè)健康和安全的要求，創(chuàng)造良好的工作環(huán)境；施工便利，留有必要的擴(kuò)建條件等[2]。

2 布置設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)系

布置設(shè)計與系統(tǒng)設(shè)計是密切相關(guān)和相互促進(jìn)的。例如，工作介質(zhì)在管道上的壓降是與管道的布置密切相關(guān)的，這個壓降又影響著介質(zhì)的參數(shù)和泵類設(shè)備的工藝選型。因此，在掌握系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)上優(yōu)化布置設(shè)計，反過來又會促進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計優(yōu)化。

又如，火力發(fā)電廠主蒸汽在管道上的壓降直接影響機(jī)組的熱效率，管道上的沿程阻力越小，壓降越小，在相同的鍋爐出口參數(shù)情況下，進(jìn)入汽輪機(jī)做功的新蒸汽焓值就越高，獲得的有效焓降就越大?，F(xiàn)在，有的工程在主蒸汽管道布置時盡可能多地使用彎曲半徑大的彎管代替彎曲半徑小的熱壓彎頭，就是出于降低管道沿程阻力的目的。

3 火力發(fā)電廠主廠房布置技術(shù)

火力發(fā)電廠的布置設(shè)計主要包括廠區(qū)總平面布置設(shè)計和主廠房布置設(shè)計。主廠房布置設(shè)計是火力發(fā)電廠布置設(shè)計的重中之重[3-4]。

要合理利用主廠房內(nèi)的空間，主廠房布置優(yōu)化必須突破國內(nèi)目前電廠設(shè)計的傳統(tǒng)，力求功能分區(qū)明確，設(shè)備布置緊湊，工藝管道短捷，建筑容積小，施工周期短，工程造價低。目前，主要的主廠房優(yōu)化思路有：模塊化設(shè)計思路、精細(xì)化設(shè)計思路、統(tǒng)籌設(shè)計思路、基于功能的空間布置設(shè)計理論、基于物流技術(shù)對工廠和空間進(jìn)行布置。

3.1 模塊化的設(shè)計思路

模塊化的設(shè)計思路就是將火力發(fā)電廠各個功能區(qū)域模塊化[8]，模塊本身又分層次，即1個主模塊可以由多個子模塊組合而成。每個模塊或子模塊則相對固定，是一個非常精簡、經(jīng)過優(yōu)化的布置設(shè)計，其工程量在滿足這個模塊功能的前提下最優(yōu)，并且有明確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

模塊的組合形成布置方案。模塊之間也不是任意組合的，受項(xiàng)目具體的廠址條件和技術(shù)條件制約。因此，將明顯不具備優(yōu)勢的組合排除在外，留下可行且有競爭力的組合形成廠房的布置方案。

設(shè)計思路是：根據(jù)工程具體條件優(yōu)選子模塊，由優(yōu)選出的子模塊形成主模塊參與主廠房布置格局的組合，形成最具競爭力的主廠房布置方案。

以江西新昌電廠2×660 MW超超臨界機(jī)組工程為例，根據(jù)模塊化的設(shè)計思路，將主廠房區(qū)域（周邊環(huán)形道路以內(nèi)區(qū)域）劃分成汽機(jī)房（含除氧間）、鍋爐房（含煤倉間及集中控制樓）、爐后區(qū)域（含脫硝）、A列外電氣區(qū)域、公用區(qū)（指供氣中心）等幾個主要模塊，根據(jù)側(cè)煤倉及內(nèi)煤倉的選用、爐后區(qū)模塊（分為8個模塊）的選用，衍生出多個主廠房布置方案，如果不考慮爐后區(qū)模塊的變化，主廠房可分為內(nèi)煤倉方案和側(cè)煤倉方案2個主要的主廠房的布置格局，各模塊的組合見表1。其中，爐后區(qū)模塊的組合條件及組合方案見表2。

新昌工程最終確定的技術(shù)條件是設(shè)置脫硫旁路煙道，不設(shè)置煙氣加熱器（gas gas heater，GGH），脫硫增壓風(fēng)機(jī)與引風(fēng)機(jī)分別設(shè)置，爐后區(qū)布置最終固定為模塊4參與模塊組合。

汽機(jī)房模塊經(jīng)過比選，固定為一種模塊后，與鍋爐房模塊組合成為以下2種主廠房布置方案。

（1）內(nèi)煤倉方案：主廠房采用汽機(jī)房、除氧間、煤倉間和鍋爐房4列式布置，2臺鍋爐之間設(shè)置集中控制樓，配電室、電子設(shè)備間和輔助車間均集中布置在集中控制樓內(nèi)。

（2）側(cè)煤倉方案：主廠房采用汽機(jī)房、除氧間、鍋爐房3列式布置，汽機(jī)房、除氧間的布置同內(nèi)煤倉方案，兩機(jī)共用的集中控制室布置在主廠房固定端，配電室、電子設(shè)備間和輔助車間就近各功能區(qū)分散布置。

主廠房主要模塊組合方案，即主廠房布置方案形成后，對連接各模塊間的管道、電纜、地下管廊、綜合管架等進(jìn)行布線設(shè)計，完整的主廠房布置設(shè)計方案即完成。

然后對主廠房方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，從表3可以看出，相同的汽機(jī)房除氧間模塊參與組合，從主廠房占地、體積和四大管道、電纜工程量指標(biāo)看，方案1均優(yōu)于方案2。經(jīng)綜合比較，推薦主廠房布置方案1。

表1 主廠房模塊組合表Tab.1 Main power block module combination

表2 爐后各模塊組合表Tab.2 Boiler rear module combination

表3 主廠房模塊化組合方案各項(xiàng)指標(biāo)對比Tab.3 Index comparison of main power block module combination schemes

3.2 布置子模塊的優(yōu)化布置

模塊化設(shè)計思路日益被大家所采用，但國內(nèi)設(shè)計院的現(xiàn)狀離真正意義上的模塊化設(shè)計還差的很遠(yuǎn)。主要問題是：（1）注重主模塊的組合，不注重子模塊的優(yōu)化和精細(xì)化設(shè)計。（2）設(shè)計模塊不固定，工程量不具體，無法實(shí)現(xiàn)“積木塊”，必須依據(jù)每個具體工程進(jìn)行調(diào)整。（3）子模塊不成系統(tǒng)，設(shè)計深度不夠，沒有形成標(biāo)準(zhǔn)化系列。

因此，要改變這種現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)真正意義上的模塊化設(shè)計，還有很長的路要走。首先，要根據(jù)工程條件和設(shè)備配置系統(tǒng)的劃分布置子模塊，每種子模塊都有適用的工程條件。其次，要對這些子模塊開展精細(xì)化布置設(shè)計，切實(shí)達(dá)到功能及造價各方面最優(yōu)的狀況。然后，對這些子模塊的工程量有精確的統(tǒng)計并隨時可以調(diào)用。

4 信息化手段

信息化技術(shù)手段為便捷、高效地實(shí)現(xiàn)真正意義上的模塊化設(shè)計提供了支持和保障。以PDMS數(shù)字化工程設(shè)計系統(tǒng)為例，這是一套基于數(shù)據(jù)庫的工廠設(shè)計數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。將每個子模塊設(shè)計出來以后，相應(yīng)的工程量和設(shè)計數(shù)據(jù)就完整地存儲在數(shù)據(jù)庫里，隨時可以檢索和提取。在虛擬三維電廠空間里，可以將這個模塊像積木塊一樣整體實(shí)現(xiàn)移動、旋轉(zhuǎn)、鏡像、復(fù)制等多種操作，直觀、便捷地看到組合后的情況。通過軟件提供的REVIEW虛擬實(shí)境漫游，可以在數(shù)字化工廠中漫步。

由于它是基于數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計手段，用戶可以建立各種等級的數(shù)據(jù)庫。從最基本的元件庫開始，到管件庫、閥門庫、設(shè)備庫發(fā)展到布置子模塊庫、主模塊庫、標(biāo)準(zhǔn)主廠房布置設(shè)計庫、標(biāo)準(zhǔn)工程庫。

設(shè)計院要做的工作就是不斷地維護(hù)和發(fā)展這些數(shù)據(jù)庫。只要掌握了軟件都能建立元件庫（catalogue），但如何通過加載一定的規(guī)則，從元件庫中遴選出標(biāo)準(zhǔn)元件數(shù)據(jù)庫（企業(yè)級）、通過精細(xì)化設(shè)計、固定布置子模塊并形成系列的標(biāo)準(zhǔn)化子模塊庫，隨時提取子模塊庫相應(yīng)的工程量，這就是一個設(shè)計企業(yè)的核心競爭力了[5]。實(shí)現(xiàn)了這一點(diǎn)，就可以在工程總承包或設(shè)計投標(biāo)時，在最短的時間內(nèi)拿出投標(biāo)方案和工程量報價。

5 信息化手段對布置技術(shù)的推動

信息化設(shè)計手段無疑對布置技術(shù)的發(fā)展有著巨大的推動作用，它不僅僅體現(xiàn)在設(shè)計投標(biāo)階段。

目前，中南電力設(shè)計院使用PDMS三維設(shè)計軟件（英國AVEVA公司產(chǎn)品）進(jìn)行的發(fā)電廠施工圖布置設(shè)計，已明確顯示出數(shù)字化三維設(shè)計手段所具備的優(yōu)勢[7，9-10]：

（1）協(xié)同設(shè)計與數(shù)據(jù)共享。PDMS三維設(shè)計本身的優(yōu)勢是二維方式設(shè)計所難以企及的，PDMS三維設(shè)計軟件是一款充分利用網(wǎng)絡(luò)功能以提供多專業(yè)三維布置協(xié)同設(shè)計的平臺。它將同一個工程的設(shè)計數(shù)據(jù)放在同一個服務(wù)器下，所有參與設(shè)計的人員都是對同一個工程的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時操作的“一體化設(shè)計”，使其“所見即最新”，有效避免了二維設(shè)計中各專業(yè)各自為戰(zhàn)，提供資料時效性差，設(shè)計成果溝通不及時的缺點(diǎn)。

（2）直觀性。三維的設(shè)計成果與實(shí)際完全一致。這在節(jié)約用地的要求下，不斷壓縮的主廠房空間的內(nèi)部布置提供了高質(zhì)量的設(shè)計保證。軟件提供的碰撞檢查的工具，將碰撞解決在設(shè)計的過程中，使設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量更高，增加了客戶滿意度。

（3）高效性。三維模型建好以后，自動抽取ISO三維管線圖，自動統(tǒng)計材料；避免了人工制圖、統(tǒng)計材料等繁瑣且易出錯的工作；同時提供各種計算軟件接口，如應(yīng)力計算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)自動傳輸，大大提高了工作效率。

（4）標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計。不僅是提高單個發(fā)電廠的空間布局合理性和設(shè)計質(zhì)量，發(fā)電廠三維設(shè)計還在于工程設(shè)計的積累和重復(fù)利用。在大量模型積累的基礎(chǔ)上，各布置子模塊可以形成標(biāo)準(zhǔn)化的、精煉的子模塊，發(fā)電廠設(shè)計的速度會越來越快，空間內(nèi)設(shè)備布局的可參考性也就越強(qiáng)。

（5）形成企業(yè)知識庫。幾十年來，國內(nèi)各大設(shè)計院已經(jīng)完成多個國內(nèi)外項(xiàng)目的設(shè)計，以及參與了多個大型項(xiàng)目的投標(biāo)，積累了豐富的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，鍛煉了一大批設(shè)計人才。但是，隨著部分人員的轉(zhuǎn)崗或流動，使他們的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)也隨之失去。大型國際工程公司則是借助三維數(shù)據(jù)庫設(shè)計軟件，通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、規(guī)范庫的制定和維護(hù)，形成企業(yè)知識庫，成為企業(yè)的永久無形資產(chǎn)。

[1]湯蘊(yùn)琳.大型火電廠設(shè)計優(yōu)化思路[J].電力建設(shè)，2005，26（12）：1-5.

[2]DL 5000—2000火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL 5032—2005火力發(fā)電廠總圖運(yùn)輸設(shè)計技術(shù)規(guī)程[S].

[4]潘明惠.電力信息化工程的理論與應(yīng)用研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2005，25（15）：96-99.

[5]姚強(qiáng).工程全生命周期的信息化管理：工業(yè)企業(yè)信息化建設(shè)的基礎(chǔ)[J].電力信息化，2005（8）：22-23.

[6]董學(xué)育，劉志遠(yuǎn)，陳來九.基于人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的測量數(shù)據(jù)正確性的驗(yàn)證方法在發(fā)電廠控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報，1999，19（12）：2-5.

[7]胡泊，陳學(xué)泳，陶莎.PDMS在數(shù)字化電廠煙氣治理工程設(shè)計中的發(fā)展前景[J].熱機(jī)技術(shù)，2007（1）：45-48.

[8]邱世平.主廠房布置模塊化設(shè)計優(yōu)化[J].電力勘測設(shè)計，2006（1）：54-59.

[9]徐傳海.1000 MW機(jī)組低壓加熱器疏水系統(tǒng)的優(yōu)化配置[J].電力建設(shè)，2006，27(10)：65-68.

[10]袁泉，李炳益.火力發(fā)電廠主廠房三維結(jié)構(gòu)布置設(shè)計探討[J].武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2008，41（S1）：289-292.