(福建福清核電有限公司,福建 福清 350318)

汽輪機(jī)房行車是常規(guī)島重要輔助設(shè)備,其主要功能是安裝期間承擔(dān)常規(guī)島廠房?jī)?nèi)設(shè)備及管道吊裝就位；機(jī)組商運(yùn)后承擔(dān)了常規(guī)島廠房設(shè)備的檢修及吊裝任務(wù),汽輪機(jī)房行車如何選型及布置,將會(huì)影響汽輪機(jī)房的造價(jià)及行車的可用性。中核集團(tuán)旗下的核電站中汽輪機(jī)房行車大部分是采用大小兩臺(tái)行車錯(cuò)層布置,這種選型及布置方式是否科學(xué)合理,性價(jià)比是否最高,值得探討,本文就是在這一背景下所寫,主要以某核電廠汽輪機(jī)房行車實(shí)際選型及布置實(shí)例進(jìn)行討論并與優(yōu)化方案進(jìn)行對(duì)比分析,目的是對(duì)汽輪機(jī)房行車選型及布置進(jìn)行優(yōu)化,爭(zhēng)取達(dá)到最高的性價(jià)比,節(jié)約投資,同時(shí)滿足使用要求。

1 某核電廠汽輪機(jī)房行車實(shí)際選型及布置

核電站中汽輪機(jī)房行車的選型主要與汽輪機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)設(shè)備的重量相關(guān),具體應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子重量、汽輪機(jī)高中壓缸上半與下半重量；若設(shè)計(jì)時(shí)考慮用汽輪機(jī)房行車起吊MSR設(shè)備及發(fā)電機(jī)定子,則還需根據(jù)這些設(shè)備的具體重量綜合考量。

1.1 行車噸位選擇

該核電廠汽輪機(jī)房行車實(shí)際選型為QDWHX350/60t-47.1m大行車一臺(tái),QDWHX80/20t-46.2m噸小行車一臺(tái)。大行車主鉤選取350 t,主要考慮吊裝MSR設(shè)備(凈重340 t)的需要。

配備QDWHX80/20t-46.2m噸小行車一臺(tái),主要考慮汽輪機(jī)缸內(nèi)部件重量大部分不超過80 t,且小行車起降速度較大行車要快,可縮短安裝或大修時(shí)設(shè)備的吊裝時(shí)間。

1.2 行車布置

查華東電力設(shè)計(jì)院5、6號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)房斷面布置圖紙[1]大行車布置在汽輪機(jī)房A、B排間,軌頂標(biāo)高26.5 m；小行車也布置在汽輪機(jī)房A、B排間,軌頂標(biāo)高20.5 m。大小行車采用錯(cuò)層布置,采用錯(cuò)層布置的優(yōu)點(diǎn)是在大行車不使用的情況下,小行車可在汽輪機(jī)房0～11軸間運(yùn)行。

2 該核電廠行車選型及布置存在的問題

2.1 大行車主鉤噸位選擇偏大,增加了廠房投資成本

汽輪機(jī)房行車的選型主要與汽輪機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)設(shè)備的重量相關(guān),具體應(yīng)考慮發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子重量、汽輪機(jī)高中壓缸上半與下半重量；行車主鉤噸位選擇必須保證能夠吊起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量,該核電廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量為240 t,行車主鉤目前配置為350 t,遠(yuǎn)高于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量,行車起重量的增加勢(shì)必要增大汽輪機(jī)房A排及B排柱頭的承載,必將增加廠房的投資成本。

2.2 大小行車錯(cuò)層布置,增加了廠房整體高度,增加了廠房投資成本

某核電廠汽輪機(jī)房行車錯(cuò)層布置,大小行車間垂直距離為6 m,若采用同層布置則汽輪機(jī)房整體高度可降低6 m,可以降低廠房的投資成本。

2.3 大行車副鉤配置為60 t,在高中壓缸翻轉(zhuǎn)時(shí)安全欲度偏小

汽輪機(jī)房大行車主鉤及副鉤的配置是主鉤起吊重量為350 t,副鉤起吊重量為60 t,而汽輪機(jī)高中壓缸上半及下半的重量分別為130 t,安裝時(shí)用大行車主、副鉤進(jìn)行汽缸翻轉(zhuǎn)時(shí),副鉤的安全欲度偏小。

3 該核電廠汽輪機(jī)房行車選型及布置方面的優(yōu)化方案

汽輪機(jī)房行車的選型主要與汽輪機(jī)房?jī)?nèi)各個(gè)設(shè)備的重量相關(guān),經(jīng)查東方汽輪機(jī)廠關(guān)于某核電廠汽輪機(jī)設(shè)計(jì)圖紙[2]以及東方電機(jī)廠關(guān)于某核電廠發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)圖紙[3],查得汽輪機(jī)房?jī)?nèi)大件設(shè)備重量如表1所示。

表1 汽輪機(jī)房?jī)?nèi)大件設(shè)備重量Table 1 The weight of large equipment in the turbine room

根據(jù)表1中各部件重量以及是否需用汽輪機(jī)房行車起吊,可對(duì)某核電廠行車選型及布置方案進(jìn)行優(yōu)化,確保行車選型能夠滿足使用要求且整體投入最少,爭(zhēng)取做到性價(jià)比最高。

3.1 行車噸位選擇方面的優(yōu)化

因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量為240 t,行車主鉤的起重量需大于240 t,否則將不能滿足發(fā)電機(jī)抽穿轉(zhuǎn)子工作的進(jìn)行,考慮到其他必需用汽輪機(jī)房行車起吊的設(shè)備重量均不超過240 t,故將汽輪機(jī)房行車主鉤起重噸位由實(shí)際方案中的350 t減為250 t,可節(jié)約汽輪機(jī)房土建的投資成本。

考慮到高中壓下缸現(xiàn)場(chǎng)翻轉(zhuǎn)的需要,根據(jù)高中壓下缸重量130 t,行車副鉤的重量宜選用80 t的副鉤,確保翻轉(zhuǎn)時(shí)行車的副鉤安全系數(shù)足夠。

因此汽輪機(jī)房大行車的選型優(yōu)化為250/80 t,最為經(jīng)濟(jì)合理,也最為安全。

3.2 行車布置方面的優(yōu)化

根據(jù)華東電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的汽輪機(jī)房斷面布置圖紙[1],大行車布置在26.5 m,小行車布置在20.5 m,大小行車采用錯(cuò)層布置,可將大行車的布置標(biāo)高降到小行車的布置標(biāo)高20.5 m,即大小行車采用同層同軌布置,行車軌道及軌道梁采用大行車的軌道梁及軌道,可降低廠房高度,可省去小行車的軌道及軌道梁,也可降低土建投資成本。

考慮到發(fā)電機(jī)定子及MSR設(shè)備的吊裝方便,可將實(shí)際方案中小行車主鉤噸位增加到250 t,可以用兩臺(tái)行車主鉤抬吊(起吊重量可達(dá)500 t)發(fā)電機(jī)定子及MSR設(shè)備?？紤]到大修時(shí)汽輪機(jī)小部件的快速吊裝,可將優(yōu)化方案中小行車的副鉤起吊重量仍按20 t設(shè)計(jì)。

因此汽輪機(jī)房行車最優(yōu)配置應(yīng)是2臺(tái)行車同層同軌布置,且兩臺(tái)行車的主鉤均按250 t設(shè)計(jì),其中一臺(tái)行車的副鉤按80 t設(shè)計(jì),確保安裝時(shí)汽缸翻轉(zhuǎn)的需要,另一臺(tái)行車的副鉤按20 t設(shè)計(jì),保證大修時(shí)汽輪機(jī)小部件的快速吊裝。

4 優(yōu)化方案與實(shí)際方案對(duì)比分析

將優(yōu)化方案與該核電廠汽輪機(jī)房行車實(shí)際方案進(jìn)行對(duì)比,可發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方案在經(jīng)濟(jì)性方面、施工工期方面以及可用性方面均明顯優(yōu)于某核電廠汽輪機(jī)房行車實(shí)際配置方案。

4.1 經(jīng)濟(jì)性方面的對(duì)比分析

優(yōu)化方案與實(shí)際方案在經(jīng)濟(jì)性方面比較主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面,一個(gè)是汽輪機(jī)房土建投資方面,另一方面在于汽輪機(jī)房行車的設(shè)備費(fèi)投資方面。

4.1.1 行車錯(cuò)層布置與同層布置經(jīng)濟(jì)性分析

優(yōu)化方案中將兩臺(tái)行車同層同軌布置,可省去小行車的軌道梁、軌道及車擋,節(jié)約的材料成本計(jì)算如下：

查汽輪機(jī)房行車軌道梁設(shè)計(jì)圖紙TO301[4],由該圖可知：

1)QU100軌道材料用量為216 m,每米重量43 kg,總重9 288 kg,QU100軌道單價(jià)為5 000元/t,則軌道可節(jié)約的成本為A1=9.288×5 000=4.644萬元。

2)小行車軌道梁的截面圖如圖1所示。

圖1 小行車軌道梁截面圖Fig.1 The cross section of the beam of the small crane

根據(jù)圖1計(jì)算出小行車軌道梁截面積S=0.057 8 m2。

查該核電廠行車軌道梁圖紙T5209可知汽輪機(jī)房A排長度為108 m,B排長度為108 m,小行車軌道梁由鋼結(jié)構(gòu)焊接而成,軌道梁高度1 450 mm、寬度500 mm,軌道梁每隔1 500 mm用鋼板加強(qiáng),加強(qiáng)板尺寸16 mm×120 mm×1 390 mm,加強(qiáng)板共計(jì)288塊,則小行車軌道梁鋼筋體積V=S×216+288×0.016×0.120×1.390=0.057 8×216+0.768 6=13.25 m3。小行車軌道梁質(zhì)量M=V×7.8=103.4 t。

鋼板材料單價(jià)約為5 000元/噸,軌道梁焊接所需的焊條及焊工的人工成本按鋼板材料價(jià)格的30%考慮,則軌道梁節(jié)約的成本A3=M×5 000×1.3=67.21萬元。

3)小行車車擋材質(zhì)Q235,鋼板用量4 t,根據(jù)市場(chǎng)行情,板材市場(chǎng)價(jià)約為5 000元/t,則車擋可節(jié)約的成本A2=5 000×4=20 000元=2萬元。

4)行車采用同層布置后,汽輪機(jī)房高度可降低6 m,查該核電廠設(shè)計(jì)圖紙TO301可知汽輪機(jī)房A排柱及B排柱截面積S=2 200 mm×1 200 mm=2.64 m2,汽輪機(jī)房A排、B排分別13個(gè)柱子,共26個(gè)柱子。每個(gè)柱子因高度降低而節(jié)約的鋼筋混凝土體積為6S=2.64×6=15.84 m3,整個(gè)汽輪機(jī)房因高度降低而節(jié)約的鋼筋混凝土體積為6S×26=15.84×26=411.84 m3查鋼筋混凝土手冊(cè)[5],得出承載梁鋼筋混凝土密度為3 t/m3。鋼筋混凝土的材料單價(jià)約為3 000元/t,則汽輪機(jī)房高度降低可節(jié)約的成本A4=6S×26×3×3 000=7 413 120元=370.656萬元。

行車由實(shí)際方案中的錯(cuò)層布置改為同層布置后,可節(jié)約的土建材料成本為A=A1+A2+A3+A4=4.644+2+67.21+370.656=444.51萬元。

4.1.2 行車噸位變小可降低汽輪機(jī)房的土建成本

行車主鉤噸位由350 t變?yōu)?50 t后,汽輪機(jī)房A排柱及B排柱的承載將減小100 t,相應(yīng)地A排柱及B排柱截面積也可以減小,經(jīng)核實(shí)同行某核電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)房大行車主鉤起重量為250 t,與優(yōu)化方案中行車主鉤起重量相同,因此采用優(yōu)化方案后,汽輪機(jī)房A排、B排柱截面程圖可按同行某核電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)房土建圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì),查同行某核電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)房土建設(shè)計(jì)圖紙T5203[6]可知A排及B排截面積為2 000 mm×1 100 mm=2.2 m2。

查設(shè)計(jì)圖紙T5203[7],優(yōu)化前汽輪機(jī)房A、B排柱截面積為2 200 mm×1 200 mm=2.64 m2。

比較可知,采用優(yōu)化方案后汽輪機(jī)房A、B排柱的截面積可減小ΔS=0.44 m2,查汽輪機(jī)房土建設(shè)計(jì)圖紙T5203[7]可知,A、B排柱高度HA=38 m,HB=40 m,A排共有13個(gè)柱子,B排共有13個(gè)柱子,則行車起重量降為250 t后,可節(jié)省的鋼筋混凝土體積為：ΔV=VA+VB=0.44×38×13+0.44×40×13=446.16 m3

查鋼筋混凝土手冊(cè)[5],得出承載梁鋼筋混凝土密度為3 t/m3。

鋼筋混凝土的材料單價(jià)約為3 000元/t,則行車由350 t降為250 t后可節(jié)約的廠房投資成本：B=ΔV×6×3 000=446.16×3×3 000=8 030 880元=401.94萬元。

4.1.3 兩種方案行車設(shè)備費(fèi)用投入分析

查該核電廠汽輪機(jī)房行車設(shè)備采購合同[8],可知一臺(tái)350 t行車與一臺(tái)80 t行車總價(jià)820萬元；查同行某核電廠1、2號(hào)機(jī)組汽輪機(jī)房行車設(shè)備采購合同[9],可知一臺(tái)250 t行車與一臺(tái)80 t行車總價(jià)為730萬元。查廠家的投標(biāo)報(bào)價(jià)文件[10],可知一臺(tái)80 t汽輪機(jī)房行車價(jià)格為253萬元,則若采用兩臺(tái)250 t行車,則設(shè)備費(fèi)投入約為(730-253)×2=954萬元。該費(fèi)用與采用大小行車錯(cuò)層布置設(shè)備費(fèi)820萬元相比,增加了134萬元,設(shè)備費(fèi)投入方面稍有增加。

總體上來看,若采用優(yōu)化方案即兩臺(tái)250 t行車同層布置,廠房的土建材料投資成本可降低846.5萬元(費(fèi)用A+費(fèi)用B),若再計(jì)算因土建施工量的增加額外發(fā)生的人工成本費(fèi)及管理費(fèi),則實(shí)際降低的成本將比846.5萬元還要高；設(shè)備費(fèi)投入增加了134萬元,綜合考慮土建投入及設(shè)備費(fèi)投入,則總體上至少可約投資成本約712.5萬元(費(fèi)用A+費(fèi)用B-134萬元),因此采用優(yōu)化方案后,經(jīng)濟(jì)性方面優(yōu)勢(shì)明顯。

4.2 廠房施工工期方面的比較分析

4.2.1 汽輪機(jī)房A、B排柱施工工期分析

采用優(yōu)化方案后,汽輪機(jī)房A、B排柱高度可以降低6 m,相對(duì)汽輪機(jī)房A排總高度38 m來說,汽輪機(jī)房A、B排柱的施工工期可縮短6/38；考慮到優(yōu)化方案中汽輪機(jī)房A、B排柱子的承載降低,柱子的截面積相對(duì)于大小行車錯(cuò)層布置方案可縮小0.44 m2,某核電廠汽輪機(jī)房A、B排柱截面積為2 200 mm×1 200 mm=2.64 m2,采用優(yōu)化后的同層布置方案則柱子截面積縮小節(jié)約的工期為0.44/2.64,因此采用優(yōu)化方案后,汽輪機(jī)房A、B排柱的施工工期較大小行車錯(cuò)層布置可縮短32.5%(6/38+0.44/2.64=32.5%)。

4.2.2 行車軌道梁施工工期分析

采用優(yōu)化方案后,兩臺(tái)行車同層同軌布置,可以省去小行車的軌道梁、軌道的施工,軌道梁施工工期方面較實(shí)際方案中大小行車錯(cuò)層布置約縮短1倍時(shí)間。

4.2.3 對(duì)汽輪機(jī)房11軸外變壓器基礎(chǔ)施工工期的影響分析

采用優(yōu)化方案后,發(fā)電機(jī)定子可用兩臺(tái)行車抬吊就位,這樣發(fā)電機(jī)定子從吊物孔進(jìn)入汽輪機(jī)房即可,汽輪機(jī)房11軸處變壓器的基礎(chǔ)施工將不受定子是否就位的制約,變壓器基礎(chǔ)可按原計(jì)劃施工,可以保證倒送電節(jié)點(diǎn)目標(biāo)如期實(shí)現(xiàn)。

4.3 行車使用方面的對(duì)比分析

4.3.1 使用安全性方面的對(duì)比分析

該核電廠行車選型及布置的實(shí)際方案中,未考慮用汽輪機(jī)房行車吊裝發(fā)電機(jī)定子,發(fā)電機(jī)定子的吊裝采用液壓提升裝置起吊,并在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)正對(duì)汽輪機(jī)軸線位置鋪設(shè)液壓提升裝置拖運(yùn)滑道,在汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)布置卷揚(yáng)機(jī)。當(dāng)液壓提升裝置提起發(fā)電機(jī)定子到一定高度后,用汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)層平臺(tái)布置的卷揚(yáng)機(jī)將發(fā)電機(jī)定子沿鋪設(shè)好的滑道拖運(yùn)到安裝位置。優(yōu)化方案中兩臺(tái)250 t行車同層布置,這樣可用兩臺(tái)250 t行車抬吊發(fā)電機(jī)定子,且吊裝快速性方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于液壓提升裝置吊裝方案。兩種方案安全性方面進(jìn)行比較,用行車抬高發(fā)電機(jī)定子的安全性要遠(yuǎn)高于液壓提升裝置,首先行車主鉤配置了兩套制動(dòng)裝置,可以保證所吊重物有效制動(dòng)而不發(fā)生滑落,其次行車的結(jié)構(gòu)是經(jīng)過有設(shè)計(jì)及制造資質(zhì)的廠家進(jìn)行設(shè)計(jì)及制造的,并經(jīng)技術(shù)監(jiān)督局通過載荷試驗(yàn)驗(yàn)證合格后取得正式的使用許可證書的特種設(shè)備,只要在額定載荷內(nèi)使用將會(huì)是十分安全的。

4.3.2 使用可靠性方面的對(duì)比分析

優(yōu)化方案中兩臺(tái)行車同層布置且主鉤均按250 t設(shè)計(jì),則兩臺(tái)行車的主鉤可以互為備用,一臺(tái)行車主鉤若出現(xiàn)故障,可用另一臺(tái)行車的主鉤完成相應(yīng)的工作,相對(duì)于實(shí)際方案中只有一臺(tái)350 t的行車主鉤來說,主鉤的使用可靠性提高了1倍。

4.3.3 維護(hù)方面的對(duì)比分析

優(yōu)化方案中兩臺(tái)行車主鉤均按250 t設(shè)計(jì),兩臺(tái)行車除副鉤及副起升機(jī)構(gòu)不相同外,其余部件選型均完全相同,相對(duì)于實(shí)際方案中大小兩臺(tái)行車來說,優(yōu)化方案中兩臺(tái)行車的大部分備件可以互用,可節(jié)約庫存?zhèn)浼姆N類,節(jié)約了運(yùn)行維護(hù)備件投入成本,同時(shí)更加方便維護(hù)。

4.3.4 大修期間使用效率方面的對(duì)比分析

在核電站60年壽期中,行車的使用效率直接影響汽輪機(jī)檢修主路徑,優(yōu)化方案中其中一臺(tái)行車副鉤按20 t設(shè)計(jì),與同行某核電廠汽輪機(jī)房行車實(shí)際方案中的小行車副鉤噸位相同,因此在大修中汽輪機(jī)小部件的快速吊裝方面,兩方案基本相當(dāng),優(yōu)化后的布置方案不會(huì)增加汽輪機(jī)的檢修時(shí)間。

5 結(jié)束語

汽輪機(jī)房行車的選型及布置應(yīng)根據(jù)汽輪機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備的重量及部件重量確定,根據(jù)某核電廠汽輪機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備重量及吊裝需要,通過上文的對(duì)比分析可知該核電廠汽輪機(jī)房行車選型及布置宜選擇兩臺(tái)250 t行車同層同軌布置,其中一臺(tái)行車的副鉤選擇80 t,另一臺(tái)行車副鉤選擇20 t。這樣的選型及布置既節(jié)約了投資方的投資成本,也更加便于安裝單位的大件吊裝(如發(fā)電機(jī)定子吊裝、MSR吊裝等),且汽輪機(jī)房?jī)?nèi)大件吊裝的安全性、可靠性將大大提高,這樣的選型及布置也使得行車備件的互換性方面有較大提升,便于今后的維護(hù),同時(shí)還能夠縮短廠房土建施工工期,是一種最優(yōu)選型及布置方案。因此建議后續(xù)核電機(jī)組建設(shè)中在汽輪機(jī)房行車選型及布置方面應(yīng)經(jīng)過充分的論證分析,并優(yōu)先考慮同層布置方案。