1×350MW级燃气蒸汽联合循环机组工程建设的问题探讨.doc

.1350MW级燃气蒸汽联合循环机组工程建设的问题探讨周福生，王胜恩（北京京丰燃气发电有限责任公司，北京 100074）摘要：介绍了北京京丰燃气发电有限责任公司燃气蒸汽联合循环发电机组工程建设过程中所遇到的问题及解决办法，涉及到施工、制造、设计、调试等方面的问题，总结这些经验有利于提高我们预见问题、分析问题、处理问题的能力，并给后续燃机工程提供借鉴作用。关键词：燃气蒸汽联合循环发电机组； 工程建设；问题及解决北京京丰燃气发电有限责任公司1350MW级燃气蒸汽联合循环发电机组（简称1号机组），是国内首批建设的“F”级大容量燃气蒸汽联合循环发电机组之一，也是华北地区第一台大容量联合循环发电机组，采用日本三菱公司M701F燃气轮机，三压、再热、下排汽凝汽式汽轮机。余热锅炉采用东方日立锅炉有限公司的三压、再热、自然循环、无补燃、卧式余热锅炉。燃机、汽机本体部分采用日本三菱公司的DIASYS NETMATION控制系统（TCS+TPS+PCS）；机组中的余热锅炉，电气以及其他辅助系统的控制系统为FOXBORO公司的I/A SERISE系统。1号机组发电工程始终按照“六个一”标准，即“安全第一、设计一流、设备制造一流、安装质量一流、调试一流、运行一流”的标准，建立健全各项规章制度，加强科学管理。通过工程各参建单位的艰苦努力的工作，克服了建设工期短，设备交货晚，国内电力建设市场繁忙等各种不利条件，努力实现安全、优质、工期短、质量好、造价低、效益高、投产后达到国内一流发电机组的既定目标。工程从2004年3月18日开工建设，于2005年11月29日顺利、安全、稳定、圆满一次通过了168小时连续满负荷运行。在整个工程过程未出现轻伤及以上人身伤害事故和设备损坏事故，并实现了余热锅炉水压试验、厂用电受电、低压缸扣盖、锅炉酸洗、燃机点火、余热锅炉蒸汽吹管、机组首次并网、首次带满负荷、甩50%、75%、100%负荷、168H满负荷试运等项目均一次成功。并于2005年11月30日完成机组的整体性能考核试验，试验结果表明1号机组达到了合同要求的各项性能指标要求，多项性能达到优良标准。100%负荷工况下，机组整体性能试验结果经全部修正到基准参考工况后的输出功率为411713 kW，热耗率为6276.2 kJ/kWh；100%负荷工况机组整体性能试验结果与机组性能保证值相比，机组输出功率较保证值高出4883kW(1.20%)，机组热耗率较保证值低0.8kJ/kWh(0.0127%)，机组性能验收合格。机组在400MW负荷工况下的轴振值最大为#5轴承处，振幅X为42m，Y为43m，合同保证值为燃机侧为88m，汽机及发电机侧为80m。本工程建设工期为20个月（期间由于天然气供应问题无法进行调试，2005年7、8、9月处于等天然气状态，耽误3个月，扣除外界不可抗拒因素影响，工程实际建设工期为17个月）。 任何建设工程总会遇到这样或那样的问题，尤其作为国内第一批“F”级燃机项目，对于所有参建单位来说都是第一次接触，没有任何可以参考的经验，我们在燃机工程在建设中也遇到一些问题，总结这些经验有利于提高我们预见问题、分析问题、处理问题的能力。1 施工中出现的问题11打桩的问题燃机工程从打第一根桩开始，燃机部分桩基工作进展顺利，但是在进行余热锅炉部分桩基工程时我们遇到了问题。余热锅炉K6轴以南及烟囱区域为8-12m厚虚填土，未经碾压，打桩时出现塌孔，无法成孔，而且地下水位较高、水量较大，极大影响了桩基工程的进度。为了解决这个问题，我们组织施工单位、监理公司、设计单位并请中科院专家现场讨论商量对策。为了解决成孔难和消除基桩负摩阻，设计单位提出碎石挤密桩处理方案。因无法满足设计提出的0.96压实系数要求，施工单位建议采用C10砼沉管桩并得到设计人员同意。沉管桩施工结束后，基土呈橡皮土，表面隆起。现场采取换土进行硬化处理，在试桩过程中，塌孔问题没有得到改善，且因沉孔桩移位使冲孔桩无法进行。中科院专家到现场了解了冲孔桩的设计桩长、桩径、单桩承载力及填土过程后，指出起初回填土方法错误（五通一平时对场地进行了回填土处理，未充分夯实），设计院采用挤密桩的思路正确。由于土质原因，沉管桩施工后表面隆起，桩间土水份饱和，未能起到挤密作用。中科院专家根据基桩单桩承载力的设计值，认为现阶段再采取挤密桩没有效果；降水固化时间过长，工期不允许；冲孔桩采取加长钢护筒与砼沉管桩相撞的概率高，不可行；可采用人工挖孔与降水固结同步进行的方案解决这个问题。最后确定进行人工挖孔并采用不低C15砼护壁，个别孔可用钢护筒与砼护壁配合，砼护壁内配置适量盘条钢筋。挖至老土层后再用旋挖钻挖至桩底设计标高，其余施工方法不变。同时在冲孔桩位外围打降水井，并设一个观测井。施工单位根据这个方案施工，效果良好，解决了成孔问题，顺利完成了最后的48根桩基工作。至2004年5月21日止完成全部424根混凝土灌注桩的打桩工作。12凝汽器基础底板的问题2004年10月13日下午监理工程师在复验凝汽器基础底板二次灌浆质量时,用小铁锤检查垫板时,发现垫板底下二次灌浆不密实有空鼓声,因此进行抽检,揭开一块垫板,检查不密实度,结果发现垫板底下四块小铁板予埋铁板上有3块用纸片垫在小铁板上,连续揭开二块,均用纸垫在小铁板上作调整用。经各方现场检查,确认这是施工质量事故,监理工程师签发了整改通知单,要求施工单位必须全部返工,重新施工,后经施工单位研究处理方案,并征得日方三菱技术人员同意后进行施工,二次灌浆前业主会同监理土建监理工程师和汽机监理工程师在现场共同对垫板检查合格后才进行二次灌浆,并进行旁站,经养护后复验合格,才准许凝汽器壳体就位。因此要做好隐蔽工程的验收和把关。13凝汽器不锈钢管的安装工艺问题由于本工程循环水补水采用城市中水，所以凝汽器冷却水管采用316L不锈钢管，由日本三菱公司供货并提出安装工艺要求。三菱公司并没有使用316L不锈钢管的实际业绩，只是根据铜管或钛管的相关规范提出了胀管率6-8%的要求，并坚持要求达到。电建公司为达到这个要求在试验管板上反复作试验发现316L非常硬，无法达到胀管率要求，而且损坏很多涨管机和涨头。胀管的难题使得本不是关键路径的凝汽器安装成了制约工期进度的瓶颈。通过试验分析我们认为凝汽器不锈钢管的安装关键在于胀管后的焊接，而不必拘泥于胀管率，我们及时把我们的观点和日本三菱公司进行沟通，三菱公司也专门从日本派来凝汽器安装的专家到现场按照我们的建议进行试验检测后，同意了我们的观点降低胀管率。胀管率问题解决后，凝汽器安装工作很快顺利进行，保证了循环水系统的按期试运。14燃料管道的焊接工艺差导致燃机燃烧器喷嘴堵塞问题在燃机机组点火吹管期间，发现燃机BPT温差大，三菱公司判断燃料喷嘴堵塞，停机拆下燃料管道及喷嘴进行清理，发现堵有异物。通过分析认为可能是管道施工中工艺造成的遗留物，立即和安装公司了解施工工艺。安装公司介绍在终端过滤器后主燃料管道（不锈钢材质）氩弧焊接时在焊口两端使用胶带纸堵塞，便于充氩，是在常规火电机组主汽管道通常采用的工艺。但是常规火电机组在吹管阶段会将胶带纸吹掉，没有任何后果。但燃机燃料管道和火电机组的主汽管道不同。贴附在燃料管道内壁的胶带纸尽管在清管阶段经爆破吹扫，仍有部分遗留在管道内壁，在通天然气后逐渐脱落，喷嘴很小，任何异物都可能造成喷嘴堵塞，使机组无法运行。为彻底清理燃气管道，我们全部拆下燃机喷嘴和分配管道进行清理，对终端过滤器后燃料管道全部进行内窥镜检查，并通过压缩空气吹扫等措施对燃气管道（终端过滤器后）系统、燃气控制阀（7个）和燃烧器喷嘴及其燃料支管进行了彻底清洁。系统清理干净后，燃机BPT温度分布均匀，未再发现异常，但也影响了一周的工期。这件事情使我们明白要充分了解燃机系统的特殊性，避免由于理解系统不深刻造成不必要的麻烦。2 设备制造厂家的问题21余热锅炉烟囱排烟挡板振动问题余热锅炉烟囱在负荷大于320MW时排烟挡板下部烟道振动大，锅炉厂家认为振动的原因是两层消音器之间的250mm间隙存在共振情况。通过对导流板加固；在两层消音器之间加设隔板，改变此处烟气振动频率，以消除共振。目前，余热锅炉烟囱排烟挡板振动有了明显改善。当初谈合同时，我们根本没想到余热锅炉钢烟囱会发生振动，在合同中对烟囱振动值没有约定。所以后续燃机项目，在余热锅炉合同中要约定烟囱的振动值。22凝结水泵A电机下轴承超温问题试运期间，曾发生A凝泵电机下轴承超温烧毁事故。由于发现及时，采取措施得当，未对电机转子严重伤害。事故发生的原因有两点：一是该电机为厂家装配好后运至现场，安装前未进行解体检查。事后检查发现电机下轴承定位环螺纹方向与电机转动方向一致（设计失误），且锁紧垫片未按要求安装（厂家装配问题），致使凝泵长期运行后下轴承定位环松脱，与电机下端盖发生摩擦引起超温。二是原设计中电机上、下轴承未设计温度测点，分部试运期间在调试方的要求下在上、下轴承（包括推力轴承）处分别加装了1个温度测点，但仅作为报警监视点。由于系统当时报警功能未完善，故轴承温度超温后未能引起运行人员注意。事后我们克服困难，及时联系相关单位，在吹管临时系统恢复期间对电机轴进行焊接加工，轴承进行了更换，并对系统内监视画面、报警功能进行了完善。包括我们的两台循环水泵，也发现水泵轴的连接锁母螺纹方向厂家设计错误，导致在长时间运转中连接失效，后通知厂家免费更换。所以，转动部件上连接件的螺纹方向要符合越旋越紧的原则。3 调试期间发现的一些问题及其解决方案31 启动过程中低压冷却蒸汽投入时引起低压转子振动问题机组启动过程中，在低压冷却蒸汽投入时，低压转子振动增大到报警值。分析确认这是由于低压冷却蒸汽过热度太低，引起低压转子热弯曲产生的振动。通过观察，确认是低压冷却蒸汽的管道最低点缺少疏水，在低压冷却蒸汽系统暖管期间，由于汽量较小，加上减温器可能存在泄漏，冷却蒸汽减温器前的管道存在积水。为此，调试方要求在冷却蒸汽减温器前管道最低点增加一处疏水管道，从而彻底解决该问题。32 高压给水泵备用逻辑的完善原设计不具备高压给水泵变频与工频之间的备用联锁功能，通过调试方对控制逻辑的修改完善了高压给水泵变频（正常工况）和工频（变频器故障时）两种工况的备用逻辑，使给水泵在不同运行方式下都可以实现可靠备用。33循环水系统管道撞管问题2005年10月30日上午09：55运行启动A循环水泵过程中，由于当值人员未依据规程检查系统，在循环水上塔门（5个）全部关闭的情况下，冒然启泵，引起循环水系统管路瞬间超压并产生水击，导致凝汽器进、回水管道多处法兰漏水、变形，膨胀节严重变形，膨胀节拉筋螺栓断裂或严重变形，部分拉筋螺栓固定端开焊，部分循环水上塔门法兰漏水的严重后果。事后，安装公司对受损系统进行了紧急抢修，对受损膨胀节加压复原，消除了各处法兰渗漏，更换了膨胀节受损拉筋螺栓。调试方完善了循环水泵启动允许逻辑，增加“循环水上塔电动门开启（五取二）”作为循环水泵启动允许条件之一。我们联系厂家订购了备件，选择适宜时机对受损膨胀节进行了更换。34 机侧主汽管道疏水阀自动控制方式下机组启动初期影响凝汽器真空由于机侧主汽管道疏水进凝汽器，因此机侧主汽管道疏水阀开起时机应考虑对凝汽器真空的影响。试运初期，调试方发现由于机前疏水阀开启前未考虑汽包内压力，往往在余热锅炉汽包内未起压力且对空排气阀开启状态下，因机侧主汽管道疏水开启而对凝汽器真空产生较大影响。通过多次启动过程的摸索，调试方对疏水阀的逻辑进行了优化，即当机组启动后汽包及管道内达到一定压力时，才允许主汽管道疏水阀开启，由于只有管道内少许空气会抽入凝汽器，因而不会影响大机真空。通过后来多次启动过程来看，上述修改是可靠的。35 电超速保护试验自动控制三菱机组设计有电超速保护，原设计中进行超速试验前，先选择试验类型（main或back-up），确认试验开始后，通过GOVERNOR SET提升转速设定，转速设定输出后机组升速率为300rpm/min（TCS内设定），但升速期间升速指令的提升速度却由运行人员控制，调试方认为这样存在很大安全隐患。在超过运行转速条件下运转（特别是3100r/min后），随着转速的提升会对机组轴系产生明显影响，同时对叶片等部件强度产生较大影响，我国对此有专门规定严格限制机组超速运转的时间。由运行人员手动控制转速提升时间任意性较大，客观上存在隐患。目前，国内通常采用的做法是由制造厂经核算后，确定超速试验期间允许的升速率和目标转速，试验期间升速率和目标转速完全由DEH（或TCS）自动设定。考虑电超速试验是机组各检修周期必做项目，调试方建议三菱公司将此试验实现自动设定升速率和目标转速功能，避免超速试验期间人为操作的随意性。点击试验操作后，由TCS自动控制完成试验升速过程。该项改进建议已被三菱采纳，逻辑修改部分已完成，并进行电超速试验以对修改后的逻辑进行检验。36盘车装置自动投入问题由于目前大型机组自动化程度较高，盘车装置均采用自动投入不需人为干预。试运初期，该机组停机后盘车装置自动投入较困难，经常需要人力推动啮合杆。调试方检查后确认为由于啮合到位开关安装位置存在偏差（固定位置不易调整），使啮合杆完全推到位时啮合到位开关才会触发。因而当盘车电机启动时，由于后坐力影响盘车啮合杆稍有偏移啮合到位开关即脱开，使盘车无法正常投入。后三菱采纳调试方建议，在逻辑中将啮合脱开信号增加了5秒延时，这样电机启动瞬间，即使啮合到位开关短时脱开，啮合杆推进压缩空气也不会断开，电机启动后在机械咬合力作用下，盘车齿轮会自动啮合到位，从而使盘车装置能够顺利投入。试运后期实践表明，停机后盘车装置自动投入正常、可靠。4 几点体会本工程是国内第一批的燃气蒸汽联合循环单轴机组，工程各方除日本三菱公司外都没有经验，我们也在边建设边总结。目前整个工程圆满结束，回顾整个工程我们认为以下几个方面应该在今后的工程尤其是燃机工程中重点注意：4.1要加强对全厂布置、主厂房布置的审查为建设布局合理的工程，厂区及厂房的布置很重要，在初步设计阶段要对厂区及厂房的总体布置进行全面细致的审查。不但可以优化设计，而且能降低投资。对于燃机工程更要特别关注燃机空气吸入口的布置，因为燃机入口空气品质对燃机入口的空气滤网寿命及燃机的工作状态有极大影响，所以吸入口的布置朝向要充分考虑吸气口的环境情况。燃机厂房内辅机不多，管道的布置应充分进行优化并考虑人行通道和检修平台。因此,招专门的设计监理单位很重要。4.2设备的采购要尽早进行，尤其是天然气处理设备燃机电厂的辅助系统较少，安装建设工期相对较短。为保证工程进度，及时供货就很重要。所以要尽早签订设备合同，提前采购，这样能保证辅助设备的供货，节约工期降低成本。尤其是天然气系统的设备供货周期长，价格昂贵，国内不能制造，更应该早做准备。4.3加强和主机厂的沟通协调，尤其是外方，在合同谈判阶段要明确各方责任燃机电厂的建设国内经验较少，要保证工程质量和进度，一定要和外方保持密切沟通和配合，充分发挥外方技术人员的作用，监督安装调试的质量。在合同谈判时要明确外方的责任，避免合同执行时责任不清，外方技术人员工作不到位，影响工程质量和进度。在我们这个工程前期就出现外方技术人员坚持只负责技术咨询指导，也就是所谓“手不接触设备”，实际工程中有些工作需要外方技术人员做技术示范或亲自进行验收把关。因此要求外方技术人员必须要执行合同中要求的职责范围，全过程监督指导安装调试工作。4.4强化对主机厂现场服务人员的技术服务费用的控制作为涉外合同，本工程有大量外方技术人员到工程进行技术服务。外方技术人员服务费用较高，而且容易被忽视，如果不加强控制，很容易超出预算。所以在合同执行时要合理计划外方技术人员的派遣计划，充分合理安排外方技术人员的工作，严格控制加班，坚持加班申请批准制度，仔细审查外方技术人员的考勤表。4.5结合燃机工程的特殊性，强化物资和设备的管理F级燃机工程的建设在国内是第一次进行，燃机的设备和常规的火电机组有所区别，而且本工程进口范围较大，设备较多，加强设备和物资的管理非常重要。在工程中安装单位、供货厂家、业主等各家的物资部门建立协调一致的物资管理体系，保证工程安装的进度和质量。4.6加强现场施工协调，强化进度管理工程进度和现场有效的协调密切相关。施工中各相关单位要随时保持信息的沟通，遇到问题工程参与各方集思广益，精诚合作，共同想办法解决问题，切忌推委。4.7业主要充分介入工程的各个阶段，为今后运行维护打下基础对于业主而言，不但要建设好工程，更要在工程移交生产后运行好机组，创造良好效益。因此在建设过程中，业主应充分参与工程建设的全过程各个阶段，掌握建设中出现的各种信息，在建设中充分了解设备的结构、工作原理、操作要求等，为今后业主的运行维护积累原始数据。我公司于2004年2月成立生产准备部门，以熟悉系统、设备特性为目的，进行了新机组投产前各阶段的培训工作，运行人员按以下六个方面内容进行了培训：4.7.1机组相关合同、设计文件、图纸、系统设备的学习和了解4.7.2专业基础理论培训，请清华大学教授进行了燃气轮机原理培训和专业英语培训4.7.3仿真机培训，到日本三菱公司及上海FOXBORO进行了仿真培训4.7.4到主设备制造厂参观学习，了解掌握主设备的内部结构和工艺要求4.7.5到其他大型火电厂及燃机电厂运行实习4.7.6参加现场设备系统安装、调试，对系统设备进行全面学习和掌握，从单体试运开始，生产准备人员遵循“以我为主，全面参与”的原则，在调试人员的监护下完成操作工作。同时对运行中的难点项目，有针对性地加以演练，确保机组投