汽轮机选型采购管理

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摘 要 :本文围绕新建核电项目EPC模式下的设备采购管理,从项目业主的角度阐述了徐大堡核电汽轮机的选型和如何搞好设备采购,以满足项目质量、进度、费用和长期经济效益等的管理,同时探讨EPC模式下,设备采购中值得关注的几个问题,并提供了解决问题的建议措施.

关 键 词 :长叶片 经济效益 设备采购

1.前言

徐大堡核电站位于东北地区,根据《工程海域海洋水文分析计算研究专题》所述,一年中厂址海水温度有一半时间月均温度在年平均温度之下.11-4月平均温度只有4.5℃,5-10月平均温度有22℃,全年平均温度为13.3℃.徐大堡核电作为集团首台AP1000国产化示范项目,针对徐大堡核电厂址的地理条件,就汽轮机采用低压末级叶片的长度、低压转子的型式、汽缸的数量等从安全可靠性、技术先进性和经济性等方面进行讨论和论证,最后提出徐大堡核电汽轮机选型的最佳方案.

2.论证汽轮机的选型

2.1汽轮机科学选型的意义

汽轮机发电机组是电厂系统中的三大关键设备之一,整个热力系统的经济型和安全性在其运行过程中得到充分体现,为了选择更加恰当的机组用于该项目,公司对于几个潜在投标方的技术方法反复分析比较.机组的选择不仅要考虑其运行的特性如:高背压低负荷工况下的末级动叶安全,还要考虑整个基建及配套系统的资金投入,乃至今后寿命期内的运行维护成本.

2.1.1.由于核岛的堆功率固定,机组的出力主要取决于冷端条件,而冷端主要包括厂址的常年循环冷却水(海水)的平均温度,循环倍率,凝汽器的换热面积等.这也是机组选型过程十分重视冷端优化的根本原因.众所周知汽轮机的功率等于蒸汽量×总有效焓降.在整个电厂的热力系统确定的前提下,要提高汽轮机出力,只有充分挖掘汽轮机的内效率;对整个电厂而言,则是尽可能的减少辅助系统的耗电量.本文主要从电厂的经济性和安全性两个方面来论述汽轮机组的选型

2.1.2.机组经济型

徐大堡核电是目前国内循环冷却水平均温度最低的核电站,也就说终参数比其它核电站都低,是提高机组循环热效率的唯一有利条件.据工程设计方估算徐大堡核电项目在TMCR工况下的凝汽器优化背压约为3.5KPa,此时低压排汽体积流量为34350m3/s.为确保机组在整个运行寿命期间具备经济性高的要求,选择合理的低压排汽面积,减速排汽损失便成为优先考虑的因素.纵观目前国内外有成功运行业绩的长叶片机组:DEC-ALSTOM的项目岭澳二期采用57英寸末级叶片;ALSTOM为瑞典的奥斯卡改造项目的提供的LP128模块,末级叶片为69英寸,在2009年成功投入运行.

每一级低压末级叶片都对应着固有的排汽损失与体积流量的特性.而我们选取的原则主要从下面三个方面考虑:

1.额定背压下的排汽容积流量要大于动叶片对应排汽损失最小的设计流量,避免在高背压低负荷运行,导致蒸汽从低压末级动叶回流,降低级的做功能力,同时还诱发叶片动应力过大,出现安全问题.

2.额定背压下的排汽容积流量要小于动叶片设计的阻塞背压时允许的通过流量,防止在低背压运行时蒸汽焓降发生于叶片外,对叶片产生附加激振力.

3.额定背压下的排汽容积流量与末级动叶轴向排汽容积流量相匹配,减少切向流动,降低排汽损失.据相关制造厂家资料显示,该条件下排汽损失约为2%.

2.1.3.运行的安全性

在选择的合理的背压及配套的低压排汽面积后,如何安全运行也至关重要.现在运行的大型机组的抽真空系统均采用水环式真空泵,其抽取能力受密封水水温所对应的饱和压力限制,即极限真空.对于低压排汽结构与凝汽器特定的机组,即使降低背压,机组出力的增加不一定能弥补循环水泵增加的功耗,再则机组偏离最佳设计运行工况,其安全性可能降低,同时维持凝结系统真空的关键部件—抽真空泵的选型也存在一定的难度.

机组的排汽面积增大途径有二:更大尺寸的末级动叶;增多低压模块数量.若采用更大尺寸的末级动叶,首先从技术角度分析,其运行工况大多时候偏离设计工况,机组整体效率影响大,其次是目前的制造工艺水平没有重大突破,产品质量无法保障.若采用多个低压模块,势必导致整个轴系加长,汽机厂房也要相应加大加宽,同时运行平台的基础设计难度增大,今后机组的安装运行工作难度不小,如轴系的找中,振动等问题.

2.2国内长叶片研发制造情况分析

为适应更大的排汽面积,上海电气、东方电气和哈尔滨电气均在开发汽轮机末级长叶片,三大汽轮机厂分别开发生产了67英寸、70英寸和72英寸长叶片.根据国家核电技术公司《QB/T 13 00001-2011 汽轮机长叶片试验和验证规范》要求,末级长叶片的研发要进行6个试验:

1.调频叶片的静频测量试验;

2.长叶片动调频测量试验;

3.叶根、轮槽应力特性验证;

4.末级组空气动力试验验证;

5.末级叶片动应力实测试验;

6.末级叶片锻件试验验证;

截止到目前上海电气还有两项试验未完成;东方电气做完全部试验;哈尔滨电气也有一项试验未完成.根据叶片开发试验进度和徐大堡工程进展,预计这三种长叶片的开发进度均能满足徐大堡工程需要.另外,据了解用于瑞典Oskarshamn核电站3号机组的69英寸长叶片已于2009年10月投入运行,于2011年9月23日达到1450MWe的最大热功率,成为目前世界上运行功率最大的压水堆核电机组.

无锡叶片厂(WTB)是国内最大、全球知名的电站大型涡轮叶片专业制造企业,隶属上海电气集团.主要为电力、航空、航天、船舶等领域动力装备提供成套叶片、盘件、结构件等高性能动力部件和锻件.其产品除能满足国内需求外,还加工出口至日本东芝(用于美国AP1000机组)和巴基斯坦等.2011年6月11日完成3.5万吨高能螺旋压力机的调试工作,该压力机可满足所有用于核电长叶片的锻造要求;目前已完成哈尔滨电气71英寸和东方电气72英寸长叶片的锻造加工.2010年为上海电气用1.8万吨高能螺旋压力机锻造的67英寸叶片已通过上海电气的试验验证.无锡叶片厂具有加工汽轮机末级长叶片的资质,目前制造加工状况并不饱满,工人技能及设备状态良好,一旦签订合同,能够满足制造质量和进度要求.而东方电气、哈尔滨电气自身也有加工末级长叶片的能力. 2.3徐大堡核电汽轮机选型的专家意见


2012年4月19日中国核电工程有限公司与中核辽宁核电有限公司联合在北京组织召开《辽宁徐大堡核电厂汽轮机选型》专家咨询会.会议邀请了中国工程院、中国广东核电集团公司、广东省电力设计研究院、东北电力设计院、华能国际、国核电力规划设计研究院、东方电气集团、哈尔滨汽轮机厂有限责任公司、上海电气电站设备有限公司及中国核电工程有限公司的专家与代表参加会议.与会专家经过对徐大堡核电汽轮机的选型方案的认真讨论,一致认为“针对徐大堡核电的厂址条件,四缸六排汽的设计是比较合理的,低压缸的排汽面积、末级叶片长度、背压、凝汽器面积、循环倍率等需待冷端优化后确定;鉴于AP1000机组特性,并考虑徐大堡厂址的实际条件,低压缸采用较长的末级叶片是经济的选择,其安全可靠性也是可以实现的;整锻转子和焊接转子技术均是成熟可靠的;国内核电焊接转子在完善的焊接工艺评定和验收标准基础上,并进行长期有效的运行监督,能够满足使用需求.”

2.4汽轮机末级叶片的长短对经济效益的比较

针对徐大堡核电,汽轮机采用较长的末级叶片所带来的经济收益将非常巨大.

2012年7月5日至7日,中国核电工程有限公司在北京召开徐大堡核电TG包评标会,上海电气、东方电气和哈尔滨电气针对徐大堡核电的厂址条件各提供了投标方案,与会专家一致认为在徐大堡核电项目上采用长叶片经济效益是可观的.

从60年寿期来计算,长叶片比短叶片可增加的收益按照以下条件进行估算(以报价的三种长叶片最小功率,和短叶片的最大功率计算得出).

1.三种长叶片方案中提出的最小出力为1287.569MW;

2.短叶片方案本次报价功率1261.05MW;

3.长叶片比短叶片厂房多投资约1000万元;

4.等效可用率按87%考虑;

5.长叶片最高报价-短叶片本次报价等于28.8-22.7802等于6.0199亿元;

6.电价按0.40元/度;

7.寿期60年;

8.增加的收益计算:

毛利:(1287.569-1261.05)×106×10-3×24×365×87%×60×0.40×2-6.0199×108-1000×104≈91亿元;

考虑税率及财务费用,净利约63亿元;

通过以上估算可以看出,采用成熟可靠的长叶片方案带来的经济收益巨大,远超出增加的设备投资.

3.EPC模式下的设备采购管理分析

3.1 管理现状

徐大堡核电拟采用中国核电工程有限公司(以下简称工程公司)为总承包方的EPC模式.EPC总承包模式在国际核电项目中已有成熟发展,如西屋、法马通等.我国核电起步较晚,一直以来所有工程管理包括设备采购主要由业主负责,如秦山核电、田湾核电等.针对先进的AP1000堆型的EPC国内尚属首次,实际经验略显欠缺,这些或将影响到设备质量和交货进度.根据目前国内在建的两个AP1000核电项目反馈的经验,工程进度总体拖期基本都在一年以上,其中最主要的因素就是设备方面带来的,而设备问题将给核电站带来巨大的经济损失.

3.2 EPC模式下设备采购管理思路

在EPC模式下,设备的价格高低和质量优劣问题将直接影响业主的利益,这就要求业主在设备采购管理中必须有相应的权利.业主应对总包方承担的工作进行全面的管理和监督,保证在设备采购过程中质量、进度、费用全面受控.

结合已有的实际工作反馈,业主在设备采购管理中应围绕以下几个重点来开展工作:

3.2.1.完善总包合同,严格按合同执行

业主在设备采购管理中的权利、义务应体现在总包合同中.在精干业主模式下,业主应将关键重要的管理环节全部落实在总包合同的条款中,通过总包合同理顺设备采购中业主方与总包方的责、权、利,实现“业主方全面负责,总包方对业主负责”的原则.业主既不能代替或过多干预总包方的管理,又不能放弃对项目的监督和控制.

3.2.2.制定计划,关注计划的可行性

设备采购计划是设备采购工作开展的“总纲”,在整个设备采购工作中占有主导地位.在EPC模式下业主应要求总包方严格按计划要求准时提交各种设备采购进度计划.

设备采购计划的内容有:次序、进度节点、完成时间等.当工程进度或制造商的生产状况发生不可逆转的变化时,设备采购计划也应随时进行调整.

EPC模式下的设备招标应在设备采购进度计划审核发布后进行,如果没有明确的采购计划和能够满足设备采购的充要条件和时间,必将导致设备采购的重要节点工作显得仓促,效果不佳.若事前已经制定了完善、详细的设备采购计划,并经过严格的审核、审查,必能发现采购条件的不完备,可能存在问题的方面如以下部分:

1.设备技术规范书未能按时提交;

2.提交后总包方和业主对规范书的审查时间过于仓促;

3.修改后最终的规范书CFC版递交投标方时间太晚,使投标方不能更好地响应招标方的要求;

以上几点最终导致投标方标书编制不统一、不细致,无法让总包方和业主对各家标书情况进行统一对比、分析而得出最优选择.

对于设备采购管理中遇到的问题,业主需要积极主动地与总承包方进行联系和沟通,寻求合理有效的解决途径,从而快速、有效地消除采购工作中存在的问题和潜在的风险.

3.3.关注评标规则,力图使评标结果科学合理

评标规则的合理与否,关系着整个评标结果的科学性.因此总包方必须依据招标设备的特点编制合理科学的评标规则,不能所有设备都采用统一不变的评标规则.

目前一些总包单位采取低价中标的方式,以保证己方利益最大化,采取了对评标打分规则进行更改,如在打分规则中要求总报价部分的分值占整个投标报价评标总分的40%,且报价部分评分细则只有一条,具体评分标准为:“以修正的投标总价为评判主体,取各投标方修正的投标总价的算术平均值W乘以 95% 为最优评标价得满分(40分),并以此为基准来确定各投标人的报价得分(PB).每高于最优评标价一个百分点扣 0.5 分,每低于最优评标价一个百分点扣 0.1 分.不足部份用插入法计分(小数点后保留两位).”说明如下: a. 平均投标价:

b. 最优投标价:Q等于0.95W

c. 投标报价得分:

PB等于40-[100*(P-Q)*0.5/Q] (P>Q)

PB等于40-[100*(Q-P)*0.1/Q] (P

通过以上评标规则可以看出,规则虽然遏制了最高和最低价必然中标的可能,但不难看出这个规则其实更加有利于报价较低的投标方.而由此带来的设备质量问题必将会影响到电厂今后的安全稳定运行,因此在设备招标时必须考虑设备的重要性,这样才能更加全面科学地衡量投标方的投标报价的高低,鼓励投标方提供性价比更好的投标方案.

3.4.多项目管理,重要环节不能缩减

EPC模式下的总包单位,绝大多数均为多项目管理,为保证急事急办,可能存在对后续项目关注度较差的问题,同时也包括为选择较高的性价比,同时开始将多项目的相同或相关设备总体打包招标,各项目的招标范围划分成不同的标段,这样无疑减少了很大的工作量,缩减了时间,但同时对于不同类型电站设备可能会存在较大差异,审查一种类型电站设备的招标文件后,对另一类型电站的招标文件审查就会有所懈怠,而且缺少对于差异性分析的环节,这些问题,为今后的设备供应、接口联系及后续服务均会留下了隐患.

3.5.提高总包方自身管理,确保工程有序开展

在EPC模式下,总包方作为项目的直接管理方在设备采购中有很大的决定权,因此必须明确划分、强化各项目部的管理职能,对负责相关项目核电设备采购工作的职能部门、人员配备情况进行清晰界定,明确与业主设备采购管理部门具体的接口关系、人员.在设备采购工作中,积极加强与业主联系沟通,主动接受业主监督和改进建议,积极配合业主单位的检查和考核,这样才能保证工程项目的有序开展.

结束语

徐大堡核电项目采用EPC管理模式,作为核设施营运单位的业主承担全部的核安全责任,业主的职能不能削弱,业主应对投资的股东方负责,所以如何当好业主,需要不断思考总结.徐大堡项目作为工程公司的首个AP1000总承包项目,有很多需要学习的地方,包括三门、海阳的经验.作为业主一定要把好关、负起责,工程能否按期完成、保证质量,做好四大控制,同时对于责任也不能推诿,只有通过积极沟通和严格监督,才能保证EPC管理模式顺利实施,工程项目顺利建设.

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2]《AP1000核电厂系统与设备》,中国核工业集团公司编,原子能出版社,2010.

[3]《汽轮机低压缸效率的分析与计算》邵峰,周胜男,《汽轮机技术》总第198期,2012.

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