国外火电工程仪控设计特点

2018-04-15阎欣军

电力勘测设计 2018年8期

阎欣军

(中国电力工程顾问集团西北电力设计院有限公司，陕西西安 710075)

随着中国电力需求增速放缓，环境保护要求日趋严格，国内火电市场的发展空间逐步收缩，导致火电设备产能明显过剩。国内的电力勘测设计企业“走出去”做国际工程已经是一个必然的趋势，尤其是近年来，随着“一带一路”战略的推进，国内电力行业更是争相开拓国际市场。

本文基于笔者多年参与国外火电工程设计的经验积累，对仪控设计在实施过程中存在的问题进行了梳理，并归纳总结图纸审核重点，以期为类似工程的仪控设计提供借鉴。

1 国外火电工程仪控设计的特点

国外地域环境与国内不同，中外思维方式有差异，导致国外火电工程整体思路及设计方案与国内大不相同，反映在设计中就会有不同的关注点，设计理念和设计习惯不同导致设计深度和设计内容不能满足外方要求的问题也越来越突出，亟待系统梳理、总结。

国外火电工程仪控设计的特点主要表现在以下六个方面：

(1)国外常规火电工程的大容量机组少，小容量机组偏多。

(2)目前的国外火电工程以地处第三世界国家偏多，当地运行人员水平无法达到全能水平，因此，辅助车间系统设置就地控制点或设置分类集中控制点的工程偏多。

(3)国外火电工程的仪控设计需要采用国际标准，相应的仪控设备也需要执行国际标准。

(4)由于文化、运营检修人员水平、基础设施及电网需求等差异，国内外火电工程仪控设计理念有明显差异，大多工程都要求设置小岛运行功能。

(5)国外火电工程仪控专业需要额外设计安装图纸，包括：仪表定位、仪表管道及阀门典型安装图等。

(6)国外火电工程由于所处国家的同类运行机组较少，大多需要配置仿真机用于平时的培训。

2 仪控专业在设计各阶段需要注意的问题

国外火电工程要按国际习惯和思维进行设计，设计各阶段需要仪控专业注意以下六个方面的问题：

(1)投标阶段：分解招标文件，进行投标策划。对招标书进行研究、学习，包括研究标准、评标规则，认识到中方自身的优劣势。找出招标文件、技术规范的差异，与外方进行澄清，尽量满足招标文件要求。

如果工程中标，立即成立专业团队开展工作。由于国外火电工程来往资料、邮件偏多，需要详细明确联系方式规则，比如负责对外联系的人员、邮件抄送和主送人员规定及邮件编号规定、文件审批规定及文件编号规定等，明确每个人的责任分工。项目组需要建立资料共享平台及网上流转规定，在此框架下进行各类合同的谈判与签署。

(2)概念设计阶段：除常规设计外，需要提供主要控制系统配置、参数及附属系统要求及保证值。

(3)基本设计(初步设计)阶段：要与设备厂家配合，提出控制设备与系统的配置要求，根据当地人员素质情况分析、招投标文件、澄清文件、合同、标准等特点，完成设计方案。根据合同分解，标准的技术规范要求，进行厂家设计信息、资料的提交，初步有条件的出管道仪表图(Piping and Instrumentation Diagram，P&ID)及工程量清单(Bill of Quantity，BOQ)，与厂家配合完善设计，初步明确接口。

(4)详图(施工图)设计阶段：该阶段是检验合同执行能力的过程，要进一步细化接口参数，细化各个设计方案。如果设备为首次使用，要经过外方及业主工程师审批以及试验方法、试验数据作为论证。

(5)施工及调试配合阶段：在设备出厂前完成分散控制系统(Distributed Control System，DCS)逻辑的最终设计和试验、定值导入，并结合系统设计说明(System Design Description，SDD)、设备手册以及标准进一步完善。

(6)根据勘测设计管理规定，施工配合是工程设计实施的重要阶段，设计完成后，设计院派驻工地代表到现场解释设计意图，解释施工图纸中的技术问题。国外工程工地服务是与建设单位及外方、业主工程师交流的重要过程，工代要具备一定的语言沟通能力，最好派有一定工作经验、有责任心、英语好的技术人员到工地处理现场问题。

3 仪控设计及图纸审核的重点

通过多个国外火电工程仪控设计及与外方图纸审核中的经验，深刻体会到国外火电工程要按国际标准深化设计，从设计层面确保符合合同要求，同时需要充分了解项目所在地环境、气候、当地习惯等，设计合理的技术方案。

3.1 招标文件解读

在投标时，要仔细阅读招标文件，特别注意关于试验、检验标准、控制设备选择等方面的内容，避免报价漏项，甚至提交的设备不符合招标文件要求。

招标文件往往要填写大量数据表，数据表体现了投标设计方案中选用的设备和系统性能，也与投标价格相对应。某些公司在投标阶段就进行设备和系统预招标，对所选设备和系统的性能及价格进行约定，从而使设计方案对应的价格真正落地。

3.2 合同分解

项目执行期间，建议对合同进行详细分解，把条款落实到每个卷册、每张图上，对无法满足合同或难以满足合同要求的情况，要及时澄清，尽量避免风险。技术规范书对控制设备资料、包装等要有明确要求，适合合同中的要求。

3.3 仪控图纸设计

国外火电工程仪控图纸设计应注意以下六个方面：

(1)基本设计阶段外方更注重系统构成、控制理念及控制设备选型。外方要求基本设计时提供所有设计的依据，基本设计阶段业主工程师审查图纸的重点集中在P&ID图、系统说明、设备选型原则、系统运行说明。其中，系统运行说明包括控制联锁、设备启动条件、正常运行和停止条件。而国内在基本设计阶段出图仅限于定性描述，主要辅机招标尚未完成，无法达到外方要求。建议给予基本设计足够的时间，要求工艺专业按外方深度完成系统设计说明、系统运行说明等内容，仪控专业与工艺专业一起完善和加深P&ID图设计。

(2)国内设计院的设计图纸习惯与国外有差异，比如：随主辅机供货的控制系统图设计直接用设备厂家图纸，而由于设备厂家图纸出图形式往往与设计院图纸不一致，业主工程师审批此类图纸时会提出要求与设计院出图形式完全一致的修改意见。因此，需要在设计联络会上对随主辅机供货的控制系统图的图例符号、编码规则进行约定。

(3)改变传统的设计范围和深度，采用三维精细化设计技术，全厂地下、地上三维建模，埋件孔洞、电缆、设备检修运行空间等进入三维模型设计，检修条件一目了然。外方要求有控制设备的地方就要有检修平台。

(4)国内设计院通常直接在P&ID上进行仪表的设计，实际安装过程中会发现很多仪表设计位置不合理：有的直接埋在地下，有的在半空中无法检修，有的取样点设计在弯头和大小头上不能按照标准规范取样。外方要求所有仪表都能够便于维护和检修，仪表必须能在固定的平台上进行拆装和观察。比如燃油罐所有温度测点处要求设置平台，而不接受采用活动平台方式完成检修任务。对于设计位置不合理的仪表，要进行整改，现场经常会因为仪表定位发生返工，产生商务费用。有些工程要求在管道安装图纸上表示仪表测点定位设计位置。

(5)P&ID图除了表示主要仪表设备外，还要表示调试测点。基本设计阶段批准的P&ID图中仪表设备不能在详图设计阶段进行删减。详图设计阶段P&ID需要与管道布置图中包含的疏水、放水、放气的阀门一致。

(6)在国外火电工程中，为避免因为控制设备和控制系统原因导致图纸修改或更换控制设备等问题，提高控制设备和控制系统的供货质量，在设备技术规范书中应明确设备和控制系统性能(包括精度、抗干扰能力等)及盘柜质量要求；产品说明书包括的内容和深度、产品外包装等也需要在技术规范中明确。仪表阀门及仪表管件材质在订货时应该注意订货细节，仪表阀门手柄、螺栓等要求其材质与仪表阀门材质一致；同时应该加强仪控设备或系统的验收工作，加强对厂家图纸的审核工作。

3.4 设计接口管理

加强设计接口管理主要指以下三个方面：

(1)加强脱硫控制系统、火灾报警及消防控制系统等厂供系统及设计的图纸审核；

(2)厂家图纸仪表设备编号及设计表示方法与设计院图纸经常有一定的出入，需要统一；

(3)专业间应加强交流配合，特别注意合同中工艺部分涉及到的仪表与控制内容是否与本专业合同要求一致。

3.5 充分考虑外方特点及惯例进行设计

(1)模块化设计

受国外对劳工政策的限制，国内不能派大量中方人员到现场参与建设，而使用当地劳工的生产效率又普遍偏低。鉴于此，在设计初期就要进行模块化设计的策划，与工艺设备和管道、电气设备一起将控制盘柜、仪表及阀门在工厂组装好再发往现场，减少现场安装工作量。设备整体运到现场，分包商只需完成模块化设备的管道连接与电缆接线，减少安装工程量，缩短施工工期。

(2)接地系统设计

国内仪控专业接地系统设计极其简单，仪表支架、接线盒多数不设计接地线，仅DCS等重要盘柜才设计接地线，或者直接开一些材料量并对接地进行简单说明，由现场施工。外方要求有完善的仪控接地图纸并按照图纸进行接地验收工作。如果接地系统没有通过验收，则不允许进行地面浇筑工作。因此，国外火电工程应该加强仪控接地设计，每个仪表架、接线盒、控制箱都要接地，DCS也必须有单独的接地桩或接地网设计，接地线线径和材质按外方要求选择。

(3)仪表管材料

欧美标准、仪表管安装材料都与国内型号有很大差异，在设计初期设计人员要根据当地特点与合同要求，对仪表管材料进行提前确认并形成书面文件，及时通知相关部门提前根据型号规格进行市场调研，避免安装材料在现场再进行确认。

(4)接线图的设计实用性

国内一般以控制盘柜为单元出接线图，至就地接线盒及仪表仅示意。

外方要求一张接线图能够全面概括从控制盘柜到就地接线盒及仪表的整个进线和出线设备端子接线，控制盘柜必须同时在图纸上附带原理图。

(5)DCS盘柜及就地盘柜照明

国内一般认为工作场所照明设计能够满足检修设备要求，因此DCS机柜大部分都不设计柜内照明，不设计柜内检修插座，就地盘柜大部分也没有照明设备。

外方要求，所有DCS盘柜内应配备充足的照明设施以及电源插座，对于就地接线盒、接线箱、控制箱必须有充足的照明。充足的照明有助于设备的检修和维护，防止由于工作照明不足而造成设备误操作的现象发生。

(6)就地仪表设备表盘

国内项目每个厂家所提供的就地仪表规格尺寸不同，无论是型号还是大小都有一定的差别，有的表盘很小，厂供就地仪表架上表盘只有50 mm，观察起来很困难。外方要求就地温度表、压力表、流量表等表盘要达到100 mm或150 mm。

(7)设备包装及备品备件

国内很多厂家供货的设备装箱清单比较简单，各种材料设备、备品备件混杂在一起提供到现场，现场清点较困难，仪表设备除了单独订货的部分，其它的一般混在工艺设备中发到现场。技术协议应要求仪控设备与工艺设备单独装箱、备件单独装箱。

(8)仪控设备安装设计

外方注重仪表与控制设备安装设计，要求仪表便于观察、运行和维护。

4 仪控设备安装设计要点

(1)仪表管路及仪表阀门连接方式

有些合同要求仪表管及一次门以后的接头及阀门不允许焊接，从一次门后到变送器都必须采用卡套接头安装方式。建议选用进口接头和精密仪表管。

(2)设备卡套接头安装方式

外方设备卡套接头安装方式与国内方式有所不同，外方的管路连接接头很少，特别是就地压力表，倾向于就地直接安装。

(3)仪表管路敷设方式及仪表布置

国内分区域对仪表进行布置，仪表管路相应的采用大分散小集中的方式。现场经常会出现多个设备布置在同一个仪表架，仪表管布置成扇面管排方式。

外方要求所有仪表尽量就近布置，对仪表管扇面管排方式敷设不理解，不允许过长的仪表管路，更注重仪表的准确性、参数反映的及时性。因此，应从安装方面尽量减少甚至消除迁移量，仪表在取样点附近安装，尽量减少仪表管长度、弯头及中间接头。

由于国内仪表管路敷设没有确定的安装位置，并且外方对国内的工作方式不熟悉。每个国家都有一套自己的安装方式，所以国外工程要在设计联络会上提前与外方交流沟通，必要时可以采用图片及资料方式来说服外方，共同确定仪表管路敷设的方式。

(4)电缆桥架支吊架安装

国内电缆桥架支吊架采用的安装方式有：现场角钢加槽钢直接焊接的安装方式、工字钢加成品托臂的安装方式、螺纹吊杆安装方式。外方一般要求采用C型钢免焊接连接方式进行电缆桥架支架安装。

(5)电缆桥架接地

国内多数电厂电缆桥架接地设计是将桥架连接处进行接地线跨接，然后每隔15～20 m进行一次接地。

外方对电缆桥架接地要求很严格，认为电缆桥架接地是否良好直接关系到每个信号的稳定性。电缆桥架必须进行连续性接地，对接地线线径有具体要求。接地线必须贯穿整个桥架，每隔几米对分层桥架间进行一次跨接，每隔20m接地一次。建议在桥架订货时要求桥架预先加工好接地固定孔，有利于减少现场施工工作量，也便于施工质量控制。

(6)电缆敷设

国内电缆桥架内的电缆数量较多，部分桥架充满度达到80%以上。外方要求动力电缆及信号电缆严格分层敷设，层间距大于300 mm，即使是小的分支桥架也要严格按照标准执行，个别工程要求电缆桥架充满度不超过35%。建议在条件允许的情况下提前与外方沟通，桥架充满度按50%～60%考虑。

(7)仪表设备法兰安装

国内设计为法兰连接的仪表设备比较少，外方要求中压管道的所有液位、凝汽器液位、化水液位变送器等都为法兰方式，以便今后的检修工作。