核電站汽輪機(jī)提升功率項(xiàng)目管理方法的研究與實(shí)踐

熊穎峰

摘 要：文章結(jié)合核電站汽輪機(jī)提升功率改造的工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)核電項(xiàng)目與常規(guī)火電項(xiàng)目的不同點(diǎn)，闡述了核電站汽輪機(jī)提升功率項(xiàng)目的管理方法，包含：原因分析、技術(shù)方向、運(yùn)作模式、執(zhí)行手段、管理方法及經(jīng)驗(yàn)反饋等，涵蓋了可行性分析、設(shè)計(jì)、采購、制造、監(jiān)造、運(yùn)輸、驗(yàn)收、儲(chǔ)存、安裝調(diào)試、維修策略及備件處理等方面的內(nèi)容，可供核電站類似重大改造項(xiàng)目參考。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；功率；提升；項(xiàng)目管理

一般汽輪機(jī)提升功率改造的原因包含：壽期末的更新改造；備件問題；提高發(fā)電量；老化后性能下降、提升可靠性。當(dāng)前，節(jié)能減排已上升到國家戰(zhàn)略的高度，推動(dòng)企業(yè)節(jié)能技術(shù)改造成為一項(xiàng)重要內(nèi)容。在運(yùn)核電站在其換料周期和換料數(shù)量固定的前提下，如果通過技術(shù)改造提高機(jī)組的出力，則在核燃料總價(jià)不變的情況下增加發(fā)電量，可降低單位電價(jià)的發(fā)電成本、提高收益、增強(qiáng)競爭力。對(duì)舊汽輪機(jī)進(jìn)行提升功率改造在國內(nèi)火電廠已經(jīng)廣泛實(shí)施，但是國內(nèi)核電領(lǐng)域由于涉及核安全、可靠性等因素，改造經(jīng)驗(yàn)較少。文章結(jié)合某百萬千瓦級(jí)壓水堆核電站汽輪機(jī)高壓缸改造項(xiàng)目的工程實(shí)踐，歸納項(xiàng)目運(yùn)作過程中的關(guān)鍵步驟，提出核電站汽輪機(jī)提升功率改造項(xiàng)目管理的思路和建議。

1 汽輪機(jī)提升功率項(xiàng)目的通用步驟及要點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目管理過程主要有以下幾個(gè)方面

（1）前期準(zhǔn)備階段（初步設(shè)計(jì)）：收集機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)及外部經(jīng)驗(yàn)反饋，結(jié)合機(jī)組實(shí)際運(yùn)行情況及設(shè)備檢修情況，完成可行性分析，確定改造的必要性、范圍和目標(biāo)。（2）采購準(zhǔn)備階段：編寫采購技術(shù)規(guī)范書，完成經(jīng)濟(jì)性分析，完成供應(yīng)商評(píng)審。（3）采購階段：招投標(biāo)管理，技術(shù)澄清，預(yù)算控制，合同談判。（4）詳細(xì)設(shè)計(jì)階段：建立組織機(jī)構(gòu)，確定職責(zé)分工，至少包含機(jī)械、電氣、儀控、運(yùn)行、核安全專業(yè)人員；確定設(shè)計(jì)基準(zhǔn)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)；分析相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)裕量及匹配性；完成詳細(xì)設(shè)計(jì)論證；提前考慮安裝空間、運(yùn)輸、起重、檢修策略、汽輪機(jī)監(jiān)測、專用工具等問題。（5）制造階段：設(shè)定質(zhì)量控制點(diǎn)，按照計(jì)劃進(jìn)行駐廠監(jiān)造和出廠試驗(yàn)。（6）設(shè)備交貨及驗(yàn)收階段：提前制定包裝和運(yùn)輸方案，確定驗(yàn)收方法和關(guān)鍵點(diǎn)，落實(shí)現(xiàn)場儲(chǔ)存地點(diǎn)及保養(yǎng)方法。（7）現(xiàn)場安裝階段：要求制造廠進(jìn)行工廠預(yù)裝，以節(jié)省現(xiàn)場安裝時(shí)間；設(shè)計(jì)階段完成起重設(shè)備的評(píng)估，核實(shí)安裝程序、人員及工具；針對(duì)現(xiàn)場安裝可能出現(xiàn)的尺寸偏差，制定風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案和質(zhì)量計(jì)劃。（8）改造后的相關(guān)工作：完成性能試驗(yàn)，制定維修策略，舊設(shè)備處理。

1.2 項(xiàng)目經(jīng)理職責(zé)

在重大技術(shù)改造項(xiàng)目中的作用尤為重要，合格的項(xiàng)目經(jīng)理應(yīng)至少履行的職責(zé)有：合理利用資源，建立組織機(jī)構(gòu)，完成責(zé)任分工；制定工作計(jì)劃，制作進(jìn)度時(shí)間表；供應(yīng)鏈的管理；風(fēng)險(xiǎn)及意外事故的管理；項(xiàng)目費(fèi)用的管理；項(xiàng)目組的協(xié)調(diào)和管理；高級(jí)管理支持；項(xiàng)目完整性管理；培訓(xùn)。

2 采購技術(shù)規(guī)范書的要求

采購技術(shù)規(guī)范書應(yīng)詳細(xì)地描述改造所需的設(shè)計(jì)和設(shè)備要求，但涉及的面盡量廣泛、通用，以允許更多的供應(yīng)商投標(biāo)。

采購技術(shù)規(guī)范書應(yīng)至少包含：設(shè)計(jì)要求、質(zhì)量要求、改造方案建議、安裝和裝配要求、服務(wù)要求、質(zhì)量控制要求、文件要求、運(yùn)輸要求、交貨期要求、性能驗(yàn)收要求等，尤其設(shè)計(jì)要求部分應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注。

3 系統(tǒng)和設(shè)備的設(shè)計(jì)要求

3.1 總體要求

（1）分析改造原因，確定改造目標(biāo)和技術(shù)方向。（2）確定系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，包含：流量、壓力、溫度、接口要求、建筑物要求（基礎(chǔ)、支撐等）、水力部件設(shè)計(jì)裕量（泵組流量、壓力、流速等）、電源要求（容量、電壓、電纜路徑、絕緣、電機(jī)等）。（3）核電站需額外考慮事故工況運(yùn)行條件、抗震要求、環(huán)境要求、安全管理要求、冗余、多樣性和獨(dú)立性要求。（4）汽輪機(jī)性能要求，包含：核島及常規(guī)島儀控系統(tǒng)匹配性、設(shè)計(jì)和安全功能、機(jī)組容量、材料特性、機(jī)械性能（振動(dòng)、應(yīng)力、撞擊、扭力等）、超速保護(hù)機(jī)構(gòu)。（5）汽輪機(jī)設(shè)備物理特性要求，例如：尺寸、外形、重量、原材料成分、拉伸量、表面粗糙度、平行度、熱傳導(dǎo)性、疲勞特性等。（6）確定需改造的設(shè)備清單及備件清單。（7）確定改造設(shè)備及系統(tǒng)的接口及分界點(diǎn)。（8）系統(tǒng)設(shè)計(jì)輸出文件主要包含：計(jì)算報(bào)告、圖紙、系統(tǒng)手冊(cè)、技術(shù)規(guī)范書和FSAR要求，汽輪機(jī)輸出文件主要包含：設(shè)備圖紙、維修導(dǎo)則、備件清單、運(yùn)行導(dǎo)則。（9）設(shè)計(jì)審查內(nèi)容包含：設(shè)備兼容性、熱平衡等性能特性、運(yùn)行條件限制、設(shè)計(jì)參數(shù)、扭轉(zhuǎn)特性、臨界轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡、軸承、對(duì)輪、原材料、化學(xué)特性、安裝和維修程序。（10）項(xiàng)目管理模式要求，例如管理導(dǎo)則、文件控制、制造過程控制等。

3.2 技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）改造一般會(huì)受到現(xiàn)有設(shè)備、系統(tǒng)的接口和參數(shù)限制，可能影響最終設(shè)計(jì)方案。任何設(shè)計(jì)裕量的改變均需參考原設(shè)計(jì)的計(jì)算報(bào)告、圖紙、采購技術(shù)規(guī)范書、系統(tǒng)手冊(cè)、設(shè)計(jì)基準(zhǔn)文件、FSAR等，最重要的包含：發(fā)電機(jī)的冷卻能力、無功功率、勵(lì)磁機(jī)性能、主變壓器性能、蒸汽發(fā)生器老化、汽輪機(jī)排氣濕度、抽汽和疏水能力、凝氣器限制、汽輪機(jī)主蒸汽調(diào)節(jié)閥控制、給水泵和凝結(jié)水泵容量、換熱管泄漏或堵管情況、汽輪發(fā)電機(jī)組軸系扭矩和振動(dòng)變化。（2）為防止項(xiàng)目執(zhí)行過程中出現(xiàn)顛覆性的設(shè)計(jì)變更，造成不可挽回的損失，應(yīng)在設(shè)計(jì)初期進(jìn)行針對(duì)性評(píng)估，如：飛射物包容性評(píng)估、接口系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)評(píng)估、轉(zhuǎn)子臨界轉(zhuǎn)速分析、軸系穩(wěn)定性分析、超速特性評(píng)估、葉片應(yīng)力分析、熱平衡分析等，以此判斷所選技術(shù)方向是否正確。（3）核電站反應(yīng)堆給水控制、R棒控制等核島重要控制和保護(hù)系統(tǒng)均以汽輪機(jī)高壓缸第一級(jí)進(jìn)汽壓力為標(biāo)定基準(zhǔn)，形成核島熱功率與汽輪機(jī)功率的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)功率調(diào)節(jié)。汽輪機(jī)提升功率改造后由于第一級(jí)進(jìn)汽壓力的變化，需要對(duì)棒控系統(tǒng)相關(guān)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器重新進(jìn)行計(jì)算和校驗(yàn)，啟機(jī)階段在不同功率平臺(tái)驗(yàn)證核島熱功率與汽輪機(jī)功率的匹配性，防止功率控制偏差引起的核安全風(fēng)險(xiǎn)。（4）壓水堆核電站的蒸汽濕度大，隔板靜葉喉部設(shè)計(jì)的改變會(huì)引起高低壓缸各級(jí)的蒸汽濕度發(fā)生變化，各級(jí)的蒸汽濕度必須控制在汽輪機(jī)通流部分抗沖刷的范圍之內(nèi)。（5）分析改造對(duì)核電站重要系統(tǒng)的影響，評(píng)估在汽輪機(jī)升降負(fù)荷階段各種工況的安全性。

4 供應(yīng)商資格審查和選擇

對(duì)供應(yīng)商的工程設(shè)計(jì)能力、組織機(jī)構(gòu)、制造能力、運(yùn)行能力、檢修能力、采購能力、質(zhì)保體系等方面進(jìn)行評(píng)估。例如：供應(yīng)商的業(yè)績；最新的質(zhì)量認(rèn)證證書、質(zhì)保評(píng)估報(bào)告；供應(yīng)商的設(shè)計(jì)和質(zhì)保能力；投標(biāo)文件，包含技術(shù)澄清、商務(wù)澄清。

5 制造要求

（1）在關(guān)鍵制造節(jié)點(diǎn)和試驗(yàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)置W點(diǎn)（質(zhì)量見證點(diǎn)）和H點(diǎn)（停工待檢點(diǎn)）；（2）執(zhí)行設(shè)備監(jiān)造，包含焊接工藝、裝配、熱處理、加工、試驗(yàn)、文件等方面的檢查；（3）明確工廠試驗(yàn)和檢查的范圍及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)：a.子鍛件檢查：超聲波檢查、化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗(yàn)、FATT曲線、最終超聲波檢查、熱穩(wěn)定性試驗(yàn)。b.精加工后的轉(zhuǎn)子檢查：葉片組裝前的磁粉探傷、高速動(dòng)平衡試驗(yàn)、超速試驗(yàn)、超速試驗(yàn)后檢查。c.動(dòng)葉和靜葉檢查：化學(xué)成分分析、硬度檢查、機(jī)械性能試驗(yàn)、超聲波檢查、磁粉探傷。d.隔板套和分流環(huán)檢查：化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗(yàn)、最終磁粉探傷、最終超聲波檢查、涂層滲透檢查。e.隔板檢查：化學(xué)成分分析、機(jī)械性能試驗(yàn)（含硬度檢查）、無損檢查、焊縫滲透檢查、喉部尺寸測量。（4）制造文件至少包含：圖紙、程序、采購技術(shù)規(guī)范書、使用說明書、質(zhì)量報(bào)告、材料鑒定報(bào)告、無損檢測報(bào)告、人員資質(zhì)證明、檢查報(bào)告、質(zhì)保規(guī)程、性能試驗(yàn)報(bào)告、相關(guān)證書、推薦的備件清單等。（5）關(guān)注設(shè)備清潔度，避免造成核電站水質(zhì)污染。

6 運(yùn)輸要求

合適的運(yùn)輸方式應(yīng)在設(shè)計(jì)階段或制造階段進(jìn)行評(píng)估，主要考慮：（1）費(fèi)用和時(shí)間的限制；（2）尺寸、重量和外形的限制（尤其大型部件的運(yùn)輸方式會(huì)有一些限制，應(yīng)提前考慮）；（3）運(yùn)輸方式（卡車、鐵路、海運(yùn)、空運(yùn)）；（4）運(yùn)輸過程中設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)；（5）出廠包裝方式（應(yīng)考慮設(shè)置檢查視窗，安裝沖擊指示器）；（6）客戶和當(dāng)?shù)氐奶厥夥煞ㄒ?guī)要求；（7）吊運(yùn)工具、吊運(yùn)方案、交貨地點(diǎn)。

7 到貨驗(yàn)收要求

該階段的驗(yàn)收重點(diǎn)在于檢查運(yùn)輸過程中是否造成設(shè)備的損壞，以至于影響設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝和使用。檢查結(jié)果一般有：接受、拒絕和保留意見。（1）文件檢查；（2）按提前制定的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)檢查；（3）輔助材料的檢查，包含：備件、工具、安裝輔材（墊片、墊塊等）、耗材（潤滑劑、焊條等）。

8 儲(chǔ)存和分段運(yùn)輸要求

（1）確定設(shè)備的儲(chǔ)存等級(jí)；（2）評(píng)估現(xiàn)場儲(chǔ)存能力，包含：倉庫容量、照明、電源、防火和壓縮空氣系統(tǒng)；（3）設(shè)備保養(yǎng)，包含：定期盤軸、潤滑、防腐、氣體保養(yǎng)等；（4）起重設(shè)備的評(píng)估；（5）材料管理。

9 安裝要求

（1）成立現(xiàn)場實(shí)施組織機(jī)構(gòu)，應(yīng)包含實(shí)施小組和技術(shù)決策小組；（2）制定工廠預(yù)裝方案；（3）審核不符合項(xiàng)；（4）提前簽訂專家現(xiàn)場技術(shù)支持合同；（5）優(yōu)化安裝步驟：吊運(yùn)和就位、接口的分離和保護(hù)、設(shè)計(jì)偏離預(yù)案、裝配、接口連接、試驗(yàn)和檢查等；（6）根據(jù)新舊設(shè)備的吊運(yùn)順序，合理安排場地及行車；（7）準(zhǔn)備輔材和專用工具，提前驗(yàn)證工具、行車、電源、氣源的可用性；（8）對(duì)無損檢測、數(shù)據(jù)測量、文件記錄和機(jī)加工過程進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制；（9）嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場工業(yè)安全要求，關(guān)注重大部件吊裝風(fēng)險(xiǎn)；（10）編制啟機(jī)試驗(yàn)程序，正式超速試驗(yàn)前應(yīng)通過注油試驗(yàn)使飛錘連續(xù)動(dòng)作多次，使其充分磨合。

10 試驗(yàn)方法

按照GB 8117-1987《電站汽輪機(jī)熱力性能驗(yàn)收試驗(yàn)規(guī)程》與《ASME PTC6.0》編制試驗(yàn)程序，改造前后分別進(jìn)行性能試驗(yàn)，通過對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果判斷改造后功率提升值。

11 維修策略要求

作為合同的一部分，供應(yīng)商應(yīng)提供新設(shè)備的預(yù)防性維修及維修周期的建議。項(xiàng)目組應(yīng)平衡風(fēng)險(xiǎn)和可靠性，主要考慮風(fēng)險(xiǎn)程度、以往故障記錄、供應(yīng)商建議、預(yù)防性維修任務(wù)，制定最優(yōu)化的檢修策略。還應(yīng)考慮不同類型設(shè)備的檢修經(jīng)驗(yàn)，制定定期檢修計(jì)劃和監(jiān)測要求。

12 舊設(shè)備的處理

按照核電站冗余設(shè)計(jì)的理念，建議在設(shè)計(jì)和采購階段就決定戰(zhàn)略備件的管理方法，應(yīng)向供應(yīng)商多索取材料、尺寸、公差等信息，并對(duì)現(xiàn)有的人力、工具、財(cái)力、資質(zhì)進(jìn)行評(píng)估。主要考慮：（1）制定清洗和長期儲(chǔ)存方案；（2）環(huán)境污染的評(píng)估：危險(xiǎn)化學(xué)品、放射性、環(huán)境法律法規(guī)的限制；（3）評(píng)估舊設(shè)備是否可以翻新或修補(bǔ)后用于其他電站的改造、科研機(jī)構(gòu)，或出售給第三方；（4）如需包裝運(yùn)輸，還需考慮包裝、吊運(yùn)、放射性等問題。

13 結(jié)束語

核電站汽輪機(jī)提升功率改造后，不僅常規(guī)島相關(guān)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，而且還影響核島控制系統(tǒng)，其技術(shù)難度和核安全風(fēng)險(xiǎn)較高。所以，根據(jù)項(xiàng)目研究與實(shí)踐過程中的經(jīng)驗(yàn)，建議：（1）加大前期可行性研究的投入程度，提高設(shè)計(jì)論證能力，以確定合適的功率提升幅度；（2）準(zhǔn)確核實(shí)各種核安全管理限值和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，它們往往是項(xiàng)目成功的主要因素；（3）系統(tǒng)和部件的設(shè)計(jì)余量可以通過先進(jìn)的方法充分挖掘和利用，但必須得到核安全局的批準(zhǔn)；（4）關(guān)注汽輪機(jī)本體以外的CI&BOP系統(tǒng)和部件的分析論證，一般是它們限制了功率提升的幅度，一旦在設(shè)計(jì)階段被忽視，可能需要付出更多的成本來更新或改造。