印尼某燃煤电站水工专业设计经验总结

(安徽省电力设计院有限公司，安徽 合肥 230601)

随着国内火电建设市场的萎缩，越来越多的电力工程、电力勘测、施工、设计单位走出国门，开拓国际市场。我公司于近年先后参与设计、总包了多个海外工程，本文结合我公司近期总包的印尼某电燃煤站项目实例，对涉外火电项目的水工工艺专业设计进行总结和探讨，分享一些设计及总包经验。

1 工程概况

该电站项目位于印度尼西亚南苏拉威西省，距Makassar市南约60 km。该电站规划装机容量为4台100 MW机组，本期工程新建2台100 MW燃煤发电机组，并预留2期扩建场地。

本工程为滨海电厂，循环水采用海水直流供水系统，全厂服务水及生活用水采用海水淡化工艺。

2 外部设计资料

海外项目与国内项目最大的不同就是外部设计资料的获取，该项目当地无水文、气象等实测资料，业主也无法提供详细资料。降雨资料需要到Makassar市气象局预定、购买，且降雨量资料不完整，最大小时降雨量资料在印尼属于国家机密，不对外出售。

另外我公司委托国内某水利科研机构在工程海域进行水文气象资料观测与收集，开展工程附近海域潮流、潮汐、泥沙(底质和含沙量)、水温、盐度等水文项目的现场测量，对气象特征和潮位特征值进行分析和计算。

由于海外项目工程基础资料大多缺乏，所以在实施海外项目时都需要自己去收集。海外项目在搜集外部设计资料上需耗费大量的人力、物力和财力，总包方应在投标前充分考虑由外部资料搜集所产生的费用，并为现场实测预留充足的时间，至少3～6个月。一般来说，所有外部设计资料都必须报外方业主审批方可使用。

3 水工工艺系统设计

根据总包合同的要求，本工程设计完全采用国际通用标准，水工专业主要涉及的标准体系包括：美国国家标准化组织(ANSI)，美国机械工程师协会(ASME)，美国材料与试验协会(ASTM)，美国石油学会(API)，美国自来水厂协会(AWWA)，美国起重机厂商协会(CMAA)，水力学会标准(HIS)，国家消防协会(NFPA)等。另外，饮用水、环保及海水冷却温排水应符合印尼当地的相关标准及法律法规。

3.1 循环水系统设计

本工程循环水系统采用海水直流供水系统，循环水系统主要为凝汽器和闭式水热交换器提供冷却水，2台机组海水取水量为48000 m3/h。

循环水系统工艺流程为：

取水头部—引水管—取水明渠—钢闸门—拦污栅—旋转滤网—循环水泵—循环水管—凝汽器/热交换器—排水管—虹吸井—排水箱涵－排水明渠－排水口。

受场地限制，本工程仅在西南方位有很窄的海岸线，取水口和排水口无法在厂区两侧分开布置，工程具体位置详见图1。

图1 工程位置示意图

由于取排水口距离较近，为防止温排水对工程的影响，该工程取水设施采用引水管+取水明渠相结合的取水型式，以此加大取水头部和排水口的距离，并能够引取深层的低温海水。在漫长的浅滩采用明渠，明渠紧贴码头实体堤布置，利用实体堤作为取水明渠的一侧堤坝，可大大可降低抛石量，减少开挖土方量。在深水区采用引水管加取水头，引水管采用钢核钢筋混凝土管(RCCP)，取水头采用岸上预制，水下装配式。该方案可避免全部采用明渠带来的巨大抛石量或全部采用管道带来的清淤检修困难，降低施工难度，减少水下焊接及混凝土浇筑工程量。

循环水泵房布置在厂区西南侧，采用开敞式取水，进水流道宽3 m，顺水流方向设有平板钢闸门、拦污栅清污机、旋转滤网。循环水泵室内布置，可避免循环水泵及辅助设备免受盐雾、雨水、日照等的影响。每台机组配置两台50%容量的立式循环水泵，单泵流量为3.4 m3/s，采用海水润滑，电机采用空冷。每台循泵出口设一台液控止回蝶阀，直径DN1400。

每台机组循环水压力进排水管采用一根DN1800的钢核钢筋混凝土管(RCCP)，单管流速为2.67 m/s，埋地敷设，管顶覆土约2.5 m。进出汽机房的循环水支管为DN1400，流速为2.21 m/s。

循环水排水构筑物由虹吸井、排水暗涵及排水口组成。排水暗涵采用钢筋混凝土结构，断面尺寸3 m×2 m，流速为2.5 m/s。排水暗涵为大开挖施工，顶部覆土约2 m，出厂区后采用排水明渠，排水口前采用扩散段及底部消能措施，将排水口处水流速度降低至0.5 m/s以下，并在排水口处采用抛石海漫进行底部护砌。

3.2 消防灭火系统设计

该工程EPC合同要求消防系统设计完全采用美国NFPA标准，各系统及主要设备应具备FM或UL认证，主要涉及以下NFPA标准：

NFPA 850 《发电厂和高压变电站的消防安全推荐操作》

NFPA 10 《手提式灭火器标准》

NFPA 11 《低、中、高倍数泡沫灭火系统标准》

NFPA 12 《二氧化碳灭火系统标准》

NFPA 13 《自动喷水灭火系统安装标准》

NFPA 14 《消防管道和消火栓安装标准》

NFPA 15 《固定防火洒水系统标准》

NFPA 20 《固定消防泵安装规范》

NFPA 30 《可燃和易燃液体规程》

NFPA 2001 《洁净气体灭火系统标准》

美国NFPA标准较国标规范来讲，其覆盖的保护范围更广泛，系统设置要求更高，但在保护强度、等级划分、手动系统等要求上不如国标规范系统、详尽。

本工程消防水泵采用电动消防泵为主泵，柴油消防泵为备用泵的方案，消防泵单泵流量为400 m3/h，扬程为105 m，同时设置两台消防稳压泵。室外消防管道在主厂房区域、煤场及油罐区环状布置，在各主要区域布置室外消火栓。在汽机房、锅炉房、煤仓间、转运站、碎煤机室、行政楼、检修楼、仓库等建筑物内设置室内消火栓，并配置水带、水枪。

经过与外方业主多次、反复沟通，最终确定了全厂固定消防灭火系统设置的范围及各保护区的消防系统类型。

与国标规范相比，本工程消防设计的主要差异如下：

(1)消防稳压装置的设置：本工程按照美标NFPA规范仅设置了稳压泵，未设置消防稳压罐。

(2)室外消防管道及室外消火栓：按照NFPA要求在主厂房区域间距不大于91.4 m，在其它偏远区域间距不大于152.4 m的要求进行设计，国标规范相比NPFA在消火栓间距的要求上更为严格。

(3)室内消火栓的布置及选型：美标消火栓分为I、II和III三种不同形式，其中I类系统配置2½ in.(65mm)室内消火栓，仅设栓口，II类系统配置1½ in.(40mm) 消火栓，配水龙带及水枪，III类系统为上述两种系统的联合形式。国标消火栓有DN65、DN50及DN25三个规格，DN25的水喉不能单独使用，DN50的消火栓基本不用。经过与外方业主的沟通，本工程采用国标DN65的消火栓，并配25 m的消防水带及水枪。消火栓布置上，NFPA要求I类系统消火栓在未设置自动喷水的楼层间距不大于45.7 m，在设有自动喷水的楼层不大于61 m，II类系统消火栓的布置间距不大于39.7 m。国标规范规定，一般消火栓按2只充实水柱同时达到设计的建筑物，消火栓的布置间距不应大于30 m。本工程所有室内消火栓均按照国标进行布置设计。

(4)自动喷水及水喷雾系统：NFPA和国标规范所要求保护的区域有一定区别，国标一般仅在单台机组容量超过300 MW时，才需在封闭式输煤栈桥及煤仓间设置自动喷水，且转运站、碎煤机室均不需设置自动喷水。美标及EPC合同均要求在转运站、碎煤机室、输煤皮带及煤仓间设置自动喷水系统，且没有机组大小之分；NFPA要求在汽机房运转层下所有区域均设置自动喷水系统，EPC合同中未明确要求，由于汽机房内管道和设备较多，结构复杂，难以实现，最终仅在油系统设备及管道上设置了水喷雾系统。NFPA规范中自动喷水及水喷雾系统覆盖范围较国标更为广泛。

图2 取排水构筑物平面图

NFPA所要求的设计喷水强度、作用面积等与国标也有一定的差异。国标中输煤系统自动喷水系统按照中Ⅱ火灾危险等级进行设计，喷水强度为8 L/min· m2，作用面积为160 m2。NFPA规定喷水强度为10.2 L/min·m2，作用面积转运站、碎煤机室为232 m2，输煤皮带为186 m2。变压器水喷雾，国标要求本体喷水强度为20 L/min·m2，油坑6 L/min·m2，NFPA要求本体喷水强度为 10.2 L/min·m2，油坑 6.1 L/min·m2。在设计中，应特别注意各保护区的喷水强度和作用面积的差异。

(5)油罐区域泡沫消防系统：本工程油罐区设有2座500 m3油罐，油品为柴油，闪点50℃，油罐为地面立式固定顶油罐，单罐直径9.0 m，高度约为9.15 m。根据NFPA要求采用固定式低倍数泡沫灭火系统，液上泡沫喷射强度为4.1 L/min·m2，连续供给时间不小于30 min，设两只PQ4型泡沫枪，连续供给时间不小于20 min。NFPA所规定的喷射强度及连续供给时间均小于国标《泡沫灭火系统设计规范》中规定的喷射强度(5 L/min·m2)及连续供给时间(45 min)。

(6)气体灭火系统：在低压二氧化碳及洁净气体灭火系统的配置和压力等方面，NFPA与国标基本一致。本工程采用一套组合分配式MX541气体灭火系统，国标中规定一套组合分配式气体灭火系统所保护的防护区不能超过8个，NFPA则没有这方面的要求。另外，洁净气体灭火介质的种类较多，应根据当地的灭火介质供应情况，选择适当的灭火介质。

3.3 海水预处理系统

本工程所需淡水用量为40 m3/h，均来自海水淡化，共需海水原水约120 m3/h。本工程海水预处理站包括以下设施：

(1) 2×150 m3/h钢制一体化海水絮凝反应沉淀池，一用一备，采用碳钢钢板焊接组装并内衬5mm厚玻璃钢。

(2) 2×150 m3钢筋混凝土海水原水池，用于储存处理后的海水。

(3) 1×100 m3钢筋混凝土一级反渗透浓水池，收集来自海水淡化车间的一级反渗透浓水，用做制氯原水。

(4) 1×100 m3不锈钢生活水箱，生活水来自海水淡化车间经过矿化处理后的一级反渗透产水。

(5)综合泵房及加药间，内设化学水泵、化学反洗水泵、制氯原水泵、服务水泵、生活水泵及混凝剂加药设备一套。

本工程海域海水悬浮物较少，浊度较低，故本工程未设置滤池，仅设反应沉淀池即可满足化学原水水质要求。另外，全厂储水及水处理设备尽量采用箱罐，这样可降低现场混凝土工程量，箱罐在工厂内提前生产，可加快工程施工进度。

4 经验总结

4.1 取排水方案的选择

海水直流系统取排水方案的选择应根据工程的具体情况通过技术经济比较确定。有条件的尽量采用明渠取水方式，这样有利于进水渠道的清淤和检修，减少海生生物对取水构筑物的影响，也大大降低防腐工程费用。

4.2 设备、管道材质选择及防腐

设备、管道材质选择及防腐对滨海电厂来讲尤为重要，盐雾、海水及土壤对设备及管道等均会产生非常严重的腐蚀。本工程在设备选型、管道材质选择上主要采取以下措施来应对腐蚀：

(1)根据EPC合同要求，循环水泵主要材质选用ASTM－A743 CN7M双相不锈钢，相当于国标022Cr22Ni5Mo3N，该材质在国内很少有海水循环水泵的应用实例，且国内大部分钢铁厂均不生产该材质。经过与印尼方业主多次沟通及谈判，终于说服业主方将循泵材质更改为国内常用的2205双相不锈钢材质。该材质应用实例较多，耐腐蚀性能、机械性能均高于CN7M，国内价格约为进口CN7M的1/3。有些材料的选取要多于业主方沟通，尽量采用国内的材料代替进口的材料，这样可以大大节约工程造价。

(2)取水管及循环水管采用法国BONNA公司生产的钢核钢筋混凝土管(RCCP)，可有效避免海水腐蚀。海外工程海水直流电厂的循环水管管材选取要根据当地的生产条件来确定，钢筋混凝土管耐海水腐蚀效果好，但若本地不生产，靠从国外进口，则运输成本太大，不经济。

(3)钢闸门、拦污栅、旋转滤网在水下部分均采用2205双相不锈钢，清污机及旋转滤网机头框架及罩壳均采用316L材质，仅在设备检修时使用的平板钢闸门采用Q235B。

(4)输送海水介质的水泵，包括海水原水泵、旋转滤网冲洗水泵、化学原水泵、化学反洗水泵、制氯原水泵等与海水直接接触的部件均采用2205双相不锈钢材质。

(5)输送海水的管道采用钢丝网聚乙烯复合管(SRTP)，输送淡水的管道均采用无缝钢管，埋地钢管及管件外壁采用五油四布特加强级防腐。

(6)室外露天的螺栓、螺母等紧固件均采用316L不锈钢材质。

4.3 模型试验的重要性

本工程针对取排水构筑物、循泵房进水流道、电厂温排水等进行了大量的数学及物理模型试验，用以验证取排水构筑物布置的合理性、电厂温排水对机组的影响。本工程实施了以下模型试验：

(1)波浪数学模型试验。

(2)潮流温排放泥沙数学模型试验。

(3)潮流温排水物理模型试验。

(4)波浪断面物理模型试验。

(5)循环水泵房进水流道模型试验。

模型试验不仅可以验证取排水系统设计上的合理性，也可及时发现问题，对取排水系统方案进行调整。比如，根据潮流温排水物理模型试验结论，我们延长了取水管，将取水头部放置到平均温升仅有0.5℃的深海区域。模型试验的实施有利于设计方案及施工图顺利通过外方业主的审查。

循环水排水温升应根据合同及当地环保的要求来确定，比如该工程要求取排水温升不能大于7℃，我们就以此计算循环水的冷却倍率。

海工工程投资较大，风险也较大，有时海洋资料的勘测周期较短，难以代表全年最不利的工况，取水工程设计时要尽量保守些，留够裕量，以免引来麻烦甚至是巨额索赔。

4.4 注重EPC合同以及与业主工程师的沟通

EPC合同技术文件是总包方和设计单位的指导性文件，设计人员应全面了解EPC合同中所规定的标准体系、系统设计技术要求，更应该全面分析合同中与国内设计上存在的偏差。对于难以实现和执行的设计偏差，设计人员应在投标之前及时发现并提与外方协调解决。设计人员应注重国外标准的学习，尽快熟悉相关标准，总结与国内标准的异同，在业主工程师进行图纸审查时以获得主动。

由于所有的设计成品包括图纸、计算书、厂家资料等必须经过业主工程师的批准后方可施工，故与业主工程师保持良好的沟通非常重要。沟通中要注重EPC合同及所采用的标准，注重各种细节，保持足够的耐心，在回答疑问前要经过深思熟虑，确定无误后再答复，以获得业主工程师的信任。