摘要：目前，電力系統外行業自備電站項目越來越多，針對外系統電廠設計在要求上與系統內電廠或有不同的情況，本文著重以東莞海龍紙業有限公司#5機工程為例，詳述了部分內容的具體設計細節，進而談出了幾點體會。 ——由玖龍紙業工程設計引起的思考 近年來，隨著改革開放的日益深入，國民經濟發展水平不斷提高。經濟發展，電力先行。為使企業滿足發展要求，很多行業紛紛新建或改擴建自備電站，并且，隨著企業規模的增大，電廠機組容量也日趨擴大。 企業自備電站的建設，給電力設計市場帶來機遇。這使得電力工程設計人員有更多的機會與條件同非電力系統行業充分接觸。我院近年陸續承擔了多項涉及煤礦、石化、造紙等系統外行業自備電站新建或改、擴建工程的設計。由于每個行業都有各自特點，對于電廠運行要求不盡相同，如何作好設計工作，是每個設計人員都會面臨的問題，本文結合東莞海龍紙業有限公司#5機工程的一些具體設計情況，談幾點體會。 一、工程簡介 東莞海龍紙業有限公司#5機組是外資獨資企業東莞玖龍紙業有限公司自備電站機組的一部分。規劃容量為3×50MW燃煤脫硫抽汽供熱機組，母管制運行。本期建設一臺，其中公用系統按規劃容量設計。鍋爐為武漢鍋爐廠生產的WGZ280/9.8 -1型高溫高壓、自然循環、燃煤固態排渣爐，全鋼結構，露天布置。輕油點火及助燃，油槍采用機械霧化。汽輪機為南京汽輪機發電機廠生產的C50-8.83/0.648型50MW單抽凝汽式汽輪機，電液調節系統。發電機為南京汽輪機發電機廠生產的 QF-60-2-10.5型空冷60MW汽輪發電機。無刷勵磁系統。鋼球磨中間儲倉式熱風送粉系統，每臺爐配置2臺筒形鋼球磨煤機， 2臺皮帶給煤機， 2臺排粉機及12臺葉輪給粉機。給煤機及給粉機采用變頻調速。平衡通風系統， 每臺爐配送風機2臺， 引風機2臺， 均為離心風機， 空預器為管式。回熱系統配置3臺低壓加熱器，2臺高壓加熱器，1臺除氧器，1臺汽封加熱器。1臺鼓泡除氧器。公用系統配置2臺減溫減壓器。本期工程向同期新建的造紙車間提供0.648MPa、227℃、150t/h的低壓蒸汽；電力自用，不與地方電網連接。 二、具體設計 1． 控制方式的確定 由于本工程規劃容量為3×50MW機組，主汽及給水系統為母管制。根據工程實際，在方案設計階段，與熱機等相關專業配合確定爐、機、電集中控制，控制室采用三機一控的方案。控制室布置在本期機組#5爐和下期機組#6爐之間，經論證布局合理，可行，并據此設計幾種控制室布置方案推薦給業主。但是業主看過后提出：三機一控方式固然合理，但本期工程僅建設1臺，其余2臺機組建設日期尚無定論，從私營企業經營角度來看，不希望為下期犧牲很大的成本與空間，既不產生利潤，又造成資金閑置。因此，寧可待下期工程上馬時重新再建控制室，而堅持采用一機一控的方式。對于我們提出母管制運行方式存在不同機組間機、爐交叉運行的工況，一機一控不利于三臺機組協調控制時。業主認為這可以通過運轉人員在三個控制室之間頻繁地交換信息，增大其勞動強度將此問題解決，另一方面，本期工程爐、機匹配，暫按單元制控制方式運行也可保證機組安全運行。在業主再三堅持下，我們滿足其要求，最終確定控制方式為爐、機、電集中控制，控制室為一機一控。取消電氣主控樓，鍋爐、汽輪機、發電機、除氧給水、減溫減壓、消防水泵、循環水泵等系統集中到一個控制室進行統一監控，便于全廠運行調度管理。集控室位于運轉層B-C框架#4～#6柱之間。電子設備間分為#1及#2兩個。#1電子設備間緊鄰集控室位于#3，4柱之間，所有DCS及相關機柜都布置在此，工程師站設在#1電子設備間內。#2電子設備間位于運轉層兩爐之間處，電源分配柜，熱工配電箱等以及電氣二次的設備布置于此。 2． 控制水平的確定 采用什么樣的控制水平，對電廠的運行及管理起著至關重要的作用，決定著電廠的效率和效益。工程設計，首先應充分聽取和尊重業主的意見，但是不應盲從，我們必須從設計的角度給予綜合考慮和評判，這樣才能設計出令業主滿意的成品。本工程控制水平的最終確定經歷了頗為曲折的過程。 在方案確定階段，業主在會議紀要里明確指出，本工程采用常規儀表盤的控制方式。對此，我們感到大吃一驚。當今，隨著計算機技術的飛速發展，控制理論的成熟和控制方式的更新，DCS無論在安全可靠性還是實用性等方面都有很大提高，隨著DCS在全國各類電廠的成功應用，電廠自動化控制水平有了本質性的提高，DCS分散控制系統已成為電廠設計的首選。以Ⅲ型儀表為主的常規儀表盤的控制方式隨著時代的發展和科技的進步，在現代化新建電廠中已難覓蹤跡，正在被DCS所取代。國內許多早期建造的以常規盤控制為主的電廠都已經或正在進行著DCS改造。玖龍紙業規模龐大，資金雄厚，造紙生產線全部為國外進口先進設備，采用先進的控制方式，但自備電站控制水平如此低，令人不解。本著為業主服務，對業主負責的態度，我們就此問題與業主展開專門討論，將DCS控制從可操作性、可靠性、穩定性及經濟性等方面與儀表盤控制作了比較，明確其優勢及合理性，希望業主聽取意見改變思想。 然而，作為一個方案的提出，業主必然也有其原因，分析如下： ⑴．由于電站只作為紙廠一個提供工業抽汽的輔助車間，相對于整個紙廠的投資僅是一小部分，紙廠上層決策人員對此并未引起足夠的重視，在討論中我們得知：該公司#1～#4機組的控制采用的就是常規儀表盤，對這種控制方式，運行人員非常熟練，加之運行未出現過問題，所以，本臺機組順其自然地采用原有控制水平。 ⑵．由于該企業性質決定了所有員工都是在為老板打工，工作上如有差錯便可能面臨著處罰甚至被解聘的危險。該企業明確規定，無論何時，供汽不能中斷，紙廠的利潤都是以分鐘來計算的。由于電站故障造成生產損失，任何員工都無法承受。運行人員寧可選擇最熟悉的操作方式，確保自己在工作中不出錯，而沒時間理會此種運行方式是否合理與先進。因此，基層具體工作人員為自身利益也極力推薦常規儀表盤。 ⑶．非電力系統行業在自備電站的控制方面，對DCS的了解可能不深，去不同電廠考察DCS運行情況，關心的不是DCS控制系統如何經濟、合理、可控，而是想了解其發生多少事故，停幾次機等等，將其故障情況片面夸大，造成對DCS的可靠性產生懷疑而對其不信任。 另外，培訓運行人員熟練操作DCS需要很長一段時間，脫產學習與該企業用人原則相左；企業必將為此招聘熟練的DCS操作人員替代無用武之地的常規儀表運行人員，造成他們對DCS的抵觸；對DCS控制理論和控制方式的不了解，易產生對常規儀表的依賴，難以對先進生產方式有認同感，工作中害怕出現操作上的失誤而面臨處罰解聘的現實等因素等等都造成具體工作人員對DCS的抵觸。 針對以上業主寧愿放棄DCS而考慮常規儀表控制方式的種種原因。我們與業主進行了深入細致的溝通，從DCS軟硬件配置，電廠運行的安全性、可靠性、易操作性的實例，到DCS投資及控制室布置等方面與常規儀表盤作出比較。經過幾次專題論證，業主終于被我們說服了，并明確表示，#5機工程在控制水平上與前4臺機組相比要有提高。決定對機組控制采用DCS分散控制系統。但同時提出另一要求，為確保運行可靠，在DCS出現死機時，為能維持其正常運行，要增加足夠多的后備手操。對于這項決定，我們同樣堅決反對。既然已經決定整個系統采用DCS控制，就完全沒有必要增加足夠的后備手操，這首先還是對DCS分散控制系統的不信任，害怕DCS系統會出現問題影響生產，仍寄希望于傳統的常規盤控制理論與方式。事實證明，DCS對機組監控覆蓋面日趨完善，而且機組控制室人機界面的設計也已經發生了深刻的變化，常規儀表加硬手操的監控模式已被取消，取而代之的是大屏幕、CRT操作員站加軟手操。 業主提出"保留部分后備手操以備DCS系統失靈時用以維持機組正常運行"的要求，我們經過論證后認為存在以下幾個問題： ⑴．不符合《火力發電廠設計技術規程》（DL 5000-2000）12.9.4條款關于后備手操設置原則，我們只能按該條款設計確保機組緊急安全停機的必要后備手操。 ⑵．控制室面積增大。無后備手操DCS方式設計，50MW機組單元控制室面積需要16×8=128m2；保留部分后備手操的DCS控制方式設計，控制室面積最少需要24×8=192m2，控制室位于B-C框架內，這使得控制室顯得擁擠狹長，不方便運行。另外也給主體專業整體布置帶來不便。 ⑶．工程造價大大提高。 ⑷．安全性沒有保證。由于增設常規儀表，事故點無形中增加。機組需要整體協調控制，只保留部分操作不能保證機組在DCS失控情況下完全安全運行。此時能做的只有安全停機。 ⑸．運行手段混亂，在運行人員習慣了以CRT和鍵盤為中心的操作時，一旦出現DCS故障，緊急情況下，執行常規操作，是否還能得心應手，能夠適應？ 我院認為，根據"大火規"和"二十項反措"規定，當DCS發生故障時，只能通過必備的后備手操來實現緊急停機、停爐，而在此基礎上依靠部分手操實現機組完全正常運行幾乎是不可能的。 雙方各持己見，幾經協商，相互作出讓步。我們最終尊重并同意業主的建議，保留必要的后備手操，確保造紙生產損失最小化。本著這種原則，控制方案最終敲定為：機組采用DCS分散控制系統，汽輪機控制采用DEH數字電液控制系統，機組運行時以CRT和鍵盤為中心，在就地人員的配合下，在控制室內可以實現機組的啟停、正常運行的監視和操作，以及事故狀態下的緊急處理。 為確保DCS在全癱或操作員站死機的情況下，能夠維持機組運行，根據業主要求在后備盤上除了根據"大火規"的規定設置汽包事故放水門、鍋爐安全門、交直流潤滑油泵等后備操作手段外，后備盤上還保留送引風、給粉、主汽、給水等輔機、閥門、擋板的后備操作手段。具體為： ● 甲，乙送風機入口擋板調門M/A操作器； ● 甲，乙引風機入口擋板調門M/A操作器； ● 左右側一級減溫水調門，二級減溫水調門M/A操作器； ● 主給水調門，給水大旁路調門，給水小旁路調門M/A操作器； ● 凝汽器補給水調節門M/A操作器； ● #1，#2高加水位調門M/A操作器； ● 除氧器壓力，水位調門M/A操作器； ● #1，#2減溫減壓器出口壓力，溫度調門M/A操作器； 這些操作器應能旁路控制系統的處理器，并且能使用與控制驅動器裝置相同的電源。切換時雙向無擾。此外，控制盤上還設有熱工信號光字牌、爐膛火焰電視、水位電視及相關的二次儀表等。 除灰系統采用PLC＋CRT控制方式，化學水處理、燃油泵房及除渣控制采用常規儀表。輔助系統設有車間控制室。 經歷業主對機組控制水平的要求由常規儀表盤到DCS加常規儀表盤的幾次變更，以及是否采用大屏幕，大屏幕是一臺機組一個，還是機一個，爐一個；電氣專業后備手操保留數量的數次變更，我們設計了多達11種的集控室布置方案，最終達到了業主的滿意。 3．DCS實現的功能 ● 數據采集系統（DAS） ● 模擬量控制系統（MCS） ● 爐爐膛安全監控系統（FSSS） ● 順序控制系統（SCS） ● 電氣控制系統（ECS） 此外，具有通過與DEH通訊實現DEH操作員站的功能和實現其他控制系統（有數據通信接口）的監控功能。 三、存在的問題 1．吹灰系統，定排系統未進入DCS 業主在確定三大主機及與其簽定技術協議時，確定將吹灰系統，定排系統采用PLC程控方式控制。在DCS功能強大，運行方式先進的現實情況下，將吹灰、定排納入DCS系統實現整體控制是十分合理且經濟的。由于它們單上控制系統，在程控盤上操作，不但手段落后，而且設備投資增大。 2．設備選型過多，設計繁雜 業主在設備選型時，同一類型設備使用多家產品，諸如，電動執行器分別選用Rotork，德國PS系列及國產引進法國Bernard技術等的產品；后備盤上大量不同類型的常規儀表等，這些設備型號過多，給設計安裝及調試運行都增加了復雜性。 3．中標廠家水平良莠不齊 個別廠家甚至沒有涉及過電力系統，沒有電廠設備運行經驗，設計時與他們配合十分困難。 四、幾點體會 通過海龍紙業工程全過程的設計，感受到如下幾點體會，這對以后類似工程的設計我想會有所借鑒。 1．多與業主進行溝通。完成一項工程設計，首先就要與業主進行溝通，多去了解一些他們的思想，尤其是電力系統外行業，對于其特有的工藝要求，運行工況我們無從了解，只有與其充分溝通的情況下，才能了解其行業特點，設計出滿足要求的成品。 2．對隨時出現的變更應有思想準備。由于業主所代表的行業在經營、管理、運行特點上或有不同，隨時有可能出現變更，造成設計人員重新更改原有設計，有的甚至反復修改。這種現象多發生在工程前期工作中。對此，設計人員應充分理解，給予支持。 3．對業主負責，設計精品工程。作為設計院，設計精品工程，對業主負責是我們的職責，我們有責任為他們推薦更好的設計思想和控制理論，讓他們理解、信服。只有這樣，才能實現雙贏。