核电站常规岛采购模式与机组性能保证问题

郭建林 （岭东核电公司，广东深圳，518124）
摘 要 着重论述核电站常规岛设备采购模式与汽轮发电机组热力性能保证值的关系，介绍了不同采购模式下汽轮发电机组性能保证条件、考核试验方法、采购包划分与技术谈判中须考虑的问题。
关键词 采购模式 性能保证
Abstract： This paper focuses on discussing the relations between the equipment procurement patterns and thermal performance guarantee of conventional island in nuclear power plants, and presents the turbine-generator contract performance guarantee conditions, validating test method and some points which should be seriously considered during procurement package processing and technical negotiation with suppliers under the two different procurement patterns.
Key words： Procurement pattern Performance guarantee 　　大型核电站常规岛设备是按岛采购还是按部件采购，具体要看国内自主设计能力以及业主自身管理水平和采购控制能力。所谓按部件采购就是汽轮机（包括进汽阀）、汽水分离再热器、发电机、冷凝器、回热加热器以及热力系统中的泵阀管道等设备分别招标采购的模式。无论采用哪种采购模式，汽轮发电机组热力性能一般都是以机组热耗率和出力的形式来保证的。然而，采购模式不同，机组热耗率和出力的物理含义和合同保证性质有着本质的区别，而合同中性能保证条件和工程后期相应的性能保证值考核试验以及计算方法也大不相同。从理论上弄清这些差别对于指导评标定标、合同谈判、工程设计中测点安排、仪器仪表选用以及考核试验准备是十分重要的。
1 不同采购模式下汽轮机组热力性能保证的实质
　　蒸汽动力循环中汽轮机组热力学性能一般通过机组热耗率来衡量，有时也用汽耗率或循环效率表示。根据热力学原理，汽轮机组热耗率除与热端（反应堆蒸汽与给水）参数、冷端（环境温度）参数和汽轮机本身性能有关外，还与循环系统中的发电机、汽水分离器、冷凝器、给水回热加热器、给水泵机组性能以及原则性热力循环系统中的管道压损有关。如果按岛采购，即系统中所有热力设备为一个合同包，此时合同中的汽轮机组性能保证值是对原则性热力系统中全部热力设备性能的综合保证，保证值的边界条件是蒸汽动力循环的冷、热端参数和影响发电机性能的电气参数。如果按部件采购，汽轮机供应商投标书中的汽轮机组热耗率和出力的保证值虽然也是原则性热力系统中全部热力设备性能的综合指标，但在合同意义上其保证性能仅仅针对汽轮机本身，因此按部件采购模式下汽轮机组保证值的边界条件除按岛采购中的冷、热端参数和电气参数外，还必须增加循环系统中各个辅助热力设备与管道的性能参数。此时汽轮机组热力性能保证的实质是汽轮机本身的相对内效率和出力。按部件采购模式下汽轮机供应商之所以用机组热耗率而不用汽轮机相对内效率来保证汽轮机本身热力性能的原因主要是相对内效率仅能反映汽轮机通流部分设计水平，而热耗率和出力的组合指标既能反映汽轮机本体设计水平，又能反映电站总体设计水平。另外无法现场直接测量汽轮机相对内效率也是一个因素。因为核电站汽轮机高压缸和低压缸末级工作在极不均匀的汽水两相区，而末级不均匀汽水两相区蒸汽湿度测量是个难题，因而汽轮机低压缸排汽状态和相对内效率也就不易确定。
2 不同采购模式下汽轮机组性能保证的主要条件
2.1 按岛采购模式
　　在按岛采购模式下，汽轮机组热力性能保证值的边界条件主要是热力循环系统的边界参数：
　　主蒸汽压力；
　　主蒸汽湿度；
　　循环水流量与温度；
　　发电机功率因数和电网周波；
　 发电机氢气纯度和压力（对氢冷发电机而言）。
　　工程后期汽轮机组考核试验时，如果以上参数偏离常规岛供应合同中规定数值时，则需按供应商事先提供的修正曲线对试验热耗率进行修正，然后才能与保证值对比，以检验机组是否得到合同保证性能。
2.2 按部件采购模式
　　在按部件采购模式下，汽轮机组热力性能保证条件分为两类：第一类为系统保证条件，第二类为与按岛采购模式一样的参数保证条件。系统保证条件主要包括：
　　 汽水分离器出口蒸汽湿度；
　　 再热器端差；
　　 汽水分离再热器压降；
　　 各级抽汽管道压损；
　　 各面式加热器的抽汽端差（上端差）；
　　 各面式加热器的疏水端差（下端差）；
　　 主给水泵与凝结水泵焓升；
　　 汽动泵组汽耗量；
　　 冷凝器热阱凝结水过冷度；
　　 与合同规定热力循环不符的系统结构修正（如某一加热器被隔离、试验时系统排污和补给水等）；
　　 系统不明泄漏；
　　 系统中容器（如除氧器、冷凝器、蒸汽发生器）水位变化。 　　工程后期考核试验时，如果系统和参数均偏离合同规定状态，首先要将热耗率试验结果对系统进行修正（第一类修正），然后再对参数进行修正（第二类修正），修正后的热耗值才能直接与合同保证值对比。
3 不同采购模式下性能保证值考核试验与修正方法
3.1 按岛采购模式
　　按岛采购的情况下，汽轮机组性能保证值是对全部热力设备性能的综合保证，它反映了在规定条件下汽轮机及其辅助热力设备的整体性能。考核试验的原理、方法和手段比较简单，需测量的参数主要有给水流量、压力和温度、主蒸汽压力和湿度、发电机功率等。试验结果的修正是按供应商提供的一组参数修正曲线将实测热耗从试验状态参数修正到保证状态参数。因此在合同谈判过程中须对修正曲线的正确性进行核实并最终在合同中确认。大亚湾与岭澳核电站均采用了此种模式与相应的考核试验方法。
3.2 按部件采购模式
　　按部件采购的情况下，汽轮机组热耗反映的是在规定参数和规定辅助热力设备性能条件下汽轮机及其辅助热力设备的整体性能。与按岛采购模式相比，汽轮机组热力性能保证边界的变化使得性能保证值考核试验与修正方法具有以下特点：
　 （1）为了对系统状态、结构和辅助热力设备的性能进行修正，工程设计阶段需安排的测点数量将大大增加。
　 （2）在进行参数修正之前必须先进行系统修正，即第一类修正。与参数修正不同，供应商不提供具体的辅助设备性能修正曲线，而是在试验数据的基础上通过回热系统热平衡计算来完成。 　（3）由于第一类修正过程需对回热系统进行热平衡计算，因此处于两相区的各级回热抽汽焓值须由蒸汽湿度参数确定。
　 （4）与主蒸汽湿度测量相比，抽汽湿度的测量难度更大。尽管国外有关标准推荐使用放射性示踪技术测量汽轮机抽汽湿度，但这一技术至今在国内还没有工程实践。
　　按部件采购模式下的性能保证考核试验修正计算的简要步骤为：
　 （1）用试验数据对各级加热器进行热平衡计算并求出各级抽汽量。
　 （2）围绕汽轮机本体进行能量平衡计算，并求出汽轮机低压缸的排汽总焓（图1中的点6）。汽轮机轴功率由电功率、电机效率和轴承损失求出。
　 （3）根据汽轮机供应商提供的排汽损失曲线计算汽轮机低压缸膨胀线终点焓（图1中的点5）。
　 （4）由于第一级抽汽处于汽水两相区（图1中的点4），抽汽焓不能由压力和温度确定。同时该级加热器往往布置在冷凝器喉部，抽汽管道短而粗，且很少有弯头存在，所以也不适合应用放射性示踪技术确定抽汽湿度或焓值。因此在进行上述计算前须先假设第一级抽汽焓值。然后利用膨胀线与抽汽点之间的数学关系进行迭代计算，最终确定第一级抽汽参数、膨胀线终点焓和低压缸排汽总焓。 　 （5）以实测的汽轮机抽汽口参数为基准，人为将合同中的系统保证条件施加到热力循环系统中，再造一组系统热平衡数据，并计算系统修正后的各级回热抽汽量。
　 （6）利用修正后的低压缸排汽总焓，再次围绕汽轮机本体进行能量平衡，反向计算系统修正后汽轮机的轴功率、热耗率以及发电机电功率。
　 （7）对热耗和功率实施第二类修正。
　　在对系统不确定度进行估计的基础上，第二类修正后的热耗率和功率值可直接与合同保证值对比。充分理解按部件采购时汽轮机组性能考核试验与修正原理，对于采购过程中综合判断主辅设备性能，分析辅助设备性能对机组整体性能的影响，部署工程后期考核试验具有一定的指导意义。
4 设备采购包划分须考虑的问题
　　自主设计按部件采购的主要目的是为了降低工程造价，但采购包的划分并非越细越好，应综合考虑业主管理成本、供应商产品优势以及设备与设备之间的性能关系和责任界定等问题。
4.1 关于发电机与汽轮机
　　发电机与汽轮机同处在一根轴系，关系密切。在国外一般由同一家工厂或公司设计制造。在国内除个别情况外，大型汽轮机和发电机由不同工厂设计制造。然而，从轴系振动性能和机组热力性能保证角度出发，两者宜整体采购，整体性能保证，主要原因有： 　 （1）轴系稳定性需由一家计算，整体保证；
　 （2）发电机轴承润滑油一般由汽轮机主油泵供应；
　 （3）汽轮机输出功率不能直接测量，只能通过发电机输出功率扣除发电机自身损失后间接得出，而现场实测大型发电机效率几乎是不现实的。如果两者分开招标采购，性能分别保证，汽轮机供应商必须认可电机供应商厂内型式试验结果。
4.2 汽水分离再热器与汽轮机
　　汽水分离再热器在工艺上介于汽轮机高、低压缸之间，其分离和再热效果直接影响到汽轮机低压缸性能。在汽轮机热力设计和优化过程中，汽水分离再热器的性能参数是必不可少的。尽管在理论上可以通过现场实测汽水分离器出口湿度和再热器压降、端差来对主汽轮机性能进行修正，但实施起来是非常困难的，成本也是昂贵的，尤其是对具有两级再热的汽水分离再热器，现场实测抽汽再热器端差在工程上几乎是不可能的。因此从汽水分离再热器性能和汽轮机性能相互影响、界定难度和界定成本的观点出发，将汽水分离再热器放到汽轮发电机组采购包中是非常必要的。
4.3 冷凝器与汽轮机
　　冷凝器是热力循环系统的冷端设备，其性能对汽轮机组热耗率和出力的影响可以用试验的方法予以修正。因此是否将冷凝器放入汽轮发电机采购包，完全取决于供应商的产品优势。如果分开招标采购，则合同中汽轮机组热力性能保证条件应为冷凝器压力，在部署汽轮机组热力性能考核试验时应考虑按照汽轮机排汽面积的大小布置充足的冷凝器压力测量网笼探头。如果将冷凝器放在汽轮发电机采购包内，则合同中汽轮机组热力性能保证条件应为循环冷却水温度和流量。部署汽轮机组热力性能考核试验时应考虑在循环水热段布置足够的温度套管（百万千瓦机组约20~30个）以便通过冷凝器热平衡获得循环水流量（也可设置超声波流量计或使用示踪技术）。
4.4 汽动给水泵机组
　　给水泵驱动汽轮机尽管可由主汽轮机供应商提供，但建议不能因此而将给水泵驱动汽轮机放到主汽轮机采购包中。从设备性能关系和简化责任界定角度看，由给水泵供应商自行采购技术成熟的驱动汽轮机比较合适。泵组对汽轮机组性能的影响可通过给水泵实际焓升和泵组的实际汽耗量分别进行修正。
5 自主设计采购过程中应落实的问题
　　主要设备的性能保证指标往往是评标定标的重要依据，而保证指标的考核验收试验技术要求高，事先必须做好精心准备。有些工作须在合同谈判和工程设计阶段加以落实，否则会造成考核试验无法实施或无法完整实施。为此笔者有如下建议：
　 （1）合同中除对设备功能进行描述外，必须有设备性能保证的详细条款及违约责任，同时还必须明确性能保证值考核验收所遵循的规范。规范等级的选择应权衡利益和成本。
　 （2）供应合同中应明确性能保证值考核试验的实施方和考核试验所需设备的提供方，尤其是核岛与常规岛共用的主给水流量测量装置。该装置无论由谁提供，其检定技术要求都必须得到业主、核岛NSSS和常规岛T/G供应商的认可。
　 （3）设备保证性能考核试验所需测点大部分处在设计院施工图范围。按照国内习惯，如无特别提醒，设计院在施工设计时一般不会专门考虑这部分测点。因此在总体设计阶段须在业主、供应商和设计院之间设置一系列"性能考核试验测点清单和位置要求"协调接口，保证考核试验所需测点都能落实到设计院施工图中。
　 （4）必要时业主须聘请设备性能考核试验专业咨询机构，尽可能在工程开始阶段介入并策划相关事宜。
　 （5）在接口交换过程中业主应审查和综合各设备供应商提出的考核试验测点要求，力求将测点数量控制到最少程度。
6 结束语
　　常规岛采购模式或采购包划分不同，汽轮机组合同性能保证条件和保证性质以及机组投用后性能考核试验方法也将大不相同。考虑到汽轮机组性能考核试验专业性强，国内在核电站汽轮机组性能试验方面经验积累不足等因素，在主要设备采购阶段业主安排或不定期聘请考核试验专业机构尽早介入相关工作，为评标定标、合同谈判提供决策咨询；为合同签订后把考核试验准备工作落实到施工设计中提供技术指导；为工程后期的机组考核试验提供技术服务，从而尽可能避免由于单方面主导或业主方介入不深而使考核试验流于形式，进而丧失业主方可能应有的索赔权利。

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