宁海电厂二期总平面布置精细化设计.doc

宁海电厂二期总平面布置精细化设计
龙剑锋，周明清
（西南电力设计院，四川 成都 610021）
摘 要: 为优化宁海电厂二期工程总平面布置，节省投资，实现设计创优，通过多方案技术经济比较，在充足挖掘和运用厂址外部资源及既有设施；近、远期结合，控制投资；集约化布置，节省用地；点面结合，精细化设计优化基础上确定经济合理电厂总平面布置方案。在精细化设计优化方面所做工作、获得成效和经验，可供大型火力发电厂尤其是扩建工程总平面布置优化设计参照。
关键词：总平面布置；规划；集约化；精细化；设计
Optimization of general layout by elaborate design for Ninghai Power Plant Phase Ⅱ
LONG Jian-feng, ZHOU Ming-qing
（Southwest Electric Power Design Institute, Chengdu 610021, China）
Abstract: In order to create excellent general layout for Ninghai Power Plant PhaseⅡ and saving investment, by technical and economic comparisons among different schemes, the optimum general layout had been confirmed finally based on full development and utilization of the external resources and existing facilities of the plant site, combination of the short-term and long-term for cost control; mass-compact arrangement for land save; combination of the partial and overall for elaborate optimization. The elaborate optimization work process, results and experience are worthy of reference for general layout of large-scale fossil fuel power plants especially extension projects.
Key words: general layout; rational planning; mass-compact arrangement; elaborate optimization.
0 引言
浙江国华宁海电厂二期2´1000MW扩建工程是西南电力设计院第1个1000MW等级机组设计项目，为实现设计创优，发明总平面布置精品目，从设计投标开始到施工图设计，西南电力设计院广泛吸取业主、审查、征询、监理、施工方面意见和提议，以及其他工程经验，对总平面布置进行了全面充足、深入细致方案比较和设计优化。
在总体规划上，充足运用厂址资源，合理考虑机组容量和电厂规模，近远期结合，既考虑节省初期投资，最大程度地发挥投资效益，又合理考虑电厂发展和改造，预留必要条件，使本期工程在后期扩建与前期协调上到达高度协调与统一。在厂区总平面布置上，经多方案优化比选，有效运用厂址多种有利条件，布置紧凑、用地节省，分区明确、经济合理；厂区、厂前行政管理区与周围环境协调，为本期施工和后期扩建发明以便条件。竖向布置充足运用既有防洪围堤，选择经济合理防排洪措施和场地设计标高，有效控制土石方量和节省地基处理工程费；排水系统选择因地制宜，保证厂区排水畅通；工艺流程合理，运行管理以便。建（构）筑物群体在平面和空间互相协调，重点突出，主次分明，友好美观。
1 厂区总平面布置
1.1 布置格局
布置格局优化是厂区总平面布置优化重点。就本工程而言，重要是根据厂址条件、工艺条件，按规划容量近、远期结合，对厂区场地运用、主厂房、配电装置、冷却塔、圆形煤场等也许位置选择进行分析，然后在此基础上进行布置格局组合、筛选，再对筛选出有代表性多种组合布置格局进行综合技术经济比较，从而确定最经济合理总平面布置格局。该阶段优化过程可简朴归纳为：影响总平面布置方案原因及布置选择分析—布置格局组合、筛选—组合格局技术经济比较—确定格局。
1.1.1 影响总平面布置方案原因及布置选择
(1) 厂区布置场地选择。二期工程建设场地由于受已建防洪围堤、初期灰场、一期厂前区限制，厂区布置场地只有充足运用已建2一遇原则防洪围堤和经回填处理一期施工场地，才能防止新建防洪设施和占用灰场用地，才能减少土方和地基处理工程量，从而有效节省工程投资。
(2) 主厂房朝向选择。由于受一期总平面布置、出线方向、输煤系统引接方位、场地条件和地质条件限制，二期主厂房朝向选择是唯一，即与一期一致，主厂房固定端朝西北，汽机房朝西南，扩建端朝东南。
(3) 主厂房位置选择。一、二期工程机组容量不一样样，主厂房层高和跨度也不一样样，并且按工程进度，二期工程施工和一期工程安装存在一定期期交叉，因此，一、二期主厂房需脱开布置，即以一期扩建端道路为界，二期主厂房布置在该道路东侧。脱开距离需根据输煤系统合理布置、一期施工需要、管廊布置、以及道路和厂房间协调、主厂房扩建端围堤等关系确定。二期汽机房A排柱与一期A排柱位置关系则需根据冷却塔和圆形煤场布置选择确定。
(4) 500kV GIS位置选择。主厂房朝向、已规划出线走廊及场地条件决定了本工程500kV GIS按常规布置在汽机房A排柱外，其详细位置以本期进出线顺畅，满足再扩建2×1000MW机组时500kV GIS持续扩建进出线条件规定，并尽量减少出线对厂前区影响为原则确定。
(5) 圆形煤场布置选择。圆形煤场布置有5种选择。一是运用一期按布置2个圆形煤场预留场地（即“L”场地向一期凸出部分）布置在厂内炉后区固定端，2个煤场中心与主厂房纵轴垂直；二是运用魏家屿山包布置在厂内炉后区，2个煤场中心与主厂房纵轴垂直；三是布置在厂内炉后区临海侧，2个煤场中心与主厂房纵轴平行；四是布置在厂外码头附近全挖方区。五是布置在厂外码头附近半挖半填区。
(6) 冷却塔布置选择。冷却塔布置有4种选择。一是布置在炉后区，2个冷却塔中心与主厂房纵轴垂直；二是布置在厂内炉后区，2个冷却塔中心与主厂房纵轴平行；三是布置在汽机房A排柱外，2个冷却塔中心与主厂房纵轴靠近垂直；四是布置在汽机房A排柱外，2个冷却塔中心与主厂房纵轴平行。
1.1.2 方案组合及比选
从上述分析发现，厂区总平面布置格局变化重要是由冷却塔和圆形煤场布置变化而形成。按照冷却塔和圆形煤场布置不一样选择，对多种组合格局进行分析，筛选出7种有代表性总平面布置格局进行综合技术经济比较，最终确定二期工程总平面布置格局为：厂区固定端朝西，由西向东扩建；一、二期主厂房A列对齐，汽机房脱开55.5m；从南向北依次布置500kV GIS、主厂房及脱硫装置区、冷却塔及圆形煤场区；海水冷却塔位于炉后，冷却塔轴线与主厂房纵线垂直；两座120m直径圆形煤场位于冷却塔西侧，从固定端上煤。
通过详尽、全面、深入技术经济比较后确定厂区总平面布置格局，从总体上保证了方案经济合理，为节省工程投资打下了良好基础，得到了业主、审查、征询等单位充足肯定。图1为电厂一期4×600MW、二期2×1000MW工程鸟瞰图。

图1 一、二期工程鸟瞰图
Fig.1 Airscape of PhaseⅠ& Ⅱ
1.2 方案精细化设计
在厂区总平面布置格局确定后，业主多次组织了对总平面布置方案进行深入优化讨论、评审。根据各方面提议、意见，并结合工艺和建筑方案优化，逐渐深入地对总平面布置方案进行了细部调整、优化。
1.2.1 一、二期主厂房脱开距离优化
以尽量紧凑布置为原则，充足考虑输煤系统顺直、一期施工需要、管廊布置、道路和厂房间协调、以及主厂房尽量远离扩建端围堤等条件，确定一、二期主厂房脱开距离55.5m（见图2）。
图2 一、二期主厂房脱开距离
Fig.2 Distance between Main Buildings of PhaseⅠ& Ⅱ
1.2.2 500kV GIS布置优化
充足考虑扩建条件，以进出线顺畅，并尽量减少出线对厂前区影响为原则，对500kV GIS布置进行优化，比初设方案减少了2个500kV GIS出线构架，节省投资约80万元。
1.2.3 炉后设施与主厂房之间距离优化
主机设备招标后，结合主厂房等工艺系统优化，将布置在炉后脱硫设施、冷却塔、海水净水站、循环水泵房等向主厂房方向调整，压缩了距离19.5m，使布置愈加紧凑，缩短了循环水管、补给水管等管线长度，节省了用地。仅循环水管节省材料费和建安费就约195万元。
1.2.4 电除尘器电控楼布置优化
将初设阶段布置在脱硫装置固定端、与除灰空压机房合并布置电除尘器电控楼优化调整到两炉之间与集控楼合并布置，缩短了电气部分控制电缆3km，减小了电除尘器电控楼和除灰空压机房所构成联合建筑体量，处理了除灰空压机房与输煤栈桥之间防火间距问题。
1.2.5 冷却塔间距优化
根据专业规范及工程实践状况，冷却塔间距采用0.5D和0.45D均是可行。对于本工程，两者相比，采用0.45D时（D＝143.5m），可压缩冷却塔间距0.05D即7.1m，可缩短循环水管长度14.2m，缩短循环水进水沟7.1m，节省循环水管投资43.31万元，同步还可减少用地1580m2。但由于本工程采用目前国内最大13000m2冷却塔，又地处海边，受台风影响，风荷载大，冷却塔周围又布置有圆形煤场、脱硫吸取塔等大体量建筑，因此，采用0.45D时，塔体构造设计需要考虑塔群影响。为了确定影响程度，需要增长风洞试验组数，增长试验费用约30万元；按加大风压系数计算，筒壁厚度增大，增长砼约1470m3，对应增长投资约388万元，不小于压缩塔距节省循环水管沟投资；另首先冷却塔间距越小，塔群影响就越大，对冷却塔进风效果影响就越大，对冷却塔安全影响也越大。根据冷却塔风洞试验结论，并考虑三期工程冷却塔布置也许与二期冷却塔形成塔群，通过业主组织讨论、评审，最终确定冷却塔间距为0.5D。
1.2.6 冷却塔与脱硫装置间距优化
本工程脱硫装置布置较为紧凑，常规600MW机组脱硫场地宽度（即烟道中心距脱硫装置区主干道内侧距离）约80m，本工程仅59.1m。考虑脱硫装置施工条件、地下管线布置、防止预留石膏输送栈桥受冷却塔漂滴影响等原因，确定冷却塔与脱硫装置区主干道边距离为13.4m。
2 集约化布置
集约化布置是实现紧凑布置、节省占地、节省工程投资有效措施。二期工程总平面布置通过集约化在充足运用厂址资源和已建设施、减少建、构筑物等方面获得了明显成效。如二期工程建设场地完全运用一期工程征地范围内通过排水固结处理施工场地，且不需新建防洪设施，大大节省了征地、土石方和地基处理、以及新建围堤、排洪沟等防洪设施投资。淡水取水及处理、工业废水处理、锅炉补给水处理、制氢站、启动蒸汽、检修维护车间、点火油罐、输煤系统控制等设施一、二期结合集中布置，一次建成，集约化规模到达了4×600MW＋2×1000MW容量，大大节省了工程用地和投资。卸煤码头按4×600MW＋2×1000MW容量、一、二期工程运煤系统互相支援考虑集中运用岸线布置，节省了岸线和航道资源。
2.1充足运用一期工程已建设施
二期工程新建重要工艺设施仅有主厂房、配电装置、脱硫、脱硝系统、输煤系统、除灰渣系统、循环水系统；新建辅助、附属设施仅有生产检修综合楼、集控楼、脱硫电控楼、点火油泵房、推煤机库、雨水排水泵房、材料库、值班公寓等。淡水取水及处理、工业废水处理、锅炉补给水处理、生活污水处理、制氢站、启动蒸汽、检修维护车间、点火油罐、输煤系统控制等都充足运用了一期已建设施，大大节省了厂区用地和工程投资。
2.2充足运用一期工程空地和预留场地
点火油泵房运用一期空地就地扩建；圆形煤场、运煤码头、码头至厂区输煤栈桥运用一期预留场地布置。值班公寓、食堂等附属设施充足运用一期，本期在充足运用一期基础上，考虑施工需求和二期人员增长对办公和值班公寓实际增长需求，仅增设了生产检修综合楼和值班公寓，值班公寓运用一期厂前区空地布置。
2.3采用集约化工艺
圆形煤场：仍采用封闭式圆形煤场，占地面积约4.05hm2，比对应一般斗轮堆取料机煤场节省占地约3.15hm2。配电装置：仍采用500kVGIS屋内式配电装置，占地面积（包括装置和进出线占地）比常规敞开式配电装置节省约40%。
2.4联合与合并布置
杂用（仪用）空压机、凝结水精处理装置布置在汽机房内；柴油发电机房、电除尘器电控室与集控楼合并布置在两炉之间；除灰水泵房与气化风机房、除灰配电间合并布置；全厂控制集中，输煤系统控制与一期合并；输煤系统电气设备与输煤转运站合并布置；脱硫废水处理车间和石膏脱水车间合并布置。
2.5重叠布置
高效浓缩机底浆输送设备布置在浓缩机底部；运用综合管架下空间布置管道。厂区采用综合管架，多层布置；固定端管架运用输煤栈桥下空间布置，除尘器区管架运用除尘器和引风机支架间空间布置。
3 厂区竖向布置
3.1合理设计防洪标高
二期工程场地西、北、东三面在一期工程建设时已形成了满足原则可靠防洪设施。二期500kV GIS布置在厂区南面，突破了既有围堤保护范围，该区域场地标高在3.2~4.3m，面积约2.62hm2。根据“大火规”及“总规”规定，厂区场地设计标高应不低于2一遇高潮位6.30m，否则应修建防洪原则为2一遇围堤。故该区域场地标高有2种选择，一种是场地标高与厂前区一致取4.5m，并新建长470m、顶标高8.2m2一遇防洪原则围堤；另一种是场地标高取6.3m，不建围堤。通过比较，在经济上，标高取4.5m，新建围堤费用约493.5万元；标高取6.3m，场地处理费用约19.65万元。在技术上，场地标高取4.5m，比相邻一期厂区场地低约2m，且围堤顶标高有8.2m，比周围场地都高，场地衔接和道路连接不顺畅、场地排水困难。因此，该区域场地标高确定为 6.3m即2一遇设计高潮位，并在该区围墙下部设500mm高防浪墙基。不仅可节省投资473.85万元，并且厂区场地衔接、道路连接、以及场地排水也较合理顺畅。
根据初设审查和征询单位意见，对于主厂房、冷却塔区场地标高优化，设计选择了两种有代表性标高进行比较。一种是与一期一致，即场地标高取6.55m（下面简称高标高方案）；另一种是比一期低0.5m，即场地标高取6.05m（下面简称低标高方案）。通过比较选择了低标高方案。低标高方案可基本实现二期工程厂区和施工区土石方平衡，比高标高方案减少土方约20万m3，节省外购土方工程费约500万元，节省桩基工程费约360万元。
场地设计标高选择是竖向设计基础。二期工程场地设计标高确实定以全面、深入技术经济比较为基础，并充足考虑了一、二期工程总体协调、场地自然衔接、场地排水合理顺畅等原因，因而从主线上保证了竖向布置方案经济、合理。
3.2精确计算土方
为了节省工程投资，防止工程中土方计算与实际状况常有较大出入问题，力争做到本工程土方挖填平衡。本工程根据实测1/1000地形图和场地设计等高线采集场地自然高程和设计高程、采用精度较高20m×20m方格网法进行计算，同步，对基础、管沟、路槽等余土进行了详细计算，并根据地质资料充足考虑了场地沉降、挖方松散等原因对土方工程量影响。
3.3优化场地排水设计
场地竖向设计采用等高线法具有符合实际、全面、直观等长处，本工程场地竖向设计采用等高线法不仅可为基础、地下管沟、场地排水通过三维设计进行优化提供直观设计平台，并且可全面、直观地分区进行场地排水组织，精确反应场地汇水低点，切实保证场地排水快捷顺畅，有效防止场地积水，并可从细部节省土方工程量。
4 厂区管线布置
二期工程总平面布置集约化程度较高，布置十分紧凑，为了充足运用一期已建管架、以便管线安装检修、减少直埋管线与施工互相干扰、有助于文明施工和工程进度、节省管线开挖土方，二期工程除循环水管、循环水补给水管等管径不小于500mm水管、含煤废水管、消防水管和自流管道如雨水管、生活污水管采用直埋敷设外，其他管线重要采用架空敷设。汽机房A排柱外管线，考虑景观原因，除共箱母线采用架空敷设外，其他均采用直埋敷设。
4.1地下管线
本工程地下管线布置优化重点是循环水管布置。根据2个冷却塔中心垂直于主厂房纵向轴线布置在炉后特点，5号机进、回水管、6号机进水管布置在固定端，6号机回水管布置在扩建端，最大程度地缩短了循环水管长度。在司令图阶段，结合集控楼建筑方案优化，对汽机房A排柱外循环水管布置进行优化，减少了8个45º弯头，缩短了管线长度，节省投资162万元。其他地下管线如循环水补给水管、消防水管、雨水管、生活污水管等均按常规以满足工艺流程规定、便于施工和检修、减少交叉、途径短捷和顺畅为原则沿厂区道路布置。
4.2综合管架
本工程综合管架以工艺流程合理顺畅、途径短捷、满足运送规定、便于施工和检修、全厂协调美观、集约布置、节省用地、充足运用一期已建管架为原则进行布置优化。
（1）锅炉补给水管、工业废水管、氢气管、油管、启动蒸汽管充足运用一期管架敷设。
（2）运用输煤栈桥下、除尘器和引风机支架间空间布置管架，既兼顾了景观，更节省了用地。
（3）针对本期主厂房固定端与否新建综合管架进行了新建管架，新建电缆隧道，运用一期主厂房扩建端综合管架加以改造、并新建电缆桥架或电缆隧道与本期相连等4个方案比较。通过比较发现，在本期主厂房固定端新建综合管架不仅投资节省，并且施工简朴，有助于一、二期主厂房之间通道景观。因此，本期工程主厂房固定端采用新建综合管架方案，考虑景观和节省用地，管架运用输煤栈桥下空间布置。
（4）对脱硫装置区综合管架进行了采用多层管架沿装置区外侧主干道边布置、采用单层管架布置在主干道上空2个方案比较。通过比较发现，管架布置在主干道上空，虽然可压缩管廊宽度2m，缩短循环水管长度8m，节省循环水管投资约20万元，但管架构造增长投资与之相称，因此，该方案对节省投资并无优势。此外，管架布置在主干道上空，对消防水枪操作、施工吊车作业、大件运送、厂区景观等均有一定不利影响；管道泄漏也将会影响道路环境。最终通过与业主讨论确定脱硫区管架采用沿道路边布置方案。

图3 固定端综合管架经典断面
Fig.3 Typical section of complex pipeline rack at fixed end
（5）综合管架宽度、高度优化。根据场地条件、管线数量及管径大小，以紧凑布置、以便安装检修、节省投资为原则优化综合管架宽度、层数及层高。通过设计专业反复优化和多次院内评审，本工程厂区综合管架采用了“Т”型和“∏”型2种型式；管架宽度从1.2~3.5m共有9种，重要宽度为2.5m；管架层数为1~4层，重要为2层；层高分1.0、1.2、1.3、1.5m共4种。图3为固定端综合管架经典断面。
考虑工艺规定、交通运送、全厂协调美观、节省投资等原因，主厂房、脱硫区管架离地净空确定为5m，其他一般地段为3m；管架跨越大件运送通道净空按大件运送规定确定为7m，跨越其他道路段净空为5m。
5结语
总平面布置设计优化是与各专业亲密有关综合性工作，需要各有关专业亲密合作，点、面结合，通过系统全面综合技术经济比较才能实现全厂总体与各工艺系统、功能分区布置最优化。通过总平面布置设计优化工作，不仅可以提高本专业设计水平，并且可以带动有关专业根据详细工程特定需要进行设计优化、创新，对不停提高设计院整体设计水平发挥增进作用。优化设计是业主对设计规定和期待，是设计水平体现，更是设计赢得业主信赖、立足市场主线。设计优化不能“抓大放小”，要重视细节，树立“细节决定成败”设计理念，总结和吸取工程经验和教训，深入理解生产运行需求，精细化设计。

宁海电厂总平面布置图

作者简介：龙剑锋（1971—），男，高级工程师，从事总图运送设计工作。E-mail