基于價(jià)值工程的火電廠煙囪防腐方案遴選

煙囪是火電等煤炭工業(yè)煙氣排放設(shè)施中必不可少的組成部分, 然而隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保政策的日益嚴(yán)格和近年來(lái)濕法脫硫 (FGD) 技術(shù)的廣泛應(yīng)用, 再加上各火電廠脫硫時(shí)間的延長(zhǎng), 濕法脫硫后煙囪的腐蝕問(wèn)題日益突出, 嚴(yán)重時(shí)甚至影響到機(jī)組的安全運(yùn)行。在這種背景之下, 煙囪的各種防腐技術(shù)得到迅速發(fā)展, 國(guó)內(nèi)外已投入使用的就有近20種。不同防腐方案的材料、過(guò)程、工期、成本、質(zhì)量和實(shí)踐效果有巨大的差異。白學(xué)利等[1]介紹了各種防腐技術(shù)及其在濕煙囪中的應(yīng)用效果, 針對(duì)新型濕式煙囪的防腐和舊煙囪的防腐改造, 提出了GD–APC (雜化聚合材料) 復(fù)合聚合物結(jié)構(gòu)層防腐技術(shù)。劉俊峰等[2]提出煙囪的防腐設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮材料、煙氣腐蝕等級(jí)、溫度、濕度、壓力、流場(chǎng)等因素, 加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)管, 制定驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。王勇強(qiáng)等[3]介紹了濕法脫硫電廠煙囪防腐的一般方法, 如鋼管+泡沫玻璃磚、鈦鋼復(fù)合面板和玻璃纖維增強(qiáng)塑料內(nèi)筒。

然而無(wú)論哪種防腐方案都只考慮了短期效益, 對(duì)電廠因選材錯(cuò)誤或質(zhì)量控制不當(dāng)而出現(xiàn)防腐層大面積失效, 進(jìn)而危及煙囪本體結(jié)構(gòu)安全的問(wèn)題缺乏考慮, 以至于企業(yè)可能遭受巨大的經(jīng)濟(jì)損失, 甚至存在嚴(yán)重的安全隱患[4,5]。為了從現(xiàn)有的常用防腐方案中選出一種使火力發(fā)電站能夠以最低的成本可靠地獲得最佳功能要求的方案, 本文運(yùn)用價(jià)值工程原理[6], 從功能和成本的角度進(jìn)行分析, 不單純地選擇低成本或者高功能的方案, 致力于選擇合理的成本與功能組合方案。

1 價(jià)值工程的基本原理
價(jià)值工程 (Value Engineering, VE) 在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期由美國(guó)通用電氣公司開(kāi)發(fā), 由于當(dāng)時(shí)戰(zhàn)爭(zhēng)消耗增加導(dǎo)致制造業(yè)出現(xiàn)材料短缺的問(wèn)題, 被分配到采購(gòu)部門的電氣工程師Lawrence D.Miles開(kāi)始尋找解決方法。價(jià)值工程也稱價(jià)值分析, 是一種旨在提高價(jià)值的創(chuàng)造性活動(dòng), 通過(guò)科學(xué)有效的手段將目標(biāo)生命周期成本降至最低, 同時(shí)保持產(chǎn)品或服務(wù)所需的功能[7]。“價(jià)值” (V) 指的是產(chǎn)品或服務(wù)所需的功能 (F) 和實(shí)現(xiàn)該功能的資源數(shù)量 (即成本C) 的比值, 即V=F/C。價(jià)值工程主要用于方案的評(píng)價(jià)和比較, 可以從多個(gè)方案中選出價(jià)值較高的方案, 或者價(jià)值較低的方案以作為改進(jìn)對(duì)象, 被認(rèn)為是解決與建筑業(yè)相關(guān)項(xiàng)目的功能、質(zhì)量和成本效益的優(yōu)化決策方法。它有助于更好地控制工程造價(jià), 降低產(chǎn)品壽命成本, 提升產(chǎn)品性能, 提高資源利用效率, 優(yōu)化資源配置, 從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的雙重目標(biāo)[8]。

煙囪防腐施工往往需要火電廠雙機(jī)組停運(yùn), 有施工周期長(zhǎng), 任務(wù)量大, 安全風(fēng)險(xiǎn)大, 造價(jià)高等特點(diǎn)。如果防腐措施失敗, 煙氣的腐蝕將直接影響到煙囪的結(jié)構(gòu)安全。因此, 科學(xué)合理地選擇濕式煙囪防腐方案, 對(duì)材料、施工技術(shù)和施工質(zhì)量進(jìn)行有效的管理與控制, 是濕式煙囪在電廠整個(gè)使用壽命 (或剩余壽命) 中都有效的保證, 能增強(qiáng)煙囪和機(jī)組整體的可靠性[9]。火電廠煙囪防腐方案的選擇就是在成本與所需功能之間進(jìn)行權(quán)衡, 這符合價(jià)值工程的基本思想。

2 價(jià)值工程在煙囪防腐方案遴選中的應(yīng)用
2.1 工程概況
某火電廠計(jì)劃安裝2臺(tái)機(jī)組, 2座爐膛共用1個(gè)筒形煙囪, 采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu), 內(nèi)筒為等徑自支撐結(jié)構(gòu), 高220 m, 煙囪口直徑7.2 m, 計(jì)劃施工面積約5 000 m2。該發(fā)電廠采用石灰石-石膏濕法脫硫, 不設(shè)GGH (煙氣換熱器) , 煙囪的設(shè)計(jì)壽命為50 a。

2.2 項(xiàng)目分析
功能分析是價(jià)值工程活動(dòng)的關(guān)鍵步驟, 它決定了活動(dòng)的有效性。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段, 通過(guò)功能分析來(lái)取消不必要和不合理的功能, 發(fā)現(xiàn)缺乏的功能, 并確定必要的功能和實(shí)現(xiàn)這些功能的最小成本[5,6]。對(duì)產(chǎn)品功能與成本進(jìn)行定量分析, 確定兩者的關(guān)系, 是方案評(píng)價(jià)和選擇的依據(jù)。首先要對(duì)功能進(jìn)行定義和評(píng)估, 賦予各功能適當(dāng)?shù)臋?quán)重, 使產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)趨于合理。

2.2.1 功能定義
功能定義是指用簡(jiǎn)單明了的語(yǔ)言表明價(jià)值工程對(duì)象的功能或特性。通過(guò)功能定義, 能夠準(zhǔn)確把握用戶的功能需求, 抓住問(wèn)題的本質(zhì), 加深對(duì)功能的認(rèn)識(shí), 為功能評(píng)估和方案改進(jìn)建立基礎(chǔ)。然而功能定義只解決功能的定性問(wèn)題, 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)功能量化, 還需要進(jìn)行評(píng)估分析。

在對(duì)火電站煙囪防腐材料進(jìn)行廣泛調(diào)查, 收集各種防腐材料的技術(shù)性能和有關(guān)經(jīng)濟(jì)資料后, 對(duì)防腐工程的功能要求進(jìn)行分析[10,11], 并繪制成如圖1所示的系統(tǒng)圖, 其中F1~F10表示10項(xiàng)功能指標(biāo)。從工藝流程、施工方法、適應(yīng)能力等方面選取了4種防腐方案。需要注意的是, 所有方案均拆除了原煙囪體的磚砌體內(nèi)襯、隔熱層和灰沉積平臺(tái), 只保留了煙囪筒 (即基體, 包括鋼基、混凝土基和磚基) 。

圖1 防腐工程項(xiàng)目的功能要求Figure 1 Function requirements of the anticorrosion engineering project
圖1 防腐工程項(xiàng)目的功能要求Figure 1 Function requirements of the anticorrosion engineering project   下載原圖

方案A──鈦鋼復(fù)合板。在煙囪壁添加新的由多塊鈦鋼復(fù)合板焊接成型的排氣管系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是耐用性好, 使用壽命長(zhǎng), 金屬材料的強(qiáng)度高, 高空施工作業(yè)較少;但缺點(diǎn)是施工工藝嚴(yán)格, 需要對(duì)焊縫進(jìn)行處理。

方案B──鋼內(nèi)筒+賓高德泡沫玻璃磚。在煙囪筒內(nèi)設(shè)置由鋼質(zhì)內(nèi)筒和輕質(zhì)泡沫隔熱耐腐蝕玻璃磚保護(hù)層組成的排煙內(nèi)管系統(tǒng)。該方案施工方便, 材料的隔熱和防腐性能良好;然而其機(jī)械強(qiáng)度較低, 且需要施工和維護(hù)的防腐區(qū)域大, 有許多高空作業(yè)。

方案C──結(jié)構(gòu)性玻璃鋼復(fù)合材料。整體預(yù)制成玻璃纖維增強(qiáng)塑料管, 現(xiàn)場(chǎng)采用鈦鋼螺栓壓接在筒壁上。該方案具有良好的防腐性能, 對(duì)施工環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng);但在結(jié)構(gòu)負(fù)載下的風(fēng)險(xiǎn)較大, 由于其受力所需, 難免要增加材料的厚度和用量, 因此大幅提高了建設(shè)成本, 并且施工難度較大, 施工工藝復(fù)雜, 高溫下老化快。

方案D──功能性玻璃鋼復(fù)合材料。如圖2所示, 該復(fù)合材料一般分為3層結(jié)構(gòu), 即底涂層 (合適的固化劑與無(wú)溶劑混合樹(shù)脂) 、結(jié)構(gòu)層 (短切纖維與無(wú)溶劑樹(shù)脂) 和面涂層 (合適的固化劑與無(wú)溶劑混合樹(shù)脂, 再加入微米或納米材料、阻燃材料等) 。對(duì)筒壁進(jìn)行噴砂后依次在其上噴涂涂層材料, 整體厚度不小于2.5 mm, 能完全保護(hù)煙囪內(nèi)壁[12]。該方案造價(jià)低, 耐腐蝕性能強(qiáng), 且將耐磨阻燃材料添加在面涂層后可進(jìn)一步提高性能, 但是施工要求較高, 并且要注意材料配方的選擇。

圖2 功能性玻璃鋼復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structural diagram of the functional fiber-reinforced plastic composite material
圖2 功能性玻璃鋼復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structural diagram of the functional fiber-reinforced plastic composite material   下載原圖

2.2.2 各功能的權(quán)重系數(shù)
由于各功能指標(biāo)的重要性不盡相同, 因此要確定它們對(duì)工程總功能指標(biāo)影響的權(quán)重[13]。于是邀請(qǐng)專家、用戶和承包商對(duì)各功能進(jìn)行評(píng)價(jià) (總分為100, 分值越低說(shuō)明該功能越不重要) , 為4種方案賦予相應(yīng)的權(quán)重, 三評(píng)價(jià)方的分?jǐn)?shù)權(quán)重分別為50%、40%和10%, 最后加權(quán)求和, 計(jì)算出功能重要系數(shù)Wi (i=1, 2, …, 10) , 結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 專家、用戶和承包商對(duì)防腐工程各功能重要性的評(píng)分Table 1 Scores for evaluating the importance of all functions of the anticorrosion engineering project given by experts, customers, and contractors     下載原表

表1 專家、用戶和承包商對(duì)防腐工程各功能重要性的評(píng)分Table 1 Scores for evaluating the importance of all functions of the anticorrosion engineering project given by experts, customers, and contractors
2.2.3 功能系數(shù)
根據(jù)施工方式及功能重要性, 采用百分制對(duì)4種方案進(jìn)行評(píng)分Si, k (其中k=A、B、C或D) , 加權(quán)計(jì)算得到各方案的功能評(píng)價(jià)系數(shù)Fw, k, 結(jié)果見(jiàn)表2。全部方案的功能評(píng)價(jià)系數(shù)總分 (S) 合計(jì)35.25, 則功能系數(shù)Fk=Fw, k/S。經(jīng)計(jì)算, 方案A、B、C和D的Fk依次為0.247 614、0.245 735、0.249 610和0.257 041。

2.3 方案優(yōu)選
本文的成本系數(shù) (Ck) 是指該方案的生命周期成本 (工程造價(jià)) 與所有方案成本總和之比。各方案的價(jià)值系數(shù)Vk=Fk/Ck, 計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。可見(jiàn)在4種防腐方案中, D方案的價(jià)值系數(shù)最高, 即采用功能性玻璃鋼復(fù)合材料作為火電廠煙囪防腐工程材料是最優(yōu)解決方案。

表2 4種防腐方案的功能評(píng)價(jià)系數(shù)Table 2 Function evaluating coefficient of four anticorrosion schemes     下載原表

表2 4種防腐方案的功能評(píng)價(jià)系數(shù)Table 2 Function evaluating coefficient of four anticorrosion schemes
表3 4種防腐方案的成本系數(shù)與價(jià)值系數(shù)Table 3 Cost coefficients and value coefficients of four anticorrosion schemes    下載原表

表3 4種防腐方案的成本系數(shù)與價(jià)值系數(shù)Table 3 Cost coefficients and value coefficients of four anticorrosion schemes
3 結(jié)語(yǔ)
火電廠煙囪的防腐工程一方面能增強(qiáng)煙囪防滲漏、防腐蝕的能力, 確保煙囪安全、機(jī)組順利運(yùn)行, 降低生產(chǎn)維護(hù)成本, 提高電廠工作效率, 另一方面也存在巨大的安全隱患, 需要付出相當(dāng)?shù)某杀尽焽璺栏桨甘菣?quán)衡預(yù)期功能與成本之間的利弊后作出的選擇, 適合用價(jià)值工程的思想來(lái)進(jìn)行分析。價(jià)值工程雖然在很大程度上避免了某些主觀因素的干擾, 但仍需依靠專家科學(xué)、公正、客觀地對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià), 并且要求收集的數(shù)據(jù)盡可能可靠, 才能得到較準(zhǔn)確的分析結(jié)果。實(shí)際應(yīng)用表明, 基于量化計(jì)算的價(jià)值工程方法與以往單純地比較各方案優(yōu)缺點(diǎn)的做法相比, 能夠更好地區(qū)分和比較各方案的優(yōu)劣, 更科學(xué)地選擇出最優(yōu)的解決方案。