Method Analysis and Practice of Heat Engine Equipment Selection Based on Value Engineering

价值工程（Value Engineering，VE），是一门经济和技术结合起来的现代管理科学，是旨在聚焦于分析产品功能作用，实现增加产品价值， 达到在合理成品下完成所需功能，以实现功能与成品的统一^[1]。

价值工程理论主要应用于两个领域：一是新产品研发领域；二是产品制造领域或作业领域^[2]。在发电项目成本控制过程中热机设备选型方面的应用鲜有论述。

在发电项目成本控制中，热机设备设计选型占项目成本比重较大，如何在满足相应规范及功能的前提下，实现热力设备及管道成本最优是对设计的重要考验。

文章首次以价值工程理论为基础，对热机设备的选型设计进行功能与成本的综合分析，并加以统一，以实现有优价值。

价值工程的提出，其首要解决的问题就是统一产品的价值和成品，以适合的成品实现必要的功能。价值和功能，成品之间的关系应为如下公式^[3-5]：

式中：

V ——价值；

F ——功能；

C ——成本。

功能属于技术指标，成本则属于经济指标，价值工程可通过功能成本的分析，将技术问题和经济问题紧密结合起来，从技术、经济这两方面来提高产品的价值。功能分析是价值工程的核心要点^[6]。通过准确的分析其功能及其所要付出的成本，达到功能价值的成本的统一，以实现最合理成本下功能效益的最大化。

价值工程的目的是实现产品的最合理价值，而此价值是达到成本一定功能与所付出成本之比。如公式（1）所示，实现价值最大化需要从提高产品功能属性及减低成本属性两个方面入手。提高功能属性并非一味追求高功能，而是应该实现功能合理化，根据实际需求确定产品的功能，在不增加或少增加成本的情况下提高产品的必要功能。成本的合理化是消除由于不必要的功能所引起的多余的成本。通过合理提高功能，消减成本，以达到两者最佳配比。

电力工程设计阶段对辅机设备选型的关注点往往不限于一个功能，需要关注多个功能，而每个功能变化相应地引起价值变化，简单的照搬价值公式（1）已不再适用，因此需要采用改良的公式。文章采用功能指数法^[7]作为计算功能价值V的方法。功能指数法又称为相对值法，即分别计算设备选型中不同方案的总功能系数和总成本系数，用总功能系数/总成本系数得出各方案价值系数。

价值系数公式：

式中：

V_i ——i方案价值系数；

F_i ——i方案功能系数；

C_i ——i方案成本系数。

式中：

Σ₀^jF_ij ——i方案1~j项功能加权评分值和：

β_j ——功能重要性系数；

Σ₀ⁱΣ₀^jF_ij ——1~i方案的所有功能评分值之和。

重要系数Ψ_j评价法，是一种常用的价值功能评价方法，其根据不同功能所具有的重要性差别来区别功能的价值。这种方法特别适合应用于需要考虑多个功能的设备选型设计，其根据各个方案功能之间的复杂及重要程度差异，确定各方案功能在设备总功能中的不同比重，所得比重便是其所具有重要系数Ψ_i。

为得到功能所具有的重要系数Ψ_i，需要对于不同功能的重要程度进行评价和打分。 常用的评价方法有环比评分法，多比例评分法，0~4打分法，0~1打分法等^[7]。

本文采用0～4打分法来评价功能的重要性差别，其规则如下：

F₁相比于F₂具有很大的重要性，则F₁取4分，F₂取0分；

F₁相比于F₂具有较大的重要性，则F₁取3分，F₂取1分；

F₁相比于F₂具有同等的重要性，则F₁和F₂同时取1分；

F₁相比于F₂具有很小的重要性，则F₁取0分，F₂取4分；

F₁相比于F₂具有较小的重要性，则F₁取1分，F₂取4分。

采用价值系数进行辅机设备选型的程序如下：

1）确定设备选型不同方案，进行方案类型的定义；

2）确定设备主要功能分类，对各个功能进行定义，以对设备功能的评价作为价值工程的主要分析对象；

3）确定不同功能的重要性系数β_i，以区分不同功能对设备整个生命周期的重要程度；

4）计算不同方案的功能系数以及成本系数；

5）计算不同方案的价值系数，最终对比价值系数，采用价值系数值高的方案作为最优的选型方案。

发电厂中的给水泵主要功能就是提升给水到一定的温度，并赋予给水压力并输送给水到锅炉省煤器中。给水泵是电厂设备中最为重要的辅机之一，因此其配置方案的选择对电厂的运行安全性以及运行经济性具有重要影响^[8]。目前国内外1 000 MW超超临界主要有2×50%容量和1×100%容量两种配置方案。基于某百万二次再热机组汽动给水泵配置方案选型，以此实例分析价值工程在热机辅机设备设计过程中的项目成本控制应用，并确定合理的配置方案。

汽动给水泵配置方案中各项功能成本很难准确孤立计算，因此采用相对值法公式（2）进行价值系数计算。

实例定义2×50%容量汽动给水泵为方案1，1×100%容量汽动给水泵方案为方案2。

在汽动给水泵配置方案选择过程中，主要是从运行可靠性，初始投资费用，运行经济性，设备管道布置，运行维护方便性五个方面。因此文章将功能划分成5个类型，即运行可靠性为F_i1，运行经济性为F_i2，初始投资费用为F_i3，设备管道布置为F_i4，运行维护方便性为F_i5，其中i=1代表方案1，i=2代表方案2。

因各个工程均具有独特性，因此不同工程设计过程中对方案各个功能的重视程度不同，但一般情况，汽动给水泵选型中，各功能的重要性排列顺序为运行经济性、运行可靠性、初始投资费用、运行维护方便性、设备管道布置，即重要性排序为F_i2>F_i1>F_i3>F_i5>F_i4。其中各功能的两两相对重要性如下：

F_i2比F_i1，F_i3和F_i5重要，比F_i4重要的多；

F_i1比F_i3和F_i5重要，比F_i4重要的多；

F_i3比F_i4和F_i5重要；

F_i5比F_i4重要。

重要系数Ψ确定，文章采用0～4评分法确定。评分计算如表1所示：

从上表可得F_i1，F_i2，F_i3，F_i4，F_i5重要系数Ψ分别为Ψ_i1=0.275，Ψ_i2=0.325，Ψ_i3=0.2，Ψ_i4=0.05，Ψ_i5=0.15。

按照运行可靠性运行经济性，初始投资费用，设备管道布置，运行维护方便性五大功能对比，分别对两种方案进行评分，对比评分也采用0～4评分法，即：

1）方案1比方案2指标优秀得多：方案1得4分，方案2得0分；

2）方案1比方案2指标优秀：方案1得3分，方案2得1分；

3）方案1比方案2指标接近：方案1得2分，方案2得2分；

4）方案1对比方案2，指标不如其优秀：方案1得1分，方案2得3分；

5）方案1对比方案2，指标远不如其优秀：方案1得0分，方案1得4分。

根据国家能源局发布的《2017年全国电力可靠性年度报告》^[8]，锅炉给水泵组运行可靠性数据摘选如表2所示：

由表2统计数据可知：1 000 MW等级机组的给水泵组可用系数为93.42％，非计划停运系数为0.00％，就汽动给水泵本身可靠性而言，100％汽动给水泵与50％汽动给水泵可用率均非常高，但是给水泵也存在一定的非计划停运次数。当泵发生故障时，对于1×100％汽动给水泵方案，由于无备用泵可用，机组只能事故停机；而对于50％锅炉给水泵，当一台泵发生故障时，RB功能可以保证机组60％的发电量，因此，采用1×100％汽动给水泵方案，泵组非计划停运机率的存在使得机组的运行经济性降低。

因此，综合考虑，方案1运行可靠性功能较优，且两方案相差不大，根据3.1.3节0～4评分法规则，判定F₁₁=3，F₂₁=1。

在不同方案中，小机效率不同，给水泵效率不同和小机的排汽背压也不同，对机组热耗均会产生影响，结合某百万二次再热机组实际分析，各方案热耗差异如表3所示：

如标煤价按850元/t计，在机组年利用小时数为5 500 h情况下，根据广东省已投运百万机组负荷运行数据，不同方案下机组的年均耗煤量以及年均燃料费用如下表所示：

从表4可以看出，与方案1暨2 × 50%泵方案相比，采用方案2暨1 × 100%泵方案，单台机组年均节省燃料费为112万，两台机组年均节省燃料费224万元。

因此，从运行经济性分析，方案2优于方案1，且两方案相差不大，根据3.1.3节0～4评分法规则，判定F₁₂=1，F₂₂=3。

根据目前百万二次再热机组给水泵采购情况， 2 × 50%容量给水泵和1 × 100%容量给水泵均为全进口或者进口组装。

两个配置方案所配小机都可以配置国产产品，两种方案配置的差异不同是：1 × 100%容量给水泵汽轮机方案一般配置独立的小凝汽器及其冷却系统；2 × 50%容量给水泵汽轮机方案可合并排汽至大机凝汽器。两种方案的造价差异见下表所示：

结合上表所示，可知采用1 × 100%容量给水泵方案相对于采用2 × 50%容量给水泵方案，两台机组可降低造价约375万元，减费比率约为8%，方案2优于方案1，且两方案相差不大。

因此从初始投资对比，根据3.1.3节0～4评分法规则，判定F₁₃=1，F₂₃=3。

100%容量给水泵方案，需要配套增加小机凝汽器系统，循环冷却水系统及小机凝结水系统，因此对比布置，方案1优于方案2，且两方案相差不大，根据3.1.3节0～4评分法规则，判定F₁₄=3，F₂₄=1。

如3.1.3.4所述，100%容量给水泵方案，需要配套增加小机凝汽器系统，循环冷却水系统及小机凝结水系统，维护系统会增加。综合给水泵组和其配套系统，方案1优于方案2，且两方案相差不大，根据0～4评分法规则，判定F₁₅=3，F₂₅=1。

将上述评分判定汇总如表6所示：

按公式（4）可得：

$\displaystyle \sum$F_1j=0.275×3+0.325×1+0.2×1+0.05×3+0.15×3=1.95

$\displaystyle \sum $F_2j=0.275×1+0.325×3+0.2×3+0.05×1+0.15×1=2.05

按公式（3）可得：

方案1功能系数F₁=1.95/(1.95+2.05)=0.487 5

方案2功能系数F₂=2.05/(1.95+2.05)=0.512 5

根据表5可得方案1成本为4 550万元，方案2成本为4 175万元。

根据公式（4）可得：

方案1成本系数C₁=4 550/(4 550+4 175)=0.521 5

方案2成本系数C₂=4 175/(4 550+4 175)=0.478 5

根据公式（2）可得：

方案1价值系数V₁=F₁/C₁≈0.934 8

方案2价值系数V₂=F₂/C₂≈1.051 3

V₂>V₁从价值系数判断，本工程宜采用方案2即1×100%容量汽动给水泵配置方案。针对百万机组给水泵配置方案，欧洲一般采用全容量汽泵方案；在国内，随着相关制造商制造水平的提高，目前新建机组也逐渐接受全容量给水泵方案。而本文也根据价值系数理论阐述了1 × 100% BMCR容量汽动给水泵方案的优越性。

热机设备方案选型是发电工程热机设计的重要内容，一些重要设备的方案选择，关系到电厂建设的初始投资，同时对电厂建成后运行的安全可靠性、运行维护成本以及机组的整体经济性都有着重要影响。因此，重要设备的方案选择要综合考虑功能、投资、运营等多方面。

本文首次借鉴价值工程理论用于热机辅机设备选型领域，利用价值方程和价值系数方程，将设备的功能与成本统一为一个价值因子，通过比较不同方案的价值因子，作为方案选择依据。并以某百万千瓦二次再热机组汽动给水泵配置方案选择实例，详细地介绍了其工作程序，计算结果表明价值工程理论应用在热机设备方案选型中是可行的。

但同时需要指出，价值工程方法在国内建设项目中的应用还不广泛，文章也仅针对部分设备选型过程的理论进行融合探讨，需要进一步扩展研究数据，才能使其理论价值发挥更大的作用。