20萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

郝繼運(yùn),潘顯明,南海鳳

(莘縣華祥鹽化有限公司,山東 聊城 252429)

化工生產(chǎn)過程中，突然停電或晃電往往造成生產(chǎn)裝置停車、設(shè)備損壞、環(huán)境污染、人身傷亡、爆炸、火災(zāi)等安全事故，給企業(yè)、社會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，氯堿企業(yè)必須嚴(yán)格按照相關(guān)電氣設(shè)計(jì)規(guī)范，合理劃分用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)，根據(jù)不同負(fù)荷等級(jí)設(shè)備對(duì)供電的要求，進(jìn)行配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，滿足安全生產(chǎn)的要求。筆者根據(jù)相關(guān)規(guī)范對(duì)設(shè)備負(fù)荷等級(jí)劃分依據(jù)及相應(yīng)供電要求，結(jié)合莘縣華祥鹽化有限公司(以下簡(jiǎn)稱“莘縣華祥鹽化”)新建20萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目中電氣配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，探討如何科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用地設(shè)計(jì)企業(yè)供配電系統(tǒng)，保證供電可靠性，減少事故發(fā)生。

1 生產(chǎn)裝置用電負(fù)荷分級(jí)規(guī)定

GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中規(guī)定，生產(chǎn)裝置用電負(fù)荷根據(jù)其在生產(chǎn)過程中的重要性、對(duì)供電可靠性及連續(xù)性的要求進(jìn)行分級(jí)，劃分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)負(fù)荷和有特殊供電要求的負(fù)荷。

(1)一級(jí)負(fù)荷是指生產(chǎn)裝置用電突然中斷時(shí)，將造成人身傷亡或企業(yè)的連續(xù)生產(chǎn)過程被打亂，從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。恢復(fù)供電后需要很長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)的生產(chǎn)裝置以及確保其正常操作的公用工程用電負(fù)荷。

(2)二級(jí)負(fù)荷是指生產(chǎn)裝置工作電源突然停電時(shí)，將造成較大經(jīng)濟(jì)損失，恢復(fù)供電后，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能恢復(fù)正常生產(chǎn)的生產(chǎn)裝置以及為其服務(wù)的公用工程用電負(fù)荷。

(3)除一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷外，其余均屬于三級(jí)負(fù)荷。

(4)在一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷中，為確保安全停車，避免發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒、人身傷亡、主要設(shè)備損壞、環(huán)保事故，以及為了搶救傷員或保證人員安全撤離、提供照明等情況，而不允許停電的負(fù)荷，在GB 50052—2009和SH/T 3038—2017《石油化工裝置電力設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]中，稱之為特別重要的負(fù)荷。在實(shí)際生產(chǎn)裝置中，這類負(fù)荷需要特殊考慮，應(yīng)劃入企業(yè)或裝置最高要求的供電負(fù)荷，即當(dāng)電網(wǎng)停電時(shí)，這類負(fù)荷不能停電，應(yīng)配備應(yīng)急電源裝置，由應(yīng)急電源裝置供電，應(yīng)急電源裝置供電時(shí)間應(yīng)根據(jù)工藝及設(shè)備要求而定。

2 不同級(jí)別的負(fù)荷對(duì)供電電源的要求

(1)對(duì)于一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)由雙電源供電，并且當(dāng)一路電源故障時(shí)，另一路電源不能同時(shí)故障。如果裝置內(nèi)設(shè)有發(fā)電機(jī)組，兩路電源供電困難時(shí)，也可由一路外部電源供電。

(2)對(duì)于二級(jí)負(fù)荷，宜由雙回路供電。當(dāng)取得雙回路電源困難時(shí)，也可以由專用單回路電源供電。

(3)對(duì)于一級(jí)、二級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷(或有特殊供電要求的負(fù)荷)，除了滿足以上兩種供電方式外，還應(yīng)設(shè)計(jì)應(yīng)急電源裝置，由應(yīng)急電源裝置供電。

(4)對(duì)于三級(jí)負(fù)荷，沒有特殊供電要求。

3 20萬(wàn)t/a燒堿裝置配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 用電設(shè)備負(fù)荷等級(jí)劃分

莘縣華祥鹽化20萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目工藝生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，突然停電將會(huì)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，因而該項(xiàng)目大部分生產(chǎn)裝置及與工藝裝置相關(guān)的公用工程用電負(fù)荷屬于二級(jí)負(fù)荷。其中，干燥塔硫酸循環(huán)泵、硫酸供料泵、吸收塔循環(huán)泵、次氯酸鈉循環(huán)泵、尾氣風(fēng)機(jī)、二次精制鹽水泵、純水輸送泵、亞硫酸鈉供料泵、真空泵、陽(yáng)極液循環(huán)泵、陰極液循環(huán)泵、極化整流器、消防給水泵、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、有毒可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)、應(yīng)急照明電源、DCS(含SIS)及儀表、通信裝置等負(fù)荷屬于特別重要的負(fù)荷；而鹽貯運(yùn)、一次鹽水的膜法脫硝工序、換熱站等輔助設(shè)施用電負(fù)荷屬于三級(jí)負(fù)荷。

3.2 供電方案

供電方案的確定是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，應(yīng)力爭(zhēng)接線簡(jiǎn)單、操作靈活、經(jīng)濟(jì)適用、安全可靠。

3.2.1 電氣負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

(1)該項(xiàng)目特別重要的負(fù)荷為1 241 kW。

(2)該項(xiàng)目二級(jí)負(fù)荷容量為65 895 kW，其中10 kV負(fù)荷容量為2 540 kW，35 kV負(fù)荷容量為62 720 kW(整流負(fù)荷)。

(3)該項(xiàng)目三級(jí)負(fù)荷容量為2 293 kW。

3.2.2 電壓等級(jí)確定

供電電壓選擇應(yīng)以當(dāng)?shù)毓╇娋W(wǎng)絡(luò)能提供的電壓、用電設(shè)備功率大小、用電負(fù)荷分布情況、供電線路距離、企業(yè)發(fā)展等因素綜合考慮。

該項(xiàng)目主要用電設(shè)備為整流裝置，根據(jù)整流變壓器加工制作能力及負(fù)荷容量，采用35 kV供電最經(jīng)濟(jì)；在動(dòng)力負(fù)荷中，單臺(tái)設(shè)備比較大的有冰機(jī)291 kW、循環(huán)水泵315 kW，采用10 kV供電比較合理；其他負(fù)荷均為低壓用電設(shè)備，采用380 V/220 V供電，這樣就形成了35 kV、10 kV、380 V 3種供電電壓組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.2.3 進(jìn)線電源回路數(shù)確定

用電負(fù)荷等級(jí)確定以后，企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮線路停電后對(duì)企業(yè)和社會(huì)造成的影響，結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況、企業(yè)負(fù)荷、企業(yè)發(fā)展規(guī)劃等因素，選擇合理的進(jìn)線電源回路數(shù)量。

該項(xiàng)目屬于二級(jí)負(fù)荷，按照規(guī)范宜采用35 kV雙回路供電，雙回路電源來自同一個(gè)變電站的不同母線段，兩回路單獨(dú)運(yùn)行，通過母聯(lián)開關(guān)實(shí)現(xiàn)互為熱備用，當(dāng)一路電源故障時(shí)，另一路電源仍然保持正常供電，并維持足夠的電壓水平。考慮到開關(guān)設(shè)備、互感器、電纜、微機(jī)保護(hù)的選擇及保護(hù)定值的匹配問題，設(shè)計(jì)時(shí)未考慮兩條進(jìn)線互為100%容量備用，只考慮一條線路故障時(shí)，另一條線路能保證安全停車處理故障就行。在電源恢復(fù)正常前，確保主要負(fù)荷整流裝置不送電開車。

氯堿企業(yè)工藝千差萬(wàn)別，生產(chǎn)能力也不一樣，停電造成的損失也不同，主裝置是采用雙電源供電還是雙回路供電，根據(jù)規(guī)范理解，只要保證安全停車，單一進(jìn)線也是允許的。而且電網(wǎng)越來越復(fù)雜，很難保證一個(gè)電源故障，另一個(gè)電源還能正常運(yùn)行。實(shí)踐證明，小型氯堿企業(yè)，采用單一專用電源供電回路外加應(yīng)急電源供電模式是可靠的。在采用雙電源或雙回路供電時(shí)，是否按互為100%負(fù)荷備用進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)企業(yè)自身特點(diǎn)進(jìn)行論證，堅(jiān)持科學(xué)、合理、實(shí)用、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則，避免浪費(fèi)。

3.2.4 總變配電站設(shè)計(jì)

總變配電站設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)裝置的負(fù)荷容量和地理位置分布，遵循供、配電線路深入負(fù)荷中心的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

該項(xiàng)目主要負(fù)荷為整流負(fù)荷，設(shè)備供電電壓為35 kV，裝置靠近廠區(qū)邊沿，進(jìn)出線方便，因此，在整流負(fù)荷附近設(shè)計(jì)一座35 kV總變配電站，滿足整流負(fù)荷需要。同時(shí)設(shè)計(jì)2臺(tái)35 kV/10 kV動(dòng)力變壓器，一方面可以滿足冰機(jī)、循環(huán)水泵等10 kV高壓用電設(shè)備需要，同時(shí)給車間變電所10 kV/0.4 kV變壓器供電。根據(jù)負(fù)荷容量,結(jié)合設(shè)備選型,并考慮運(yùn)行靈活，35 kV、10 kV母線采用分段運(yùn)行，互為熱備用。

3.2.5 車間變電所設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目其他低壓負(fù)荷主要集中在氯氣干燥、電解、氫氣處理工段，工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備平面布置緊湊，負(fù)荷集中，因此，在防爆區(qū)域外的氯氣干燥工段設(shè)計(jì)一座10 kV/0.4 kV車間變電所，滿足低壓負(fù)荷需要。10 kV/0.4 kV變壓器每2臺(tái)變壓器組成一組，互為熱備用；正常時(shí)低壓側(cè)0.4 kV母線采用單母線分段接線，兩段母線之間設(shè)置備自投裝置，當(dāng)一路電源故障時(shí)，另一路電源不會(huì)同時(shí)受到損壞，仍能保持正常供電。

3.2.6 特別重要設(shè)備負(fù)荷供電方案設(shè)計(jì)

該項(xiàng)目特別重要設(shè)備負(fù)荷(或有特殊要求的供電負(fù)荷)除采用正常供電線路供電外，還設(shè)計(jì)了應(yīng)急電源裝置，根據(jù)不同設(shè)備對(duì)供電電源連續(xù)性的不同要求，設(shè)計(jì)了以下幾種應(yīng)急電源裝置。

(1)不允許停電的設(shè)備負(fù)荷，如DCS、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、有毒可燃?xì)怏w檢測(cè)系統(tǒng)等，可采用純?cè)诰€UPS(Uninterruptible Power Supply)電源裝置給這類負(fù)荷供電，正常工作電源失電后，UPS電源通過逆變裝置把直流蓄電池電轉(zhuǎn)換成交流電，它們之間可以實(shí)現(xiàn)無擾動(dòng)0 s切換，保證供電的連續(xù)性。

(2)允許極短時(shí)間內(nèi)停電的設(shè)備負(fù)荷，如事故氯吸收裝置(也叫除害裝置)，可以采用EPS(Emergency Power Supply)電源裝置進(jìn)行供電。正常電源突然停電后，氯壓機(jī)停止運(yùn)行，氯氣管道內(nèi)存有氯氣，EPS裝置可以在3～5 s內(nèi)自動(dòng)啟動(dòng)，將蓄電池電能轉(zhuǎn)換成交流電，帶動(dòng)吸收塔循環(huán)泵、次氯酸鈉循環(huán)泵、尾氣風(fēng)機(jī)等設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)，用堿吸收管道內(nèi)氯氣，避免造成氯氣外逸事故。

(3)對(duì)于允許停電時(shí)間在15 s以內(nèi)的設(shè)備，如陽(yáng)極液循環(huán)泵、陰極液循環(huán)泵、極化整流器等，該項(xiàng)目設(shè)置了1臺(tái)1 500 kVA自啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急電源。當(dāng)正常工作電源斷電后，柴油發(fā)電機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)，在15 s內(nèi)將電源自動(dòng)切換到應(yīng)急段母線，滿足以上負(fù)荷正常工作。

3.2.7 配電系統(tǒng)圖

根據(jù)以上設(shè)計(jì)思路，結(jié)合本行業(yè)其他企業(yè)實(shí)際運(yùn)行情況，該項(xiàng)目最終配電系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 20萬(wàn)t/a燒堿項(xiàng)目配電系統(tǒng)示意圖

4 結(jié)語(yǔ)

該項(xiàng)目配電系統(tǒng)已安裝完畢并投入運(yùn)行。事實(shí)證明：該方案完全滿足生產(chǎn)需要，對(duì)于各級(jí)負(fù)荷都能保證正常用電；突然停電后，特別重要負(fù)荷所需的應(yīng)急電源切換正常，完全滿足安全生產(chǎn)要求。

在工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)認(rèn)真領(lǐng)會(huì)各種配電設(shè)計(jì)規(guī)范，結(jié)合企業(yè)特點(diǎn)及當(dāng)?shù)毓╇姴块T供電網(wǎng)絡(luò)情況，科學(xué)、合理、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用地設(shè)計(jì)供配電系統(tǒng)，保證供電可靠性，減少事故發(fā)生。