冷鏈冷庫項目電氣設計的探討

柯 朝 俊

[同濟大學建筑設計研究院(集團)有限公司,上海 200092]

0 引 言

市場對冷鏈的需求越來越大,而冷庫在冷鏈運輸中起著核心的作用。隨著生鮮電商的崛起,人們對新鮮水產、乳制品、肉類等生鮮食品的需求在擴大,冷庫建筑必將越來越多。

本文結合某冷庫建筑工程,對其供配電系統、控制及信號線路系統、電氣防爆等進行了詳細說明與分析。

1 項目概況

某冷庫總建筑面積21 028 m2,建筑高度23.4 m,總冷藏14 600 t。整體分兩部分,庫房部分地上4層,其中1F為2個高溫庫凍結間(-1 ℃),2F～4F為2個低溫庫凍結間(-20 ℃),每個庫面積約1 450 m2,層高5.4 m,每層配有穿堂及辦公室,另有機房部分的制冷機房、變電所、水泵房共計450 m2等組成。

目前冷庫常用的制冷劑有氨、氟利昂、二氧化碳等,其中氨制冷劑單位容積制冷量大、價格低廉、維護費用低,經與業主討論,項目采用氨制冷系統。氨氣是一種極易溶于水的無色氣體,對人體的眼、鼻、喉有強烈刺激及腐蝕作用,吸入高濃度氨氣可致呼吸停止、心臟停搏等致命性傷害,但把氨氣加壓降溫變成液態后,液氨卻是一種很好的制冷劑。

2 供配電系統

根據標準GB 50072—2010《冷庫設計規范》及GB 51348—2019《民用建筑電氣設計標準》,該冷庫公稱容積大于20 000 m2,為大型冷庫,所以其主要制冷系統按二級負荷用戶供電[1-2]。變配電所貼鄰制冷機房設置,由于市政可以提供雙重電源,所以不設柴油發電機。項目負荷[3]如表1所示。低壓配電示意圖如圖1所示。

圖1 低壓配電示意圖

表1 項目負荷

2.1 氨制冷機

氨制冷機本身功率較大,又屬于二級負荷,每臺氨制冷機提供單獨一路低壓供電,保證互相獨立不影響。當一路高壓失電時,由于制冷機短時停機不會造成凍結間內溫度快速下降,通過低壓母聯、分時投切,可以滿足二級負荷供電要求。

2.2 事故風機

當有氨氣泄漏,可燃氣體探測器報警時,制冷系統因故障被切除供電電源停止運行時,事故風機能快速排除氨氣不受影響,為二級負荷,故單獨設置一個配電箱,采用雙電源進線,上端來自不同變壓器母線段,過載保護作用于信號報警而不直接停止風機[4],同時在有人員值班的控制室排風機控制柜上和機房門外墻上距地1.4 m安裝人工啟停控制按鈕,在探測器失靈時人工快速啟動事故風機。

3 照明設計

主要房間照度要求及功率密度[5]如表2所示。

表2 主要房間照度要求及功率密度

制冷機房內照度按照150 lx設計,設計中燈具選用隔爆型LED平臺燈,增強穩定性及機械強度的同時對氨氣有良好的防護作用。

庫房冷間內屬低溫、潮濕的高大空間環境,在庫房門外集中設置照明箱及控制開關,且在各照明支路上串聯一個信號燈,可見冷間內的燈具點亮情況及有無人員在內。冷間平時照明滿足照度50 lx,采用耐低溫IP54以上,70 W LED燈,額定光通量6 000 lm,顯色性80[6]。燈具布置避開吊頂式冷風機及頂冷排管,同時在通道處重點布燈,貨架上均勻布置。

冷庫內環境特殊,在靠近安全出口的專用疏散門上方設置1只長明燈,采用35 W LED燈,使其保持一定照度,如有人員滯留,也有指示安全出口的目的。庫房長明燈設置如圖2所示。

圖2 庫房長明燈設置

設計中需注意,從穿堂進入冷間的線路應相對集中敷設,二端管口需用建筑防火密封膠填實,必須采取可靠的防火和防止產生冷橋的措施。冷間中電纜需選用YHD的耐寒電纜,在低溫環境下也能正常使用。

4 控制及信號線路設計

4.1 制冷機房控制及信號線路

(1)氨制冷機需要遠程控制開啟及狀態反饋,單機保護(高壓過高、低壓過低、油壓差過低、油溫過高過低、電流過載保護等),每臺氨制冷機需要接 ZC-KVV19×1.5+ZC-KVVP4×1.5信號線至控制室。裝在氨泵供液管道上的低壓循環桶,其功能是保證向氨泵供應低壓液氨,同時也起到氨氣態、液態分離的作用,使向制冷機吸氣腔流入的是氣態的氨。故在低壓循環桶內設置液位傳感器,監測桶內狀態,超液位報警,每個液位傳感器用ZC-KVV-2×1.5線纜接至氨泵控制箱。

(2)壓差控制器是一種保護裝置,用于氨泵正常運轉時所保證的最低壓頭,氨泵進出口壓差過低自動停泵,當氨泵兩端的壓差達不到設定值時,延時繼電器自動延時15 s,若延時期間壓力回升,則停止延時,氨泵繼續正常工作,若直到延時結束,壓力仍不能達到正常值,則自動使氨泵停止運行。氨泵控制箱二次回路如圖3所示。

圖3 氨泵控制箱二次回路

(3)事故排風機是當可燃氣體探測器報警,并發出聲光報警信號時,聯動開啟。從事故風機配電箱上各引2(ZC-KVV-2×1.5)控制電纜至AC2控制柜和室外按鈕盒,同時設置聲光報警信號燈及警鈴、運行指示信號燈。事故排風機二次回路如圖4所示。

圖4 事故排風機二次回路

4.2 庫房控制及信號線路

常規控制室都設置在機房附近,距離庫房有一段距離,而控制室需要實時掌握庫房內溫度,控制制冷設備的開啟,所以每個庫房需要安裝兩個溫控器的監測探頭(兩用互備,距地2.4 m安裝),把溫度信號實時傳輸至控制室AC2柜。

為防止人員被意外關在冷間內,在每個疏散門附近設置一個呼喚按鈕,呼喚信號傳輸至控制室AC2柜,同時在冷間外設有呼喚信號顯示。

冷間的庫門一般為電動門,設計中需要留一個電控門電源,同時開門信號也需反饋至控制室。庫房控制及信號線路接線如圖5所示。

圖5 庫房控制及信號線路接線

庫房穿堂上的熱氨閥、供液閥、回氣閥、水沖霜電磁閥等,都需要引控制線至遠處的控制室,每個閥門均需要一根控制電纜ZC-KVV-3×2.5,這個數量相當多,設計時注意弱電線槽的規格適當放大。

5 電氣防爆設計

根據GB 50016—2014《建筑設計防火規范》[7](2018年版)氨壓縮機房屬于乙類廠房,氨氣在空氣中爆炸極限為15.7%～27.4%,根據GB 50058—2014《爆炸危險環境電力裝置設計規范》第3.2.1條,氨制冷機房定義為爆炸性氣體環境危險區域2區[8],所以冷庫設計中防爆設計是重中之重。

5.1 電氣設備防爆

氨制冷機房內燈具、開關、接線盒等全部選用防爆型產品,防爆組別為隔爆型d ⅡA T1。選用的導線絕緣的耐壓強度不應低于450/750 V。

5.2 氨氣濃度報警裝置

在制冷機房區域設置氨氣濃度報警裝置,氨氣密度比空氣小,所以濃度報警探測器需設置在設備上方距頂0.2 m。每個有氨介質的設備如氨制冷機、低壓循環桶、虹吸缸上方各設置1個探測器,貯氨器由于含氨量比較多,上方設置2個探測器。當室內氣體濃度達到100 ppm或150 ppm時,探測器報警,并發出聲光報警信號,聯動事故排風機開啟。同時氨氣泄漏信號需傳輸至機房控制室。

5.3 接 地

機房電氣設備較多,又都是金屬的,設置等電位聯結端子箱,所有裸露的裝置外部可導電部件接入等電位聯結端子箱。同時在機房兩側,接地干線應不少于兩處與接地體連接。

6 結 語

本文是對冷鏈冷庫電氣設計中的供配電系統、照明系統、控制及信號線路系統、電氣防爆等的一些設計經驗總結。冷庫電氣設計應在保證供電可靠性的前提下,注重安全性。