化工企業(yè)電氣設(shè)計(jì)與安裝應(yīng)當(dāng)注意的問題探究

關(guān)鍵詞： 化工企業(yè) 電氣設(shè)計(jì) 電氣安裝 供電

中圖分類號(hào)： TQ083 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1672-3791（2023）16-0078-04

相較于其他企業(yè)，化工企業(yè)的生產(chǎn)具有高溫、高壓、高真空、易燃易爆、有毒有害、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。其生產(chǎn)過程中潛在的危險(xiǎn)因素較多，稍有不慎就會(huì)造成重大的人身與設(shè)備安全事故，導(dǎo)致腐蝕性氣體泄漏，污染周邊環(huán)境，形成環(huán)保事故。化工企業(yè)對供電的可靠性、安全性提出了較高的要求，因此，在電氣設(shè)計(jì)階段就必須充分考慮供電方案的回路數(shù)，以及防腐、防爆、防雷擊、防靜電的問題，該文主要對化工企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，繼而說明化工企業(yè)的負(fù)荷性質(zhì)，著重強(qiáng)調(diào)電氣設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)考慮的問題。

1 化工企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)

（1）物料危險(xiǎn)性大。生產(chǎn)過程中的原材料、中間產(chǎn)品和成品，大部分是有毒有害、有腐蝕性、易燃易爆的危化品。（2）工藝條件要求苛刻，生產(chǎn)過程具有高溫、高壓、密閉性、比例性、連續(xù)性等特點(diǎn)。化學(xué)反應(yīng)有些在高溫、高壓下進(jìn)行；有的在低溫、負(fù)壓下進(jìn)行；加工環(huán)節(jié)自動(dòng)控制，不能隨意中斷，要求生產(chǎn)連續(xù)進(jìn)行。（3）生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施具有復(fù)雜性。化工企業(yè)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是管道縱橫交錯(cuò)，各種大大小小的反應(yīng)裝置與壓力容器遍布全廠。（4）控制方式高度自動(dòng)化。PLC、DCS、FCS、工業(yè)以太網(wǎng)等自動(dòng)化技術(shù)已滲透到化工生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)。

上述化工企業(yè)的生產(chǎn)特點(diǎn)，要求嚴(yán)格周密，不能有絲毫的馬虎大意，稍有不慎，就容易發(fā)生有毒有害氣體泄漏，污染生態(tài)，出現(xiàn)急性或慢性中毒、化學(xué)灼傷，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸等特大安全事故。

2 化工企業(yè)用電負(fù)荷等級(jí)的劃分

根據(jù)化工企業(yè)用電負(fù)荷的性質(zhì)，以及事故停電在經(jīng)濟(jì)上、安全環(huán)保上造成的損失或影響程度，對用電設(shè)備提出的不中斷供電要求，將化工用電負(fù)荷分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、0Ⅰ類（不停電負(fù)荷）、0Ⅱ類（直流保安負(fù)荷）、0Ⅲ類（交流保安負(fù)荷）六大類[1]。

（1）Ⅰ類負(fù)荷是指中斷供電將造成重大的人身傷亡、設(shè)備安全及環(huán)保事故，在政治上、經(jīng)濟(jì)上造成重大損失的用電負(fù)荷。例如：冶金車間的煉鋼爐、礦山巷道的通風(fēng)設(shè)施、干法氟化鋁廠的真空泵、中央吸收風(fēng)機(jī)等負(fù)荷。

（2）Ⅱ類負(fù)荷是指中斷供電將造成較大的政治、經(jīng)濟(jì)損失；產(chǎn)生大量的工業(yè)廢品，重大設(shè)備損壞，或者公共場所秩序混亂，但采取適當(dāng)措施能夠避免的用電負(fù)荷。很多大中型化工企業(yè)就屬于Ⅱ類用電負(fù)荷。

（3）Ⅲ類負(fù)荷是對供電沒有特殊要求，較長時(shí)間的停電，對生產(chǎn)、生活不會(huì)產(chǎn)生重大影響的負(fù)荷，如試驗(yàn)室、檢修車間等。

（4）0Ⅰ類負(fù)荷是不停電負(fù)荷。是生產(chǎn)設(shè)備啟動(dòng)、運(yùn)行和停機(jī)過程中，需要用來測量、監(jiān)視、控制電氣設(shè)備啟停的負(fù)荷，如監(jiān)控用的計(jì)算機(jī)與DCS、FCS系統(tǒng)等。

（5）0Ⅱ類負(fù)荷是直流保安負(fù)荷，是電力設(shè)備繼電保護(hù)裝置以及備自投、重合閘等自動(dòng)裝置、信號(hào)回路、控制回路等由直流系統(tǒng)供電的負(fù)荷。

（6）0Ⅲ類是交流保安負(fù)荷，要求在停機(jī)過程中或停機(jī)后短時(shí)間內(nèi)仍可保證供電。

3 化工企業(yè)電氣設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題

3.1 根據(jù)負(fù)荷等級(jí)選擇電源回路數(shù)與備用電源的投入方式

（1）Ⅰ類負(fù)荷。應(yīng)當(dāng)接到兩個(gè)獨(dú)立的電源上，采用雙回路供電；電源的備用方式，可以“明備”，也可以“暗備”；應(yīng)當(dāng)采用自動(dòng)投入方式，安裝APD（備自投）。

（2）Ⅱ類負(fù)荷。宜采用雙回路供電；電源的備用方式必須是熱備用，可以“明備”，也可以“暗備”；可以手動(dòng)投入，也可以自動(dòng)投入，但最好是安裝APD（備自投）。

（3）Ⅲ類負(fù)荷。對供電沒有特殊的要求，一般由一個(gè)電源供電。

（4）對于具有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的0Ⅰ類負(fù)荷，必須采用專門的UPS 供電。

（5）0Ⅱ、0Ⅲ類保安負(fù)荷，必須設(shè)置蓄電池組、逆變器或柴油發(fā)電機(jī)組作為事故保安電源，并能自動(dòng)投入。

3.2 確定化工企業(yè)主回路的接線方式

一般中小型化工企業(yè)都是雙回路進(jìn)線，并且有2臺(tái)主變。普遍采用單母線分段接線（很少采用雙母線或雙母線分段，因?yàn)榈归l操作比較麻煩），主接線圖見圖1[2]。APD 可以安裝在進(jìn)線斷路器1QF、4QF 上，也可以安裝在中間母聯(lián)3QF 上。

3.3 應(yīng)合理選擇總降壓變電所、車間變電所、自備電站所址（站址）

總降壓變電所或車間變電所、自備電站的地址必須選擇合理，要按照“一個(gè)中心”“兩個(gè)方便”“四個(gè)遠(yuǎn)離”的原則來確定變電所的最佳位置。

（1）“一個(gè)中心”就是所址盡量靠近工廠用電的負(fù)荷中心，降低配電系統(tǒng)的線損、電壓降以及工程造價(jià)。

（2）“兩個(gè)方便”就是方便進(jìn)出線，有進(jìn)線和出線的安全走廊；同時(shí)方便變壓器、斷路器等大型構(gòu)件的運(yùn)輸、吊裝和檢修。

（3）“四個(gè)遠(yuǎn)離”就是遠(yuǎn)離低洼積水的地方；遠(yuǎn)離易燃易爆的場所；遠(yuǎn)離腐蝕性的氣體和粉塵；遠(yuǎn)離劇烈振動(dòng)的場所[3]。

3.4 應(yīng)考慮化工環(huán)境對電氣裝置的防腐要求

對于腐蝕性環(huán)境的電氣設(shè)計(jì)，主要依據(jù)的設(shè)計(jì)規(guī)范是《化工企業(yè)腐蝕性環(huán)境電力設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（HG/T20666-1999）。

（1）應(yīng)根據(jù)防腐環(huán)境的類別（輕、中、強(qiáng)）選擇相應(yīng)的防腐電氣產(chǎn)品，對于電氣設(shè)備所處的場所屬于哪一類腐蝕性環(huán)境必須要有一個(gè)明確、清晰的了解。例如：有SO2腐蝕性環(huán)境，也有鹽霧腐蝕性環(huán)境，各種環(huán)境對于電氣設(shè)備防腐類型及材質(zhì)的選擇都不一樣；戶內(nèi)和戶外的防腐電氣產(chǎn)品也不能通用；氣候條件超出了-20 oC（或-25 oC）或者腐蝕性物質(zhì)釋放的嚴(yán)酷度超出了3 級(jí)范圍的上限，都必須由用戶或設(shè)計(jì)部門提出特殊訂貨要求。電氣產(chǎn)品的防腐級(jí)別分為戶內(nèi)防中等腐蝕型（F1）、戶內(nèi)防強(qiáng)腐蝕型（F2）、戶外防輕腐蝕型（W）、戶外防中等腐蝕型（WF1）、戶外防強(qiáng)腐蝕型（WF2）5種。電氣設(shè)備應(yīng)根據(jù)環(huán)境類別，按HG/T 20666-1999 的表5.0.2-1 的要求選擇相應(yīng)的防腐電氣產(chǎn)品，如電動(dòng)機(jī)必須選用防護(hù)式或封閉式電機(jī)。

（2）對于具有化學(xué)腐蝕性環(huán)境的電氣設(shè)施，為了避免化學(xué)性物質(zhì)的侵入，在電氣設(shè)備的外殼出入口及接縫間隙應(yīng)采取密封的措施；在外殼及其附件的表面涂漆，使金屬與腐蝕性物質(zhì)相隔絕，可以避免電氣設(shè)施的金屬外殼遭受化學(xué)腐蝕。

（3）所有重要的電氣裝置應(yīng)當(dāng)遠(yuǎn)離腐蝕性化學(xué)物質(zhì)。與各類腐蝕性環(huán)境的最小防護(hù)間距應(yīng)當(dāng)符合有關(guān)規(guī)定。例如：總變電所或配電裝置距離Ⅰ類腐蝕性環(huán)境（中腐蝕）的距離應(yīng)當(dāng)達(dá)到30～50 m；距離Ⅱ類腐蝕性環(huán)境（強(qiáng)腐蝕）的距離應(yīng)達(dá)到50～80 m。

（4）對于低壓電氣控制用的變頻器和PLC 等電力電子設(shè)備，應(yīng)當(dāng)安裝在相對密閉的配電室或者主控室，遠(yuǎn)離腐蝕性的氣體和塵埃。并且有相應(yīng)的散熱措施，在配電室安裝空調(diào)，保證這些精密電力電子設(shè)備有良好的工作環(huán)境。

（5）配電線路應(yīng)按HG/T 20666-1999 要求，采取有效的防腐措施，具體的措施如下。第一，電纜的材質(zhì)必須選用耐腐蝕的聚烯烴絕緣聚氯乙烯護(hù)套電纜（如HYAT 或HTVV），吊車上的移動(dòng)電纜可以采用硅橡膠扁平電纜。第二，電纜的敷設(shè)方式必須注意。含有腐蝕性的有機(jī)物質(zhì)、腐殖質(zhì)以及礦渣、石灰等強(qiáng)烈的酸堿物質(zhì)的土壤中，不允許直接埋設(shè)電纜。可以采用鋼索懸掛敷設(shè)，也可以采用橋架敷設(shè)。如果遇到氣體管道或熱力管道，電氣橋架在下方；遇到液體管道，橋架安裝在上方。第三，電線采用穿管敷設(shè)時(shí)，保護(hù)管應(yīng)當(dāng)采用熱鍍錫、熱鍍鋅的鋼管，或采用耐腐蝕的塑料管敷設(shè)。

3.5 應(yīng)考慮爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)環(huán)境電力裝置的設(shè)計(jì)

（1）爆炸性氣體環(huán)境應(yīng)按規(guī)定做好危險(xiǎn)區(qū)域的劃分。由工藝技術(shù)人員提供各種可燃性危險(xiǎn)物質(zhì)明細(xì)表及其特性，以及各區(qū)域的釋放源明細(xì)表，即劃定0 區(qū)、1區(qū)、2 區(qū)。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，0 區(qū)和1 區(qū)很少涉及，大多數(shù)情況屬于2 區(qū)。

（2）應(yīng)注意電氣裝置和電氣設(shè)備的布置范圍。變、配電所和控制室的位置應(yīng)遠(yuǎn)離爆炸危險(xiǎn)區(qū)域[4]，不管是戶外式還是戶內(nèi)式，其建筑物外墻或圍墻的距離都應(yīng)大于等于30 m。有正壓室措施時(shí)，可以布置在1 區(qū)或2 區(qū)內(nèi)，但多數(shù)企業(yè)的變、配電所（包括配電室）和控制室布置在2 區(qū)，很少布置在1 區(qū)。易燃物質(zhì)比空氣密度大的爆炸性氣體環(huán)境，變、配電所和控制室的室內(nèi)地面應(yīng)高出室外0.6 m[5-6]。因?yàn)楦郊? 區(qū)0.6 m 以內(nèi)的區(qū)域還會(huì)有危險(xiǎn)氣體存在，地面抬高0.6 m 是為了避免危險(xiǎn)氣體進(jìn)入配電室和控制室而采取的措施。

（3）應(yīng)根據(jù)爆炸危險(xiǎn)劃分的0 區(qū)、1 區(qū)、2 區(qū)，選擇合適的防爆電氣產(chǎn)品，同時(shí)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。化工企業(yè)防爆廠房一般選用隔爆型、增安型、正壓型、無火花型，如電動(dòng)機(jī)必須選擇封閉式、防爆式電機(jī)，開關(guān)也必須采用防爆式開關(guān)。

（4）注意電氣線路的敷設(shè)方式。第一，電氣線路應(yīng)遠(yuǎn)離爆炸危險(xiǎn)的環(huán)境敷設(shè)。第二，要注意易燃物質(zhì)與空氣的密度，分別采用不同的敷設(shè)方式：比空氣重時(shí)，電氣線路應(yīng)采用電纜橋架在高處敷設(shè)或直接埋地敷設(shè)；比空氣輕時(shí)，宜采用電纜溝敷設(shè)或在較低處敷設(shè)。第三，有爆炸危險(xiǎn)的建筑物，電氣線路宜在墻外敷設(shè)；線路敷設(shè)所穿過的不同區(qū)域，應(yīng)采用非燃性材料嚴(yán)密堵塞墻壁或樓板處的孔洞。第四，禁止將電纜平行敷設(shè)在各種管道的上面或下面。如果只有一小段，應(yīng)注意與熱力管道、石油煤氣管道、水管的距離必須符合要求。

（5）在1 區(qū)和2 區(qū)內(nèi)應(yīng)盡量采用銅芯電纜；因?yàn)殂~芯電纜電阻率低，導(dǎo)電性能良好。在高溫環(huán)境下，應(yīng)選用耐高溫的阻燃電纜。同時(shí)，電纜進(jìn)入用電設(shè)備接線盒的方式，應(yīng)考慮防爆措施。

（6）做好防雷、防靜電的設(shè)計(jì)。第一，第Ⅰ、Ⅱ類防雷建筑物中有火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)的化工場所，應(yīng)設(shè)置可靠的防雷保護(hù)裝置，按分類要求，有防直擊雷、侵入雷和感應(yīng)雷的措施。第二，建筑物低壓進(jìn)線，對高電位引入的防護(hù)方法，如果要求比較高，可以裝設(shè)低壓閥式避雷器或2～3 mm 放電間隙；如果采用電纜進(jìn)線，可以采用一段具有金屬外皮的電纜埋地引入，并在電纜首端裝設(shè)低壓閥式避雷器。第三，電氣設(shè)備的保護(hù)接地、工作接地裝置與獨(dú)立避雷針的防雷接地裝置應(yīng)單獨(dú)分開。第四，防爆廠房中，金屬管道、容器、構(gòu)件及操作平臺(tái)很多。電氣管道大多是明敷設(shè)，管線長短不一，很容易形成不同的感應(yīng)電位和靜電電位，為了防止不同金屬構(gòu)件之間電荷釋放而產(chǎn)生火花，一定要采取防靜電的接地措施。

4 結(jié)語

化工企業(yè)是一個(gè)易燃易爆、有毒有害、腐蝕性強(qiáng)的場所，具有高溫、高壓、高真空的特點(diǎn)，環(huán)境復(fù)雜，危險(xiǎn)因素多，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：（1）盡量采用雙回路供電，并且安裝備自投自動(dòng)投切（APD），提高供電的可靠性，對PLC、DCS、FCS，以及中心控制室的監(jiān)控主機(jī)采用UPS供電；（2）建設(shè)自備電站或安裝柴油發(fā)電機(jī)、直流蓄電池、逆變電源為0Ⅱ類、0Ⅲ類保安負(fù)荷供電，總降壓變電站、車間變電站、自備電站的位置應(yīng)安排在工廠的上風(fēng)口，遠(yuǎn)離腐蝕性的氣體與粉塵和易燃易爆的場所；（3）選擇防腐、防爆的電器產(chǎn)品；（4）做好防雷、防靜電設(shè)計(jì)；（5）電纜和電氣線路的走向按設(shè)計(jì)規(guī)范敷設(shè)。通過上述措施，可最大程度地保證化工企業(yè)安全、平穩(wěn)的供電，提高供電的可靠性，防止火災(zāi)、爆炸等安全、環(huán)保事故的發(fā)生。