復(fù)合肥造粒塔的電氣設(shè)計(jì)

陳馥音

(上海新建設(shè)建筑設(shè)計(jì)有限公司 上海 200070)

如圖1所示，造粒塔是化肥生產(chǎn)加工過程中的重要設(shè)備，其高度已從原來的70 m左右發(fā)展至目前接近甚至超過100 m，是類似煙囪的大型構(gòu)筑物。

在復(fù)合肥造粒塔的電氣設(shè)計(jì)中，除了滿足其作為構(gòu)筑物的基本配電等要求外，還應(yīng)滿足生產(chǎn)工藝的要求，使設(shè)備的操作控制更便捷安全，確保生產(chǎn)裝置的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 配電設(shè)計(jì)

按現(xiàn)行規(guī)范，造粒塔為高聳構(gòu)筑物，以結(jié)構(gòu)為主專業(yè)；建筑作為輔助專業(yè)，通常會(huì)根據(jù)結(jié)構(gòu)專業(yè)的圖紙?zhí)峁┰炝Ｋ鳂?biāo)高的建筑平面圖。電氣專業(yè)在拿到建筑平面圖后，尚不能立即開始設(shè)計(jì)制圖，因?yàn)樵炝Ｋ腔ぴO(shè)備，故還需工藝專業(yè)提供完善的工藝設(shè)計(jì)條件，如工藝設(shè)備布置圖(應(yīng)包括塔內(nèi)相關(guān)設(shè)備的具體位置、電機(jī)高度)、用電量(計(jì)算電流)、控制方式等。其中的控制方式還需提供具體的自動(dòng)控制要求，如是否自帶控制柜，啟停是在控制室內(nèi)統(tǒng)一控制還是就地控制，就地控制時(shí)是單臺(tái)控制還是與同層其他設(shè)備集中控制等。此外，還需根據(jù)工藝的要求，考慮就地控制箱上各控制按鈕及指示燈的設(shè)置。待工藝條件完全具備后，方可進(jìn)行配電設(shè)計(jì)。

配電間(控制室)是造粒塔內(nèi)各設(shè)備正常運(yùn)行的供電來源，是電氣設(shè)計(jì)的核心要素。但在熔體塔式造粒復(fù)合肥項(xiàng)目的整個(gè)工藝流程中，除了造粒之外，首先要將多種基礎(chǔ)原材料及添加劑經(jīng)計(jì)量及攪拌后由電子計(jì)量皮帶機(jī)輸送至造粒系統(tǒng)，待造粒工藝完成后，還需經(jīng)冷卻、篩分、計(jì)量包裝，部分不合格顆粒需返回造粒系統(tǒng)，包裝后的成品則運(yùn)入相應(yīng)的庫房進(jìn)行存放。因此， 除了造粒塔主體之外，在造粒塔的附近還需要設(shè)置配套的生產(chǎn)車間及成品車間等，車間內(nèi)有計(jì)量設(shè)備、振動(dòng)篩、破碎機(jī)、熔融槽及覆膜機(jī)等設(shè)備，以配合完成造粒前、后的相關(guān)工藝流程。

圖1 某復(fù)合肥造粒塔剖面示意

所以，通常造粒塔配電間的設(shè)置位置有2種選擇方式，第1種方式是設(shè)置在造粒塔頂部區(qū)域的樓層內(nèi)，這主要是考慮到塔內(nèi)的配電設(shè)備大都集中在塔頂?shù)脑O(shè)備層內(nèi)，將造粒塔的配電間設(shè)置在此，可以最大化靠近負(fù)荷中心。第2種方式是將配電間設(shè)置在生產(chǎn)(或成品)車間內(nèi)，其目的是將車間及造粒塔內(nèi)所有用電設(shè)備通盤進(jìn)行考慮，便于集中式管理及操作。這2種方式都是行之有效的，在具體的設(shè)計(jì)中，可與企業(yè)商議，根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際狀況，選擇更為合適的位置，以便于今后的管理。

在落實(shí)了配電間的選址后，同樣重要的環(huán)節(jié)是根據(jù)工藝提出的不同設(shè)備的用電需求來確定各設(shè)備的電纜規(guī)格。通常車間及造粒塔內(nèi)的設(shè)備電纜均采用電纜橋架的敷設(shè)方式，但由于車間內(nèi)設(shè)備多、工藝管線復(fù)雜，需在統(tǒng)計(jì)所有電纜規(guī)格和數(shù)量后方可確定電纜橋架的規(guī)格(寬度和高度)，并結(jié)合工藝設(shè)備及管線的具體位置，確定電纜橋架的具體走向及安裝標(biāo)高。其中，至關(guān)重要的是進(jìn)入造粒塔內(nèi)的電纜橋架規(guī)格的確定，這是因?yàn)樵炝Ｋ跐仓瓿珊蠛茈y再次開孔開洞，所以必須在前期施工時(shí)就預(yù)留相應(yīng)的電纜橋架入戶孔洞，確保橋架最終順利安裝。同理，造粒塔內(nèi)從一層至頂層的豎向橋架的留洞位置及尺寸也需與結(jié)構(gòu)專業(yè)確認(rèn)并在結(jié)構(gòu)圖紙中標(biāo)明。通過在設(shè)計(jì)階段的合理配置，就從源頭上避免了不必要的返工，從而降低投資成本。

在設(shè)計(jì)過程中，工藝專業(yè)的人員還會(huì)對(duì)各個(gè)不同設(shè)備提出不同的控制要求，這就需要電氣專業(yè)的設(shè)計(jì)人員根據(jù)要求并結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況確定設(shè)備的具體控制方式。以貴州某企業(yè)2×150 kt/a 熔體塔式復(fù)合肥項(xiàng)目的造粒塔為例，在塔內(nèi)101.0 m平面共有除塵風(fēng)機(jī)、磷酸銨混料上塔斗提機(jī)及二段蒸發(fā)風(fēng)機(jī)各1臺(tái)，要求此平面的3臺(tái)設(shè)備的開啟過程除了能在配電間進(jìn)行控制外，還需就地進(jìn)行集中控制。針對(duì)此要求，在進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)時(shí)，需要在101.0 m平面選擇進(jìn)出方便、靠近負(fù)荷中心且便于操作的位置設(shè)置1臺(tái)就地集中控制箱，箱門上裝有紅、綠各3只控制按鈕(表示啟停)并帶信號(hào)燈，并對(duì)要求計(jì)量的設(shè)備在箱內(nèi)附設(shè)電流表。此外，根據(jù)工藝要求，在造粒塔的每個(gè)設(shè)備層設(shè)置1臺(tái)檢修插座箱，供正常投產(chǎn)后的設(shè)備檢修用?？紤]到造粒塔在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵且有輕微腐蝕作用，屬輕腐蝕環(huán)境，應(yīng)選用防水防塵防腐型檢修插座箱(防護(hù)等級(jí)為IP65)。此外，其他所有不在配電間而在塔內(nèi)設(shè)置的配電箱柜、就地集中控制箱柜等均應(yīng)選用防水防塵防腐型(防護(hù)等級(jí)為IP65)。

2 照明設(shè)計(jì)

通常來說，為了便于操作和管理，在造粒塔的底層入口處需放置1只照明配電箱以對(duì)造粒塔內(nèi)各層燈具進(jìn)行配電。常用的控制方式有2種：①將塔內(nèi)各層的照明回路均在底層照明配電箱箱內(nèi)進(jìn)行集中控制，可以每個(gè)操作平臺(tái)設(shè)1個(gè)控制回路，或者多個(gè)操作平臺(tái)設(shè)1個(gè)控制回路，具體需根據(jù)實(shí)際使用時(shí)的要求確定，不過仍需謹(jǐn)記每個(gè)回路燈具均不應(yīng)超過25只；②在各層樓梯間出口處設(shè)置照明開關(guān)，各平臺(tái)就地控制。根據(jù)節(jié)能要求，造粒塔內(nèi)各照明燈具以LED光源為主，顯色指數(shù)不應(yīng)小于80，熒光燈燈具效率(敞開式)不低于75%。由于造粒塔內(nèi)工藝設(shè)備的高度、位置等各有差異，布置燈具時(shí)可能無法像常規(guī)的廠房那樣規(guī)則布置，在設(shè)計(jì)時(shí)，各燈具位置及電纜走線位置均需根據(jù)工藝設(shè)備的位置及其對(duì)照明的要求設(shè)置(如某些設(shè)備需在工作面增設(shè)照明等)。在施工時(shí)，還應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況并配合機(jī)械設(shè)備，對(duì)燈具實(shí)際安裝位置進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)結(jié)合塔內(nèi)電纜橋架及其他設(shè)備施工，避免位置沖突。

除普通照明外，造粒塔的應(yīng)急照明配電箱也宜設(shè)置在造粒塔的底層入口處。在造粒塔各工作層面及樓梯間內(nèi)應(yīng)設(shè)應(yīng)急燈具，樓梯間內(nèi)采用吸頂式燈具。在普通廠房等建筑照明設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到節(jié)能及控制方便，樓梯間內(nèi)燈具的控制開關(guān)均會(huì)采用聲、光延時(shí)自熄開關(guān)等。但造粒塔內(nèi)設(shè)備在投入運(yùn)行后，其運(yùn)行噪聲較大，導(dǎo)致環(huán)境非常嘈雜，聲控開關(guān)容易損壞，故在造粒塔內(nèi)的樓梯間仍應(yīng)采用手動(dòng)操作的開關(guān)。塔內(nèi)工作層面的應(yīng)急燈具宜采用與普通照明同規(guī)格的燈具，應(yīng)急燈具安裝數(shù)量應(yīng)符合火災(zāi)時(shí)場所最低照度要求。由于大多數(shù)的造粒塔設(shè)備層面積較小且設(shè)備布置緊湊，無需也無法設(shè)置疏散指示燈具，僅在各設(shè)備層的出口處設(shè)置即可，這需根據(jù)造粒塔具體情況確定，但在樓梯間內(nèi)需設(shè)置疏散指示燈具。消防應(yīng)急照明燈具和疏散指示燈具應(yīng)設(shè)玻璃或其他非可燃燒材料制作的保護(hù)罩，塔內(nèi)所有燈具及開關(guān)均應(yīng)選用防水防塵防腐型(防護(hù)等級(jí)為IP65)。

此外，由于造粒塔高度過高，屬于危及航行安全的構(gòu)筑物，應(yīng)根據(jù)航行要求設(shè)置障礙照明，即在造粒塔頂部設(shè)置航空障礙燈，通常設(shè)置3只，在塔頂均布，每個(gè)障礙燈邊均設(shè)避雷針保護(hù)。

3 防雷接地設(shè)計(jì)

由于造粒塔屬特殊構(gòu)筑物，在相關(guān)規(guī)范和圖集內(nèi)并未明確有關(guān)造粒塔的防雷方法，所以在設(shè)計(jì)時(shí)通常參考煙囪的防雷方法。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057—2010)中第3.0.4 條的第4條，通常將造粒塔定為第三類防雷建筑物，采取的防雷措施具體如下。

(1) 利用塔頂四周的女兒墻設(shè)置避雷帶，并在女兒墻上對(duì)稱布置3支高出女兒墻不低于0.5 m 的接閃桿，要求3支接閃桿與環(huán)形接閃帶可靠焊接成一體。

(2) 利用塔結(jié)構(gòu)滑模爬桿鋼管作為防雷接地引下線與塔基礎(chǔ)相連接，鋼管的直徑、厚度等應(yīng)符合GB 50057—2010的相關(guān)規(guī)定。

(3) 利用建筑物基礎(chǔ)作為接地體，將基礎(chǔ)底板四周的主筋焊接成一體作為總等電位接地，等電位接地端子應(yīng)與接地裝置相連。造粒塔內(nèi)電纜橋架中應(yīng)敷設(shè)1根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼作為各用電設(shè)備的專用接地線，兩端與接地裝置相連。塔內(nèi)所有正常不帶電的電氣設(shè)備的金屬外殼、電纜橋架、運(yùn)行軌道、電梯軌道及金屬管線入戶處均需可靠接地。

由于造粒塔主體高度較高，且其頂部裝有接閃桿，可采用GB 50057—2010中的滾球法確定造粒塔頂部接閃桿的保護(hù)范圍，以確定其底部相鄰近的生產(chǎn)(或成品)車間是否在其保護(hù)范圍之內(nèi)。即將車間的最高點(diǎn)作為被保護(hù)物的高度，計(jì)算出造粒塔頂部接閃桿在此高度處的保護(hù)半徑，如生產(chǎn)(或成品)車間在此水平面處最遠(yuǎn)端的距離在此保護(hù)半徑之內(nèi)，則說明車間處于造粒塔的避雷保護(hù)范圍之內(nèi)，無需設(shè)置防雷設(shè)施，否則須采取相應(yīng)的防雷措施。

4 結(jié)語

在復(fù)合肥塔式造粒工藝的電氣設(shè)計(jì)中，除了以上述及的供配電、照明、防雷接地等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)外，還包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)(FAS)、設(shè)備控制系統(tǒng)(BAS)、安防監(jiān)控系統(tǒng)(CCTV)等弱電智能化的專項(xiàng)設(shè)計(jì)，而對(duì)于硝基復(fù)合肥項(xiàng)目還涉及電氣防爆設(shè)計(jì)。

筆者參與設(shè)計(jì)了如貴州開磷2×150 kt/a硝基復(fù)合肥項(xiàng)目、河南鄲城100 kt/a復(fù)合肥項(xiàng)目、福建漳州100 kt/a塔式造粒尿基復(fù)合肥項(xiàng)目、吉林梅河口150 kt/a熔體塔式尿基復(fù)合肥項(xiàng)目、安徽宿州200 kt/a高塔造粒復(fù)合肥項(xiàng)目等大型塔式復(fù)合肥項(xiàng)目的電氣設(shè)計(jì)，根據(jù)這些項(xiàng)目建成投產(chǎn)多年來保持安全平穩(wěn)運(yùn)行的實(shí)際情況，表明上述復(fù)合肥塔式造粒工藝電氣的設(shè)計(jì)流程和技術(shù)措施是合理可行的。