潔凈廠房電氣設(shè)計的探析與實踐

張 濤

(福州市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司 福建福州 350011)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，技術(shù)工藝推陳出新，高端制造業(yè)對生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求也不斷提高，潔凈廠房開始受到越來越多的人關(guān)注。潔凈廠房在光電子元器件、制藥、精密設(shè)備制造及科研等對生產(chǎn)環(huán)境有較高要求的行業(yè)中，有著相當(dāng)廣泛應(yīng)用。在潔凈廠房的設(shè)計中，電氣設(shè)計是一個重要的環(huán)節(jié)。因此，必須重視潔凈廠房電氣設(shè)計工作，確保設(shè)計方案的合理和可靠。本文結(jié)合實例，對潔凈廠房電氣設(shè)計中的關(guān)鍵事項進行分析探討，并總結(jié)有關(guān)設(shè)計經(jīng)驗，以供同行參考。

1 工程概況

該工程地上建筑分別為1#樓為高層丙類廠房建筑，2#樓為5層丙類廠房建筑，廠房主要從事光學(xué)元器件和光電模塊生產(chǎn)。通訊機房、有線電視機房、消控兼安控中心均設(shè)置在1#樓一層，1#樓四層設(shè)置一個服務(wù)器機房，2#一層設(shè)置環(huán)網(wǎng)室和高低壓變配電房，一～三層都設(shè)有空調(diào)機房。其中2#樓一層、二層部分區(qū)域設(shè)有潔凈廠區(qū)。環(huán)網(wǎng)室、高低壓變配電房和空調(diào)機房設(shè)置在非潔凈區(qū)。2#樓一層潔凈區(qū)域布置如圖1所示。

圖1 潔凈廠房區(qū)域示意圖

2 配電系統(tǒng)設(shè)計

該工程采用樹干式與放射式相結(jié)合的配電方式。廠房內(nèi)的普通生產(chǎn)動力用電，配電通過設(shè)置動力層箱及就地配電箱，根據(jù)工藝需要預(yù)留單相或三相插座。鍍膜設(shè)備，工藝水系統(tǒng)、空壓機系統(tǒng)是此潔凈廠房內(nèi)的主要工藝生產(chǎn)的設(shè)備，應(yīng)保證這些大型動力設(shè)備的可靠供電，故采用配電房專用的供電回路供電。

潔凈廠房的空氣潔凈度對產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大，如若出現(xiàn)停電或供電系統(tǒng)運行故障，整個潔凈區(qū)域內(nèi)空氣會被污染。因此，按規(guī)范要求，凈化空調(diào)系統(tǒng)由變電所專線直接供電。在實際工程設(shè)計時，凈化空調(diào)系統(tǒng)的電源可按二級負(fù)荷要求供電，接引至市政用電和柴油發(fā)電機組互投后應(yīng)急母線段，這種供電方式通常不會增加發(fā)電機容量和投資，卻能大大提高凈化空調(diào)供電的可靠性，確保潔凈廠房凈化空調(diào)系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定運行。

潔凈區(qū)里需要打開箱門操作的配電箱箱體，應(yīng)選用不易堆積灰塵、方便擦拭、不易生銹的的雙層面板結(jié)構(gòu)。配電箱安裝位置需要提前與建筑專業(yè)做好配合，滿足暗裝的要求，同時做好孔洞預(yù)留工作。線槽、橋架在潔凈區(qū)外的吊頂內(nèi)敷設(shè)，潔凈區(qū)內(nèi)的電氣裝置和線管應(yīng)采取暗裝，電氣管線的管口以及電氣設(shè)備與墻體接縫處，均需可靠密封，以免微粒物通過管路間隙滲到潔凈區(qū)。

3 照明系統(tǒng)

潔凈廠房通常是封閉環(huán)境，采光窗多被遮擋或面積小，無法自然采光，絕大程度上需要依靠人工照明。此外，潔凈廠房內(nèi)通常從事精細加工工作，需要良好穩(wěn)定的照明環(huán)境。為了避免動力用電頻繁啟動引起電壓波動，應(yīng)保證照明電源的可靠性和穩(wěn)定性，因此要求照明負(fù)荷與動力負(fù)荷分開回路，由變配電房專線供電。

潔凈區(qū)內(nèi)需選用滿足相應(yīng)潔凈等級的照明燈具，燈具采用一體化整燈設(shè)計，吸頂安裝或嵌入安裝時燈具與頂面貼合。對于水平單向流基礎(chǔ)型潔凈室，可以采用如圖2(a)超薄平滑流線形及隱藏式卡扣設(shè)計的LED潔凈支架，或如圖2(b)或超薄結(jié)構(gòu)設(shè)計的LED潔凈燈盤，可以有效防止空氣紊流和灰塵堆積。對于垂直單向流專業(yè)型潔凈室，可采用淚滴型流線外形設(shè)計的LED潔凈支架，如圖2(c)所示。

(a)(b)(c)

潔凈廠房內(nèi)一般照明的照度標(biāo)準(zhǔn)值如表1所示。其他輔助用房、凈化室、走廊等非關(guān)鍵作業(yè)區(qū)域的照度標(biāo)準(zhǔn)值，一般為150lx～300lx[1]。

表1 部分工業(yè)建筑一般照明標(biāo)準(zhǔn)值及功率密度限值[2]

潔凈廠房內(nèi)需要設(shè)置備用照明，備用照明照度需要高于正常照明照度標(biāo)準(zhǔn)的10%，一旦正常照明因故障熄滅時，工作人員仍可以進行必要的操作或采取應(yīng)急處理。工程中，可以將正常照明的一部分作為備用照明，作為備用照明的燈具自帶蓄電池，連續(xù)供電時間大于30 min。

4 消防自動報警系統(tǒng)

潔凈廠房內(nèi)空間密閉，走道迂回曲折，人員疏散逃生和火情撲滅都存在困難，引發(fā)火災(zāi)后，若不能及時發(fā)現(xiàn)火情，煙火會沿著風(fēng)管風(fēng)道迅速蔓延擴散。潔凈廠房內(nèi)設(shè)備貴重，一旦發(fā)生火災(zāi)，損失嚴(yán)重，企業(yè)停產(chǎn)導(dǎo)致的損失和后期恢復(fù)生產(chǎn)需要極大的投入?；馂?zāi)自動報警系統(tǒng)的設(shè)置，有利于盡早發(fā)現(xiàn)火情，防止火災(zāi)的進一步擴大，避免人身和財產(chǎn)的損失。該工程將消防控制室設(shè)置在潔凈區(qū)外1#樓一層。

4.1 消防電話

除規(guī)范要求的變配電房、發(fā)電機房、消控室、空調(diào)機房、風(fēng)機房及各類控制室需要設(shè)置消防專用電話，潔凈區(qū)的入口處也需設(shè)置消防專用電話。當(dāng)潔凈區(qū)探測器報警后，消防控制室可通過電話及時了解現(xiàn)場的火災(zāi)情況，進行核實確認(rèn)后，由消防控制室對消防風(fēng)機、消防水泵等設(shè)備進行聯(lián)動控制，有關(guān)部位的非消防電源也應(yīng)由消控室手動切斷。進行人工核實確認(rèn)后再手動控制，是為了防止探測器誤報而造成損失。

4.2 火災(zāi)報警探測器及消防報警設(shè)備

潔凈廠房的生產(chǎn)層、風(fēng)機房、空調(diào)機房等，均要設(shè)置火災(zāi)報警探測器。通常潔凈廠房的吊頂高度都超過800 mm且有可燃物，在技術(shù)夾層內(nèi)需增設(shè)報警探測器[3]?；馂?zāi)報警探測器種類繁多，常用的有光電感煙探測器、感溫探測器、火焰探測器。因此，在選擇探測器時，應(yīng)充分考慮潔凈區(qū)的功能及房間的高度、面積、氣流等情況，并應(yīng)結(jié)合考慮火災(zāi)探測器自身特點，選擇最適用該場所的火災(zāi)探測器[4]。

此外，點型激光感煙探測器是傳統(tǒng)光電感煙火災(zāi)探測器的升級產(chǎn)品。空氣通過采樣孔進入激光腔，信號經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為煙霧濃度值，可以克服空氣流動、環(huán)境干擾等外界影響，靈敏度是傳統(tǒng)光電感煙火災(zāi)探測器10～50倍，能更早發(fā)出報警信號，安裝調(diào)試方便。

對于潔凈度要求高潔凈廠房，可以使用吸氣式感煙火災(zāi)探測器。吸氣式感煙火災(zāi)探測器探測原理和點型激光感煙探測器相似，通過將被保護區(qū)域內(nèi)的空氣樣本通過采樣孔送入探測器，由探測器內(nèi)部的激光探測裝置對空氣樣本中的煙霧顆粒尺寸及濃度進行識別、測量和計算，探測到微量的煙霧，再根據(jù)煙霧濃度和預(yù)設(shè)的報警閾值，產(chǎn)生相應(yīng)報警等級。吸氣式感煙火災(zāi)探測器具有靈敏度高、探測范圍廣、發(fā)現(xiàn)火情早等特點。

潔凈廠房布局復(fù)雜，可以在廠房內(nèi)的樓梯口、走廊拐角處、應(yīng)急逃生口等區(qū)域，適當(dāng)增加火災(zāi)報警按鈕和聲光警報器的布置。消防應(yīng)急廣播的采用吸頂式安裝，可以避免積塵。消火栓按鈕的設(shè)置需與給排水專業(yè)配合，設(shè)置在消火栓箱內(nèi)，盡量減少外露消防報警設(shè)備的數(shù)量。設(shè)備外表面應(yīng)光滑平整、易清潔，與墻體、頂棚的接縫處，均需采取高性能橡膠墊進行密封處理。

4.3 預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)

潔凈廠房內(nèi)往往配備貴重儀器設(shè)備，通常采用預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)。濕式系統(tǒng)管網(wǎng)中平時充滿水，若管網(wǎng)漏水，或噴頭損壞，產(chǎn)生漏水和誤噴，可能損壞潔凈廠房內(nèi)的設(shè)備儀器，且不便日常管理維護。干式噴水滅火系統(tǒng)控滅火速度慢，滅火效率低。預(yù)作用系統(tǒng)具備了前兩種系統(tǒng)的優(yōu)點，平時管網(wǎng)中充滿低壓氣體，由氣體管道壓力開關(guān)、控制柜和空壓機組成的自動充氣裝置維持充氣氣壓值。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時，探測器報警后，消防聯(lián)動控制器控制閥門排氣，在噴頭動作前在管網(wǎng)中充滿水，系統(tǒng)由干式轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷絿娝到y(tǒng)。

預(yù)作用自動噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)要火災(zāi)自動報警系統(tǒng)密切配合。有壓氣體管道壓力開關(guān)應(yīng)通過信號線連接至消防聯(lián)動控制器。若噴頭損壞火管道泄露，管內(nèi)壓力下降，當(dāng)?shù)陀谧钚毫υO(shè)定值時，壓力開關(guān)將故障報警信號發(fā)至聯(lián)動控制器，同時開啟空壓機進行補氣。此時預(yù)作用裝置電磁閥沒有開啟動作，所以管網(wǎng)中沒有水?；馂?zāi)發(fā)生時，感煙探測器探測到火情，消防聯(lián)動控制器即打開管道末端排氣閥前的電動閥和預(yù)作用閥組上的電磁閥，管網(wǎng)開始排氣充水。一路水流推動水力警鈴發(fā)出聲報警信號，同時預(yù)作用閥組的壓力開關(guān)動作直接啟動消防水泵，壓力開關(guān)給出信號關(guān)閉空壓機；現(xiàn)場溫度繼續(xù)上升，噴頭破裂開始動作噴水。預(yù)作用噴水系統(tǒng)控制原理圖如圖3所示。

圖3 預(yù)作用系統(tǒng)控制原理圖(充氣單連鎖)

5 靜電防護與接地系統(tǒng)

該工程接地采用TN-S系統(tǒng)，系統(tǒng)接地、靜電防護接地、建筑防雷接地采用聯(lián)合接地方式，并采用等電位聯(lián)結(jié)措施。潔凈廠房的許多設(shè)備和儀器對靜電敏感，靜電將導(dǎo)致部分微小金屬制品發(fā)生磁化現(xiàn)象，影響設(shè)備正常工作。此外，靜電會引起塵埃吸附，污染室內(nèi)無塵環(huán)境，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，防靜電是一個非常重要的工作，接地可以有效消除靜電，消除靜電造成危害。實際工程中通常有綜合接地和分散接地兩種接地方式。當(dāng)設(shè)備的功能接地要求分開設(shè)置時，應(yīng)設(shè)作防止雷電反擊處理，分開設(shè)置的防靜電接地系統(tǒng)的接地體，應(yīng)與防雷接地系統(tǒng)的接地體保持20 m以上的間距。防靜電接地體單獨設(shè)置，往往會增加造價投資，并增加施工難度。

該工程中接地設(shè)備保護接地和靜電接地采用單獨的接地線將其接引至共用的基礎(chǔ)接地極，達到共用接地裝置的目的，接地電阻值應(yīng)小于1Ω[5]。潔凈廠房內(nèi)所有可能產(chǎn)生靜電的生產(chǎn)設(shè)備和管道，均應(yīng)保證其可靠接地。當(dāng)雷擊發(fā)生時，高壓大電流從引下線上流過，產(chǎn)生強磁場，進而形成感應(yīng)電流，為了防止雷電泄放電流對靜電接地系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，防靜電接地線應(yīng)獨立設(shè)置，不與防雷引下地線共用。豎井內(nèi)離地0.3 m處設(shè)靜電接地端子箱，生產(chǎn)區(qū)內(nèi)設(shè)置車間靜電接地端子箱，吊頂內(nèi)安裝，靜電防護接地系統(tǒng)的干線采用WDZB-BYJ-450/750-120，由基礎(chǔ)接地穿PC32管引出。并根據(jù)二裝要求預(yù)留防靜電地板接地點和設(shè)備靜電接地端子盒，接地支線采用WDZB-BYJ-450/750-16，穿PC16管沿吊頂敷設(shè)。

6 結(jié)語

“十四五”期間，隨著工業(yè)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級，必將會建設(shè)大量潔凈廠房。因此，潔凈廠房的電氣設(shè)計應(yīng)得到足夠的重視。此外，后期工藝設(shè)計會使?jié)崈魪S房設(shè)計更加綜合和復(fù)雜，在條件允許情況下，應(yīng)該為工藝設(shè)計預(yù)留設(shè)計條件，避免各項資源重復(fù)投入。本次研究重點圍繞潔凈廠房的配電、照明、火災(zāi)自動報警，以及靜電防護接地等系統(tǒng)，對關(guān)鍵設(shè)計要點進行分析探討，提出合理設(shè)計方案，希望能為以后的設(shè)計工作提供借鑒。