化工企業(yè)電氣技術(shù)安全改造

馬 驍

（唐山三友氯堿有限責(zé)任公司，河北 唐山063305）

電氣技術(shù)安全改造具有系統(tǒng)性強(qiáng)、安全及質(zhì)量要求嚴(yán)苛的特點(diǎn)，在選擇技改方式時(shí)需要考慮諸多因素，如生產(chǎn)工藝、設(shè)備控制和運(yùn)行指標(biāo)等?；て髽I(yè)的電氣技術(shù)改造包括但不限于對(duì)原有設(shè)備的更新，生產(chǎn)控制和操作方法的簡(jiǎn)化，節(jié)約和綜合利用的方式轉(zhuǎn)變，員工工作環(huán)境打造等，是擴(kuò)大企業(yè)生產(chǎn)能力，提高設(shè)備技術(shù)水平的重要途經(jīng)。唐山三友氯堿有限公司基于現(xiàn)有的技術(shù)力量和管理水平，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目建設(shè)和安全生產(chǎn)的全面控制，采用既符合企業(yè)先進(jìn)生產(chǎn)，又能將綠色發(fā)展理念滲透到化工生產(chǎn)領(lǐng)域的技術(shù)改造方法。在安全、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保的發(fā)展路線進(jìn)行設(shè)備革新，在提高設(shè)備與生產(chǎn)系統(tǒng)適配性的前提下，降低能源損耗，提高生產(chǎn)效率，保證產(chǎn)品質(zhì)量[1]。

1 化工企業(yè)電氣技術(shù)改造原則

1.1 技術(shù)適用性

化工行業(yè)用電負(fù)荷大，水、電、氣供給質(zhì)量要求較高。適用性是化工企業(yè)電氣技術(shù)改造的必要前提，基于滿足企業(yè)生產(chǎn)負(fù)荷和員工工作環(huán)境的前提下，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，優(yōu)化供、配電系統(tǒng)，確保在電氣技術(shù)改造前后供配電系統(tǒng)均能保持較高的可靠性和穩(wěn)定性。以新的能源政策、電氣標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布情況應(yīng)對(duì)化工創(chuàng)新技術(shù)設(shè)計(jì)，以新國標(biāo)、行標(biāo)、團(tuán)標(biāo)等規(guī)范應(yīng)對(duì)行業(yè)過渡期。

1.2 改造經(jīng)濟(jì)性

電氣安全技術(shù)改造就是為了達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)營的目標(biāo)。立足于企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀，以低成本高能效為著手點(diǎn)，合理選擇改造方法和設(shè)備設(shè)施，優(yōu)選低能耗、綠色經(jīng)濟(jì)供電、用電產(chǎn)品，配電網(wǎng)內(nèi)各大用戶要注意優(yōu)化電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、適當(dāng)調(diào)整電力系統(tǒng)高峰點(diǎn)[2]以及平衡電力系統(tǒng)峰谷差等，優(yōu)化電源構(gòu)架、合理分配電力資源、注重用能設(shè)備的效益最大化，從而最大限度提升電氣技術(shù)改造的安全性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的可靠盈虧點(diǎn)，確保企業(yè)用電更為經(jīng)濟(jì)、長(zhǎng)效。

1.3 運(yùn)行節(jié)能性

化工行業(yè)供電安全的特點(diǎn)是配電參數(shù)復(fù)雜，且存在彼此交叉影響，向智能化、高精尖、信息化方向發(fā)展，能源利用率低、節(jié)能技術(shù)落后，以電氣技術(shù)安全改造方法為支撐，降低生產(chǎn)損耗，在滿足安全、可靠、功能完善等指標(biāo)的同時(shí)，使節(jié)能技術(shù)充分應(yīng)用于化工行業(yè)的高端用電設(shè)計(jì)中，以實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，計(jì)算負(fù)荷要精確、設(shè)計(jì)節(jié)能系統(tǒng)要嚴(yán)格，采用耗能少的電氣設(shè)備及材料、設(shè)計(jì)節(jié)能降損的高效變壓器、優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的容量與設(shè)計(jì)、強(qiáng)化運(yùn)行管控，降低供、配電系統(tǒng)的投用量、合理投入無功補(bǔ)償，充分利用變頻設(shè)計(jì)技術(shù)，安全可靠推進(jìn)各項(xiàng)降耗，以保證化工企業(yè)能源系統(tǒng)的科學(xué)配置。

1.4 安全可靠性

化工電氣技術(shù)的安全改造存在若干嚴(yán)格過程，應(yīng)謹(jǐn)慎設(shè)計(jì)、運(yùn)行，借鑒安全的電氣運(yùn)行體系，制定專項(xiàng)電氣安全技改方案，全面排查設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試和運(yùn)行隱患，并且匹配現(xiàn)有裝置中設(shè)備、工藝、安全、環(huán)保、儀表、電氣等全范圍、全覆蓋，嚴(yán)格操作規(guī)程的運(yùn)行與實(shí)施、配套操作人員的責(zé)任與安全教育，培養(yǎng)電氣專業(yè)操作手的應(yīng)變措施[3]，加強(qiáng)電氣安全水平；同時(shí)加強(qiáng)安全檢查并做好歸檔工作，做到安全運(yùn)行水平的組織措施與技術(shù)措施均有效提升。

2 電氣設(shè)備安全技改方法

2.1 電源優(yōu)化與安全

鑒于化工行業(yè)對(duì)電力安全系統(tǒng)的特殊要求，通常采用主電源與支電源的冗余設(shè)置，通過回路冗余實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)的安全可靠性，一般地，對(duì)于控制電源由UPS電源及保安電源互補(bǔ)應(yīng)對(duì)，注重公用電源的匹配性、合理性。避免接近負(fù)荷及超大負(fù)荷或過剩功能的不利運(yùn)行。優(yōu)化電源運(yùn)行模式，降低各項(xiàng)消耗，提高機(jī)組的合理配置，保證電源各項(xiàng)參數(shù)運(yùn)行穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，找出存在的隱患及節(jié)能節(jié)點(diǎn)，對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行測(cè)試及風(fēng)險(xiǎn)、節(jié)能、損耗等預(yù)估[4]。

2.2 變頻調(diào)速器

變頻調(diào)速器的投用可以精準(zhǔn)控制電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，降低機(jī)泵類設(shè)備因流量波動(dòng)造成的功率損失。此外，變頻調(diào)速器以生產(chǎn)指標(biāo)為調(diào)整依據(jù)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整溫度、壓力、流量、功率等控制指標(biāo)，以減少設(shè)備頻繁啟停對(duì)變頻設(shè)施的影響，在降低能耗損失的同時(shí)，提高系統(tǒng)容錯(cuò)率，降低人工操作的復(fù)雜性。以施耐德變頻器為例，主要構(gòu)件包括整流器、逆變器、直流部分和控制電路等若干部分，而變頻輸出的功率與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的匹配性、輸出諧波波形、單位時(shí)間內(nèi)輸出速率等參數(shù)決定了現(xiàn)場(chǎng)使用設(shè)備的安全性與經(jīng)濟(jì)性[5]。同時(shí)合理利用變頻輸出的過壓、過流、短路、過載、相間與單相保護(hù)等功能，完善安全改造環(huán)節(jié)。

例如，可對(duì)化工循環(huán)泵、壓縮機(jī)、引風(fēng)機(jī)、釜類攪拌電機(jī)等進(jìn)行節(jié)能變頻改造，既保護(hù)設(shè)備，又可達(dá)到降低各項(xiàng)消耗的目的。創(chuàng)新設(shè)計(jì)采用變頻的綜合保護(hù)功能并開發(fā)其附屬功能的應(yīng)用，在化工行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用變頻技術(shù)，在穩(wěn)定安全應(yīng)用的同時(shí)，降本增效。

2.3 停電保護(hù)裝置

在化工生產(chǎn)過程中，根據(jù)風(fēng)機(jī)、泵、離心機(jī)等重要生產(chǎn)設(shè)備的工藝參數(shù)，通過搭載合適的變頻設(shè)備實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗?？刹捎萌嗨木€的接線方式，利用高精度調(diào)節(jié)電位器實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備輸出功率的精準(zhǔn)控制[6]。同時(shí)，以電氣互鎖裝置、變頻輸出信號(hào)作為控制手段，實(shí)施監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)斷路、短路和過載等問題，利用停電保護(hù)裝置降低過載電流的持續(xù)性危害，保護(hù)電氣設(shè)備。該保護(hù)裝置可以與控制系統(tǒng)DCS、PLC等連接控制指令，并反饋至主操作界面，產(chǎn)生狀態(tài)信號(hào)或制動(dòng)、報(bào)警信號(hào)，以充分保護(hù)系統(tǒng)的用電需求，從而避免用電設(shè)備在異常故障過程中的不利運(yùn)行因素，提升了安全穩(wěn)定性。

2.4 制動(dòng)電阻

離心機(jī)是多數(shù)化工企業(yè)的重點(diǎn)生產(chǎn)設(shè)備，依靠離心力實(shí)現(xiàn)固液分離，完成進(jìn)料、脫水和卸料過程。作為企業(yè)成品的分離設(shè)備，離心機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行是決定產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。通過對(duì)離心機(jī)故障頻率的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)造成離心機(jī)設(shè)備故障的主要原因集中在電氣設(shè)備方面。

作為高慣性負(fù)載設(shè)備，極易在啟停瞬間造成電壓波動(dòng)，損壞變頻器，且變頻器的頻繁動(dòng)作極易在離心機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)故障報(bào)警，影響生產(chǎn)進(jìn)度。通過加裝制動(dòng)電阻，在離心機(jī)停機(jī)瞬間，消耗由于電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速高于同步轉(zhuǎn)速造成的升高電壓，達(dá)到減少因變頻器過載保護(hù)造成設(shè)備損壞的目的。制動(dòng)電阻一般選用無感電阻，防止因電感過大造成制動(dòng)原件損壞。

2.5 繼電保護(hù)器

繼電保護(hù)裝置是針對(duì)供配電系統(tǒng)異常制定的自動(dòng)化控制措施，通過對(duì)電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的參數(shù)異常變化而形成的保護(hù)機(jī)制。隨著化工企業(yè)電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，管理高效性要求進(jìn)一步提升，繼電保護(hù)裝置可以精準(zhǔn)、迅速地針對(duì)系統(tǒng)異常進(jìn)行保護(hù)，并向操作人員提供報(bào)警信息，避免因異常造成進(jìn)一步損失。以化工生產(chǎn)企業(yè)為例，多數(shù)生產(chǎn)設(shè)備處于長(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)致電氣載流部分持續(xù)升溫，縮短設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)周期和設(shè)備使用壽命[7]。而繼電保護(hù)裝置與供配電系統(tǒng)的相互配合，可以在極大程度上延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，全面提升系統(tǒng)安全和穩(wěn)定性。

3 電氣安全維護(hù)技改方法

3.1 紅外熱像儀

化工企業(yè)多數(shù)電氣設(shè)備長(zhǎng)期處于高溫、高壓、易腐蝕環(huán)境下，一旦發(fā)生故障，企業(yè)生產(chǎn)會(huì)遭受巨大損失。

通過在倉儲(chǔ)罐區(qū)、配電室（柜）和高低壓線路、重點(diǎn)裝置壓力管道架設(shè)紅外熱像儀，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度數(shù)據(jù)，設(shè)置多級(jí)報(bào)警閾值，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定閾值后向控制組網(wǎng)輸出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，紅外熱像儀可用于監(jiān)測(cè)管道堵塞、壁厚腐蝕、管路滲漏等情況，也可用于倉儲(chǔ)罐泵類配套電氣設(shè)備監(jiān)測(cè)，與倉儲(chǔ)罐液位計(jì)量系統(tǒng)相輔相成，確保設(shè)備設(shè)施的安全可靠運(yùn)行。

3.2 雙回路供電

供、配電系統(tǒng)可靠性包括充裕度和安全性兩方面。充裕度是指供、配電系統(tǒng)的發(fā)電容量和輸電容量無論何時(shí)均能滿足終端消耗的峰荷要求，是電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)性能的集中體現(xiàn)，安全性是指供、配電系統(tǒng)在終端異常狀態(tài)下不會(huì)造成設(shè)備失控和大面積斷電。

安全性要求化工企業(yè)采用雙回路供電，分開敷設(shè)電線、電纜，并采取相應(yīng)的防火分離措施，在終端異常狀態(tài)下可以迅速進(jìn)行末端切換，提高供、配電系統(tǒng)的安全性和可靠性。同時(shí)，要求化工企業(yè)供、配電系統(tǒng)在同一電壓等級(jí)下，高壓配電級(jí)數(shù)不宜多于兩級(jí)，低壓配電級(jí)數(shù)不宜多于三級(jí)，以此減少由于配電級(jí)數(shù)過多造成的操作失誤和元器件損壞等問題[8]。

3.3 防雷與接地

對(duì)于化工行業(yè)中易燃、易爆、粉塵及有毒有害空間，應(yīng)當(dāng)合理設(shè)置防雷與接地措施，如變壓器、電動(dòng)閥、保護(hù)柜等，合理區(qū)分保護(hù)性接地與功能性接地，合理選擇防電擊地、防靜電接地等；優(yōu)化設(shè)置屏蔽接地、信號(hào)接地、邏輯接地與工作接地等，以滿足化工生產(chǎn)電氣應(yīng)用防爆區(qū)域的特殊要求，除對(duì)接地設(shè)施、接地電阻、等電位聯(lián)結(jié)的選用，也應(yīng)注意防雷與接地測(cè)試及定期檢測(cè)的重要性。同時(shí)也可優(yōu)化使用漏電保護(hù)裝置取代部分較為傳統(tǒng)的接地保護(hù)方式，使化工裝置運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提高。

4 電氣控制技改方法

由于電氣設(shè)備的控制開關(guān)集中，在人為操作過程中極易造成誤操作，加之化工企業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)電氣設(shè)備設(shè)施復(fù)雜，易導(dǎo)致諧波產(chǎn)生，造成電網(wǎng)電壓波動(dòng)，導(dǎo)致供、配電系統(tǒng)中其他設(shè)備在運(yùn)行過程中出現(xiàn)啟動(dòng)異常、過載跳停、設(shè)備損壞等。

變頻器作為非線性用電設(shè)備，在運(yùn)行過程中取用非線性電流，必然會(huì)產(chǎn)生諧波，非線性電流與電網(wǎng)阻抗形成非線性電壓，進(jìn)入電網(wǎng)后造成電網(wǎng)無功功率增大，電壓畸變。注重化工類電氣技術(shù)安全改造的特殊性，化工行業(yè)的電氣設(shè)計(jì)，無論從設(shè)備選擇、供電保障、安全接地、輔助敷設(shè)、控制方法等均遠(yuǎn)高于常規(guī)用電設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)過程中需要與匹配負(fù)載、應(yīng)用環(huán)境、用戶方等緊密配合，了解用電安全需求及流程，科學(xué)合理地開展電氣技術(shù)安全改造。而在一些負(fù)荷的運(yùn)行及測(cè)試過程中，理想與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)往往是變化較大的，建議與實(shí)際配套設(shè)施采用多變量、逆運(yùn)算方法反復(fù)調(diào)試，以確定供配電系統(tǒng)預(yù)留適當(dāng)擴(kuò)展條件及冗余設(shè)置，保證備用容量的合理搭配，通過各項(xiàng)技改參數(shù)的適應(yīng)性運(yùn)行，盡量做到模塊化，以適應(yīng)不同安全運(yùn)行及發(fā)展的需求。

4.1 濾波器

由于濾波器覆蓋范圍廣，反應(yīng)靈敏，通過合適選型加裝在諧波源處，在電氣設(shè)備啟停期間能有效控制設(shè)備電壓，抑制諧波，解決因諧波產(chǎn)生造成的電壓不穩(wěn)。

4.1.1 無源濾波器

無源濾波器是利用電感、電容和電阻共同構(gòu)成的濾波電路，可濾除多次諧波，將其設(shè)定為某一諧波頻率下的極低阻抗，分流與之對(duì)應(yīng)的諧波電流。無源濾波器的工作原理見圖1。

圖1 無源濾波器工作原理圖

4.1.2 有源濾波器

有源濾波器常用于動(dòng)態(tài)抑制濾波，能夠抑制頻率和振幅共同變化的諧波，同時(shí)補(bǔ)償無功功率，可同時(shí)濾除多次諧波和高次諧波。有源濾波器的工作原理見圖2。

圖2 有源濾波器工作原理圖

4.2 改變供電結(jié)構(gòu)

將產(chǎn)生諧波的非線性用電負(fù)荷與線性用電負(fù)荷敷設(shè)在不同的供電母線上，使用電負(fù)載在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的諧波相互補(bǔ)償，降低電網(wǎng)中諧波總量。也可使用整體和創(chuàng)新技術(shù)或產(chǎn)品類型，針對(duì)模塊化、低負(fù)荷、組裝或系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)，提升產(chǎn)品配置的成套性，為電力需求的日益增加打下穩(wěn)定可靠的安全運(yùn)行基礎(chǔ)。

5 投用無功補(bǔ)償

在化工企業(yè)生產(chǎn)體系中，無功功率是掣肘企業(yè)節(jié)能發(fā)展的重要因素，也是降低電氣自動(dòng)化系統(tǒng)處理效率的主要原因。無功功率的增加，會(huì)造成電壓損失和電能損耗，降低輸、變電設(shè)備的供電能力。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)重視無功補(bǔ)償?shù)耐度?，?duì)不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的電能損耗實(shí)施控制，科學(xué)管理。

通過搭載電容器進(jìn)行無功補(bǔ)償，對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)優(yōu)化，確保裝置運(yùn)行平穩(wěn)。同時(shí)，為提高無功補(bǔ)償效率，各生產(chǎn)環(huán)節(jié)應(yīng)實(shí)施就地補(bǔ)償，降低電能損耗。在無功補(bǔ)償投用過程中，為降低變頻器產(chǎn)生的諧波對(duì)無功補(bǔ)償設(shè)備的損毀作用，應(yīng)在變頻器的輸入端搭配安裝諧波濾波器，在降低無功功率的同時(shí)，提高無功補(bǔ)償?shù)姆€(wěn)定性。

6 結(jié)語

化工企業(yè)電氣技術(shù)安全改造要關(guān)注的環(huán)節(jié)較多，且各環(huán)節(jié)互相關(guān)聯(lián)、互相制約，對(duì)電氣設(shè)備安裝、維護(hù)、運(yùn)行提出了很高的要求。創(chuàng)新型電氣技術(shù)正在向高端化、智能化、集成化方向發(fā)展，針對(duì)電氣改造運(yùn)行中出現(xiàn)的一些問題，要不斷積累處理問題的經(jīng)驗(yàn)和能力。