復合肥造粒塔的電氣設計

陳馥音

(上海新建設建筑設計有限公司 上海 200070)

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

在復合肥造粒塔的電氣設計中，除了滿足其作為構筑物的基本配電等要求外，還應滿足生產工藝的要求，使設備的操作控制更便捷安全，確保生產裝置的正常穩定運行。

1 配電設計

按現行規范，造粒塔為高聳構筑物，以結構為主專業；建筑作為輔助專業，通常會根據結構專業的圖紙提供造粒塔各標高的建筑平面圖。電氣專業在拿到建筑平面圖后，尚不能立即開始設計制圖，因為造粒塔是化工設備，故還需工藝專業提供完善的工藝設計條件，如工藝設備布置圖(應包括塔內相關設備的具體位置、電機高度)、用電量(計算電流)、控制方式等。其中的控制方式還需提供具體的自動控制要求，如是否自帶控制柜，啟停是在控制室內統一控制還是就地控制，就地控制時是單臺控制還是與同層其他設備集中控制等。此外，還需根據工藝的要求，考慮就地控制箱上各控制按鈕及指示燈的設置。待工藝條件完全具備后，方可進行配電設計。

配電間(控制室)是造粒塔內各設備正常運行的供電來源，是電氣設計的核心要素。但在熔體塔式造粒復合肥項目的整個工藝流程中，除了造粒之外，首先要將多種基礎原材料及添加劑經計量及攪拌后由電子計量皮帶機輸送至造粒系統，待造粒工藝完成后，還需經冷卻、篩分、計量包裝，部分不合格顆粒需返回造粒系統，包裝后的成品則運入相應的庫房進行存放。因此， 除了造粒塔主體之外，在造粒塔的附近還需要設置配套的生產車間及成品車間等，車間內有計量設備、振動篩、破碎機、熔融槽及覆膜機等設備，以配合完成造粒前、后的相關工藝流程。

圖1 某復合肥造粒塔剖面示意

所以，通常造粒塔配電間的設置位置有2種選擇方式，第1種方式是設置在造粒塔頂部區域的樓層內，這主要是考慮到塔內的配電設備大都集中在塔頂的設備層內，將造粒塔的配電間設置在此，可以最大化靠近負荷中心。第2種方式是將配電間設置在生產(或成品)車間內，其目的是將車間及造粒塔內所有用電設備通盤進行考慮，便于集中式管理及操作。這2種方式都是行之有效的，在具體的設計中，可與企業商議，根據項目的實際狀況，選擇更為合適的位置，以便于今后的管理。

在落實了配電間的選址后，同樣重要的環節是根據工藝提出的不同設備的用電需求來確定各設備的電纜規格。通常車間及造粒塔內的設備電纜均采用電纜橋架的敷設方式，但由于車間內設備多、工藝管線復雜，需在統計所有電纜規格和數量后方可確定電纜橋架的規格(寬度和高度)，并結合工藝設備及管線的具體位置，確定電纜橋架的具體走向及安裝標高。其中，至關重要的是進入造粒塔內的電纜橋架規格的確定，這是因為造粒塔在澆筑完成后很難再次開孔開洞，所以必須在前期施工時就預留相應的電纜橋架入戶孔洞，確保橋架最終順利安裝。同理，造粒塔內從一層至頂層的豎向橋架的留洞位置及尺寸也需與結構專業確認并在結構圖紙中標明。通過在設計階段的合理配置，就從源頭上避免了不必要的返工，從而降低投資成本。

在設計過程中，工藝專業的人員還會對各個不同設備提出不同的控制要求，這就需要電氣專業的設計人員根據要求并結合項目實際情況確定設備的具體控制方式。以貴州某企業2×150 kt/a 熔體塔式復合肥項目的造粒塔為例，在塔內101.0 m平面共有除塵風機、磷酸銨混料上塔斗提機及二段蒸發風機各1臺，要求此平面的3臺設備的開啟過程除了能在配電間進行控制外，還需就地進行集中控制。針對此要求，在進行電氣設計時，需要在101.0 m平面選擇進出方便、靠近負荷中心且便于操作的位置設置1臺就地集中控制箱，箱門上裝有紅、綠各3只控制按鈕(表示啟停)并帶信號燈，并對要求計量的設備在箱內附設電流表。此外，根據工藝要求，在造粒塔的每個設備層設置1臺檢修插座箱，供正常投產后的設備檢修用。考慮到造粒塔在生產過程中會產生大量的粉塵且有輕微腐蝕作用，屬輕腐蝕環境，應選用防水防塵防腐型檢修插座箱(防護等級為IP65)。此外，其他所有不在配電間而在塔內設置的配電箱柜、就地集中控制箱柜等均應選用防水防塵防腐型(防護等級為IP65)。

2 照明設計

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只照明配電箱以對造粒塔內各層燈具進行配電。常用的控制方式有2種：①將塔內各層的照明回路均在底層照明配電箱箱內進行集中控制，可以每個操作平臺設1個控制回路，或者多個操作平臺設1個控制回路，具體需根據實際使用時的要求確定，不過仍需謹記每個回路燈具均不應超過25只；②在各層樓梯間出口處設置照明開關，各平臺就地控制。根據節能要求，造粒塔內各照明燈具以LED光源為主，顯色指數不應小于80，熒光燈燈具效率(敞開式)不低于75%。由于造粒塔內工藝設備的高度、位置等各有差異，布置燈具時可能無法像常規的廠房那樣規則布置，在設計時，各燈具位置及電纜走線位置均需根據工藝設備的位置及其對照明的要求設置(如某些設備需在工作面增設照明等)。在施工時，還應根據現場實際情況并配合機械設備，對燈具實際安裝位置進行調整，同時結合塔內電纜橋架及其他設備施工，避免位置沖突。

除普通照明外，造粒塔的應急照明配電箱也宜設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應設應急燈具，樓梯間內采用吸頂式燈具。在普通廠房等建筑照明設計時，考慮到節能及控制方便，樓梯間內燈具的控制開關均會采用聲、光延時自熄開關等。但造粒塔內設備在投入運行后，其運行噪聲較大，導致環境非常嘈雜，聲控開關容易損壞，故在造粒塔內的樓梯間仍應采用手動操作的開關。塔內工作層面的應急燈具宜采用與普通照明同規格的燈具，應急燈具安裝數量應符合火災時場所最低照度要求。由于大多數的造粒塔設備層面積較小且設備布置緊湊，無需也無法設置疏散指示燈具，僅在各設備層的出口處設置即可，這需根據造粒塔具體情況確定，但在樓梯間內需設置疏散指示燈具。消防應急照明燈具和疏散指示燈具應設玻璃或其他非可燃燒材料制作的保護罩，塔內所有燈具及開關均應選用防水防塵防腐型(防護等級為IP65)。

此外，由于造粒塔高度過高，屬于危及航行安全的構筑物，應根據航行要求設置障礙照明，即在造粒塔頂部設置航空障礙燈，通常設置3只，在塔頂均布，每個障礙燈邊均設避雷針保護。

3 防雷接地設計

由于造粒塔屬特殊構筑物，在相關規范和圖集內并未明確有關造粒塔的防雷方法，所以在設計時通常參考煙囪的防雷方法。根據國家標準《建筑物防雷設計規范》(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置避雷帶，并在女兒墻上對稱布置3支高出女兒墻不低于0.5 m 的接閃桿，要求3支接閃桿與環形接閃帶可靠焊接成一體。

(2) 利用塔結構滑模爬桿鋼管作為防雷接地引下線與塔基礎相連接，鋼管的直徑、厚度等應符合GB 50057—2010的相關規定。

(3) 利用建筑物基礎作為接地體，將基礎底板四周的主筋焊接成一體作為總等電位接地，等電位接地端子應與接地裝置相連。造粒塔內電纜橋架中應敷設1根40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼作為各用電設備的專用接地線，兩端與接地裝置相連。塔內所有正常不帶電的電氣設備的金屬外殼、電纜橋架、運行軌道、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范圍，以確定其底部相鄰近的生產(或成品)車間是否在其保護范圍之內。即將車間的最高點作為被保護物的高度，計算出造粒塔頂部接閃桿在此高度處的保護半徑，如生產(或成品)車間在此水平面處最遠端的距離在此保護半徑之內，則說明車間處于造粒塔的避雷保護范圍之內，無需設置防雷設施，否則須采取相應的防雷措施。

4 結語

在復合肥塔式造粒工藝的電氣設計中，除了以上述及的供配電、照明、防雷接地等系統的設計外，還包括火災自動報警系統(FAS)、設備控制系統(BAS)、安防監控系統(CCTV)等弱電智能化的專項設計，而對于硝基復合肥項目還涉及電氣防爆設計。

筆者參與設計了如貴州開磷2×150 kt/a硝基復合肥項目、河南鄲城100 kt/a復合肥項目、福建漳州100 kt/a塔式造粒尿基復合肥項目、吉林梅河口150 kt/a熔體塔式尿基復合肥項目、安徽宿州200 kt/a高塔造粒復合肥項目等大型塔式復合肥項目的電氣設計，根據這些項目建成投產多年來保持安全平穩運行的實際情況，表明上述復合肥塔式造粒工藝電氣的設計流程和技術措施是合理可行的。