潔凈廠房電氣設(shè)計(jì)的探析與實(shí)踐

張 濤

(福州市建筑設(shè)計(jì)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(jìn)步，技術(shù)工藝推陳出新，高端制造業(yè)對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度要求也不斷提高，潔凈廠房開(kāi)始受到越來(lái)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(duì)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(jì)中，電氣設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。因此，必須重視潔凈廠房電氣設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)方案的合理和可靠。本文結(jié)合實(shí)例，對(duì)潔凈廠房電氣設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵事項(xiàng)進(jìn)行分析探討，并總結(jié)有關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(lèi)廠房建筑，2#樓為5層丙類(lèi)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(jī)房、有線(xiàn)電視機(jī)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(gè)服務(wù)器機(jī)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(jī)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(jī)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(jì)

該工程采用樹(shù)干式與放射式相結(jié)合的配電方式。廠房?jī)?nèi)的普通生產(chǎn)動(dòng)力用電，配電通過(guò)設(shè)置動(dòng)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(jī)系統(tǒng)是此潔凈廠房?jī)?nèi)的主要工藝生產(chǎn)的設(shè)備，應(yīng)保證這些大型動(dòng)力設(shè)備的可靠供電，故采用配電房專(zhuān)用的供電回路供電。

潔凈廠房的空氣潔凈度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響巨大，如若出現(xiàn)停電或供電系統(tǒng)運(yùn)行故障，整個(gè)潔凈區(qū)域內(nèi)空氣會(huì)被污染。因此，按規(guī)范要求，凈化空調(diào)系統(tǒng)由變電所專(zhuān)線(xiàn)直接供電。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)時(shí)，凈化空調(diào)系統(tǒng)的電源可按二級(jí)負(fù)荷要求供電，接引至市政用電和柴油發(fā)電機(jī)組互投后應(yīng)急母線(xiàn)段，這種供電方式通常不會(huì)增加發(fā)電機(jī)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?jī)艋照{(diào)系統(tǒng)持續(xù)、穩(wěn)定運(yùn)行。

潔凈區(qū)里需要打開(kāi)箱門(mén)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(zhuān)業(yè)做好配合，滿(mǎn)足暗裝的要求，同時(shí)做好孔洞預(yù)留工作。線(xiàn)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(xiàn)管應(yīng)采取暗裝，電氣管線(xiàn)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(guò)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(wú)法自然采光，絕大程度上需要依靠人工照明。此外，潔凈廠房?jī)?nèi)通常從事精細(xì)加工工作，需要良好穩(wěn)定的照明環(huán)境。為了避免動(dòng)力用電頻繁啟動(dòng)引起電壓波動(dòng)，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(dòng)力負(fù)荷分開(kāi)回路，由變配電房專(zhuān)線(xiàn)供電。

潔凈區(qū)內(nèi)需選用滿(mǎn)足相應(yīng)潔凈等級(jí)的照明燈具，燈具采用一體化整燈設(shè)計(jì)，吸頂安裝或嵌入安裝時(shí)燈具與頂面貼合。對(duì)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(xiàn)形及隱藏式卡扣設(shè)計(jì)的LED潔凈支架，或如圖2(b)或超薄結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的LED潔凈燈盤(pán)，可以有效防止空氣紊流和灰塵堆積。對(duì)于垂直單向流專(zhuān)業(yè)型潔凈室，可采用淚滴型流線(xiàn)外形設(shè)計(jì)的LED潔凈支架，如圖2(c)所示。

(a)(b)(c)

潔凈廠房?jī)?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?jī)?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(shí)，工作人員仍可以進(jìn)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(shí)間大于30 min。

4 消防自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)

潔凈廠房?jī)?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(shí)發(fā)現(xiàn)火情，煙火會(huì)沿著風(fēng)管風(fēng)道迅速蔓延擴(kuò)散。潔凈廠房?jī)?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。火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(jìn)一步擴(kuò)大，避免人身和財(cái)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(huà)

除規(guī)范要求的變配電房、發(fā)電機(jī)房、消控室、空調(diào)機(jī)房、風(fēng)機(jī)房及各類(lèi)控制室需要設(shè)置消防專(zhuān)用電話(huà)，潔凈區(qū)的入口處也需設(shè)置消防專(zhuān)用電話(huà)。當(dāng)潔凈區(qū)探測(cè)器報(bào)警后，消防控制室可通過(guò)電話(huà)及時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的火災(zāi)情況，進(jìn)行核實(shí)確認(rèn)后，由消防控制室對(duì)消防風(fēng)機(jī)、消防水泵等設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，有關(guān)部位的非消防電源也應(yīng)由消控室手動(dòng)切斷。進(jìn)行人工核實(shí)確認(rèn)后再手動(dòng)控制，是為了防止探測(cè)器誤報(bào)而造成損失。

4.2 火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器及消防報(bào)警設(shè)備

潔凈廠房的生產(chǎn)層、風(fēng)機(jī)房、空調(diào)機(jī)房等，均要設(shè)置火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器。通常潔凈廠房的吊頂高度都超過(guò)800 mm且有可燃物，在技術(shù)夾層內(nèi)需增設(shè)報(bào)警探測(cè)器[3]。火災(zāi)報(bào)警探測(cè)器種類(lèi)繁多，常用的有光電感煙探測(cè)器、感溫探測(cè)器、火焰探測(cè)器。因此，在選擇探測(cè)器時(shí)，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(cè)器自身特點(diǎn)，選擇最適用該場(chǎng)所的火災(zāi)探測(cè)器[4]。

此外，點(diǎn)型激光感煙探測(cè)器是傳統(tǒng)光電感煙火災(zāi)探測(cè)器的升級(jí)產(chǎn)品。空氣通過(guò)采樣孔進(jìn)入激光腔，信號(hào)經(jīng)處理后轉(zhuǎn)換為煙霧濃度值，可以克服空氣流動(dòng)、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(cè)器10～50倍，能更早發(fā)出報(bào)警信號(hào)，安裝調(diào)試方便。

對(duì)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(cè)器。吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器探測(cè)原理和點(diǎn)型激光感煙探測(cè)器相似，通過(guò)將被保護(hù)區(qū)域內(nèi)的空氣樣本通過(guò)采樣孔送入探測(cè)器，由探測(cè)器內(nèi)部的激光探測(cè)裝置對(duì)空氣樣本中的煙霧顆粒尺寸及濃度進(jìn)行識(shí)別、測(cè)量和計(jì)算，探測(cè)到微量的煙霧，再根據(jù)煙霧濃度和預(yù)設(shè)的報(bào)警閾值，產(chǎn)生相應(yīng)報(bào)警等級(jí)。吸氣式感煙火災(zāi)探測(cè)器具有靈敏度高、探測(cè)范圍廣、發(fā)現(xiàn)火情早等特點(diǎn)。

潔凈廠房布局復(fù)雜，可以在廠房?jī)?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(bào)警按鈕和聲光警報(bào)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(zhuān)業(yè)配合，設(shè)置在消火栓箱內(nèi)，盡量減少外露消防報(bào)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(jìn)行密封處理。

4.3 預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)

潔凈廠房?jī)?nèi)往往配備貴重儀器設(shè)備，通常采用預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)。濕式系統(tǒng)管網(wǎng)中平時(shí)充滿(mǎn)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?jī)?nèi)的設(shè)備儀器，且不便日常管理維護(hù)。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(diǎn)，平時(shí)管網(wǎng)中充滿(mǎn)低壓氣體，由氣體管道壓力開(kāi)關(guān)、控制柜和空壓機(jī)組成的自動(dòng)充氣裝置維持充氣氣壓值。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，探測(cè)器報(bào)警后，消防聯(lián)動(dòng)控制器控制閥門(mén)排氣，在噴頭動(dòng)作前在管網(wǎng)中充滿(mǎn)水，系統(tǒng)由干式轉(zhuǎn)變?yōu)闈袷絿娝到y(tǒng)。

預(yù)作用自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)應(yīng)要火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)密切配合。有壓氣體管道壓力開(kāi)關(guān)應(yīng)通過(guò)信號(hào)線(xiàn)連接至消防聯(lián)動(dòng)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(shí)，壓力開(kāi)關(guān)將故障報(bào)警信號(hào)發(fā)至聯(lián)動(dòng)控制器，同時(shí)開(kāi)啟空壓機(jī)進(jìn)行補(bǔ)氣。此時(shí)預(yù)作用裝置電磁閥沒(méi)有開(kāi)啟動(dòng)作，所以管網(wǎng)中沒(méi)有水。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，感煙探測(cè)器探測(cè)到火情，消防聯(lián)動(dòng)控制器即打開(kāi)管道末端排氣閥前的電動(dòng)閥和預(yù)作用閥組上的電磁閥，管網(wǎng)開(kāi)始排氣充水。一路水流推動(dòng)水力警鈴發(fā)出聲報(bào)警信號(hào)，同時(shí)預(yù)作用閥組的壓力開(kāi)關(guān)動(dòng)作直接啟動(dòng)消防水泵，壓力開(kāi)關(guān)給出信號(hào)關(guān)閉空壓機(jī)；現(xiàn)場(chǎng)溫度繼續(xù)上升，噴頭破裂開(kāi)始動(dòng)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(hù)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(hù)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(duì)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(huì)引起塵埃吸附，污染室內(nèi)無(wú)塵環(huán)境，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，防靜電是一個(gè)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(shí)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(kāi)設(shè)置時(shí)，應(yīng)設(shè)作防止雷電反擊處理，分開(kāi)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(dú)設(shè)置，往往會(huì)增加造價(jià)投資，并增加施工難度。

該工程中接地設(shè)備保護(hù)接地和靜電接地采用單獨(dú)的接地線(xiàn)將其接引至共用的基礎(chǔ)接地極，達(dá)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?jī)?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(shí)，高壓大電流從引下線(xiàn)上流過(guò)，產(chǎn)生強(qiáng)磁場(chǎng)，進(jìn)而形成感應(yīng)電流，為了防止雷電泄放電流對(duì)靜電接地系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，防靜電接地線(xiàn)應(yīng)獨(dú)立設(shè)置，不與防雷引下地線(xiàn)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(chē)間靜電接地端子箱，吊頂內(nèi)安裝，靜電防護(hù)接地系統(tǒng)的干線(xiàn)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(diǎn)和設(shè)備靜電接地端子盒，接地支線(xiàn)采用WDZB-BYJ-450/750-16，穿PC16管沿吊頂敷設(shè)。

6 結(jié)語(yǔ)

“十四五”期間，隨著工業(yè)技術(shù)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，必將會(huì)建設(shè)大量潔凈廠房。因此，潔凈廠房的電氣設(shè)計(jì)應(yīng)得到足夠的重視。此外，后期工藝設(shè)計(jì)會(huì)使?jié)崈魪S房設(shè)計(jì)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(jì)預(yù)留設(shè)計(jì)條件，避免各項(xiàng)資源重復(fù)投入。本次研究重點(diǎn)圍繞潔凈廠房的配電、照明、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警，以及靜電防護(hù)接地等系統(tǒng)，對(duì)關(guān)鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析探討，提出合理設(shè)計(jì)方案，希望能為以后的設(shè)計(jì)工作提供借鑒。