浅谈特高压开关设备罐体制造车间设计

颜如玉，赵兴建

（中联西北工程设计研究院有限公司，陕西西安710082）

浅谈特高压开关设备罐体制造车间设计

颜如玉，赵兴建

（中联西北工程设计研究院有限公司，陕西西安710082）

针对特高压开关设备罐体制造车间设计的技术进行分析研究，以推进特高压开关设备制造业的生产工艺优化提升和生产的机械化、智能化、环保节能。

特高压；罐体制造；车间设计

特高压输变电是世界上最先进的输电技术，是国家2004年开始提出的重点发展技术，具有大容量、远距离、低耗损的优点，能实现更大范围的资源优化配置，提高输电走廊的利用率，节约大量土地资源。中国特高压输变电技术发展到今天已领先世界，成为我国输变电行业的现在和未来重点发展战略。如今的特高压度过了艰苦创新攀登科技高峰的难关，开始进入加快建设时期，适应特高压输变电发展的装备制造的提升就尤为重要，先进合理的制造工厂设计是高压电气设备制造水平的保证，是特高压电网安全运行的保障。在这种背景下，总结前几年特高压输变电设备的制造经验，推广设备制造车间和生产工艺优秀方案设计，有利于特高压加快建设期的基础准备工作。

高压开关设备是输变电中非常重要的电气机械，而罐体作为高压开关设备的基本部件，其性能的好坏直接影响着绝缘气体六氟化硫的密封，影响着高压开关产品的各项质量指标参数。相对于总装、试验，罐体制造通常是高压开关生产厂最不受重视、最薄弱的一个环节。罐体制造从下料到成品要经过焊接、成型、试验、涂装等多道工序，其加工属于产品体型大，劳动密集型的焊接、试验、机加综合工作型式，存在劳动力密集，劳动强度大，工艺流程不合理，工作环境差，缺少检查试验设备以及配套环保劳动卫生设施等问题。从国内各厂统计数据看，很多厂罐体车间都是面积小、工艺不顺畅，不具备百万伏大型罐体（特别是断路器、隔接组合、支撑罐等）的批量生产能力；一般车间的除尘设施都不够完善，焊接烟尘和打磨灰尘无法排出作业现场，工作环境差，工人极易患上各类职业病；因产品升级，罐体尺寸增大，运输周转都会出现问题，难免频繁出现产品磕碰划伤等问题；没有能力的生产厂对罐体的气密检漏方式还采用诸如冒泡法等定性检漏，准确率较差；涂装大部分地摊式生产，表面质量差，对涂装工人的危害大。要具备百万伏大型罐体的生产能力并确保制造质量和生产效率，应该做到车间总体设计合理、工艺流程顺畅、设备先进可靠、技术储备完善、生产环境友好。

现以实际案例具体分析进行特高压大型罐体制造车间设计的一些经验和心得体会。

1 研究现状概述

为了理顺工艺流程，实现包括下料、焊接、打磨、探伤、打压、试验等各工序物流顺畅，罐体车间建议采用大面积多跨联合厂房。案例所示罐体厂房面积为50 000 m2，单班产量GIS组合电器2 000间隔、断路器200台。车间划分为下料焊接区、打磨检验区、机加区、清洗涂装区，其中清洗涂装区单独设立，用防爆墙隔开。各生产区域相互协作，又相对独立。也可以设计为单独设置涂装厂房，符合涂装安全规范要求。

工艺上，摒弃僵硬的集群式布局，按工艺链流程，灵活布置生产设备，力使工艺流畅、管理方便。工艺设备选型以机械化、自动化、节能高效为原则，并为智能化和信息化的提升做好预留，选配自动激光切割机、自动仿形焊机、意大利四辊液压卷板机、美国变极性等离子自动弧焊接系统、捷克落地镗、X光自动探伤系统等国内国际最先进的生产加工设备。为顺应工艺流程减少物流周转，解决罐体在工艺链上顺序进行打磨的难题，专项设计除尘降噪打磨设备。改革罐体清洗工艺，引入高压清洗室，方便与上下道工序衔接。设计地面链积放式台车输送和移行车换线系统，解决了笨重的大罐体输送、积存、换线的技术难题，实现大型罐体自动生产线涂装。

总体设计流程顺畅，采用工艺技术超前，设备先进可靠，以保证罐体的生产制造质量和生产效率。

2 工艺流程和车间布局

罐体制造的总工艺流程：下料→焊接→打磨→检验→粘贴→机加工→清洗→涂装。

罐体原材料现有钢质（包括不锈钢）、铝质，钢质罐体在逐渐减少，铝质罐体因其特性优良已经有较多采用。以钢罐为例，其制造工艺流程如图1所示。

图1 罐体工艺流程图

罐体表面处理工艺流程：罐体喷砂或高压清洗→上涂装线→第一遍底漆→流平→（干燥→强冷→下线机加→重新上线→）第二遍底漆→流平→干燥→强冷→检查→修补、清理→第一遍面漆→流平→第二遍喷面漆→流平→干燥→强冷→拆除保护、清理→下线。

根据工艺特点，多跨联合厂房划分为罐体制造和罐体涂装两个相互独立的区域，中间以防火墙隔断；或者分别设立两个独立厂房、相互距离符合消防安全规范。在各区域或者各厂房之间可以设计有动力有轨输送台车以转运工件。同时因为采用多跨联合厂房，各区域或者车间内部按需要设计多条主通道贯穿各跨，主通道上设计过跨运输车以进行产品过跨周转。罐体制造车间分跨按工艺流程布置（见图2罐体车间平面布置图）。

图2 罐体车间平面布置图

以案例中的车间平面布局来阐述工艺流程设计理念：以工艺为主线，制造流程顺畅流转，待加工工件尽量减少重复周转和倒运，在全车间范围形成大流程，在各区域以生产线形式或者设备成线形式实现阶段性工艺流程。

首先是材料进厂和材料储存区、下料区，设置于运输进出厂区方便、车辆周转灵活之处。按材料类别划分为钢料区和铝料区，为避免互相干扰，材料进厂分别从车间的两端进料，经过各自的下料区，从车间中部出料，用过跨台车转运到下一跨。

第二跨专门设计为铝质产品制作区，包括铝罐铆焊和铝母线铆焊，并配置铝罐打磨室和铝罐X射线探伤室。铝质产品制作按自身的特性，设备集群布置，以车间天车为运输工具，形成铝质产品加工工艺流程，打磨和探伤在线进行。

第三跨专门设计为钢质产品制作区，包括钢板成型焊接、法兰制作等，顺应钢质产品制作流程，设备集群布置。同样，配置钢罐打磨室和钢罐X射线探伤室。两个探伤室相邻设计，周边设计为半成品、成品存放区，将探伤独立隔断自成一区。

第四跨设计为焊前机加区、检验试验区，包括着色、振动时效、气密试验、水压试验，并在机加工区设计分布式供给站，包括冷却液间、废液间、润滑液间等。在工艺流程上本区域是试验设施的集中布置区。

第五跨设计为大件金工区、检漏检测区和水压试验区，所有高大设备设计时都集中在大件金工区，因此厂房设计时为最高跨。

第六跨设计为中小件金工和铸铝件加工区，同样设计了分布式供给服务站。

按工艺流程，最后一个部分是清洗涂装车间，可以单独设计为一个厂房。在本案例中，清洗涂装车间紧邻设计，并按工件规格大小分为大件、中件、小件三个区域，每个区域分别设计抛丸、清洗、涂装，占用三跨设施。由于辅助设备比较多，在车间两跨之间设计辅助跨，一层为辅助间、排风风机房、排风道、烟囱、废水处理间等，二层为喷漆室送风空调机组集中安置区。

3 总图设计要点

基于罐体产品的笨重、抛丸涂装工艺的特殊性、以及罐体制造相对最终产品的工艺地位，罐体车间宜布置于厂区交通方便、周转距离短、抛丸涂装对办公等其它工作影响小的下风处，车间进料主通道最好与厂区物料大门直接相通，以便于涂装后的罐体运输更加便捷。

由于罐体制造和涂装均为耗能大户，厂区变电站、换热中心、压缩空气站房、天然气调压站房宜就近布置。罐体制造车间氧气、乙炔用量大，在靠近下料区域单独设置氧气乙炔站房，汇流排减压后用管道引入车间，保证厂房安全。

涂装为防火重点区域，与罐体车间同一个厂房时用防爆墙隔离，消防通道应通畅。为统一排放废气而设计的烟囱（40 m高），宜靠近厂区外侧，可利用为广告宣传。

4 设备和配套设施的设计要点

设备和配套设施的设计要点，总的来说就是在经济实用的基础上体现先进、高效、环保、安全、节能等性能。

（1）大量使用数控激光切割机、数控机床、数控液压卷板机、自动焊接装置、变位机、自动探伤检测装置等先进、高效加工设备。

（2）罐体设计采用变极性等离子弧焊，焊接能量集中，不开坡口一次可以焊透16 mm厚铝板，解决厚铝板焊接容易出现气孔、热裂纹、变形、过烧等质量缺陷和生产效率低下的问题，焊缝能达到Ⅰ级，一次焊接纵缝4 m长，生产效率提高两倍以上。

（3）特大型罐体机加工可以采用TK6916大型数控落地镗铣床进行。该机X轴行程8 m、Y轴行程8 m、V轴行程4 m、平旋盘规格为1.3 m，配合加长刀杆可满足一次装夹加工直径2.1 m、长达8 m、壁厚22 mm、重量达15 t的特高压断路器不锈钢焊接罐体精密加工的要求。

（4）下料、焊接等工位，烟尘污染严重，设计有组织气体排放系统，并适当补充新鲜空气，保证操作环境。

（5）打磨工位设计除尘降噪打磨室，属于专利产品，采用国内先进技术，实现工艺流程的不间断进行，同时解决了粉尘污染和噪声伤害问题。除尘降噪打磨室，整体采用新型多孔吸音板制成，噪声可下降20~30 db(A)，降噪效果良好。粉尘设计重力沉降和滤筒除尘二级净化，工作区采用顶部强制送风、底部强制排风方式，使随处飞扬的尘屑有效抑制在工人呼吸区以下，一级净化后被收集进入过滤精度0.1 μmө的脉冲反吹滤筒除尘器中进行二级净化，净化后空气含尘量≤4.0 mg/m3，干净空气直接排放车间内部（详见图3除尘降噪打磨室）。

图3 除尘降噪打磨室

（6）铝质罐体和钢质罐体探伤室采取集群模式设计，四周设计物料堆放区，操作少，增大工人与辐射源的距离。探伤室采用比重2.35 g/cm3混凝土砌筑厚度为600 mm的屏蔽层。工件出入大门设计为厚度20 mm的铅门，为电动推拉门，关闭时与门框密封层紧密贴合。人员出入门设计为厚度10 mm的铅门，外设2.5 m高隔墙为门斗。探伤室和暗室按规范布置设备和通风设施，减少辐射对外的影响，保证安全。

（7）水压试验区下方直接设计循环水池，上面铺设承重玻璃钢格栅，承载能力按5 t/㎡设计。设计进入水池试验的最大工件总重20 t，满足大罐体打压的需要。

（8）涂装前处理设计为抛丸和高压清洗。高压清洗工艺是将溶液加压冲洗工件，提高效率和清洗效果。清洗室设计为全不锈钢结构，地面防腐并设有排水沟。室体后侧排风系统，设计汽水分离装置和净化塔。清洗室侧面设溶液箱、热水箱储存和加热清洗溶液，配置进口德国KA¨RCHER（凯驰）公司高压清洗机。在清洗室外安装悬臂吊吊入吊出工件，防止运输设备长时间处于清洗室内腐蚀。

（9）涂装按工件规格设计大、中、小三条喷涂烘干线，小型工件采用悬挂输送，中型、大型工件采用地面台车输送，因工件长，故引入移行机进行换线，免于长工件转弯占地过大问题。喷漆采用水旋式喷漆室这一类设备可以净化室内空气，工件烘干可以选择采用天然气加热技术的烘干炉，节能环保。废气、废水集中处理，保证“三同时”。特别是喷漆室、烘干炉的废气处理方面，汽车行业发展较快，先进技术可以借鉴到罐体车间。

5 厂房设计要点

罐体车间采用钢结构厂房，涂装车间按丙类厂房设计，防火防爆要求达到国家标准。厂房顶设通风和采光带，全室通风与局部通风相结合、自然排风与机械排风相结合设计。采用坡屋顶，工艺设计对应高低跨，有效控制厂房高度。充分利用车间的空间，各类辅助房的二层布置通风空调等设备。厂房采用节能体型系数和窗墙比，有条件可以增加屋顶光伏发电系统以充分利用太阳能。

6 结束语

运用新技术和创新思维，以完善适用的工艺布局、设备选型、厂房设计、配套选择为基础，配合清洁生产设计、节能设计的理念，根据实际需要设计配套设备和生产线的自动化控制系统、火灾报警系统、监控系统，形成车间的生产控制系统，乃至汇总至全厂的控制和管理系统，实现自动化工厂。以目前技术发展趋势，相信在不久的将来，罐体车间设计将全面融合进生产信息采集和管理系统、在线品质追溯系统、设备管理系统、车间建筑和配套设施控制系统、能源信息采集管理系统等等，真正实现智能化工厂和绿色工厂。

Introduction the Design of Ultra-High Voltage Switchgear Equipment Tank’s Manufacturing Plant

YAN Ru-yu，ZHAO Xing-jian
（China United Northwest Institute for Engineering Design&Research Co.，Ltd.，Xi’an Shaanxi 710082，China）

This paper analyzes an researches the technology of the design for manufacturing plant of the tank of UHV switch equipment to optimize and promote the production process of UHV switch equipment’s manufacturing and to achieve production mechanization，intelligent，environmental protection，energy saving.

ultra-high voltage；tank’s manufacturing；design for manufacturing plant

TB49

A

1672-545X（2016）11-0080-04

2016-08-20

颜如玉（1970-），女，福建永春人，学士学位，高级工程师，研究方向：工业工程设计；赵兴建（1968-），男，陕西临潼人，学士学位，高级工程师；研究方向：工业工程设计。