复合肥造粒塔的电气设计

陈馥音

(上海新建设建筑设计有限公司 上海 200070)

如图1所示，造粒塔是化肥生产加工过程中的重要设备，其高度已从原来的70 m左右发展至目前接近甚至超过100 m，是类似烟囱的大型构筑物。

在复合肥造粒塔的电气设计中，除了满足其作为构筑物的基本配电等要求外，还应满足生产工艺的要求，使设备的操作控制更便捷安全，确保生产装置的正常稳定运行。

1 配电设计

按现行规范，造粒塔为高耸构筑物，以结构为主专业；建筑作为辅助专业，通常会根据结构专业的图纸提供造粒塔各标高的建筑平面图。电气专业在拿到建筑平面图后，尚不能立即开始设计制图，因为造粒塔是化工设备，故还需工艺专业提供完善的工艺设计条件，如工艺设备布置图(应包括塔内相关设备的具体位置、电机高度)、用电量(计算电流)、控制方式等。其中的控制方式还需提供具体的自动控制要求，如是否自带控制柜，启停是在控制室内统一控制还是就地控制，就地控制时是单台控制还是与同层其他设备集中控制等。此外，还需根据工艺的要求，考虑就地控制箱上各控制按钮及指示灯的设置。待工艺条件完全具备后，方可进行配电设计。

配电间(控制室)是造粒塔内各设备正常运行的供电来源，是电气设计的核心要素。但在熔体塔式造粒复合肥项目的整个工艺流程中，除了造粒之外，首先要将多种基础原材料及添加剂经计量及搅拌后由电子计量皮带机输送至造粒系统，待造粒工艺完成后，还需经冷却、筛分、计量包装，部分不合格颗粒需返回造粒系统，包装后的成品则运入相应的库房进行存放。因此， 除了造粒塔主体之外，在造粒塔的附近还需要设置配套的生产车间及成品车间等，车间内有计量设备、振动筛、破碎机、熔融槽及覆膜机等设备，以配合完成造粒前、后的相关工艺流程。

图1 某复合肥造粒塔剖面示意

所以，通常造粒塔配电间的设置位置有2种选择方式，第1种方式是设置在造粒塔顶部区域的楼层内，这主要是考虑到塔内的配电设备大都集中在塔顶的设备层内，将造粒塔的配电间设置在此，可以最大化靠近负荷中心。第2种方式是将配电间设置在生产(或成品)车间内，其目的是将车间及造粒塔内所有用电设备通盘进行考虑，便于集中式管理及操作。这2种方式都是行之有效的，在具体的设计中，可与企业商议，根据项目的实际状况，选择更为合适的位置，以便于今后的管理。

在落实了配电间的选址后，同样重要的环节是根据工艺提出的不同设备的用电需求来确定各设备的电缆规格。通常车间及造粒塔内的设备电缆均采用电缆桥架的敷设方式，但由于车间内设备多、工艺管线复杂，需在统计所有电缆规格和数量后方可确定电缆桥架的规格(宽度和高度)，并结合工艺设备及管线的具体位置，确定电缆桥架的具体走向及安装标高。其中，至关重要的是进入造粒塔内的电缆桥架规格的确定，这是因为造粒塔在浇筑完成后很难再次开孔开洞，所以必须在前期施工时就预留相应的电缆桥架入户孔洞，确保桥架最终顺利安装。同理，造粒塔内从一层至顶层的竖向桥架的留洞位置及尺寸也需与结构专业确认并在结构图纸中标明。通过在设计阶段的合理配置，就从源头上避免了不必要的返工，从而降低投资成本。

在设计过程中，工艺专业的人员还会对各个不同设备提出不同的控制要求，这就需要电气专业的设计人员根据要求并结合项目实际情况确定设备的具体控制方式。以贵州某企业2×150 kt/a 熔体塔式复合肥项目的造粒塔为例，在塔内101.0 m平面共有除尘风机、磷酸铵混料上塔斗提机及二段蒸发风机各1台，要求此平面的3台设备的开启过程除了能在配电间进行控制外，还需就地进行集中控制。针对此要求，在进行电气设计时，需要在101.0 m平面选择进出方便、靠近负荷中心且便于操作的位置设置1台就地集中控制箱，箱门上装有红、绿各3只控制按钮(表示启停)并带信号灯，并对要求计量的设备在箱内附设电流表。此外，根据工艺要求，在造粒塔的每个设备层设置1台检修插座箱，供正常投产后的设备检修用。考虑到造粒塔在生产过程中会产生大量的粉尘且有轻微腐蚀作用，属轻腐蚀环境，应选用防水防尘防腐型检修插座箱(防护等级为IP65)。此外，其他所有不在配电间而在塔内设置的配电箱柜、就地集中控制箱柜等均应选用防水防尘防腐型(防护等级为IP65)。

2 照明设计

通常来说，为了便于操作和管理，在造粒塔的底层入口处需放置1只照明配电箱以对造粒塔内各层灯具进行配电。常用的控制方式有2种：①将塔内各层的照明回路均在底层照明配电箱箱内进行集中控制，可以每个操作平台设1个控制回路，或者多个操作平台设1个控制回路，具体需根据实际使用时的要求确定，不过仍需谨记每个回路灯具均不应超过25只；②在各层楼梯间出口处设置照明开关，各平台就地控制。根据节能要求，造粒塔内各照明灯具以LED光源为主，显色指数不应小于80，荧光灯灯具效率(敞开式)不低于75%。由于造粒塔内工艺设备的高度、位置等各有差异，布置灯具时可能无法像常规的厂房那样规则布置，在设计时，各灯具位置及电缆走线位置均需根据工艺设备的位置及其对照明的要求设置(如某些设备需在工作面增设照明等)。在施工时，还应根据现场实际情况并配合机械设备，对灯具实际安装位置进行调整，同时结合塔内电缆桥架及其他设备施工，避免位置冲突。

除普通照明外，造粒塔的应急照明配电箱也宜设置在造粒塔的底层入口处。在造粒塔各工作层面及楼梯间内应设应急灯具，楼梯间内采用吸顶式灯具。在普通厂房等建筑照明设计时，考虑到节能及控制方便，楼梯间内灯具的控制开关均会采用声、光延时自熄开关等。但造粒塔内设备在投入运行后，其运行噪声较大，导致环境非常嘈杂，声控开关容易损坏，故在造粒塔内的楼梯间仍应采用手动操作的开关。塔内工作层面的应急灯具宜采用与普通照明同规格的灯具，应急灯具安装数量应符合火灾时场所最低照度要求。由于大多数的造粒塔设备层面积较小且设备布置紧凑，无需也无法设置疏散指示灯具，仅在各设备层的出口处设置即可，这需根据造粒塔具体情况确定，但在楼梯间内需设置疏散指示灯具。消防应急照明灯具和疏散指示灯具应设玻璃或其他非可燃烧材料制作的保护罩，塔内所有灯具及开关均应选用防水防尘防腐型(防护等级为IP65)。

此外，由于造粒塔高度过高，属于危及航行安全的构筑物，应根据航行要求设置障碍照明，即在造粒塔顶部设置航空障碍灯，通常设置3只，在塔顶均布，每个障碍灯边均设避雷针保护。

3 防雷接地设计

由于造粒塔属特殊构筑物，在相关规范和图集内并未明确有关造粒塔的防雷方法，所以在设计时通常参考烟囱的防雷方法。根据国家标准《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)中第3.0.4 条的第4条，通常将造粒塔定为第三类防雷建筑物，采取的防雷措施具体如下。

(1) 利用塔顶四周的女儿墙设置避雷带，并在女儿墙上对称布置3支高出女儿墙不低于0.5 m 的接闪杆，要求3支接闪杆与环形接闪带可靠焊接成一体。

(2) 利用塔结构滑模爬杆钢管作为防雷接地引下线与塔基础相连接，钢管的直径、厚度等应符合GB 50057—2010的相关规定。

(3) 利用建筑物基础作为接地体，将基础底板四周的主筋焊接成一体作为总等电位接地，等电位接地端子应与接地装置相连。造粒塔内电缆桥架中应敷设1根40 mm×4 mm镀锌扁钢作为各用电设备的专用接地线，两端与接地装置相连。塔内所有正常不带电的电气设备的金属外壳、电缆桥架、运行轨道、电梯轨道及金属管线入户处均需可靠接地。

由于造粒塔主体高度较高，且其顶部装有接闪杆，可采用GB 50057—2010中的滚球法确定造粒塔顶部接闪杆的保护范围，以确定其底部相邻近的生产(或成品)车间是否在其保护范围之内。即将车间的最高点作为被保护物的高度，计算出造粒塔顶部接闪杆在此高度处的保护半径，如生产(或成品)车间在此水平面处最远端的距离在此保护半径之内，则说明车间处于造粒塔的避雷保护范围之内，无需设置防雷设施，否则须采取相应的防雷措施。

4 结语

在复合肥塔式造粒工艺的电气设计中，除了以上述及的供配电、照明、防雷接地等系统的设计外，还包括火灾自动报警系统(FAS)、设备控制系统(BAS)、安防监控系统(CCTV)等弱电智能化的专项设计，而对于硝基复合肥项目还涉及电气防爆设计。

笔者参与设计了如贵州开磷2×150 kt/a硝基复合肥项目、河南郸城100 kt/a复合肥项目、福建漳州100 kt/a塔式造粒尿基复合肥项目、吉林梅河口150 kt/a熔体塔式尿基复合肥项目、安徽宿州200 kt/a高塔造粒复合肥项目等大型塔式复合肥项目的电气设计，根据这些项目建成投产多年来保持安全平稳运行的实际情况，表明上述复合肥塔式造粒工艺电气的设计流程和技术措施是合理可行的。