大型铜冶炼厂柴油发电站供油系统设计探讨

罗艳

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330038）

随着社会经济和科学技术的迅速发展，企业电力系统的规模越来越大，运行方式也越来越复杂，工业生产对供电的质量和可靠性要求也越来越高。因此，企业应充分考虑电力系统故障情况，采取有效的措施，例如设置备用自投装置，以便在工业电力系统发生故障时，保证供电的可靠性，确保企业的生产设备、系统和人员的安全。

备用保安电源的容量应满足重要电力用户全部保安负荷正常供电的要求。备用保安电源的配置应依据保安负荷的允许断电时间、容量、停电影响等负荷特性，按照各类保安电源在启动时间、切换方式、容量大小、持续供电时间、电能质量、节能环保、适用场所等方面的技术性能合理选择。本文以某大型铜冶炼厂备用保安电源柴油发电机组为例，对其供油系统安全设计方案进行分析探讨。

1 柴油发电机组设备选型设计

某大型铜冶炼厂涉及电气设备较多。其中余热锅炉热水循环泵、锅炉给水泵、除盐水泵、环集风机，闪速炉炉底冷却风机、保温炉排烟风机、仪表用螺杆空压机设备为二级负荷。这些设备在主电源出现供电故障时，需要备用保安电源供电，并且从主电源到备用保安电源的允许切换时间要求不大于30 s。根据《重要电力用户供电电源及自备应急电源配置技术规范》（GB/Z 29328—2018），重要电力用户的备用保安电源配置有多种类型，有自备电厂、柴油发动机发电机组、燃气发动机发电机组、UPS、EPS、蓄电池等[1]。而允许切换时间不大于30 s的自备电源有UPS、EPS、HEPS、燃气发电机组、柴油发电机组。该厂区应急电气设备负荷最大起动有功功率为3 640 kW，最大起动视在功率为5 108 kVA，最大运行有功功率为3 433 kW，最大运行视在功率为4 069 kVA。备用电源容量较大，持续供应时间较长且分布较分散，因此采用常规的柴油发电机组作为备用保安电源。

确定柴油发电站的机组容量，应根据机组的额定功率PCYH和机组的额定视在功率Sfe确定。这两个指标的计算及验算公式分别见式（1）、式（2）。

式中：PCYH为机组额定功率，kW；PQM为顺序起动时的最大有功功率,kW；KGCY为柴油机1 h过负荷能力系数，取1.1；ηCY为柴油机机械效率，取0.95；Kq为现场功率修正系数，取0.97。Sfe为机组额定视在功率，kV·A；SQM为顺序启动时的最大视在功率，kVA；KGF为机组短时过负荷能力系数，取1.5。

根据式（1）、式（2），得到PCYH≥3 590 kW，Sfe≥3 405 kVA。考虑机组功率因数为0.8，换算后为2 724 kW。

考虑到目前国内外作为备用保安电源的柴油发电机组单台最大容量为2 600 kW，且发电机组并网运行的情况，最终选用2台常用功率为2 000 kW、10 kV的柴油发电机组并网运行为应急供电电源。

2 柴油发电机房供油系统设计方案

供油系统是保障柴油发电机组按生产要求正常运行的关键。当某些铜冶炼厂的工作主电源因为故障而导致厂区停电时，为保证生产和人员的安全，应急用电设备需要一直运行到主电源复电。因此，厂区应有一定容量的柴油储备供柴油发电机组作为备用保安电源在主电源故障后30 s内启动，且能维持柴油发电机组运行至后续补充加油时间。

柴油发电机房供油系统储油方式一般存在两种，带地下油罐的和不带地下油罐的。以下就此两种形式的供油系统进行分析。

2.1 带地下油罐的供油系统

出于安全考虑，对容量较大的柴油发电机组供油，一般设计1个容积为15 m3的地下油罐。国家相关规范对地下油罐的贮存油品类型没有限制，只是不同油品和建筑物的安全间距不一样。例如，《建筑设 计 防 火 规 范：2018年 版》（GB 50016—2014）第3.4.6条规定“总容量不大于15 m3的丙类液体储罐，当直埋于厂房外墙外，且面向储罐一面4.0 m范围内的外墙为防火墙时，其防火间距不限”[2]。如果是乙类液体，则与厂房的安全间距不小于6 m。由此可见，地下油罐在布置上较为灵活，通常是通过自吸式离心油泵将柴油打入发电机房内的中间储罐（1 m3），中间储罐中的柴油依靠重力流至柴油发电机组内部的供油系统，供柴油发电机组燃烧使用。带地下油罐的柴油发电机供油系统示意见图1。

图1 带地下油罐的柴油发电机组供油系统示意

带地下油罐的柴油发电机组供油系统的优点是：1）15 m3的地下油罐大大地提高了供油的可靠性，缓冲了补充加油的时间压力，提高了生产的安全性。2）地下油罐对柴油发电机组的供油油品没有限制。该系统的缺点是地下油罐在管理和维护上有一定的难度。尽管地下油罐做了防腐涂层，但由于地下环境潮湿，时间一长，依旧容易造成设备腐蚀。地下水一旦经由设备腐蚀部位渗入油罐中，会影响油品的质量。且油罐埋在地下很难找到具体的泄漏点，维修起来很麻烦，经常需要将油罐挖出置于地面上，再进行查漏维修。

2.2 不带地下油罐的供油系统

有的企业受总平面配置的限制，不设置地下油罐。不带地下油罐的柴油发电机供油系统示意见图2。

图2 不带地下油罐的柴油发电机供油系统示意

不带地下油罐的供油系统优点是不存在地下油罐的维修及管理工作，总平面配置相对简化。缺点是中间储罐的容量较小。《建筑设计防火规范》早期版本曾规定“厂房内的丙类液体中间储罐应设置在单独房间内，其容积不应大于1 m3”。该规范2014版以后对此项规定进行了相应调整。调整后的第3.3.7条规定“厂房内的丙类液体中间储罐应设置在单独房间内，其容积不应大于5 m3。设置中间储罐的房间，应采用耐火极限不低于3.00 h的防火隔墙和1.50 h的楼板与其他部位分隔，房间门应采用甲级防火门”[3]。即，在满足相关条件的前提下，中间储罐的容积可以加大至5 m3。根据厂家提供的数据，发1 kW·h的电需要消耗约200 g柴油，2台常用功率为2 000 kW柴油发电机组满负荷运行1 h需要800 kg柴油，约1 m3。由此可见，不带地下油罐的供油系统补充加油时间间隔极其有限。即使5 m3容积以内的中间储罐也只能维持2台常用功率2 000 kW柴油发电机组满负荷运行约5 h。同时，《筑设计防火规范：2018年版》（GB 50016—2014）还规定中间储罐在满足防火要求的单独房间内允许储存5 m3柴油必须是丙类柴油，这就限制了柴油发电机组的供油油品。因此，在采购柴油时需注意不能采购乙类柴油。

3 本次设计的供油方案分析

本次设计的铜冶炼厂柴油发电机组供油系统，业主要求不设置地下油罐，加大中间储罐的容积至5 m3。针对业主要求，设计方人员进行了具体分析。

3.1 柴油类型分析

如上所述，对于该铜冶炼厂较大容量的柴油发电机组而言，其供油系统能否将中间储罐的容积加大至5 m3，首先得判定为企业供配的柴油是否为丙类柴油。如果是，则业主的要求满足规范要求，方案可行；反之，则中间储罐的容积不能大于1 m3。1 m3的柴油只能满足柴油发电机组运行1 h。在1 h内补充加油相当困难，安全风险太大，则方案不可取。

从《车用柴油》（GB 19147—2016）表1“车用柴油技术要求和试验方法”中可知5号、0号、-10号的柴油闪点不低于60℃，-20号柴油闪点不低于50℃，-35号和-50号的闭口闪点不低于45℃[4]。而根据《建筑设计防火规范：2018年版》表3.1.1可知，乙类和丙类柴油的划分界限是闭口闪点小于60℃的为乙类，大于等于60℃的为丙类。由此可知5号、0号、-10号为丙类油品，-20号柴油到底是乙类还是丙类油品，有待进一步落实。但是《建筑设计防火规范：2018年版》第3.1.1条的条文解释明确，“国产16种规格的柴油闪点大多数为60～90℃（其中仅“-35号”柴油闪点为50℃）”。该铜冶炼厂厂址位于我国南方地区，根据国家的柴油系统配置，南方地区一般不会用到“-35号”柴油。因此，可以判断该铜冶炼厂供配的柴油为丙类柴油。

3.2 加油设施的距离

在市电停电后，企业周边是否有符合要求的加油设施能在规定的时间内补充加油以保证柴油发电机组的正常连续运行也非常重要。

经过多方位了解和落实，在该企业周边3 km以内有丙类柴油加油站，同时加油站也设置了应急加油用柴油发电机组，即使在区域性的主电源故障时，加油站先启动站内的柴油发电机组，确保在2 h内将柴油补充到中间储罐。加满1个容积为5 m3的中间储罐，能够供柴油发电机组满负荷运行5 h。

根据上述分析结果，该柴油发电机房供油系统设计最终按照业主要求采用了不带地下油罐的供油设计方案。

4 结语

目前，工业企业厂区基本都有两路独立进线保证供电的可靠性，虽然两路进线同时断电的可能性极小，但是一旦出现此类情况，如果没有备用保安电源，损失不可估量。柴油发电机组启动时间快，持续运行时间长，将其设置为企业的备用保安电源是一种很好的配置方式。但是，柴油发电机组能否正常提供备用保安电源，供油系统非常关键。通过对该铜冶炼厂柴油发电站供油系统设计的总结，笔者认为：对于容量较大的柴油发电机组，建议设置地下油罐，以提高供油的可靠性；如果设置地下油罐实在有困难，一定要落实停电后的补充加油措施，确保能及时供油给柴油发电机组以保证工业企业的安全生产顺利运行。同时，还须规范重要电力用户供电电源及自备应急电源的配置与管理，提高企业对电力突发事件的应急能力，有效防止次生灾害发生，维护企业财产及人员安全[4]。