化工企业电气技术安全改造

2023-02-22马骁

中国氯碱 2023年1期

马骁

（唐山三友氯碱有限责任公司，河北唐山063305）

电气技术安全改造具有系统性强、安全及质量要求严苛的特点，在选择技改方式时需要考虑诸多因素，如生产工艺、设备控制和运行指标等。化工企业的电气技术改造包括但不限于对原有设备的更新，生产控制和操作方法的简化，节约和综合利用的方式转变，员工工作环境打造等，是扩大企业生产能力，提高设备技术水平的重要途经。唐山三友氯碱有限公司基于现有的技术力量和管理水平，实现对项目建设和安全生产的全面控制，采用既符合企业先进生产，又能将绿色发展理念渗透到化工生产领域的技术改造方法。在安全、经济、节能和环保的发展路线进行设备革新，在提高设备与生产系统适配性的前提下，降低能源损耗，提高生产效率，保证产品质量[1]。

1 化工企业电气技术改造原则

1.1 技术适用性

化工行业用电负荷大，水、电、气供给质量要求较高。适用性是化工企业电气技术改造的必要前提，基于满足企业生产负荷和员工工作环境的前提下，结合生产实际，优化供、配电系统，确保在电气技术改造前后供配电系统均能保持较高的可靠性和稳定性。以新的能源政策、电气标准发布情况应对化工创新技术设计，以新国标、行标、团标等规范应对行业过渡期。

1.2 改造经济性

电气安全技术改造就是为了达到安全可靠、经济运营的目标。立足于企业生产现状，以低成本高能效为着手点，合理选择改造方法和设备设施，优选低能耗、绿色经济供电、用电产品，配电网内各大用户要注意优化电力系统实现安全经济运行、适当调整电力系统高峰点[2]以及平衡电力系统峰谷差等，优化电源构架、合理分配电力资源、注重用能设备的效益最大化，从而最大限度提升电气技术改造的安全性和经济运行的可靠盈亏点，确保企业用电更为经济、长效。

1.3 运行节能性

化工行业供电安全的特点是配电参数复杂，且存在彼此交叉影响，向智能化、高精尖、信息化方向发展，能源利用率低、节能技术落后，以电气技术安全改造方法为支撑，降低生产损耗，在满足安全、可靠、功能完善等指标的同时，使节能技术充分应用于化工行业的高端用电设计中，以实现资源利用最大化，计算负荷要精确、设计节能系统要严格，采用耗能少的电气设备及材料、设计节能降损的高效变压器、优化现场电气设备的容量与设计、强化运行管控，降低供、配电系统的投用量、合理投入无功补偿，充分利用变频设计技术，安全可靠推进各项降耗，以保证化工企业能源系统的科学配置。

1.4 安全可靠性

化工电气技术的安全改造存在若干严格过程，应谨慎设计、运行，借鉴安全的电气运行体系，制定专项电气安全技改方案，全面排查设计、安装、调试和运行隐患，并且匹配现有装置中设备、工艺、安全、环保、仪表、电气等全范围、全覆盖，严格操作规程的运行与实施、配套操作人员的责任与安全教育，培养电气专业操作手的应变措施[3]，加强电气安全水平；同时加强安全检查并做好归档工作，做到安全运行水平的组织措施与技术措施均有效提升。

2 电气设备安全技改方法

2.1 电源优化与安全

鉴于化工行业对电力安全系统的特殊要求，通常采用主电源与支电源的冗余设置，通过回路冗余实现供电系统的安全可靠性，一般地，对于控制电源由UPS电源及保安电源互补应对，注重公用电源的匹配性、合理性。避免接近负荷及超大负荷或过剩功能的不利运行。优化电源运行模式，降低各项消耗，提高机组的合理配置，保证电源各项参数运行稳定。同时对电网进行监测分析，找出存在的隐患及节能节点，对整个电网的运行进行测试及风险、节能、损耗等预估[4]。

2.2 变频调速器

变频调速器的投用可以精准控制电气设备的运行状态，降低机泵类设备因流量波动造成的功率损失。此外，变频调速器以生产指标为调整依据，根据实际生产情况实时自动调整温度、压力、流量、功率等控制指标，以减少设备频繁启停对变频设施的影响，在降低能耗损失的同时，提高系统容错率，降低人工操作的复杂性。以施耐德变频器为例，主要构件包括整流器、逆变器、直流部分和控制电路等若干部分，而变频输出的功率与现场设备的匹配性、输出谐波波形、单位时间内输出速率等参数决定了现场使用设备的安全性与经济性[5]。同时合理利用变频输出的过压、过流、短路、过载、相间与单相保护等功能，完善安全改造环节。

例如，可对化工循环泵、压缩机、引风机、釜类搅拌电机等进行节能变频改造，既保护设备，又可达到降低各项消耗的目的。创新设计采用变频的综合保护功能并开发其附属功能的应用，在化工行业内推广应用变频技术，在稳定安全应用的同时，降本增效。

2.3 停电保护装置

在化工生产过程中，根据风机、泵、离心机等重要生产设备的工艺参数，通过搭载合适的变频设备实现节能降耗。可采用三相四线的接线方式，利用高精度调节电位器实现对设备输出功率的精准控制[6]。同时，以电气互锁装置、变频输出信号作为控制手段，实施监测设备的运转状态，当设备出现断路、短路和过载等问题，利用停电保护装置降低过载电流的持续性危害，保护电气设备。该保护装置可以与控制系统DCS、PLC等连接控制指令，并反馈至主操作界面，产生状态信号或制动、报警信号，以充分保护系统的用电需求，从而避免用电设备在异常故障过程中的不利运行因素，提升了安全稳定性。

2.4 制动电阻

离心机是多数化工企业的重点生产设备，依靠离心力实现固液分离，完成进料、脱水和卸料过程。作为企业成品的分离设备，离心机的稳定运行是决定产品质量的重要因素。通过对离心机故障频率的统计分析，发现造成离心机设备故障的主要原因集中在电气设备方面。

作为高惯性负载设备，极易在启停瞬间造成电压波动，损坏变频器，且变频器的频繁动作极易在离心机超负荷运转时故障报警，影响生产进度。通过加装制动电阻，在离心机停机瞬间，消耗由于电机实际转速高于同步转速造成的升高电压，达到减少因变频器过载保护造成设备损坏的目的。制动电阻一般选用无感电阻，防止因电感过大造成制动原件损坏。

2.5 继电保护器

继电保护装置是针对供配电系统异常制定的自动化控制措施，通过对电力系统中出现的参数异常变化而形成的保护机制。随着化工企业电力系统的不断扩大，对电力系统的运行稳定性，管理高效性要求进一步提升，继电保护装置可以精准、迅速地针对系统异常进行保护，并向操作人员提供报警信息，避免因异常造成进一步损失。以化工生产企业为例，多数生产设备处于长期运行，导致电气载流部分持续升温，缩短设备运转周期和设备使用寿命[7]。而继电保护装置与供配电系统的相互配合，可以在极大程度上延长设备使用寿命，全面提升系统安全和稳定性。

3 电气安全维护技改方法

3.1 红外热像仪

化工企业多数电气设备长期处于高温、高压、易腐蚀环境下，一旦发生故障，企业生产会遭受巨大损失。

通过在仓储罐区、配电室（柜）和高低压线路、重点装置压力管道架设红外热像仪，实时监测温度数据，设置多级报警阈值，当温度达到设定阈值后向控制组网输出报警信号。同时，红外热像仪可用于监测管道堵塞、壁厚腐蚀、管路渗漏等情况，也可用于仓储罐泵类配套电气设备监测，与仓储罐液位计量系统相辅相成，确保设备设施的安全可靠运行。

3.2 双回路供电

供、配电系统可靠性包括充裕度和安全性两方面。充裕度是指供、配电系统的发电容量和输电容量无论何时均能满足终端消耗的峰荷要求，是电网稳态性能的集中体现，安全性是指供、配电系统在终端异常状态下不会造成设备失控和大面积断电。

安全性要求化工企业采用双回路供电，分开敷设电线、电缆，并采取相应的防火分离措施，在终端异常状态下可以迅速进行末端切换，提高供、配电系统的安全性和可靠性。同时，要求化工企业供、配电系统在同一电压等级下，高压配电级数不宜多于两级，低压配电级数不宜多于三级，以此减少由于配电级数过多造成的操作失误和元器件损坏等问题[8]。

3.3 防雷与接地

对于化工行业中易燃、易爆、粉尘及有毒有害空间，应当合理设置防雷与接地措施，如变压器、电动阀、保护柜等，合理区分保护性接地与功能性接地，合理选择防电击地、防静电接地等；优化设置屏蔽接地、信号接地、逻辑接地与工作接地等，以满足化工生产电气应用防爆区域的特殊要求，除对接地设施、接地电阻、等电位联结的选用，也应注意防雷与接地测试及定期检测的重要性。同时也可优化使用漏电保护装置取代部分较为传统的接地保护方式，使化工装置运行的安全性和稳定性提高。

4 电气控制技改方法

由于电气设备的控制开关集中，在人为操作过程中极易造成误操作，加之化工企业自动化生产系统中的基础电气设备设施复杂，易导致谐波产生，造成电网电压波动，导致供、配电系统中其他设备在运行过程中出现启动异常、过载跳停、设备损坏等。

变频器作为非线性用电设备，在运行过程中取用非线性电流，必然会产生谐波，非线性电流与电网阻抗形成非线性电压，进入电网后造成电网无功功率增大，电压畸变。注重化工类电气技术安全改造的特殊性，化工行业的电气设计，无论从设备选择、供电保障、安全接地、辅助敷设、控制方法等均远高于常规用电设计。设计过程中需要与匹配负载、应用环境、用户方等紧密配合，了解用电安全需求及流程，科学合理地开展电气技术安全改造。而在一些负荷的运行及测试过程中，理想与实验室数据往往是变化较大的，建议与实际配套设施采用多变量、逆运算方法反复调试，以确定供配电系统预留适当扩展条件及冗余设置，保证备用容量的合理搭配，通过各项技改参数的适应性运行，尽量做到模块化，以适应不同安全运行及发展的需求。