PVC电气.docx
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PVC电气
PVC项目电气仪表
PVC项目用电量非常大，主要用电装置为电石炉、电解槽，由于化工产品生产连续性较强，部分中间产品又属易燃易爆有毒性质，因此对电力供应的安全可靠性要求很高。
电网不仅对新建项目供电，同时还要保证现有水泥厂，1#电石炉的用电以及自备电厂厂用电和1、3#发电机的供电需求（由于发电成本高，方案建议拆除2、4＃发电机，只保留1、3#发电机作背压发电和调整蒸汽用）。
（电气与电器的区别：
电气是以电能、电气设备和相关技术为手段，维持和改善限定空间和环境的一门学科，所包含的是整个领域。
而电器使用电能完成特定的功能的设备。
也就是说电气涵盖一个领域，电器是指电气设备。
）
一、供电方案
1、聚氯乙烯及电石项目电负荷需求
为确保化工装置安全可靠地用电，需在化工厂区内建设一座220kV总降压站作为配套实施的项目之一，其2路电源拟来自500kV贵阳西变（暂定）。
本项目电石炉变压器烧碱整流变压器可以采用110kV或是35kV，考虑到本项目为220kV进线，不管采用110kV还是采用35kV，都需要变压，另外厂里原来又有35kV系统需要保留，为了节省投资，且减少电压等级的数量以方便管理，电石炉变压器和烧碱整流变压器将采用35kV电压等级。
化工装置用电负荷统计情况如下：
用电负荷表 单位MW
负荷名称
电压等级
（kV）
负荷数量（MW）
备注
电石
电石炉
35
200
动力
6，0.4
10.0
烧碱
整流
35
88.0
动力
6，0.4
7.0
聚氯乙烯
6，0.4
20.0
公用工程及其它
6，0.4
8.0
水晶厂内保留的自备电厂厂用及其它负荷约计
6，0.4
7
现有水泥厂
35
12
2路
现有1#电石炉
35
30
负荷合计
35，6，0.4
382
自备电厂发电容量
6
18
需外供负荷容量总计
220
364
公司在项目建成后，总的需求负荷约为382MW，年用电量达30.56亿kwh。
考虑少量自发电后，需外供的需求负荷约为364MW。
其中35kV电石炉负荷约为230MW（含现有1#电石炉），烧碱整流负荷约为88MW，其余负荷约为64MW。
新上电石装置负荷中约有900kW属于一级负荷，为低压负荷；烧碱及PVC装置中约有7000kW属一级负荷，含聚合搅拌器，聚合循环水泵等中压负荷约4000kW，其余为低压应急负荷。
2、220kV总降压站电气主接线
本工程220kV总降压站设两级电压，即220kV、35kV。
220kV电压等级与系统连接，规划进出线2回，采用单母线分段接线形式。
总降压站设主变压器共4台，采用三相双卷有载调压电力变压器，其中2台220/35kV,，150MVA变压器作为烧碱整流负荷、全厂动力及照明负荷以及水晶集团保留装置负荷的电源，其低压35kV系统规划采用单母线分段接线，对6台烧碱整流变压器，原有35kV变电站，聚氯乙烯新上35kV变电站均采用放射式供电方式直供。
另设2台220/35kV,，125MVA变压器作为新上电石炉的专用电源，其低压35kV系统规划采用单母线分段接线，对8台电石炉变压器采用放射式直供。
3、电力负荷及系统概述
3.1、用电负荷等级
负荷分级：
一级负荷是指中断供电将造成人身伤亡，或将损坏主要设备且长期难以修复，或对国民经济带来巨大损失。
一级负荷必须由两个电源供电，其中特别重要的负荷，尚应增设应急电源。
二级负荷是指中断供电将在政治、经济上造成较大损失时。
例如：
主要设备损坏、大量产品报废、连续生产过程被打乱需较长时间才能恢复、重点企业大量减产等。
二级负荷宜由两个电源供电。
三级负荷是指不属于上述两类的负荷，如中央化验室、维修车间、辅助生活设施等。
可由一个电源供电。
a、本项目为大型化工企业，生产连续性强，原料及中间产品多为易燃易爆物，正常生产时产生高温高压，突然停电可能会引起生产混乱，造成安全事故或使产品报废，造成较大经济损失，因此属二级用电负荷。
b、某些设备突然停电时可能引起爆炸或造成设备严重损坏或人身伤亡，如烧碱氯气尾气吸收塔碱液循环泵、电石炉冷却水、PVC聚合釜搅拌机等以及消防泵、仪表电源等属一级用电负荷。
c、厂前区、中化、维修、辅助生活设施属三级用电负荷。
3.2、供电方案简述
a、根据项目的用电负荷及负荷分布情况，计及厂内原有35kV变电站，装置区共拟设三座35kV变电所，分别为电石炉变电所、聚氯乙烯变电所、水晶厂内原有35kV变电所（含水泥变）。
b、根据负荷情况，本项目拟设4座6kV变电所，即:
①、聚氯乙烯6kV变电所，与35kV聚氯乙烯变电所为一个建筑物。
为PVC界区的6kV电机和6/0.4kV变压器供电，同时为6kV烧碱变电所和6kVVCM变电所提供电源。
②、烧碱6kV变电所,，设于烧碱界区，为烧碱装置的6kV电机和6/0.4kV变压器供电。
电源来自聚氯乙烯变电所。
③、VCM6kV变电所,，设于VCM界区，为VCM界区的6kV电机和6/0.4kV变压器供电，电源来自聚氯乙烯变电所。
④、水晶集团原有6kV变电所，与原有35kV变电所为一个建筑物。
35kV、6kV系统均为单母线分段接线方式。
3.3、低压变电所设置情况：
上述新建的6kV变电所内均设置相应的6/0.4kV配电装置，负责就近为相应装置区的0.4kV动力及照明负荷供电。
①、另外在烧碱PVC界区还需设置2座低压变电所：
6/0.4kV乙炔变电所，负责为电石破碎和乙炔发生等装置的0.4kV动力及照明负荷供电。
6/0.4kV公用工程变电所，为公用工程的0.4kV动力及照明负荷供电。
电石装置的6/0.4kV变电所设置如下：
②、在石灰生产厂房附设一个6/0.4kV变电所，为石灰生产装置供电。
在原料区域设一个6/0.4kV变电所，为炭材干燥、配料站、原料贮运等供电。
每2台电石炉为一组，在各电石车间一层设一个6/0.4kV变电所，为电石生产、炉气净化及炉电石冷却等供电。
在炉气处理装置区的浊水泵房旁附设一个6/0.4kV变配电所，为浊水循环水、炉气后处理、炉气气柜等供电。
③、电极壳制造车间内有两台单相380V、400kVA的缝焊机，两台单相380V、160kVA的点焊机，都为大容量单相用电设备，为减少对其他负荷的影响，这几台焊机由上级变电所单独引一回6kV专用电缆线路，经一台专用变压器供电。
以上低压变电所根据项目最终的布置情况有两座或多座合并建设的可能。
3.4、配电装置布置
220kV配电装置采用屋外分相中型布置（也可为HGIS分离组合电器）。
35kV及以下系统采用户内布置。
4、整流方案
根据建设安排建30万吨/年烧碱。
按工艺条件设12个电解槽，设计槽电流15kA，槽电压620V作为整流设备依据。
整流网侧电压35kV，6台整流变压器电源均由220kV总变直供，每台整流变压器带二台电解槽，每台整流变压器组设计成十二相等效整流系统（阀侧接线成星、角），6套机组可构成72相等效整流系统，可以有效抑制电源母线上的谐波电流。
调压方式：
采用整流变压器网侧自耦调压器作为电压幅值粗调，晶闸管控制极移相作为细调。
冷却方式：
整流变压器采用强迫循环→水冷，晶闸管采用纯水冷却器→水冷。
5、继电保护及系统微机监控
220kV总降压站、各35kV总变一律采用微机保护及微机监控系统。
整流装置采用单独的微机保护及微机监控系统，后台机设置在烧碱工程控制室。
6、功率因数补偿
a、整流系统可在总变35kV母线上补偿，根据经验，目前大多整流器厂家的产品已在内部设置了部分电容装置，整流装置额定负荷运行时功率因数大多可以达到0.9或以上；
b、电石炉利用电炉变压器的第三线圈补偿或是在其35kV末端配电装置母线上补偿；
c、6kV系统在6kV母线配电装置上补偿；
d、0.4kV系统在低压侧母线就地补偿；
补偿后220kV供电点的功率因数需满足供电部门的要求。
7、应急电源
本项目电石装置约有900kW低压一级负荷，烧碱及PVC装置约有4000kW左右的一级6kV电动机负荷和3000kW左右的低压一级负荷。
目前，水晶集团现有一路10kV应急电源，来自110kV清镇变电站，与主供电源同时停电的机会应该非常小。
该线路为LGJ-95的架空线，线路长2公里，线路老化，在对线路进行更新改造增容后，可以视为第二电源。
增设1台10/6.3kV，5MVA的变压器改造后，可以作为本项目一级负荷中的6kV电动机的应急电源。
为可靠保证全厂安全停车，对其余的低压应急负荷设置低压柴油发电机供电。
为此，在电石装置区需设置1台1250kW低压应急柴油发电机，烧碱低压变电所和PVC低压变电所拟各设置1台1500kW低压应急柴油发电机。
消防水泵拟建议直接设置成电动和柴油两用型，以减少柴油发电机容量和造价。
电气一次主接线图
二、主要电气设备
序号
名称
型号及规格
单位
数量
备注
总变电站
1
总降压变压器
220/35kV150MVA
台
2
有载调压
220/350kV125MVA
台
2
有载调压
2
220kV户外配电装置
单母线分段系统，两进两出带母联
套
1
3
35kV开关柜
KYN61-40.540kA
台
40
4
相应配套电气设备
套
1
电石装置
1
35kV电石炉配电及补偿装置
含配电及切换开关柜，补偿装置等
套
8
2
电石炉变压器
35kV30MVA
台
8
3
动力变压器
10/0.4kV2MVA
批
1
4
变电所微机保护监控系统
套
1
5
0.4kV抽屉式开关柜
批
1
6
电石炉短网（包括铜排，软母线，导电铜管）
套
8
7
事故柴油发电机
1250kW
台
1
烧碱
1
6kV真空断路器柜
批
1
2
动力变压器
10/0.4kV2MVA
批
1
3
0.4kV抽屉式开关柜
批
1
4
总变微机保护监控系统
套
1
5
整流变压器
35kV24MVA
台
6
6
整流器
KHS-15kA/620V
台
12
7
纯水冷却器
LSS
台
12
8
油水冷却器
YSS
台
6
9
直流刀闸
20kA
台
24
10
直流传感器
台
12
11
铜母排
99.99%紫铜
吨
70
12
整流微机监控保护系统
套
1
13
事故柴油发电机
1500kW
套
1
聚氯乙烯及VCM
1
动力变压器
35/6.3kV31.5MVA
台
2
2
6kV真空断路器柜
批
1
3
动力变压器
10/0.4kV2MVA
批
1
4
0.4kV抽屉式开关柜
批
1
5
总变微机保护监控系统
套
1
6
事故柴油发电机
1500kW
套
1
7
6kV大容量快速开关
台
2
8
6kV限流电抗器
套
2
以上电气设备中，变压器是变换交流电压、电流和阻抗的器件。
断路器、隔离开关（刀闸）、开关柜和配套的电气设备是分配电能的装置，称为配电装置。
整流器是把交流电转换成直流电的装置，可用于供电装置及侦测无线电信号等，整流器主要以固态矽半导体二极管，可控硅或场效应管构成。
也可以真空管，引燃管，汞弧等制成。
相反，一套把直流电转换成交流电的装置，则称为“逆变器”。
三、谐波知识
1、谐波的产生
用电整流装置由于整流阀的单向导通特性，在正反电压作用下电阻值的迥然不同，以及电弧炉中由于电弧的不稳定特性，所以它们从电力系统中取用的是非正弦波电流。
此电流流经输电系统中的如线路、变压器等阻抗元件，产生非正弦的电压降，使系统中各点电压发生不同程度的畸变。
畸变的电压波中就含有基波频率奇数倍的高次谐波，主要是3、5、7次为主，倍数越高，含量越小。
畸变程度也就是谐波含量与整流器的型式和有效相数有关。
2、谐波对用户的影响
a、对并联电容器的影响；由于高频谐波造成电容器过负荷而不能投运，不能完成功率因数的补偿。
b、对用电设备的影响；增加设备的发热，产生附加损耗。
c、对自控系统作通讯的影响；由于高频对自控系统和通讯造成干扰，发生误动作和通讯中断。
d、对电力电度计量的影响；使用感应式电度表的正常用户，由于谐波的注入使计量读数增加。
而谐波源用户由于谐波的输出使计量读数减小。
谐波对电力系统的影响更大、更广。
3、抑制谐波的措施
a、增加整流装置的等效相数，它可完全或大部分地消除幅值较大的低次谐波。
一般整流器采用单相和三相桥式整流装置，经过改变整流变压器的结构和整流方式，可扩展为6、12、18、24等相。
本项目采用的是72相等效整流系统。
整流器为下列等效相数（P）时产生的谐波次数（n）
当基波频率为50Hz时谐波的频率
（HZ）
谐波电流最大幅值百分数
（y=0时）
P=6
P=12
P=18
P=24
P=30
P=36
P=42
P=48
谐波电流次数（n）
5
250
20
7
350
14
11
11
550
9.1
13
13
650
7.7
17
17
850
5.9
19
79
950
5.3
23
23
23
1150
4.3
25
25
25
1250
4.0
29
29
1450
3.4
31
31
1550
3.2
35
35
35
35
1750
2.9
37
37
37
37
1850
2.7
41
41
2050
2.4
43
43
2150
2.3
当等效相数P＝48时，43次以下的谐波基本没有。
b、安装滤波装置，利用可关断电力电子器件，产生与负荷电流中谐波分量大小相等、相位相反的电流来抵消谐波的滤波装置。
四、防爆电器知识
1、防爆等级概览
防爆电器：
在规定条件下不会引起周围爆炸性环境点燃的电气设备。
1.1、爆炸性气体（含蒸气和薄雾）分为两类：
Ⅰ类：
煤矿井下电气设备
Ⅱ类：
除煤矿、井下之外的所有其他爆炸性气体境用电气设备
Ⅱ类又可分为ⅡA、ⅡB、ⅡC类,标志ⅡB的设备可适用于ⅡA设备的使用条件；ⅡC可适用于ⅡA、ⅡB的使用条件。
与我们有关的是Ⅱ类，以下仅介绍Ⅱ类气体。
1.2、最高表面温度：
电气设备在规定范围内最不利运行条件下工作时，可能引起周围爆炸性环境点燃的电气设备任何部件所达到的最高温度。
最高表面温度应低于可燃温度。
温度组别：
爆炸性环境用电气设备按其最高表面温度划分为T1-T6组别
T1
T2
T3
T4
T5
T6
450℃
300℃
200℃
135℃
100℃
85℃
1.3、电气设备的防爆形式
本安型，代号“i”（本质安全型电气设备及其关联设备）:
在规定的试验条件下，正常工作或规定的故障状态下产生的电火花和热效应均不能点燃规定的爆炸性气体或蒸汽的电路和电气设备。
本安型分为ia和ib：
ia：
正常工作+一个故障+任意组合的两个故障均不能引起点燃的电气设备。
ib：
正常工作+一个故障条件下不能引起点燃的本质安全型电气设备。
由此可见ia等级高于ib等级
隔爆型，代号“d”：
具有隔爆外壳的电气设备。
它能承受已进入外壳内部的可燃性混合物内部爆炸而不受损坏，并且通过外壳上的任何接合面或孔不会引燃由一种或多种气体或蒸汽所形成的外部爆炸性环境的电气设备外壳。
还有，增安型，代号“e”，正压型，代号“p”，无火花型，代号“n”，气密型，代号“h”，充油型，代号“o”，充砂型，代号“q”，浇封型，代号“m”
2、防爆标志
IEC防爆等级标准格式:
Ex（ia）ⅡCT4
其中：
Ex：
代表防爆公用标志
ia：
代表防爆型式（本质安全），ⅡC：
代表气体组别，T4：
代表温度组别。
3、爆炸性气体的分级、分组
温度组别
级别
T1
T2
T3
T4
T5
T6
ⅡA
苯、乙烷、丙烷、丙酮、苯乙烯、氯乙烯、氨甲苯、苯、氨、甲醇、一氧化碳、乙丙烯腈、乙酸酸丁酯
丁烷、乙醇丙烯、丁醇、乙酸丁酯、乙酸酐戊酯、乙酸
戊烷、己烷、庚烷、癸烷、辛烷、汽油、硫化氢、环己烷
乙醚、乙醛
亚硝酸乙酯
ⅡB
二甲醚、民用煤气、环丙烷
环氧乙烷、环氧丙烷、丁二烯烯、乙烯
异戊二烯
ⅡC
氢、水煤气
乙炔
二硫化碳
硝酸乙酯
表中未列入的爆炸性气体见附录Ｂ
4、危险区域和非危险区域
（爆炸性气体环境中的）危险区域和非危险区域:
危险区域：
爆炸性气体环境大量出现或预期可能大量出现，以致要求对电气设备的结构、安装和使用采取专门措施的区域。
非危险区域：
爆炸性气体环境中预期不会大量出现，以致不要求对电气设备的结构、安装和使用采取专门措施的区域。
危险区域的等级分类
国际电工委员会/欧洲电工委员会划分的危险区域的等级分类：
①、0区（Zone0）：
易爆气体始终或长时间存在；连续地存在危险性大于1000小时/每年的区域；
②、1区（Zone1）：
易燃气体在仪表的正当工作过程中有可能发生或存在；断续地存在危险性10~1000小时/每年的区域；
③、2区（Zone2）：
一般情形下，不存在易燃气体且即使偶尔发生，基存在时间亦很短；事故状态下存在的危险性0.1~10小时/每年的区域；
我国划分的有效区域和以上相同，爆炸危险区域的范围划分有详细的规定。
5、选型原则
防爆电气设备的选型原则是安全可靠，经济合理。
防爆电气设备应根据爆炸危险区域的等级和爆炸危险物质的类别、级别、组别选型
在０区只准许选用ia级本质安全型设备和其他特别为０区设计的电气设备（特殊型）。
气体爆炸危险场所用电气设备防爆类型选型表
爆炸危险区域
适用的防护型式电气设备类型
符号
0区
1、本质安全型（ia级）
ia
2、其他特别为0区设计的电气设备（特殊型）
s
1区
1、适用于0区的防护类型
2、隔爆型
d
3、增安型
e
4、本质安全型
ib
5、充油型
o
6、正压型
p
7、充砂型
q
2区
1、适用于0区或1区的防护类型
2、无火花型
n
五、自控仪表方案
1、自控方案与信息管理系统
自动控制的方案和水平是根据工艺生产装置的要求及国内外同类生产装置目前的自动化水平所确定的，离子膜烧碱及公用工程、氯乙烯单体、氯乙烯聚合装置设在一个控制室，采用三套DCS和ESD系统进行控制、操作和管理。
电石装置设四个控制室，采用四套PLC，对整个电石装置进行控制、操作和管理。
有部分工段和公用工程采用数显表，并设就地操作室进行操作。
全厂设总调度室，把各装置中控室信号引至全厂调度中心。
全厂设置一套信息管理系统。
加强生产管理，建立及时反映生产动态的实时生产管理系统，以提高效益、降低成本，提高市场竞争能力。
2、各装置自动化水平
2.1、离子膜烧碱装置的自动化水平
离子膜烧碱主生产装置（一次盐水及原盐储运、二次盐水及电解、氯气处理、氢气处理及氯化氢合成、液氯及包装、蒸发、罐区）集中在烧碱控制室内采用DCS进行监视、操作、控制和管理。
氢气处理及氯化氢合成采用远程操作站，与离子膜烧碱装置共用一套DCS。
其它辅助生产装置（冷冻站、换热站等）根据工艺需要设置必要的就地盘或就地仪表进行操作、监控和管理。
并把必要的参数送到DCS进行监视和管理。
根据离子膜法制碱的工艺过程特点，为保证生产的安全平稳运行，对离子膜烧碱装置的氢气系统、氯气系统、电解槽差压、电解槽进料和电解槽电压压差、仪表气源、整流器电流等设置紧急停车系统（ESD）。
紧急停车系统（ESD）对离子膜烧碱生产装置和设备可能发生的危险或不采取措施将继续恶化的状态进行及时响应和保护，使生产装置和设备进入一个预定义的安全停车工况，从而使危险降低到可以接受的程度，以保证人员、设备和生产装置的安全，使生产装置安全平稳、长周期地连续运行。
2.2、乙炔装置的自动化水平
进入乙炔发生器的电石，在与水发生化学反应后生成乙炔气和电石渣。
乙炔发生装置采用DCS系统对该装置进行集中监测、控制和操作。
设置一套ESD系统对装置进行安全联锁保护。
ESD与DCS之间通过接口进行通讯。
DCS系统还设接口与工厂信息管理系统连接。
与30万吨/年聚氯乙烯配套的乙炔装置现场仪表总台件数约为486台件，调节回路约为30套。
由于乙炔气体极易爆炸，在仪表的选择上尽可能采用本质安全型仪表。
在乙炔气体有可能泄漏的地方，设置可燃气体检测报警器，可燃气体报警盘设在装置控制室内，监视现场可能出现的异常情况。
2.3、氯乙烯装置
乙炔发生装置产生的乙炔气体经过净化，与氯化氢混合，冷冻脱水后制得粗氯乙烯气体，经过分离高低沸点杂质，干燥后制得聚合用的氯乙烯单体。
30万吨/年氯乙烯装置调节回路约200多套，现场仪表总数约为1790件。
为了确保操作人员和设备的安全，在氯化氢气体和乙炔、氯乙烯气体可能泄漏的地方，设置了共30套可燃气体/毒性气体检测器，在装置控制室内设有可燃气体/毒性气体报警盘，公共报警信号经电缆接线接至DCS系统报警。
氯乙烯装置设置一套DCS系统和一套紧急停车系统ESD，对装置实行安全联锁保护。
ESD通过接口与DCS连接。
DCS系统还有接口与工厂信息管理系统连接。
30万吨/年VCM装置规模大、工艺流程长、调节回路较多，对DCS的要求较高，本装置设置的操作站数量较多，有利于对整个装置的监测和控制。
2.4、聚氯乙烯装置
PVC装置只要包括化学品储存、配制、加料、聚合、VCM回收、汽提、干燥、包装工序，生产的主要特点是间歇式批量生产，其聚合及加料程序较为复杂，控制要求高。
本装置采用一套分散控制系统（DCS）实现顺序控制和连续控制功能。
在控制室中通过操作站对PVC的品种规格进行设置，并对整个装置集中监测、控制和操作。
DCS系统有通讯接口与全厂信息管理系统连接。
PVC装置设置调节回路100多套，仪表总台数约1512台。
聚氯乙烯装置的聚合等工序是一个间断的生产过程，根据生产要求的不同，配置的化学品不一样，加入聚合釜中聚合的原料种类和数量也各不相同。
聚合过程中，对聚合釜的温度控制要求非常精确，不管是升温、保持、降温都必须严格按照一定的顺序执行，所以DCS系统不仅要能够对连续的工艺过程进行监控，也要能够满足不同品种PVC制品不同程序的批量控制的要求。
2.5、电石装置
电石装置控制点少，控制较为简，而且随各成套设备供自用仪表，具有独立的控制方式，因此可采用PLC控制系统就能
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