摘　要：針對國內(nèi)首座1萬m³LNG全容罐的電氣設(shè)計，本文對外方設(shè)計的內(nèi)容進行了闡述，并給出了與我方在相關(guān)領(lǐng)域設(shè)計的異同；同時對我方配套設(shè)計的重點內(nèi)容進行了論述，意在引起業(yè)內(nèi)專業(yè)人士對相關(guān)知識點的重視。

關(guān)鍵詞：LNG全容儲罐　LNG潛液泵　LNG加壓泵　斷路器

Electrical Design of the Domestic First Ten Thousand Cubic Meters of LNG Full Containment Tank

Abstract：In the light of electrical design of the domestie first ten thousand cubic meters of LNG full contaimnent tank，this paper explicates the design of toreign design，and given our similarities and differences in the relates fields of design；At the Same time，the key content of our supporting design are discussed，In order to cause the attention of related industry professionals to such as knowledge point．

Keywords：LNG full containment tank LNG submersible pump LNG pressure pump  circuit hreaker

1　慨述

國內(nèi)首座1萬m³LNG全容儲罐本體南某國外公司設(shè)計，該罐砼壁內(nèi)側(cè)直徑28m，拱形罐頂距地面33m。本體設(shè)計所含電氣專業(yè)部分包括儲罐爆炸危險區(qū)域劃分、防雷保護、接地裝置、走道照明和頂部電纜橋架等方面內(nèi)容。與該罐有關(guān)的用電設(shè)備包括罐頂LNG潛液泵及罐外LNG加壓泵的配電設(shè)計由我方配套完成。為便于業(yè)內(nèi)人士對該型儲罐電氣設(shè)計的認識，現(xiàn)就外方及我方配套設(shè)計的主要內(nèi)容簡介如下。

2　外方設(shè)計中的電盧氣部分

2．1　爆炸危險區(qū)域劃分

儲罐所處爆炸危險環(huán)境的危險介質(zhì)是甲烷、其分級分組為Ⅱ AT1。危險介質(zhì)及其分級分組與GB50058—92《爆炸和火災危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》附錄三氣體或蒸氣爆炸性混合物分級分組舉例完全一致。

危險區(qū)域的劃分是從全容罐罐壁和罐頂向外沿各方向4.5m以內(nèi)為爆炸性氣體危險環(huán)境2區(qū)；罐頂設(shè)備為從釋放源算起沿各方向4.5m以內(nèi)，以及此球的水平赤道面與罐頂面之間的圓柱體為爆炸性氣體危險環(huán)境2區(qū)；罐頂壓力安全閥為從排放管中心算起1.5m以內(nèi)的球體為爆炸性氣體危險環(huán)境1區(qū)。這些區(qū)域的界定和圖面表達與國內(nèi)設(shè)計基本相同，所不同的是外方設(shè)計圖紙的依據(jù)是美國國家防火協(xié)會頒布的《化工危險場所易燃液體、氣體、蒸汽的分類及相應場所的電氣安裝》(NFPA497 elassification of flatoniable liquids．gases，or vapors and of hazardous(classified)locations for electrical installations in chemical process areas)，國內(nèi)設(shè)計依據(jù)是GB／T 20368—2006《液化天然氣(LNG)生產(chǎn)、儲存和裝運》，并且依據(jù)GB／T20368—2006第7．6．2款，外方設(shè)計圖中未見罐頂壓力安全閥從排放管中心算起沿各方向1.5m以外4.5m以內(nèi)為爆炸性氣體危險環(huán)境2區(qū)的內(nèi)容。

2．2　防雷保護

外方設(shè)計圖紙中沒有明確全容罐屬于幾類防雷建筑物，但從具體做法上判斷全容罐被劃為第二類防雷建筑物。其中防直擊雷的措施是在全容罐罐頂及罐壁安裝接閃帶，接閃帶采用截面為70mm：鍍錫裸銅絞線組成不大于10m×10m網(wǎng)格，引下線亦為截面為70mm：鍍錫裸銅絞線，間隔不大于10m。接閃帶之間采用壓接方式連接，用膨脹螺栓固定，固定點間距0.9m。對比國內(nèi)GB50057—2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》第4．3．1款規(guī)定，其防直擊雷設(shè)計更趨嚴格，并且在材料選擇上與發(fā)達國家一致。

為保護置于罐頂管線和設(shè)備免受雷害損壞，全容罐罐頂平臺多處設(shè)置有接閃桿。接閃桿由接閃端(air terminal)和支撐體(1ightning support)組成，高度有5m和7m兩種，其接閃端采用直徑15mm、長500mm銅棒，并用截面為70mm²錫裸銅絞線沿支撐體引下與罐頂接閃帶連接，支撐體采用熱鍍鋅鋼管。在國內(nèi)的設(shè)計中，接閃桿的接閃端采用熱鍍鋅圓鋼。

在全容罐罐壁距地2.0m處，每根引下線與接地線連接處均設(shè)置有防雷保護系統(tǒng)測試箱(test box for lightning protection system)。這種作法與國內(nèi)GB50057—2010《建筑物防霄設(shè)計規(guī)范》第5．3．6條的要求基本一致。

2．3　接地裝置

外方設(shè)計的接地裝置是在距全容罐外壁1.5m處埋設(shè)第一閣環(huán)形水平接地裝置，埋深1.0m，距第一圈環(huán)形水平接地裝置外3.0m處埋設(shè)第二圈環(huán)形水平接地裝置，埋深1.5m。第二圈接地裝置中間均布四處檢查坑，坑內(nèi)設(shè)有垂直接地棒及與廠區(qū)主接地網(wǎng)連接用接線端子。水平接地裝置采用截面為70mm²鍍錫裸銅絞線，垂直接地裝置采用直徑20mm長3.0m銅棒。

從接觸電壓和跨步電壓的角度分析，外方的這種設(shè)計讓人費解。

罐區(qū)接地電阻4W，以實測為準(這點與國內(nèi)設(shè)，計要求相同)。接地裝置導體間連接采用熱熔焊接。

2．4　設(shè)備接地

為滿足設(shè)備接地要求，外方利用在儲罐頂部沿接線箱、接線盒集中部位敷設(shè)的電纜橋架巾通長敷設(shè)的截面為70mm²絕緣銅絞線(green insulated stranded copper conductor)作為接地線，該接地線與主接地網(wǎng)連接。罐頂設(shè)備包括橋架、平臺扶手、平臺出入口靜電消除器、放散管接地板、LNG潛液泵等均采用截面為70mm²絕緣銅絞線與橋架內(nèi)接地線連接。罐頂接線箱、插座等均采用截面為35mm²絕緣銅絞線與橋架內(nèi)接地線連接。

3　我方配套部分的電氣設(shè)計

與全容罐生產(chǎn)運行有關(guān)的用電設(shè)備的供電、控制由我方完成。其中，與全容罐配套的地面上的罐外LNG加壓泵是容量最大的用電設(shè)備，共3臺，功率為250kW／臺，其供電電纜長度180m。罐頂LNG潛液泵是供電距離最遠的用電設(shè)備，共3臺，功率為50kW／臺，其供電電纜長度260m。

3．1　電纜截面的選擇

電纜截面的選擇要考慮的因素較多，因該項目配套設(shè)備容量較大，供電距離較遠，因此電纜截面的選擇要考慮的主要因素應是允許溫升、熱穩(wěn)定、電壓損失等。

按允許溫升選擇，供電給罐外LNG加壓泵銅芯電纜最小截面應為2(4×150)mm²，供電給罐頂LNG潛液泵銅：巷電纜最小截面應為4×35mm²。

該項目配電線路的保護電器采用的是斷路器，其瞬時脫扣器的全分斷時間(包括滅弧時間)極短，一般為10ms～20ms。采用變壓器高壓側(cè)10kV中性點不接地系統(tǒng)短路容量為無窮大計算出的保護開關(guān)安裝處的短路電流23.4kA，及短路電流持續(xù)作用時間20ms的最不利條件，按熱穩(wěn)定要求計算出的銅芯電纜最小截面為4×35mm²。

正常情況下，電動機電壓偏差允許值為+5％～-5％，經(jīng)計算，變壓器的電壓損失為1.65％，因此在變壓器高壓側(cè)為穩(wěn)定的額定電壓時，低壓側(cè)線路允許電壓損失為8.35％。按電纜線路電壓損失6％計算出電纜截面分別為：供電給罐外LNG加壓泵的銅芯電纜最小截面為4×185mm²；供電給罐頂LNG潛液泵的銅芯電纜最小截面為4×50mm²。

綜合允許溫升、熱穩(wěn)定、電壓損失三大因素的結(jié)論：供電給罐外LNG加壓泵銅i琶：電纜最小截面應為2(4×150)mm²，供電給罐頂LNG潛液泵銅的銅芯電纜最小截面應為4×50mm²。

初步選擇的電纜截面最終還應按照滿足保護用斷路器靈敏度要求進行驗證。

3．2　保護用斷路器的選擇

保護用斷路器的選擇涉及正常工作條件、短路工作條件和使用環(huán)境條件等諸多因素。正常工作條件和使用環(huán)境條件是最直接的、最受關(guān)注的選型條件，這兩個條件在選型過程中都會得到滿足。而最重要的短路工作條件因受供電電源等外部條件和供電系統(tǒng)內(nèi)部復雜計算的限制往往得不到有效落實。

LNG泵供電電纜保護用斷路器應滿足在短路條件下分段能力的要求。采用變壓器高壓側(cè)10kV中性點不接地系統(tǒng)短路容量為無窮大計算出的保護開關(guān)安裝處的短路電流23.4kA，因此保護用斷路器額定運行短路分段能力最低應為35kA。

由于LNG泵的配電線路較長，被保護線路末端接地故障電流不能滿足斷路器動作靈敏性要求。在加大相導體及保護接地導體截面，進一步降低電纜線路的電壓損失，提高接地故障電流的同時，在滿足熱穩(wěn)定要求的前提下，降低斷路器瞬時過電流脫扣器的整定值是提高TN系統(tǒng)接地故障保護靈敏性的重要措施。

為滿足斷路器動作靈敏性要求，經(jīng)反復驗算，最終選擇供電給罐外LNG加壓泵銅芯電纜截面為2(4×185)mm²，斷路器短路瞬時動作電流的整定值為過載長延時動作電流的7倍。供電給罐頂LNG潛液泵銅芯電纜截面為4×120mm²，斷路器短路瞬時動作電流的整定值為過載長延時動作電流的8倍。

3．3　電機控制

拖動LNG泵的電機采用變頻器控制，管網(wǎng)壓力信號作為反饋調(diào)節(jié)信號?？刂品桨钢性O(shè)有本地和遠程控制選擇開關(guān)，LNG泄漏聯(lián)鎖電源進線斷路器分勵脫扣。所有運行及故障信號通過通訊接口上傳至控制室。

4　結(jié)束浯

國內(nèi)首座1萬m³LNG全容儲罐已完成聯(lián)合設(shè)計，這是國際化背景下知識和思想融合的結(jié)果、更是標準國際化的結(jié)果。希望通過本文能對業(yè)內(nèi)專業(yè)人十有所啟發(fā)和幫助。

本文作者：侯彪

作者單位：中國市政工程華北設(shè)計研究總院