ИБП для промышленных химических производств.
Расчёт времени автономии и требования взрывозащиты

Аварийная остановка химического реактора без соблюдения регламента может привести к выбросу токсичных веществ, взрыву или необратимому повреждению катализаторов. Компания «Юниджет» специализируется на внедрении промышленных ИБП для предприятий химической отрасли с учётом всех нормативных требований и технологических особенностей.

Обратите внимание: представленные расчёты и методики носят справочный характер. Реальные параметры системы бесперебойного питания определяются индивидуально на основе технологических регламентов конкретного производства и требований промышленной безопасности. Для разработки проектного решения обратитесь к специалистам «Юниджет» www.uni-jet.com — проведём аудит энергосистемы, проанализируем критичность нагрузок и подберём оптимальную конфигурацию ИБП.

Классификация взрывоопасных зон на химических предприятиях

Согласно ГОСТ 31610.10-2012 (IEC 60079-10), на химических производствах выделяются зоны в зависимости от частоты и длительности присутствия взрывоопасной атмосферы:

Зона 0 — участки внутри технологических аппаратов, резервуаров с легковоспламеняющимися жидкостями. ИБП в таких зонах не устанавливаются.

Зона 1 — пространства у дыхательных клапанов, фланцевых соединений, насосных агрегатов. Вероятность образования взрывоопасной смеси при нормальной эксплуатации высока.

Зона 2 — помещения компрессорных, насосных станций, участки погрузки-разгрузки. Взрывоопасная концентрация возможна только при авариях.

Для зоны 1 применяются ИБП с видом взрывозащиты Ex d IIC T4 (взрывонепроницаемая оболочка, группа IIC для водорода и ацетилена, температурный класс T4 — до 135°С). Для зоны 2 достаточно исполнения Ex nA IIC T3 (неискрящее оборудование).

Определение критического времени автономной работы

Время автономии ИБП определяется длительностью безопасного останова технологического процесса. Рассмотрим основные типы химических производств:

Производство серной кислоты контактным методом. При отключении электропитания необходимо:

• Остановить подачу сернистого газа — 2 минуты.
• Продуть контактный аппарат азотом — 15 минут.
• Охладить катализатор до 400°С — 25 минут.
• Перевести абсорбционные башни в режим циркуляции — 10 минут.

Минимальное время автономии: 52 минуты с коэффициентом запаса 1,2 = 62 минуты.

Синтез аммиака по процессу Габера-Боша требует:

• Снижение давления в колонне синтеза с 300 до 50 атм — 20 минут.
• Продувка системы азотом — 30 минут.
• Охлаждение катализатора — 40 минут.

Требуемое время автономии: 90 минут × 1,2 = 108 минут.

Полимеризация этилена в реакторе высокого давления:

• Прекращение подачи инициатора — 1 минута.
• Сброс давления через редукционный клапан — 8 минут.
• Продувка азотом для предотвращения образования пероксидов — 15 минут.

Минимальное время: 24 минуты × 1,2 = 30 минут.

Расчёт ёмкости батарей с учётом условий эксплуатации

Ёмкость аккумуляторных батарей рассчитывается по формуле:

C = (P × t × K₁ × K₂ × K₃) / (U × η × DOD)

где:

• P — мощность нагрузки (Вт);
• t — время автономии (ч);
• K₁ — коэффициент старения (1,25);
• K₂ — температурный коэффициент (1,15 при 35°С);
• K₃ — коэффициент запаса на неравномерность нагрузки (1,1);
• U — напряжение DC-шины (В);
• η — КПД инвертора (0,92-0,96);
• DOD — допустимая глубина разряда (0,8 для VRLA).

Для химического реактора мощностью 150 кВт с требуемым временем автономии 60 минут:

C = (150 000 × 1 × 1,25 × 1,15 × 1,1) / (480 × 0,94 × 0,8) = 663 А·ч

Потребуется батарейная группа из 40 моноблоков 12 В/200 А·ч, соединённых по схеме 4 параллельных ветви по 10 блоков.

Конструктивные требования к ИБП для химических производств

Степень защиты оболочки должна соответствовать условиям размещения:

• IP31 — для чистых помещений щитовых.
• IP54 — для производственных помещений с химическими парами.
• IP65 — для наружной установки или мокрых процессов.

Коррозионная стойкость обеспечивается применением:

• Корпусов из нержавеющей стали 316L для агрессивных сред.
• Эпоксидного покрытия толщиной не менее 120 мкм.
• Уплотнений из химически стойких материалов (Viton, PTFE).

Система вентиляции с избыточным давлением (Ex p) предотвращает проникновение взрывоопасной атмосферы внутрь корпуса. Подпор воздуха 25-50 Па обеспечивается вентилятором с расходом:

Q = 0,15 × V × N

где V — объём корпуса (м³), N — кратность воздухообмена (5-10 ч⁻¹).

Интеграция с системами безопасности

ИБП интегрируется с распределённой системой управления (РСУ) химического производства через резервированные каналы связи:

Физический уровень:

• • Основной канал — оптоволокно с протоколом Modbus TCP.
  • Резервный — RS-485 Modbus RTU с гальванической развязкой.
  • Критические сигналы — беспотенциальные контакты.

Передаваемые параметры:

• • Состояние ИБП (норма/байпас/батарея/авария).
  • Остаточное время автономии с точностью ±2 минуты.
  • Температура батарей и силовых модулей.
  • Параметры качества электроэнергии (THD, коэффициент мощности).

Алгоритмы взаимодействия: При снижении остаточного времени автономии до 110% от критического значения РСУ автоматически инициирует процедуру планового останова. При внезапной потере связи с ИБП система переходит в безопасное состояние.

Особенности размещения и монтажа

Выбор помещения для установки ИБП определяется категорией взрывоопасности:

• Вне взрывоопасных зон — стандартное исполнение.
• На границе зон — шкафы с продувкой инертным газом.
• Внутри зоны 2 — взрывозащищённое исполнение.

Кабельные трассы выполняются с учётом требований ГОСТ 31610.14:

• Бронированные кабели с негорючей изоляцией.
• Взрывозащищённые кабельные вводы.
• Заземление брони и экранов в одной точке.

Батарейные помещения оборудуются:

• Приточно-вытяжной вентиляцией с 5-кратным воздухообменом.
• Датчиками водорода при использовании свинцово-кислотных АКБ.
• Системой поддержания температуры 20-25°С.

Пример из нашей практики «Юниджет»: система гарантированного электроснабжения для производства метанола мощностью 500 тыс. тонн в год

В 2019 году специалисты «Юниджет» выполняли проект системы гарантированного электроснабжения для производства метанола мощностью 500 тыс. тонн в год. Основная сложность заключалась в обеспечении бесперебойного питания компрессоров синтез-газа — остановка циркуляции при 250 атм могла привести к разрушению катализатора.

Было установлено два ИБП ENTEL серии HPX мощностью по 250 кВА в параллельной работе с резервированием N+1. Время автономии составило 45 минут — достаточно для снижения давления и продувки системы. ИБП разместили в отдельном помещении с системой газового анализа и аварийной вентиляцией. Интеграция с РСУ Yokogawa Centum VP выполнена по протоколу Modbus TCP с дублированием критических сигналов через дискретные входы.

Правильный выбор ИБП для химического производства требует глубокого анализа технологических процессов, оценки рисков и знания нормативной базы. Специалисты «Юниджет» готовы провести комплексное обследование вашего предприятия и разработать техническое решение, обеспечивающее безопасность и непрерывность производства.

За консультацией обращайтесь на сайт www.uni-jet.com или по телефону 8-800-707-98-45.