摘要：阐述了镁电解车间绝缘设计的重要性，指出“以人为本”的设计宗旨，简述了设计原则，对绝缘部位及绝缘方式的设计作了明确概述。
关键词：车间电路设计；绝缘设计；镁电解；用电安全
Abstract：The importance of insulation design for magnesium electrolysis workshop was described. The design principle of “people first” was pointed out and the design principle was briefly introduced. The insulation parts and insulation methods were clearly outlined.
Key words：workshop circuit design; insulation design; magnesium electrolysis; electrical safety
0 引 言
镁工业的发展方兴未艾，炼镁方法也很多，但电解法是镁生产的主要方法。镁电解生产中不断产生Cl2、HCl、氯盐类升华物质等。这些物质中氯盐类容易吸湿导电，造成绝缘短路、腐蚀及其它危害，对操作人员形成安全隐患。在氯化镁电解车间设计方面，必须采取措施来阻止接地电压传入生产设施，为了达到这一目的，就要对厂房结构、设备、电气等绝缘物制定特殊的要求。
该文以国内某公司镁法海绵钛生产线配套的氯化镁电解车间的绝缘设计为例(以下称为该设计)进行阐述。
1 镁电解车间绝缘设计的重要性
设计中镁电解车间工艺配置：镁电解及精炼同配置于一厂房内。电解工段配置14台电解槽；采用电流强度：90～165 kA之间， 单槽电压：约在9～12.65 V的强大直流电，在电解槽内，由阴、阳极间产生的电势能作用下，将电解槽中的电解质(由NaCl、CaCl2、CaF2按照一定的比例与MgCl2共同构成)进行熔融电解；精炼工段配置了一台300 kW的镁精炼炉及3台250 kW的坩埚炉等，它们用的是交流电。因此，工人操作处在强电流电场的环境中， 容易对健康造成不利影响；如果绝缘处理不好， 工人又有触电的危险。镁电解及精炼生产过程中不断产生出Cl2、HCl、氯化盐类升华物质，尽管设计考虑了镁电解烟气净化及收尘系统，把氯化盐类升华物、工艺使用的粉状类熔剂(主要为氯化盐类)等进行集中收尘处理，但还是会有机械泄漏不可抗拒的可能性存在。日积月累，它们在车间厂房建筑物表面上附积，附积的粉尘特点之一是极易吸潮，吸潮物质水解以后生成较强的酸性物质，一方面侵蚀建筑物，另一最大的问题是造成绝缘短路，从而导致操作工人面临触电的危险。以往的镁电解车间，沿用了20世纪50年代苏联的做法，绝缘效果不好，工人触电的例子不胜枚举，并且漏电对建筑物造成的电化学腐蚀也将大大影响厂房的使用寿命。因此，镁电解车间的绝缘设计对厂房的绝缘要求是首要的重点，其它工艺设备、电力设施、管路的绝缘也不能忽视。
2 镁电解车间绝缘设计原则
中国是一个现代化工业生产的大国，本着“以人为本”的设计宗旨，工业厂房的建筑设计，应确保工人在生产过程中有良好的工作环境及必须的安全保障。工程设计是确保安全生产的关键因素。因此，在镁电解厂房的设计方面应有良好的绝缘效果，不能为了省钱而降低绝缘材料标准，以致在正式投产后带来无法弥补的缺憾。选择绝缘材料，要通过实验确保达到绝缘要求。在保证绝缘效果的前提下，尽量减少绝缘面积，以利节约。经调研、实验、计算后，选择合理的绝缘厚度，以免增加工程造价。在设计中绝缘点的选择十分重要，应便于施工，便于维修。“点绝缘”最好，“线绝缘”次之，尽量不用“面绝缘”。绝缘材料可选：瓷砖、铸石板、玻璃钢、聚四氟乙烯等。无论那种材料，都应经过实验与计算。材料应不易附着氯盐，耐久，便于清理，便于施工。
在电解车间生产厂房的设计中，应遵照一个基本的规则：地电势应不引入到建筑物内。为了达到该目的，应提供专门的电绝缘来保护操作人员避免电击，同时防止建筑结构的电腐蚀。
3 绝缘专项要求及绝缘方式
根据《镁冶炼厂工艺设计规范》，镁电解车间的绝缘部位及绝缘方式设计如下：
1) 电解槽槽壳与楼板、电解槽与支墩、支墩与基础须绝缘。
绝缘方式：电解槽槽壳设计与楼板留有100 mm的缝隙；电解槽与支墩采用绝缘瓷瓶隔离；支墩与基础的绝缘形式为支墩插入基础杯口内，并用环氧砂浆填实。厂房及平台柱与柱基础联接的绝缘方式见图1。
2) 电解槽与氯气输送导管、电解槽与集镁室排气管须绝缘
绝缘方式：工艺管道连接点，使用瓷质套管、绝缘垫片实现绝缘。
1.柱；2.柱基础；3.柱基表面，刷热沥青二遍；4.柱面防腐绝缘层；5.地面防腐绝缘层，隔离层+沥青砂浆；6.柱基础防腐绝缘填充层，材质：防腐绝缘环氧砂浆
图1 厂房及平台柱与柱基础联接的绝缘方式示意图
Fig.1 Schematic diagram of the insulation bwteenworkshop and platform column and column foundation
3) 氯气输送导管与支墩、支墩与基础须绝缘。
绝缘方式：在地面和操作面上的管道支架作了对地的绝缘处理：工艺管道连接点，管架连接点，使用瓷质套管、绝缘垫片实现绝缘。
4) 桥式起重机的吊钩与钢丝绳、小车与卷筒、小车与桥架须绝缘。
绝缘方式：设计采用专用绝缘起重机，除防腐蚀外，起重机要求3级绝缘，每级电绝缘的最小电阻为10 MΩ。
5) 操作平台(标高+5.500的楼板)与墙、与梁、梁与柱、柱与基础须绝缘。
镁电解车间触电可能性最大的地方是操作平台(标高+5.500的楼板)，因此，操作平台应与墙、与梁绝缘。绝缘方式：将平台用绝缘材料与大地隔开。操作平台与墙中间设计100 mm的绝缘缝，做空气绝缘；操作平台梁的支腿与操作平台采用绝缘垫(辉绿岩板)隔离；操作平台的柱与基础的绝缘形式为支墩插入基础杯口内，并用环氧砂浆填实，做法见图1。
6) 厂房内地坪、操作平台(标高+5.500的楼板)须进行设计分区绝缘。
绝缘方式：车间每2个电解槽，在±0.000标高地板设计一个50 mm绝缘缝内填树脂胶泥；操作平台(标高+5.500)设计一个50 mm的横向绝缘缝，做空气绝缘。
7) 钢梯与平台须绝缘。
上天车的钢梯与平台，一旦产生漏电事故，容易形成跨步电压差，必须在钢梯与平台之间做绝缘处理。绝缘方式：设计用辉绿岩板垫或浸渍沥青的枕木，将梯子与钢平台隔开，使其达到绝缘目的。
8) 直流母线与支座、支座与楼板须绝缘。
绝缘方式：电解槽母线设计了两步绝缘与地面绝缘；直流母线与支座采用辉绿岩板垫和聚四氟乙烯板绝缘。
9) 在电解车间，与地板平面(标高0.000)和操作平台(标高+5.500)之间设置不导电的抗腐蚀的横窗，窗子离以上标高面的高度>3 m。
10) 生产厂房墙内表面和在电解车间内的厂房柱子在操作平台水平面之上设置高度为3 m的绝缘带。
11) 要求靠近电解车间的附跨厂房设计100 mm的电绝缘空隙。
12) 电解车间建筑的防护结构，设计考虑了避免雨水或其它水流进入到电解车间的措施。
上述结构绝缘设计，每级绝缘电阻不小于500 kΩ。
4 工艺及其他专业的绝缘措施
工艺设备的绝缘措施在设备单体设计及安装都作了标准规范的处理，其它各个环节的绝缘设计都作了充分的考虑。
1) 电解槽是电解车间主要的设备，在设备设计时，其用材及结构上，首先考虑了其绝缘性。在生产中电解槽金属槽壳漏电的可能性很大，一旦电解质穿透耐火材料，与金属槽壳连接通，就会造成漏电事故。电解槽对地设计了多级绝缘：电解槽与其支墩之间工艺配置了瓷质绝缘子实现电解槽与大地的绝缘；每两台电解槽间作分区绝缘；电解槽壳和母线都和地面设计3级绝缘。进出电解槽的所有管道及供电设施，都设有专业的绝缘措施。每级绝缘电阻不小于500 kΩ。
2) 连续精炼炉，坩埚炉的基础用辉绿岩瓷砖进行绝缘处理。绝缘电阻不小于500 kΩ。
3) 采用专用绝缘起重机。起重机要求三级绝缘，每级电绝缘的最小电阻为10 MΩ。
4) 针对各个工艺过程的特点，设计了净化及收尘系统，将车间工艺设备产生的Cl2、HCl、粉尘和吸湿导电的氯化盐进行了或集中或分散的收尘通风设计的处理，减少或避免它们在车间厂房建筑物表面上的附积量，也就是减少导致绝缘短路的介质。
5) 所有工艺设备，包括运送熔化物的工具都作了绝缘要求，每级绝缘电阻不小于500 kΩ。
6) 其它水、电、仪表等专业设置的设施及管道支架等，均考虑对地绝缘的措施。绝缘电阻不小于500 kΩ。
5 绝缘电阻计算
根据YS 5032-2000《镁冶炼厂工艺设计规范》(以下简称《规范》)8.1.20条款，电解厂房各部位对地绝缘的临界电阻，可按《规范》提供的公式进行计算。以该设计为例：电解配置14台电解槽；采用电流强度：90～165 kA之间，单台电解槽的电压为12.2 V；14台电解槽串联的电压为170.8 V，整流器的最大输出电压为180 V，电解厂房的系列电压计算取值为180 V，计算结果为：
Rc=
=
=191 176Ω
式中：Rc——绝缘材料的临界电阻(Ω)； Rm——人体安全电阻一般取Rm为500 Ω； Vm——人体安全电压一般取Vm 为24 V； Vs——工电压(V) ； 0.017——系数。
由以上计算，电解厂房各部位对地绝缘的临界电阻为192 kΩ，设计要求的每级绝缘电阻值为500 kΩ(此设计为技术引进项目，绝缘设计每级绝缘电阻不小于500 kΩ是引进技术的其中一项指标)，该设计计算结果在设计要求值之内，绝缘设计是合理的。
6 结 语
由于镁电解生产需要大功率的电力能源，为确保工人操作安全，防止漏电触电，绝缘材料的选择、绝缘点设置都是关键环节，同时；要求做好绝缘施工的监控，特别是厂房基础、电解槽等基础对大地的绝缘，这些基础都是埋于地下，施工时，每一过程，每一步骤都须检测到位，做到早检查，早预防，防患于未然。镁电解车间的安全设计，除绝缘是关键点，其它安全措施也是要必须考虑的，各种措施相辅相成，缺一不可。同时，车间投入生产运行后，对绝缘的维护同样重要，例如：绝缘起重机、与电解槽连接的的管道绝缘部分要定时清理，以保证操作人员的安全。
