長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化儀表設(shè)備的防雷防靜電研究

蘇豪育馮斌武振明宋團(tuán)飛張汶汐張汶江

(1.中國(guó)石油管道西安輸油氣分公司,陜西西安 710018; 2.中國(guó)石油西部管道甘肅輸油分公司,甘肅蘭州 730000;3.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司慶陽(yáng)供電公司,甘肅慶陽(yáng) 745000)

長(zhǎng)輸管道自動(dòng)化儀表設(shè)備的防雷防靜電研究

蘇豪育1馮斌2武振明1宋團(tuán)飛1張汶汐3張汶江3

(1.中國(guó)石油管道西安輸油氣分公司,陜西西安 710018; 2.中國(guó)石油西部管道甘肅輸油分公司,甘肅蘭州 730000;3.國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司慶陽(yáng)供電公司,甘肅慶陽(yáng) 745000)

本文通過(guò)對(duì)某輸油管建設(shè)在最高處的設(shè)備因?yàn)槔讚簟㈧o電的原因,先后受了幾次的受損的事故原因進(jìn)行分析。結(jié)合現(xiàn)行的實(shí)際情況提出了技術(shù)改造的方法。通過(guò)改造,某輸油管的最高點(diǎn)設(shè)備運(yùn)行情況還是比較理想的,在很大程度上解決了線路高點(diǎn)設(shè)備的防雷與防靜電的總量,為其安全運(yùn)行提供了非常好的保證。

長(zhǎng)輸管道 自動(dòng)化儀表 防雷 防靜電

1 某線高點(diǎn)設(shè)備情況和氣候的條件分析

某輸油管道全長(zhǎng)216km，由114km起進(jìn)行L山區(qū)，有197km處是全線的最高點(diǎn)，其海拔的高度為1500m。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求這里的管道必段是在正壓的情況下進(jìn)行運(yùn)行。為了收集到壓力的變量在最高點(diǎn)年構(gòu)建一個(gè)通信的中斷站，包括光通信設(shè)備、RUT、壓力變送器等等。

在每年7-8月是暴雨洪水的多發(fā)時(shí)節(jié)，在L山區(qū)更突出，在這個(gè)時(shí)期內(nèi)某輸油管高點(diǎn)處控管壁低流處成品油當(dāng)中。當(dāng)成品油流動(dòng)的時(shí)候的，被吸附的離子和成品油，湍流帶走自由離子分離而產(chǎn)生了電荷。因?yàn)楫愋噪姾勺匀幌辔饔?，?duì)應(yīng)仍性電荷沉淀在金屬管壁向成品油流動(dòng)方向進(jìn)行傳導(dǎo)。產(chǎn)生電荷機(jī)理，主要同流速、介質(zhì)湍流、貼近管壁低流速成品油表面積有關(guān)系的，管道長(zhǎng)則流速高，靜電產(chǎn)生速率也就越大。

雷電包含相對(duì)低速運(yùn)動(dòng)的高電荷云團(tuán)，在其下方大面積的表面形成靜電電場(chǎng)。這電場(chǎng)與設(shè)備表面感應(yīng)相反電荷，并且會(huì)隨著云團(tuán)一起移動(dòng)。因?yàn)槔讚舸穗姾蓵?huì)被中各，而因?yàn)榈仉姾芍泻妥饔脮?huì)造成強(qiáng)電流并流向雷擊點(diǎn)。除雷擊外，由雷擊引起電場(chǎng)突然變化會(huì)讓相對(duì)遠(yuǎn)離雷擊區(qū)的設(shè)備出現(xiàn)二次火花，而感應(yīng)電荷常常被絕緣金屬物體存在時(shí)出現(xiàn)，在開(kāi)始的時(shí)候金屬物體通過(guò)其對(duì)地高電阻，以低速方式對(duì)電荷進(jìn)行感應(yīng)。附近有雷擊時(shí)這些受到約束電荷會(huì)瞬間放電并導(dǎo)致設(shè)備的受損失。

2 設(shè)備的靜電事故分析

2014年7月29日，工作人員發(fā)現(xiàn)子防風(fēng)點(diǎn)壓力的參數(shù)有錯(cuò)誤，數(shù)據(jù)一直在持續(xù)刷新。次日對(duì)管道設(shè)點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)壓力變送器損壞，內(nèi)部的電路板有被燒的跡象，同時(shí)，也變送器相連的RTU模擬量輸入模板損壞。通過(guò)核查，管道設(shè)點(diǎn)的附近有下過(guò)雨。在更換設(shè)備后的一段時(shí)間內(nèi)，在相似的氣候條件下，在同樣的地方又出現(xiàn)兩次事故，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

在成品油輸送中流動(dòng)成品油和管壁一直發(fā)生出摩擦而產(chǎn)生靜電荷，在流動(dòng)前成品油保持等量正、負(fù)離子，同時(shí)呈中性。但同一極離子被鋼制管道表面優(yōu)先吸附，讓過(guò)程異性離子留在了貼近管壁低流處成品油中。

成品油流動(dòng)的時(shí)候被吸附離子和被成品油湍流帶走的自由離子的分享，所以會(huì)產(chǎn)生電荷。因此異性電荷自然相吸的作用，對(duì)應(yīng)極性電荷常常在金屬管壁向成品油流動(dòng)方向進(jìn)行傳導(dǎo)工作。所產(chǎn)生電荷機(jī)理主要與流速、離子含量等表面各有關(guān)。管道越長(zhǎng)且流速也會(huì)越高，靜電所產(chǎn)生的速率也就會(huì)更大。因?yàn)槔妆┖斜容^低速的運(yùn)動(dòng)的高電荷云團(tuán)，所以在云團(tuán)下面的大面積地理表面形成了一個(gè)靜的電場(chǎng)。此電場(chǎng)在大地、設(shè)備或其他物體表面感應(yīng)出的與之相反的電荷，同時(shí)會(huì)隨著云團(tuán)不斷移動(dòng)。因?yàn)槔讚舻脑虼穗姾伤查g被中和。這時(shí)因?yàn)榈仉姾傻闹泻妥饔靡粋€(gè)很強(qiáng)的地電流會(huì)一直流向雷擊點(diǎn)，除直接雷擊之外因?yàn)槔讚羲鸬碾妶?chǎng)突然變化，會(huì)讓相對(duì)遠(yuǎn)離雷區(qū)設(shè)備出現(xiàn)火花而感應(yīng)電荷常常被絕緣金屬物體存在時(shí)出現(xiàn)。一開(kāi)始的時(shí)候，金屬物體春對(duì)地高電阻以無(wú)害、低速方式感應(yīng)電荷。如果在附近有雷擊的情況出現(xiàn)，這些受到約束電荷突然對(duì)放電而造成設(shè)備受損。

3 防護(hù)措施分析

自動(dòng)化儀表之所以被雷擊是因?yàn)榭垢蓴_能力降低，連接的電纜接觸不良保險(xiǎn)絲老化等原因造成的，因此在預(yù)防上，要根據(jù)雷擊的特點(diǎn)考慮以下的原因：

第一，在儀表的選用時(shí)一定要選用那些抗干擾能力中，內(nèi)部有專(zhuān)門(mén)避雷、接地的設(shè)備。變送器內(nèi)也要裝有避雷器，當(dāng)愛(ài)到雷擊在傳送電纜上感應(yīng)產(chǎn)生異常的電壓沖擊時(shí)，可以得到有效的保護(hù)。避雷器內(nèi)裝型、盤(pán)裝式等等。

第二，在儀表進(jìn)行安裝的時(shí)候，儀表各個(gè)堅(jiān)固件需要正確地安裝，表箱也要接地良好并且考慮所裝的位置。根據(jù)實(shí)際需要安裝避雷針。遠(yuǎn)離生產(chǎn)裝置儀表，周?chē)譀](méi)有避雷裝置也要安裝避雷針。儀表信號(hào)電纜架設(shè)，一定要根據(jù)規(guī)定匯入槽盒，在裝置現(xiàn)場(chǎng)一次元件信號(hào)連接時(shí)，電纜屏蔽隔離，要根據(jù)規(guī)定進(jìn)行接地處理，電纜外還要用金屬鍍鋅的管穿管鋪設(shè)。當(dāng)雷擊到電纜穿管處時(shí)產(chǎn)生保護(hù)的回路，對(duì)地進(jìn)行放電。和地絕緣所有的金屬部件，并采取金屬線跨接。

第三，儀表系統(tǒng)接地。一般來(lái)說(shuō)，常用接地體有管形、角鋼接地兩種。對(duì)原儀表接地系統(tǒng)改造時(shí)，對(duì)原現(xiàn)場(chǎng)一次表無(wú)靜電接電，室內(nèi)二次表接地網(wǎng)無(wú)法滿足接地電阻要求的，要重新鋪設(shè)接地網(wǎng)。在儀表控制室外再加鍍鋅扁鋼作，并且以此作為接地的干線，運(yùn)用接焊接處理，同時(shí)還要注意防腐處理。再將原有接地網(wǎng)與新裝接地體用電焊焊接牢固，同時(shí)涂上防銹漆，之后再通過(guò)回填砂土處理好。

第四，控制室的避雷措施。當(dāng)前的控制室一般是用計(jì)算機(jī)在煉化裝置生產(chǎn)的進(jìn)行過(guò)程當(dāng)中。計(jì)算機(jī)接地系統(tǒng)要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，對(duì)控制室建筑防雷的接地加強(qiáng)檢測(cè)，防止建筑物免受直接雷擊和靜電感應(yīng)及電磁感應(yīng)破壞?？刂剖椅蓓斀拥匾B成整體電氣通路，以及接地裝置相連接。對(duì)于一些特殊要求的精密儀器，更是要做好另外的防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前輸油管道控制系統(tǒng)自動(dòng)化水平有了顯著地提高，所以要選用先進(jìn)的測(cè)量?jī)x表優(yōu)化控制技術(shù)，這也對(duì)相對(duì)的自動(dòng)化儀表的防雷以及防靜電的預(yù)防提出了非常高的要求，為了可讓這些儀表具有更長(zhǎng)的使用期，全天二十四小時(shí)隨時(shí)待命。同時(shí)做好經(jīng)驗(yàn)的收集及新?lián)崮Φ倪\(yùn)用，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加大防雷防靜電的相關(guān)學(xué)習(xí)，借用國(guó)內(nèi)、國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)提升自動(dòng)化儀表專(zhuān)業(yè)的防雷、防靜電的措施的技術(shù)水平，保證輸油管道裝置生產(chǎn)的安全、穩(wěn)定。

由于自動(dòng)化儀表大多數(shù)存在危險(xiǎn)性大、易燃的特點(diǎn)，所以還要做好堵漏管理的工作，這樣可以有效保護(hù)環(huán)境還可以防火、防爆。嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)管理制度確保操作時(shí)的安全。

[1]白瑩,張昱玲.綜合治理、減少雷電對(duì)儀表控制系統(tǒng)的破壞[J].中國(guó)科技投資,2013(21).

[2]楊坤海.儀表及控制系統(tǒng)等電位連接接地方案[J].中國(guó)儀器儀表, 2010(10).

[3]劉雙慶.談分析壓力控制儀表的防雷措施[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì),2010,20(4).

[4]曹龍海,魯智勇.鋼鐵企業(yè)通信機(jī)房防雷體系設(shè)計(jì)方案[J].電子制作,2014(10).

蘇豪育(1987—),男,漢,甘肅武威人,學(xué)士,助理工程師,主要從事成品油管道計(jì)量運(yùn)銷(xiāo)及儀表自動(dòng)化技術(shù)管理工作。