化工企業(yè)化工裝置設(shè)備防雷設(shè)計(jì)

劉貽彬

摘 要：化工企業(yè)裝置規(guī)模大，易燃易爆，且部分自動(dòng)化設(shè)施擁有大量電子儀器，極易遭受雷擊。結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，介紹了不同化工裝置的防雷設(shè)計(jì)要求和規(guī)定，重點(diǎn)闡述了其設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的事項(xiàng)，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：化工企業(yè)；化工裝置；接地系統(tǒng)；防雷設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TQ086.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.091

化工企業(yè)的環(huán)境極為特殊，其裝置布置密集，管道、塔、罐等設(shè)施大部分建于室外空曠地段，遭受雷擊的概率比一般建筑物要高，雷擊帶來的危害性也更大，嚴(yán)重情況下還會(huì)導(dǎo)致起火甚至爆炸，對(duì)企業(yè)經(jīng)濟(jì)和員工的生命安全影響極大。雷擊給化工企業(yè)帶來的危害主要表現(xiàn)在：雷擊引起短路等電力故障，造成火災(zāi)或者爆炸，引起導(dǎo)線過熱融化或者放電，形成的磁場(chǎng)或者雷電流會(huì)干擾化工企業(yè)電子元件及線路，出現(xiàn)控制系統(tǒng)失控等現(xiàn)象。在實(shí)際工作中，由于遭受雷擊而導(dǎo)致化工設(shè)備損壞、油庫燃燒、爆炸等雷擊災(zāi)害的現(xiàn)象均出現(xiàn)過，因此，對(duì)化工企業(yè)裝置進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，意義重大。

1 建筑物內(nèi)化工裝置的防雷設(shè)計(jì)

無論是草甘膦，還是有機(jī)硅單體生產(chǎn)裝置，均被布置于廠房建筑物內(nèi)，沒有超出建筑物，在建筑物的防雷保護(hù)范圍內(nèi)。這些裝置的防雷設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50057—2010）做好建筑物的防雷設(shè)計(jì)即可。

特別指出，要準(zhǔn)確劃分化工裝置的防爆區(qū)域。根據(jù)工藝專業(yè)提供的條件，判斷化工裝置的釋放源級(jí)別，再根據(jù)釋放源級(jí)別判定其防爆區(qū)分區(qū)。當(dāng)裝置布置在0區(qū)、1區(qū)、20區(qū)、21區(qū)時(shí)，要重點(diǎn)對(duì)待，按照第一類或第二類防雷建筑物要求進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。

筆者所在的公司擁有多臺(tái)精餾塔裝置，其中有幾臺(tái)精餾塔設(shè)備安裝在15 m高的混凝土框架建筑物內(nèi)，所有化工裝置的高度均沒有超過建筑物，而基礎(chǔ)平面上的臥式儲(chǔ)罐也在該建筑物的防雷保護(hù)范圍內(nèi)，因此，該類化工裝置的防雷設(shè)計(jì)可按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行。通過工藝危害分析，判定該化工裝置所處的環(huán)境屬于2區(qū)爆炸危險(xiǎn)環(huán)境，因此，需按照第二類防雷建筑物進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。

2 建筑物屋頂化工裝置的防雷設(shè)計(jì)

因工藝流程要求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)塔、換熱器等設(shè)備布置在超出屋頂平面處，超出的化工裝置往往不在建筑物的防雷保護(hù)范圍內(nèi)。為此，可采取將化工裝置直接作為避雷針或者在屋頂附設(shè)避雷針的措施。

該建筑物9 m、12 m的平面上均布置有化工設(shè)備，其中2臺(tái)計(jì)量罐布置在12 m的平面上，1座塔和1只儲(chǔ)罐設(shè)備布置在9 m的平面上，超出了建筑物屋頂平臺(tái)。在對(duì)此類化工裝置進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，可將設(shè)備本體作為接閃器，然后通過引下線與建筑物接地系統(tǒng)有效連接。另外，也可在屋頂平臺(tái)附設(shè)接閃器，使化工設(shè)備處于接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。具體可參照以下兩點(diǎn)：①金屬設(shè)備。當(dāng)金屬設(shè)備厚度滿足表1所示的要求時(shí)，可以將設(shè)備本體作為接閃器。一般化工企業(yè)鋼制設(shè)備的壁厚均超過4 mm，可以將設(shè)備本體作為接閃器，但是接地點(diǎn)不能少于2處，且沿塔體均勻分布，引下線的間距不應(yīng)超過18 m。如果引下線的間距超過18 m，就要增設(shè)引下線，每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于10 Ω，且引下線與設(shè)備接地板有效連接。②非金屬設(shè)備。當(dāng)超出建筑物屋頂平面的設(shè)備為非金屬設(shè)備時(shí)，需要在建筑物屋頂附設(shè)避雷針作為接閃器，使非金屬設(shè)備處于避雷針的保護(hù)范圍內(nèi)。

3 放空管、排放裝置的防雷設(shè)計(jì)

由于管道設(shè)計(jì)規(guī)范要求放空管、排放裝置等高于建筑物，因此，一般情況下，這些裝置不在建筑物的防雷保護(hù)范圍內(nèi)。鑒于此，可對(duì)安裝在高空的放空管、呼吸閥和自然通風(fēng)管等采取防直擊雷和雷電感應(yīng)的措施。

當(dāng)連續(xù)（間歇）排放易燃易爆氣體、蒸汽或粉塵時(shí)，放空管應(yīng)高出20 m（10 m）范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物屋頂3.5 m以上。此時(shí)，應(yīng)安裝避雷設(shè)施，使放空管的管垂直高度（ha）和水平距離半徑（r）在防雷接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，具體情況如圖1所示。

當(dāng)有管帽時(shí)，接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)按照表2確定，使管帽以上和管口水平處的空間處于接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)；當(dāng)無管帽時(shí)，接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)為管口上方半徑為5 m的半球空間，接閃器與雷閃的接觸點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在上述空間外。當(dāng)排放易燃易爆氣體、蒸汽或粉塵，但是排放物達(dá)不到爆炸濃度、長期點(diǎn)火燃燒等情況時(shí)，接閃器僅可保護(hù)到管帽，無管帽時(shí)僅可保護(hù)到管口。當(dāng)排放非可燃?xì)怏w時(shí)，放空管應(yīng)高出鄰近的操作平臺(tái)2.2 m以上，其防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合如下規(guī)定：金屬排放管可作為接閃器與放空管附近的防雷裝置連接；非金屬排放管應(yīng)裝設(shè)接閃器，接閃器僅可保護(hù)到管帽，無管帽時(shí)僅可保護(hù)到管口。

該化工企業(yè)主廠房結(jié)構(gòu)為框架結(jié)構(gòu)，層高12 m，屋頂為彩鋼棚頂，屋頂鋼板厚度滿足直接作為接閃器的防雷要求。大部分化工設(shè)備布置在建筑物內(nèi)，但是廠房外一側(cè)布置有一臺(tái)烘干設(shè)備配套尾氣吸收設(shè)備。該設(shè)備本體及其放空管均為PP非金屬材質(zhì)，放空管標(biāo)高17.5 m，超出建筑物屋頂5 m。雖然該放空管排放的氣體大部分為普通空氣，沒有可燃?xì)怏w，但必須設(shè)置接閃器。另外，考慮到該裝置靠近建筑物，因此在建筑物上附設(shè)接閃器，接閃器保護(hù)到管口即可，對(duì)管口四周垂直高度最小值（ha）、水平距離最小值（r）無要求。

4 罐區(qū)及其他露天靜止設(shè)備的防雷設(shè)計(jì)

中小型化工企業(yè)的罐區(qū)存放的物料一般為易燃易爆物料，為了方便卸車，罐區(qū)布置在空曠場(chǎng)地，附近沒有建筑物提供防雷保護(hù)，因此罐區(qū)的防雷設(shè)計(jì)不容忽視。在對(duì)灌區(qū)進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：①露天金屬罐體的壁厚大于或等于表1所示的最小值，同時(shí)罐頂呼吸閥裝有阻火器時(shí)，可將罐體作為接閃器，不需要另裝設(shè)接閃器。此外，必須做好罐體的接地措施，且接地點(diǎn)不得少于2處，兩接地點(diǎn)的間距不得超過18 m，每根引下線的沖擊接地電阻不應(yīng)大于10 Ω。當(dāng)罐體壁厚小于表1所示的最小值時(shí)，應(yīng)在罐頂裝設(shè)接閃器，使整個(gè)儲(chǔ)罐處于防雷保護(hù)范圍內(nèi)。②當(dāng)露天罐頂?shù)暮粑y沒有安裝阻火器時(shí)，不能僅將罐體作為接閃器，而應(yīng)在罐頂裝設(shè)接閃器，且接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)符合放空管、排放裝置防雷設(shè)計(jì)的規(guī)定。③非金屬儲(chǔ)罐存放易燃易爆物質(zhì)時(shí)必須設(shè)置接閃器，使儲(chǔ)罐及突出罐頂?shù)暮粑y等排放裝置均處于接閃器的保護(hù)范圍之內(nèi)，接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)符合放空管、排放裝置防雷設(shè)計(jì)的規(guī)定。④埋地儲(chǔ)罐一般不安裝防雷設(shè)施。當(dāng)覆土層厚度小于0.5 m或者儲(chǔ)罐的呼吸閥等排放裝置露出地面時(shí)，應(yīng)采取局部防雷措施，接閃器的保護(hù)范圍應(yīng)符合放空管、排放裝置防雷設(shè)計(jì)的規(guī)定。⑤浮頂罐和內(nèi)浮頂罐可不裝設(shè)接閃器，將罐體本身作為接閃器，同時(shí)將浮頂與罐體用兩根截面不小于25 mm2的軟銅線連接電氣。

5 戶外架空金屬管道的防雷設(shè)計(jì)

要防止雷電波侵入戶外架空金屬管道，比如，可以在輸送易燃易爆氣體或液體管道進(jìn)出建筑物口處做好防靜電接地措施；在不同爆炸區(qū)域的邊界、管道分支處及直線管道50～80 m處設(shè)置防靜電接地。對(duì)戶外架空氫氣管道除采取上述措施外，還應(yīng)每隔20～25 m設(shè)置防雷電感應(yīng)接地。輸送易燃易爆氣體或液體管道架空水平附設(shè)時(shí)，當(dāng)兩管間凈距小于100 mm時(shí)，每隔20～30 m應(yīng)用金屬線跨接，凈距小于100 mm的交叉管道也應(yīng)用金屬線跨接。此外，管道連接處（法蘭、閥門等）也應(yīng)用金屬線跨接。

6 結(jié)束語

總之，隨著化工企業(yè)自動(dòng)化水平的提高，技術(shù)人員應(yīng)注重不同化工裝置類別的特點(diǎn)，制訂各種合理、有效的防雷方案，采取最經(jīng)濟(jì)又不會(huì)影響到裝置正常運(yùn)行的防雷措施，以最大限度地保證化工企業(yè)的安全。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：劉曉芳〕