罐區(qū)儀表系統(tǒng)雷電感應防護

代冬柏

(上海雷迅防雷技術有限公司 廣州分公司，廣州 511495)

罐區(qū)儀表系統(tǒng)雷電感應防護

代冬柏

(上海雷迅防雷技術有限公司 廣州分公司，廣州 511495)

石油化工行業(yè)自動化儀表系統(tǒng)采用了大量高精度電子設備，過電壓耐受能力差，容易受閃電感應影響甚至損壞。依據(jù)雷電防護理論和標準，綜合考慮了石油化工罐區(qū)儀表系統(tǒng)雷電防護中部分存在的問題，從建構筑物的直擊雷電防護、供配電感應雷電防護和儀表系統(tǒng)感應雷電防護等幾方面進行了論述。儀表系統(tǒng)的感應雷電防護包括合理布線、等電位連接、接地、電涌保護器設置等。建議采取針對性的雷電防護措施，以防止或減少儀表系統(tǒng)受雷電的損害，保證系統(tǒng)運行安全。

儀表防雷 罐區(qū)防雷 感應雷防護 等電位連接 電涌保護器

石油化工儲罐區(qū)是儲存易燃易爆物的場所，一旦遭受雷擊，可能導致嚴重的火災爆炸事故；嚴重威脅設備的運行與人員安全。油庫罐區(qū)現(xiàn)場控制儀表多，溫度、壓力、液位儀表連線及可燃氣體檢測儀表的測量線路、數(shù)據(jù)總線等，極易受雷電的影響，一旦損壞，將嚴重影響油庫生產(chǎn)的正常運行；加強對油庫的雷電防護，是油庫安全生產(chǎn)的重要需求。油庫建(構)筑物及儀表設備的防雷，具有特殊性和復雜性，目前很多現(xiàn)場防雷環(huán)節(jié)仍有不少隱患。因此，防雷工程科學、合理地實施變得更為重要。

1 接閃桿的設置

直擊雷的防護是防雷中不可缺少的環(huán)節(jié)之一。目前有很多儲罐區(qū)設置有大量高聳的獨立接閃桿。接閃桿的主要機理是吸引雷電，經(jīng)針體、引下線入地，以保護接閃桿滾球半徑內(nèi)的設備不遭受直接雷擊而損壞。換言之，在雷電場的作用下，接閃桿針尖附近的電場會發(fā)生畸變，同時異種電荷集中所形成的強電場區(qū)中的空氣分子因游離而產(chǎn)生的向上先導具有引雷作用，增加了雷電發(fā)生的幾率和泄放雷電流的強度，對其附近的電氣、電子設備是不利的，更容易引起因電磁感應和地電位反擊的原因造成設備損壞或系統(tǒng)運行中斷。

因而，接閃桿的設立是不利于儀表系統(tǒng)等設備的雷電感應防護的，但直擊雷又是防雷中必須考慮的環(huán)節(jié)，因而綜合考慮應采取如下措施。

1.1 建筑物直擊雷防護

配電房、辦公樓、泵房、閥室、控制室等建筑物采取在頂部敷設避雷網(wǎng)格的方式做直擊雷防護，較接閃桿降低接閃高度，降低接閃的強度和概率。同時，還可以起到對建筑物內(nèi)部設備空間屏蔽的作用，配電房、辦公樓、泵房、閥室等按第二類防雷建筑物考慮。依據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》[1]中對第二類防雷建筑物的要求，避雷網(wǎng)格不大于10m×10m或12m×8m，引下線沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，引下線間距不應大于18m，避雷網(wǎng)材料采用熱浸鍍鋅鋼材，直徑不小于8mm。依據(jù)SH/T 3164—2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設計規(guī)范》[2]要求，控制室應按第一類防雷建筑物考慮，避雷網(wǎng)格不大于5m×5m或6m×4m，引下線沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，引下線間距不應大于12m。避雷網(wǎng)材料采用熱浸鍍鋅鋼材，直徑不小于8mm。

1.2 儲罐等構筑物直擊雷防護

應根據(jù)儲罐等構筑物材質(zhì)和其內(nèi)部物料的性質(zhì)、溫度、壓力等進行分析，當生產(chǎn)裝置自身對雷擊有防護能力時，可以用自身當接閃器。如果內(nèi)部為易燃物質(zhì)或操作溫度大于其閃點的可燃物質(zhì)，當塔、罐的頂部鋼或鐵板厚度大于4mm、銅板大于5mm、鋁板大于7mm時，可以用其自身當接閃桿，不再裝設獨立接閃桿。

金屬儲罐應作環(huán)型防雷接地，其接地點不應少于2處，并應沿罐周均勻或?qū)ΨQ布置，其罐壁周長間距不應大于30m，接地體距罐壁的距離應大于3m。引下線宜在距離地面0.3～1.0m裝設斷接卡，用不銹鋼螺栓加防松墊片連接。宜將儲罐基礎自然接地體與人工接地裝置相連接，其接地點不應少于2處，沖擊接地電阻不應大于10Ω。

浮頂金屬儲罐應采用2根截面積不小于50mm2的扁平鍍錫軟銅復絞線或絕緣阻燃護套軟銅復絞線將浮頂與罐體作電氣連接，其連接點不少于2處。宜采用有效的、可靠的連接方式將浮頂與罐體沿罐周做均布的電氣連接，連接點沿罐壁周長的間距不應大于30m。金屬儲罐的阻火器、呼吸閥、量油孔、人孔、切水管、透光孔等金屬附件應等電位連接。

2 合理布線

在以前的項目中，存在強弱電電纜不分開，同槽敷設的情況；部分儀表信號線與保護地線同槽敷設的情況。儀表等弱電信號回路受工頻交流線路影響，接地線泄放雷電電涌的影響則更加嚴重，增加了儀表線路電磁感應風險，加大了儀表損壞概率，或干擾正常儀表信號傳輸。

因此，建議嚴格執(zhí)行強弱電電纜分管槽敷設的原則，落實到每段回路。依據(jù)GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》[3]要求，參照表1落實到現(xiàn)場應用中。電子信息系統(tǒng)線纜與防雷引下線及保護地線的間距見表1所列，與電力電纜的間距見表2所列。

表1 電子信息系統(tǒng)線纜與防雷引下線及保護地線的間距 mm

表2 電子信息系統(tǒng)信號電纜與電力電纜的間距

3 等電位連接

在部分項目中，控制室內(nèi)設備金屬外殼、機柜外殼、線纜屏蔽層、電源地、建筑物地、防雷地、保護地等未做到全部連接到同一等電位體，部分有缺失?，F(xiàn)場儀表金屬管槽、儀表外殼、保護地未做到全部連接到同一等電位體，部分缺失。該類問題會導致各金屬體之間由于電位的不同產(chǎn)生電位差，造成設備損壞，影響設備運行安全。

建議依據(jù)SH/T 3164—2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設計規(guī)范》要求，做好等電位連接。

3.1 控制室內(nèi)等電位接地

1) 控制室內(nèi)的所有金屬結構、管道、支架、金屬活動地板等應采用截面積為(4×40)mm2的熱鍍鋅扁鋼或不銹鋼連接導體進行等電位連接。應采用機械連接或焊接，焊接處應采取防腐措施。

2) 控制室內(nèi)的儀表總接地匯總板宜在儀表交流配電柜附近設置，作為儀表系統(tǒng)泄放雷電感應電流的接地排。對于面積大于(20×15)m2的大型機柜室，應在室內(nèi)沿墻或適當路徑設置延長型接地排。延長型接地排應采用截面積為(4×40)mm2的銅材或熱鍍鋅扁鋼，至少通過2條路徑，直接與室外的電氣接地設施相連接。延長型接地排應采用焊接連接，焊接處有效截面積應大于接地排的截面積[4]。

3) 控制室的防雷接地、防靜電接地、電氣設備的保護接地、儀表系統(tǒng)工作接地、屏蔽接地、電涌防護器接地等應共用接地裝置。

3.2 現(xiàn)場儀表等電位接地

現(xiàn)場儀表的金屬外殼、儀表保護箱、接線箱及機柜的金屬外殼應就近接地或與接地金屬體相連接?，F(xiàn)場儀表金屬外殼可以通過金屬安裝支架或金屬設備自然接地。金屬設備、容器、塔器和操作平臺上的現(xiàn)場儀表應與設備和操作平臺進行等電位連接。安裝電涌保護器的接線箱、保護箱、鋼管及保護儀表應進行等電位連接并接地。

4 屏蔽措施

4.1 控制室部分

控制系統(tǒng)和設備都位于控制室或機柜間，要求外部建筑物是金屬框架結構，并按一類建筑物的防雷要求采取直擊雷防護措施，這便形成了室內(nèi)控制系統(tǒng)的第一層空間屏蔽。其次，要求機柜位于建筑物的底層，最好是一樓的中心區(qū)位置，與建筑物的鋼筋立柱保持一定距離，機柜做好接地，形成機柜內(nèi)控制系統(tǒng)設備的第二層空間屏蔽。

4.2 儀表部分

儀表建議采用金屬外殼，并將外殼做好接地，如果是非金屬外殼儀表應安裝在金屬箱內(nèi)，將金屬箱做好接地。

4.3 線路部分

儀表的供電及信號電纜應采用雙層屏蔽措施，可采用雙層屏蔽電纜或單層屏蔽電纜外加金屬電纜槽或保護鋼管。外屏蔽層應至少在兩端接地，內(nèi)屏蔽層應在一端接地。屏蔽層應全程電氣導通，金屬電纜槽和保護鋼管應全程封閉。

5 接地體設置

在很多項目中，尤其是現(xiàn)場儀表、管槽等依據(jù)標準要求均需要做好接地，但很多時候落實不到位。一方面是沒有嚴格要求，另一方面是附近找不到接地體。在項目初期應多加考慮，在需要接地位置設置接地端子排，方便設備、管槽等就近接地。

6 SPD設置

在大部分項目中未嚴格按標準要求設置電涌保護器(SPD)，電源SPD設置未達到實際需求的多級設置，儀表終端供電處未設置以及SPD設置技術參數(shù)不符合規(guī)范要求。儀表信號控制室端和現(xiàn)場儀表端未設置SPD或僅在控制室端設置部分端口。上述問題，均會造成設備雷電防護措施不到位，設備損壞，信號非計劃中斷等情況。應嚴格依據(jù)標準要求設置電源及信號SPD。

6.1 電源部分

依據(jù)文獻[3]，供配電線路按不同防雷區(qū)在防雷界面處設置三級或三級以上電源SPD。結合文獻[1]關于總配電箱等LPZ0與LPZ1邊界處SPD的設置要求，應采用Ⅰ類試驗的SPD。

6.2 儀表部分

在現(xiàn)場儀表和控制室兩端電源及信號線路均應設置匹配的SPD，依據(jù)文獻[2]應設置SPD的儀表有： 安全儀表系統(tǒng)的儀表，變送器，電氣轉換器、電氣閥門定位器、電磁閥等現(xiàn)場電信號執(zhí)行器，熱電阻，電子開關等。

6.3 通信部分

對網(wǎng)絡通信、安防監(jiān)控、火災消防、工業(yè)電視等通信系統(tǒng)，應依據(jù)文獻[1]及文獻[3]等相關規(guī)范，在供電線路設置電源類SPD，在信號線路的現(xiàn)場端和控制室端設置信號類SPD。

7 結束語

列舉了石油化工罐區(qū)現(xiàn)場存在的不符合防雷標準規(guī)范，雷電防護措施不正確或缺失等問題。做防雷設計時應結合項目實際情況，做好詳細勘察。依據(jù)相關標準要求，以防雷科學理論為基礎，結合考慮現(xiàn)場實際環(huán)境，匹配適應儀表系統(tǒng)的SPD，合理采取系統(tǒng)的防雷措施，確保措施落實到每一個細節(jié)。只有這樣才能做好儀表系統(tǒng)的雷電防護，保證儀表系統(tǒng)正常運行。

[1] 林維勇，黃友根，焦興學，等.GB 50057—2010 建筑物防雷設計規(guī)范[S].北京： 中國計劃出版社，2013.

[2] 葉向東，徐義亨，歐清禮，等.SH/T 3164—2012 石油化工儀表系統(tǒng)防雷設計規(guī)范[S].北京： 中國石化出版社，2012.

[3] 王德言，李雪佩，劉壽先，等.GB50343—2012 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范[S].北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 劉全禎等.GB15599—2009 石油與石油設施雷電安全規(guī)范[S].北京： 中國標準出版社，2012.

[5] 楊永鵬，何聯(lián)合.電涌防護器在石油化工裝置中的應用[J].石油化工自動化，2014，50(06)： 78-81.

[6] 葉向東.石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設計(Ⅰ)[J].石油化工自動化，2008，44(03)： 1-9.

Lightning Induction Protection for Tank Farm Instrument System

Dai Dongbai

(Guangzhou Branch， Shanghai ASP Lightning ProtectiveTechnology Co. Ltd.， Guangzhou，511495，China)

s： A large number of high precision electronic components are used in instrument system in petrochemical industry， these instruments are poor with overvoltage resistant capability and more easily affected by lightning induction and even being damaged. Based on lightning protection standards and theory，combined with actual situation of lightning protection in instrument system in petrochemical tank scene， comprehensive consideration about lightning protective of instrument system including direct lightning protection of buildings， induction lightning protection from power supply and instrument system are discussed. Induction lightning protection for instrument system includes reasonable wiring， equipotential connection， grounding connection， surge protective devices setting and etc. It is suggested specific lightning protection measures should be taken to prevent or reduce instrument system from damaging by lightning to ensure system running safety.

instrument lightning protection; tank farm lightning protection; induction lightning protection; equipotential connection; surge protection device

代冬柏(1981—)，男，畢業(yè)于遼寧科技大學工業(yè)企業(yè)電氣化專業(yè)，東北財經(jīng)大學工程管理專業(yè)，現(xiàn)就職于上海雷迅防雷技術有限公司，主要從事防雷產(chǎn)品技術應用及電氣電子設備雷電防護的相關工作，防雷產(chǎn)品開發(fā)1年，防雷工程4年，防雷技術應用10年，任電氣工程師。

TP273

B

1007-7324(2016)06-0012-03

稿件收到日期： 2016-08-02，修改稿收到日期： 2016-09-01。