石油化工行業(yè)儀表防雷電設(shè)置

宋 昊

(錦州開(kāi)元石化有限責(zé)任公司，遼寧 錦州 121001)

石油化工行業(yè)儀表防雷電設(shè)置

宋 昊

(錦州開(kāi)元石化有限責(zé)任公司，遼寧 錦州 121001)

雷電電流通過(guò)的周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁場(chǎng)，使附近的導(dǎo)線或金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，從而產(chǎn)生極其嚴(yán)重的破壞作用。通過(guò)對(duì)石油化工行業(yè)儀表進(jìn)行合理正確的防雷接地設(shè)置，來(lái)保護(hù)儀表設(shè)備在雷雨天氣的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

儀表 石化 防雷電 電涌保護(hù)器 接地 等電位

雷電是一種自然現(xiàn)象，其破壞力十分嚴(yán)重，是“聯(lián)合國(guó)國(guó)際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一[1]。

在石油化工行業(yè)中，雷電對(duì)儀器儀表的危害可分高電壓效應(yīng)、熱效應(yīng)、靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)4種類(lèi)型。高電壓效應(yīng)，雷電放電能產(chǎn)生約100～1 000MV的沖擊電壓，足以燒毀任何電氣和儀表設(shè)備，導(dǎo)致可燃易燃物著火甚至爆炸；熱效應(yīng)，雷電產(chǎn)生的電流平均是30kA，最大電流可達(dá)300kA，當(dāng)強(qiáng)大的雷電流通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，聚集的高溫往往會(huì)釀成火災(zāi)；靜電感應(yīng)，雷電會(huì)使金屬物體上感應(yīng)出大量電荷，感應(yīng)出的電荷電壓很高，能夠擊穿空氣間隙，發(fā)生火花放電，感應(yīng)出的靜電的危害主要體現(xiàn)在靜電放電環(huán)節(jié)，靜電瀉放電的時(shí)間只有毫秒級(jí)，瞬間脈沖高，平均功率可達(dá)千瓦以上，足以擊穿電子元件導(dǎo)致設(shè)備或系統(tǒng)失靈；電磁感應(yīng)，在雷電周?chē)目臻g里，將產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，磁場(chǎng)會(huì)影響儀表的測(cè)量，造成假數(shù)據(jù)現(xiàn)象。

石油化工生產(chǎn)大多是高溫高壓過(guò)程，原材料和產(chǎn)品中很多屬易燃易爆品，在生產(chǎn)中需要使用大量的儀表進(jìn)行檢測(cè)與控制[2～5]。磁場(chǎng)和電流會(huì)對(duì)這些儀表的檢測(cè)產(chǎn)生干擾。如果沒(méi)有安全可靠的防雷系統(tǒng)對(duì)儀表進(jìn)行保護(hù)，雷電不僅會(huì)對(duì)這些電子元件造成破壞，甚至?xí)?dǎo)致生產(chǎn)事故。

是否需要對(duì)所有的儀表都要進(jìn)行防雷設(shè)置，要根據(jù)雷電活動(dòng)區(qū)、經(jīng)濟(jì)損失和安全重要程度確定。為了減弱雷電對(duì)儀表的影響，設(shè)置電涌保護(hù)器和儀表的防雷接地成為必不可少的方法。現(xiàn)就石油化工裝置儀表電涌保護(hù)器的設(shè)置和防雷接地設(shè)置進(jìn)行詳述。

1 電涌保護(hù)器的設(shè)置

電涌保護(hù)器(也稱(chēng)浪涌保護(hù)器)是儀表設(shè)備防雷電設(shè)置中不可缺少的器件。電涌保護(hù)器的工作原理是把進(jìn)入信號(hào)傳輸線的瞬時(shí)過(guò)電壓限制在設(shè)備或系統(tǒng)所能承受的電壓范圍內(nèi)，或?qū)?qiáng)大的雷電流泄流入地，以保護(hù)設(shè)備或系統(tǒng)不受沖擊。在正常情況下電涌防護(hù)器不起作用，對(duì)被保護(hù)線路的工作沒(méi)有任何影響。

石化行業(yè)中經(jīng)常使用的安全柵的主要功能是防止高電流進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)儀表，阻止引起火災(zāi)的電火花的產(chǎn)生，起到限流限壓的作用，以保證現(xiàn)場(chǎng)儀表得到的能量在安全范圍內(nèi)。由此可見(jiàn)，電涌保護(hù)器和安全柵的作用是不一樣的，安全柵起不了浪涌保護(hù)器的作用。電涌保護(hù)器的設(shè)置應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)損失，如果現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表?yè)p壞造成的經(jīng)濟(jì)損失小于10萬(wàn)元，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表端可以不設(shè)置電涌保護(hù)器[6]。

2 防雷系統(tǒng)的設(shè)置

接地的目的，首先是防止設(shè)備外殼帶電，保護(hù)人和設(shè)備不受損害；其次是抑制干擾。因此接地成為防雷的關(guān)鍵步驟。防雷接地可分為控制室的室內(nèi)和室外兩部分。在接地的設(shè)置中往往采用等電位方法，即將設(shè)備等外殼或金屬部分與地線連接。它們之間電位相同，不會(huì)出現(xiàn)電位差，就不會(huì)產(chǎn)生電流。石油化工裝置中將金屬框架、金屬管道、平臺(tái)及儀表等連接在一起，形成等電位網(wǎng)絡(luò)。

2.1室外現(xiàn)場(chǎng)儀表的防雷

很多儀表是金屬外殼并且內(nèi)置了電涌保護(hù)器，有的(如差壓變送器等)則放在全封閉金屬外殼保護(hù)箱內(nèi)來(lái)減輕其他信號(hào)的影響。但雷電會(huì)使這些金屬外殼帶電或感應(yīng)出電荷，為了消除這些感應(yīng)電荷的影響就要把金屬外殼或保護(hù)箱外殼與金屬管架或金屬體連接，形成等電位體接地。如果現(xiàn)場(chǎng)儀表是非金屬外殼，那么就需要把它放在全封閉的金屬外殼內(nèi)，再與其他金屬體做等電位連接。

有些儀表，由于技術(shù)原因，不能在儀表內(nèi)部設(shè)置電涌保護(hù)器，可以把電涌保護(hù)器安裝在全封閉的且符合安裝環(huán)境防護(hù)防爆要求的金屬外殼防護(hù)箱內(nèi)，做好等電位連接后接入接地裝置。需要注意的是，金屬外殼防護(hù)箱一定要做接地處理，否則會(huì)使外殼感應(yīng)帶電。圖1是非金屬外殼現(xiàn)場(chǎng)儀表與分離電涌保護(hù)器、穿線管的連接方法。為了保護(hù)設(shè)備可靠安全的接地，連接線應(yīng)分別接入接地裝置，不能串聯(lián)。如果相互串接，如果有一條串接線路出現(xiàn)斷線，就會(huì)造成接地中斷，無(wú)法起到接地保護(hù)作用。

圖1 分離的電涌保護(hù)器與非金屬外殼現(xiàn)場(chǎng)儀表的接地

2.2控制室的室內(nèi)防雷接地

接地系統(tǒng)是由接地導(dǎo)線、接地排、接地體組成的。接地導(dǎo)線是連接電涌保護(hù)器匯流條、安全柵匯流條、匯流條與接地排，接地排與接地體之間的導(dǎo)線。根據(jù)連接部位、數(shù)量和長(zhǎng)度確定接地導(dǎo)線的截面積，詳見(jiàn)表1。

接地排一般設(shè)置3塊：工作地匯總排、保護(hù)地匯總排、總接地排，并且要求絕緣固定。由于銅板具有良好的導(dǎo)電性，價(jià)格也不貴，所以被用來(lái)作為各接地板，銅板大小一般為300mm×200mm×6mm。

表1 接地導(dǎo)線的截面積 mm2

在控制室內(nèi)四周設(shè)置接地銅排，并連接在一起形成環(huán)形接地排，來(lái)減小接地排電阻值，這樣可以順利疏導(dǎo)雷擊產(chǎn)生的電流。同時(shí)環(huán)形接地排也作為儀表系統(tǒng)的總接地排，儀表系統(tǒng)的保護(hù)地和工作地分別接入總接地排，然后總接地排再接入電氣專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的接地體。

為了保證電涌保護(hù)器可靠工作，同時(shí)又不影響本安儀表的性能，電涌保護(hù)器的接地為：

a. 為了保證電涌保護(hù)器匯流條和安全柵匯流條可靠接地，應(yīng)至少有兩條接地線與接地板連接，這樣可以保證一條斷線時(shí)仍能接地。在這里,工作接地匯總排沒(méi)有與總接地排直接相連，是因?yàn)榉乐沽鬟^(guò)電涌保護(hù)器匯流條的電流，經(jīng)過(guò)工作接地匯總排與總接地排的連線進(jìn)入系統(tǒng)的I/O，避免造成控制系統(tǒng)的損壞。

b. 電涌保護(hù)器匯流條接入總接地排。在工程設(shè)計(jì)時(shí)電氣專(zhuān)業(yè)已經(jīng)把設(shè)備外殼、鋼制管道及儀表接線箱等做成等電位連接，這時(shí)只要把儀表總接地排接入電氣的中線，就完成了儀表系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)的等電位連接和接地工作，如圖2所示。

對(duì)于不設(shè)置安全柵的非本安類(lèi)型儀表，信號(hào)線經(jīng)過(guò)電涌保護(hù)器后直接接到控制系統(tǒng)上，其他接地方法和本安儀表接地相同。

通過(guò)測(cè)量接地電阻值衡量接地是否合格，電阻值低說(shuō)明接地效果好，釋放電流快。接地連接電阻和接地電阻是儀表系統(tǒng)衡量接地效果的兩個(gè)關(guān)鍵值。在防雷接地設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮接地電阻的大小，而且還要考慮接地連接電阻值。接地連接電阻是指從電涌保護(hù)器匯流條到接地極的電阻值，其值不應(yīng)大于1Ω；接地極與大地之間的電阻再加上接地連接電阻形成接地電阻，其值不應(yīng)大于4Ω[7]。因此對(duì)接地體、接地導(dǎo)線的截面積、連接方式的選擇會(huì)直接影響接地電阻值。對(duì)于不同的DCS系統(tǒng)，應(yīng)該首先滿足該系統(tǒng)對(duì)接地電阻的要求。

圖2 儀表接地系統(tǒng)與電氣裝置等電位連接

3 結(jié)束語(yǔ)

儀表系統(tǒng)可靠正確的防雷接地，能夠保證儀表系統(tǒng)在雷電等惡劣天氣情況下排除干擾，穩(wěn)定運(yùn)行。特別是對(duì)于DCS系統(tǒng)，如果不考慮和處理現(xiàn)場(chǎng)干擾問(wèn)題，就無(wú)法達(dá)到可靠運(yùn)行的目的。石油化工儀表防雷還涉及其他方面，電涌保護(hù)器、接地和相關(guān)措施共同作用，才能確保系統(tǒng)傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性和設(shè)備的抗干擾性。因此必須加強(qiáng)內(nèi)部防雷與外部防雷設(shè)置，提高儀表的整體防雷效果。

[1] 郭非，魏亞玲，許明，等.硫回收裝置燃燒爐溫度儀表選型的探討[J].石油化工自動(dòng)化，2015，51(6): 81～82.

[2] 李毅.石化裝置現(xiàn)場(chǎng)管道常見(jiàn)問(wèn)題及解決辦法[J].化工機(jī)械,2012,39(4):526～528.

[3] 張華莎.石油化工油品儲(chǔ)罐計(jì)量與測(cè)量?jī)x表設(shè)計(jì)方案[J].石油化工自動(dòng)化，2015，51(5):1～7.

[4] 孫騰良.我國(guó)石油和化工裝備制造業(yè)面臨的問(wèn)題及發(fā)展方向[J].化工機(jī)械,2011,38(1):1～6,10.

[5] 孫丹,巴愛(ài)葉.400m3液化石油氣球罐的熱處理[J].化工機(jī)械,2011,38(1):123～124.

[6] SH/T 3164-2012,石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)石化出版社,2013.

[7] 陸德民.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:石油化學(xué)工業(yè)出版社,2000.

TQ056.1

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1000-3932(2016)03-0324-03

2015-05-22(修改稿)