關(guān)于化工裝置儀表自控系統(tǒng)防雷的措施

吳迪

摘? 要：智能化、網(wǎng)絡(luò)化是儀表自控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢(shì)與方向，但是受到多種客觀因素的影響，化工裝置儀表自控系統(tǒng)會(huì)受到一定的威脅，其中主要有電壓和電流耐受能力差以及電磁干擾敏感等，這對(duì)儀表自控系統(tǒng)正常工作以及安全運(yùn)行目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)造成一定阻礙。本文主要針對(duì)化工裝置儀表自控系統(tǒng)防雷的措施進(jìn)行探究，這對(duì)化工裝置儀表實(shí)現(xiàn)安全平穩(wěn)運(yùn)行目標(biāo)有積極作用。

關(guān)鍵詞：化工裝置;儀表自控;防雷措施

在不斷實(shí)踐與應(yīng)用的過(guò)程當(dāng)中，化工裝置儀表自控系統(tǒng)已經(jīng)取得較為明顯的成就，但是在使用過(guò)程中還會(huì)有不可避免的缺陷與問(wèn)題存在其中。相關(guān)部門(mén)以及工作人員必須提高對(duì)上述問(wèn)題的重視程度，在融合實(shí)踐的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行不斷的完善與優(yōu)化，這對(duì)化工裝置儀表自控系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展有積極意義，同時(shí)也為后續(xù)各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、雷電對(duì)儀表自控系統(tǒng)的危害和影響

1.直接雷電襲擊

儀表系統(tǒng)所遭受到雷電的直接襲擊，主要體現(xiàn)在其自身設(shè)備、系統(tǒng)以及各種連接管路被擊中，從而導(dǎo)致傳感器的模件、變送器電子線路板等被破壞，無(wú)法使系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。同時(shí)，雷電流還會(huì)以儀表的支架作為載體，瞬間流入進(jìn)大地，而使大地周?chē)a(chǎn)生過(guò)高的感應(yīng)磁場(chǎng)，進(jìn)而影響系統(tǒng)信號(hào)的傳輸線路，將電流耦合進(jìn)控制室中的各種電子設(shè)備，比如DCS設(shè)備，產(chǎn)生對(duì)于設(shè)備的破壞。

2.雷電感應(yīng)襲擊

電磁的脈沖輻射以及靜電感應(yīng)是儀表設(shè)備受到雷電感應(yīng)襲擊后的兩個(gè)主要表現(xiàn)，電磁的脈沖輻射主要是指雷電流對(duì)周?chē)臻g地形影響后所造成的強(qiáng)力電磁場(chǎng)，然后利用電磁場(chǎng)針對(duì)周?chē)h(huán)境進(jìn)行電磁波輻射。在此種情況下，會(huì)有不可避免的耦合效應(yīng)出現(xiàn)在控制室中，其中主要涉及到儀表、儀器、計(jì)算機(jī)以及基礎(chǔ)導(dǎo)體等。在此種情況下所出現(xiàn)的感應(yīng)電流或者電動(dòng)勢(shì)會(huì)對(duì)設(shè)備造成較為嚴(yán)重的破壞。靜電感應(yīng)從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是雷電云的出現(xiàn)而導(dǎo)致的電荷大量積聚。在此種背景下所產(chǎn)生的靜電輻射，會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)用電設(shè)備以及儀表設(shè)備造成較為嚴(yán)重的威脅。

3.過(guò)電壓及反擊電流

金屬管道以及導(dǎo)線是儀表系統(tǒng)不可缺少的組成部分，這部分內(nèi)容在直擊雷電或者感應(yīng)雷電的影響之下，會(huì)在較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)相當(dāng)高的電壓，這些電壓會(huì)對(duì)各部分管道以及線路造成一定程度的影響。所以過(guò)高的電位也會(huì)對(duì)儀表系統(tǒng)造成襲擊，最終導(dǎo)致系統(tǒng)正常工作的目標(biāo)不能順利實(shí)現(xiàn)。接閃是儀表系統(tǒng)防雷裝置所必須滿足的條件，再進(jìn)行作業(yè)過(guò)程當(dāng)中會(huì)有瞬間的過(guò)電流引入到接地裝置當(dāng)中。但是受到過(guò)高電阻的存在，二者相遇后會(huì)導(dǎo)致電位在短時(shí)間內(nèi)迅速上升，最終對(duì)缺乏安全距離的儀表系統(tǒng)接地體造成影響，這是導(dǎo)致放電問(wèn)題出現(xiàn)的主要原因，因此會(huì)有不可避免的電流襲擊問(wèn)題存在于電氣或者儀表系統(tǒng)當(dāng)中。

二、化工儀表系統(tǒng)安裝防雷保護(hù)的必要性

因?yàn)閮x表設(shè)備普遍存在絕緣強(qiáng)度低、過(guò)電壓和過(guò)電流耐受能力差、對(duì)電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，儀表設(shè)備如果受到直接雷擊或者其附近區(qū)域發(fā)生雷擊，雷電過(guò)電壓、過(guò)電流和脈沖電磁場(chǎng)會(huì)通過(guò)供電線、儀表信號(hào)線、電纜匯線槽、穿線管等途徑到達(dá)儀表設(shè)備，對(duì)儀表設(shè)備的正常工作和安全運(yùn)行造成威脅。

三、儀表自控系統(tǒng)的防雷措施

1.接閃

接閃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)儀表自控系統(tǒng)控制室及現(xiàn)場(chǎng)工藝裝置的結(jié)構(gòu)形式等各種相關(guān)因素，綜合全面地考慮防雷措施。例如現(xiàn)場(chǎng)儀表自控系統(tǒng)的防雷，應(yīng)和周?chē)墓に囇b置等防雷措施一起設(shè)計(jì)，并根據(jù)實(shí)際情況考慮采用的接閃器類(lèi)別（避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)）

2.等電位連接

雷電產(chǎn)生電流時(shí)的瞬間電壓非常高，周?chē)慕饘僖矔?huì)產(chǎn)生高壓電，有時(shí)會(huì)產(chǎn)生擊穿放電現(xiàn)象，損壞儀表設(shè)備，電磁場(chǎng)也會(huì)伴隨發(fā)生波動(dòng)，對(duì)儀表總控系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。為了使裝置和各設(shè)備之間的水平電位大致相同，將裝置區(qū)內(nèi)的設(shè)施進(jìn)行處理，將各個(gè)設(shè)施連接在一起，接入防雷接地網(wǎng)，在雷電產(chǎn)生電流時(shí)，設(shè)備之間承受力均勻，有效的避免了雷擊對(duì)各設(shè)備的損壞。

3.接地

目前國(guó)內(nèi)化工儀表系統(tǒng)的接地主要有兩種措施，即浮地、多點(diǎn)接地。浮地指的是儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不會(huì)傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對(duì)儀表系統(tǒng)也不會(huì)造成影響。然而因?yàn)閮x表的外殼要進(jìn)行保護(hù)接地，如果雷電較強(qiáng)的情況下，儀表外殼與其內(nèi)部電子電路之間可能會(huì)出現(xiàn)非常高的電壓，擊穿兩者之間絕緣間隙，導(dǎo)致電子線路損壞。接地指的是儀表、DCS、PLC等設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地分開(kāi)，這種接地方式的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠就近接地，接地線的寄生電感小。

4.信號(hào)線路的防護(hù)

在線路傳輸中，雷電會(huì)產(chǎn)生雷電波，在線路上可以感應(yīng)出比較高的瞬間沖擊。所以對(duì)于儀表控制系統(tǒng)而言，要求其可以承受的住比較大、比較高能量的瞬間沖擊。然而就當(dāng)前現(xiàn)狀來(lái)看，大多數(shù)的儀表都是由集成電路板構(gòu)成的，通常而其控制系統(tǒng)因?yàn)殡娮釉骷母叨燃苫鼓蛪?、耐過(guò)流水平下降。在儀表控制回路中，一些電子設(shè)備會(huì)遭受過(guò)多電壓而導(dǎo)致電路損壞，因此在儀表經(jīng)?？赡茉馐芾讚舻牟糠忠颖匾腟PD用以保護(hù)設(shè)備。

5.分流

由于發(fā)生接閃時(shí)，雷電流主要通過(guò)分流和感應(yīng)兩種方式釋放，因此通過(guò)設(shè)置合理數(shù)量的防雷引下線，使分流后的雷電流變小，從而將發(fā)生雷電反擊和感應(yīng)的影響范圍降至最低。

6.屏蔽

化工儀表系統(tǒng)大量采用半導(dǎo)體器件、集成電路和傳遞信號(hào)的電纜，由雷擊產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁脈沖可以直接輻射到這些元器件上，也能夠在電源或信號(hào)線上感應(yīng)出瞬態(tài)過(guò)電壓波，沿線路侵入電子設(shè)備，從而導(dǎo)致電子設(shè)備工作失靈或損壞。利用屏蔽體來(lái)阻擋或衰減電磁脈沖的能量傳播是一種有效的防護(hù)措施。儀表系統(tǒng)的防雷屏蔽主要有控制室屏蔽、現(xiàn)場(chǎng)儀表屏蔽、信號(hào)線和電源線屏蔽。為了避免因?yàn)槎帱c(diǎn)接地所產(chǎn)生的低頻干擾，可以把電纜穿入金屬管內(nèi)或采用雙屏蔽電纜，把金屬管或雙屏蔽電纜的外屏蔽層采取多點(diǎn)接地，金屬管內(nèi)或雙屏蔽電纜的內(nèi)屏蔽層能夠采用一端接地，這樣不但可以確保安全，對(duì)于抑制低頻干擾也十分有利。

結(jié)語(yǔ)

不同地區(qū)所遭受的雷電危險(xiǎn)程度之間存在一定的差異性，化工企業(yè)生產(chǎn)中儀表控制系統(tǒng)受到雷電破壞的概率相當(dāng)高，尤其是在防雷工作中我們還有相當(dāng)多的缺陷與不足存在。必須從避雷措施著手實(shí)現(xiàn)對(duì)防雷工作的真正貫徹與落實(shí)。在完善各個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)保護(hù)措施的認(rèn)真實(shí)施，保證裝置區(qū)域內(nèi)的系統(tǒng)不會(huì)受到雷雨天氣影響，繼續(xù)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]朱玉成，嚴(yán)新華.關(guān)于化工裝置儀表自控系統(tǒng)防雷的論述[J].城市建設(shè)理論研究，2014（12）.

[2]汪新山，王統(tǒng).淺談石油化工裝置設(shè)計(jì)中儀表系統(tǒng)防雷[J].科研，2015（1）：8-8.