天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷分析

劉金濤　邵旭東　王怡明

摘要：伴隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化，對(duì)天氣條件的需求不斷增加，加油站的煤氣表朝著自動(dòng)化、智能和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。如果不采取充分的防護(hù)措施，測(cè)量結(jié)果就會(huì)稍微不穩(wěn)定，可能導(dǎo)致測(cè)量?jī)x器不可用或造成嚴(yán)重?fù)p害，造成不同的生命損失或事故，并對(duì)燃?xì)獍l(fā)電廠的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重后果。因此，有必要制定一個(gè)為該階段設(shè)計(jì)的排雷方案，以確保氣體中心自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)作。為此，結(jié)合捐助者多年的經(jīng)驗(yàn)，為天然氣設(shè)施的自動(dòng)排雷分析提出了若干建議。

關(guān)鍵詞：天然氣集輸站場(chǎng);自動(dòng)化儀表系統(tǒng);防雷分析

引言

天然氣集輸站場(chǎng)儀表自控系統(tǒng)防雷接地復(fù)雜，涉及專業(yè)知識(shí)多。根據(jù)自控系統(tǒng)和儀表設(shè)備的特點(diǎn)，按現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備防雷、等電位連接、浪涌保護(hù)器設(shè)置等方法做好防雷接地工作，信號(hào)電纜的屏蔽、敷設(shè)及接地系統(tǒng)，確保區(qū)域內(nèi)天然氣的安裝儀表自控系統(tǒng)能穩(wěn)定、安全、可持續(xù)地運(yùn)行。

1、天然氣流量自動(dòng)計(jì)量現(xiàn)狀

天然氣流量自動(dòng)計(jì)量是通過(guò)對(duì)天然氣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和分析后最終算出的體積流量。所以天然氣流量自動(dòng)計(jì)量的特點(diǎn)使精準(zhǔn)程度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。在實(shí)際使用過(guò)程中，天然氣流量自動(dòng)計(jì)算模式有多種類型，智能儀表盤的類型也有很多，例如多參數(shù)儀表，單參數(shù)儀表，溫度傳感器等。上述幾種類型都是在實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)的幾種儀表類型，屬于集成度極高的流量計(jì)量?jī)x表系統(tǒng)，為天然氣流量自動(dòng)計(jì)量工作帶來(lái)了不少便利。

2、雷擊對(duì)智能儀表系統(tǒng)的危害形式

2.1直接雷擊

這種類型的雷擊直接發(fā)生了天然氣集輸站的儀表設(shè)備和儀表設(shè)備連接的線路，這種雷擊模式不僅會(huì)損壞儀表的傳感器核心部分，還會(huì)對(duì)發(fā)射器裝載的宣傳板產(chǎn)生不同程度的影響。電流沿著儀表支撐流向指標(biāo)，在此過(guò)程中磁場(chǎng)感應(yīng)力起著很大作用，這種感應(yīng)力是將可用作電子信號(hào)的電路與控制室相結(jié)合，極大地破壞了控制室中的電子設(shè)備。

2.2感應(yīng)雷擊

（1）靜電感應(yīng)。腦運(yùn)來(lái)的時(shí)候，地面物體，特別是導(dǎo)體聚集了大量電荷，產(chǎn)生了放電，放電電流流入現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)和電氣設(shè)備，設(shè)備就會(huì)受損。（2）電磁脈沖輻射。電磁脈沖輻射在形成雷暴電流的過(guò)程中，在自己的周圍環(huán)境和空間中產(chǎn)生大電磁場(chǎng)，這種大范圍的電磁場(chǎng)向周圍地區(qū)發(fā)射電磁波。這些電子可以在很短的時(shí)間內(nèi)與控制室的計(jì)算機(jī)、儀表、現(xiàn)場(chǎng)儀表等設(shè)備相結(jié)合，然后產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，產(chǎn)生更多電流，導(dǎo)致儀表設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，控制系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

2.3雷電過(guò)電壓侵入

直接雷擊或避雷器可能會(huì)導(dǎo)致電線或金屬管道過(guò)電流，從而導(dǎo)致不同金屬管道、電纜通道或電纜線路的高電壓，并可能導(dǎo)致干擾和損壞。

2.4其他因素對(duì)儀表的危害

大型儀器的啟動(dòng)停止、切斷等引起的電網(wǎng)變動(dòng)引起的浪涌過(guò)電壓是當(dāng)前電子系統(tǒng)的最大威脅，其危害絕對(duì)高于自然雷擊的比例。雷電過(guò)電壓、浪涌過(guò)電壓屬于瞬態(tài)過(guò)電壓（瞬變浪涌電流）類別。

3、天然氣自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的主要措施

3.1接閃

實(shí)際上，雷擊損害屬于自然災(zāi)害，同時(shí)也屬于外來(lái)因素對(duì)儀表系統(tǒng)的侵入損害。所以，解決這種侵入損害的有效治理措施就是通過(guò)外接、導(dǎo)流等措施的綜合應(yīng)用，才能真正做到對(duì)儀表系統(tǒng)的防護(hù)。接閃是防雷的主要措施之一，這種措施是通過(guò)儀表系統(tǒng)所屬的建筑物防雷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在保護(hù)儀表系統(tǒng)的同時(shí)，也保護(hù)了周圍的油罐等高危設(shè)施。所以，在前期設(shè)計(jì)的過(guò)程中也會(huì)將現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)和周圍的高危設(shè)施進(jìn)行融合接洽設(shè)計(jì)，從而起到現(xiàn)場(chǎng)整體防護(hù)的效果。

3.2均壓

在雷電事件進(jìn)行期間，對(duì)電在短時(shí)間內(nèi)流動(dòng)位置的感應(yīng)程度可能會(huì)有所不同，此電流流動(dòng)路徑在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生很高的電，如果發(fā)生這種情況，該地區(qū)內(nèi)瞬間的金屬電信可能會(huì)變壞。但是這種均壓方式的效果并不穩(wěn)定。如果發(fā)生電位差明顯大于雙方的絕緣電阻，則可能發(fā)生介質(zhì)的放電破壞。這種放電破壞不僅會(huì)直接破壞氣體收集站自動(dòng)儀表系統(tǒng)，還會(huì)形成強(qiáng)電磁脈沖，電磁脈沖會(huì)對(duì)其他儀表系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行造成重大影響。要有效地解決雷電瞬變電流路徑、大型物體間的破壞放電問(wèn)題，請(qǐng)有效地連接現(xiàn)場(chǎng)使用的儀器的金屬外殼或支架、所有與金屬相關(guān)的儀器設(shè)施、室內(nèi)組件控制和金屬外殼等相關(guān)的組件，并建立良好的等電位連接。

3.3接地

接地端有兩種措施：浮動(dòng)、多觸點(diǎn)。地基漂浮著。儀表工作場(chǎng)所與建筑物接地導(dǎo)體系統(tǒng)隔離，防止建筑物平面圖電磁干擾儀表系統(tǒng)，防止接地狀態(tài)變化。但是儀表外殼必須接地。閃電強(qiáng)度大時(shí)，測(cè)量裝置外殼和內(nèi)部電路之間可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)高的電壓，從而損壞電氣布線。（2）多端口。設(shè)備，如。b .儀表、PLC和防護(hù)罩分離，該接地裝置的優(yōu)點(diǎn)在于靠近接地導(dǎo)體，接地導(dǎo)體較不易寄生，但當(dāng)強(qiáng)電脈沖通過(guò)斷路器進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)，電路也會(huì)因高壓損耗而損壞。兩種接地方式都不符合排雷要求，考慮保護(hù)區(qū)和工作區(qū)的連接、進(jìn)入排雷系統(tǒng)和解決問(wèn)題。

3.4信號(hào)線纜的敷設(shè)與屏蔽

（1）信號(hào)線的布置。應(yīng)使用針腳電纜作為將架空電纜放置在托架的電纜插槽框中的埋地電纜。鋼材料比其他常用材料保護(hù)電磁場(chǎng)要好得多，因此完全密封的鋼結(jié)構(gòu)適用于儀表電纜插槽，同時(shí)所有金屬部件必須完全接地。（2）電纜接地方法。針腳屏蔽電纜的針腳層必須在第一個(gè)、最后一個(gè)兩端接地或多播接地。多點(diǎn)接地可能會(huì)產(chǎn)生低頻干擾電流的部分電磁場(chǎng)干擾信號(hào)，為了防止這種情況，電纜的內(nèi)部屏蔽層必須一端接地，外部針腳層必須多點(diǎn)接地。這也有助于確保低頻干擾情況的干擾和安全。（3）電纜屏蔽。電力電纜、通信電纜、信號(hào)線等室外電纜應(yīng)封閉金屬電纜插槽或屏蔽電纜，以穿戴整個(gè)鋼管的方式布線。如果在兩層屏蔽電纜（兩層之間的絕緣）或金屬針上安裝屏蔽電纜，則無(wú)需完全關(guān)閉金屬電纜插槽或戴鋼管。

3.5分流

分流是防雷的有效措施，就是在儀表系統(tǒng)的信號(hào)或通訊回路以及儀表的電源部分采用浪涌保護(hù)器SPD（SurgeprotectionDevice），用以限制瞬態(tài)通過(guò)儀表的電壓和分走浪涌電流。

3.6天然氣裝置區(qū)儀表自控系統(tǒng)防雷建議

（1）要注意安裝避雷針。避雷針避免直擊雷的電流，如果避雷針安裝得太高或安裝得不對(duì)，會(huì)產(chǎn)生反效果，甚至?xí)鹄纂?，所以要注意安裝避雷針，不要單獨(dú)安裝避雷針。（2）加強(qiáng)防雷電相關(guān)業(yè)務(wù)知識(shí)學(xué)習(xí)。為了進(jìn)一步規(guī)范燃?xì)庠O(shè)備分區(qū)儀表自動(dòng)控制系統(tǒng)的防雷接地工作，提高從業(yè)人員的知識(shí)水平，確保防雷工作的正常開(kāi)展，定期組織相關(guān)人員學(xué)習(xí)防雷工作規(guī)范和防雷工作知識(shí)，著重研究防雷工程要求、工程驗(yàn)收規(guī)范等。

結(jié)束語(yǔ)

天然氣能源給我國(guó)社會(huì)發(fā)展提供了新的路徑，也影響了我國(guó)社會(huì)資源的生產(chǎn)方式。在天然氣的使用過(guò)程中，一定要注意各種各樣的能夠?qū)μ烊粴鈨x表系統(tǒng)造成威脅的因素。雷擊因素已經(jīng)成為影響天然氣正常工作的主要因素之一。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還可通過(guò)加裝避雷針、增加儀表間的接地裝置等方式最大程度的避免雷擊天氣對(duì)天然氣自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的損害，保證天然氣儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證工作人員的人身安全。

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