化工儀表接地技術(shù)在工程施工中的探討

劉景華

(河南心連心化學(xué)工業(yè)集團(tuán)股份有限公司，河南 新鄉(xiāng) 453700)

0 引言

安全檢查是近來為工廠安全生產(chǎn)、防止危險事故、消除事故隱患的措施之一。儀表防爆檢查、接地檢查是安全檢查的內(nèi)容之一。所以，在工程竣工后，因為接地不符合防爆要求造成的返工較多。各類國家標(biāo)準(zhǔn)中對化工儀表接地的要求不盡相同，不同場合、不同防爆區(qū)的安裝方式也不同。如何能夠按標(biāo)準(zhǔn)施工，既達(dá)到接地的技術(shù)要求避免二次返工，又能夠節(jié)約設(shè)備材料成本是需要探討的問題。本文將針對化工儀表各類接地情況進(jìn)行分析討論，提升化工儀表接地安裝施工的規(guī)范性和實用性。

1 化工儀表防雷接地

1.1 防雷接地施工要求

現(xiàn)場儀表遭受雷電影響，引起設(shè)備元器件擊穿損壞，導(dǎo)致儀表設(shè)備無法正常運(yùn)行。在遭受雷擊的瞬間會有高壓電流，控制系統(tǒng)在此時會造成DCS控制系統(tǒng)的局部電壓過大。發(fā)生放電現(xiàn)象，現(xiàn)場儀表因燒壞而無法工作。在國標(biāo)GB50057-2010建筑物防雷設(shè)計規(guī)范中，明確要求超高建筑物頂部或邊緣的節(jié)日裝飾彩燈、航空信號燈、氣象裝置、電子廣告牌等用電設(shè)備應(yīng)根據(jù)建筑物的防雷類別釆取相應(yīng)的防止電涌侵入的措施。沒有金屬設(shè)備外殼或金屬保護(hù)罩的設(shè)備應(yīng)處在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)。從配電箱至外圍的供電和信號線路應(yīng)穿金屬保護(hù)鋼管。鋼管的一端應(yīng)與配電箱和PE線相連；另一端應(yīng)與設(shè)備的金屬外殼和金屬護(hù)罩相連，同時以最近距離和屋頂?shù)姆览籽b置連接。中間斷開的鋼管在安裝施工時，在兩端應(yīng)設(shè)跨接線[1]。針對這個問題，在煙囪、高塔頂部安裝的氣象儀表裝置和監(jiān)控裝置，必須進(jìn)行接地，配套的配電箱、穿線管也要進(jìn)行接地跨接。接地線應(yīng)匯入防雷裝置的接地。穿線管的接地跨接方式一般使用8 mm或6 mm圓鋼進(jìn)行焊接跨接或使用PE接地線進(jìn)行螺栓緊固跨接。

1.2 電涌保護(hù)器對防雷接地的作用

通過電氣設(shè)備廠家的儀表設(shè)備雷擊試驗和工程實踐充分表明，電涌保護(hù)器是保護(hù)儀表不受雷電電涌的沖擊，減少儀表損壞和相關(guān)損失最有效的措施。其它的防雷措施只能引導(dǎo)雷擊放電，卻不能對設(shè)備進(jìn)行有效保護(hù)。電涌防護(hù)器在通信基站、航空管理系統(tǒng)、民用廣播通信系統(tǒng)、大型供配電設(shè)施應(yīng)用較為廣泛。在化工儀表的防雷保護(hù)中，應(yīng)用較少。電涌防護(hù)器是由非線性開關(guān)效應(yīng)的電流泄放和電壓限制器件組成，是目前行業(yè)內(nèi)唯一一個可以充分保護(hù)儀表不受雷擊損壞的防護(hù)設(shè)備?，F(xiàn)場安裝的儀表設(shè)備，具有雷擊隱患的變送器、調(diào)節(jié)閥定位器、電子測量儀表、網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備或是對雷電電涌敏感承受力差的設(shè)備都應(yīng)加裝電涌保護(hù)器。對于機(jī)械的開關(guān)量信號或熱電偶可以不用加裝電涌保護(hù)器。如果在控制室內(nèi)安裝電涌保護(hù)器，應(yīng)在進(jìn)入控制柜內(nèi)后首先連接電涌保護(hù)器，再連接二次儀表設(shè)備。連接電涌保護(hù)器后并不意味著控制柜或儀表設(shè)備的外殼保護(hù)箱可以不接地。在建筑物高處及頂部、存在雷擊隱患的場合，都應(yīng)按照接地的標(biāo)準(zhǔn)和施工要求進(jìn)行可靠的防雷接地。防雷接地加電涌保護(hù)器的雙保險，才是保證儀表設(shè)備不受雷擊電涌影響的可靠手段。

2 防爆區(qū)對化工儀表接地的要求

2.1 供電電壓對儀表外殼接地的要求

在SH/T 3081-2019石油化工儀表接地設(shè)計規(guī)范中，與己經(jīng)接地的金屬盤、臺、箱、柜、架等電氣接觸良好，或與其實施了導(dǎo)電連接的儀表和控制系統(tǒng)的外露導(dǎo)電部分可不另外實施保護(hù)接地。供電電壓低于36 V的現(xiàn)場儀表金屬外殼、金屬保護(hù)箱、金屬接線箱，可以不實施保護(hù)接地，但對于可能與高于36 V電壓設(shè)備接觸的應(yīng)實施保護(hù)接地。非本質(zhì)安全系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表金屬外殼、金屬保護(hù)箱、金屬接線箱應(yīng)實施保護(hù)接地，本質(zhì)安全系統(tǒng)的現(xiàn)場儀表金屬外殼、金屬保護(hù)箱、金屬接線箱可不實施保護(hù)接地[2]。

儀表與金屬設(shè)備接觸良好的概念從工程施工的角度來說，就是連接的部分為焊接或螺栓緊固連接，已經(jīng)連接良好的不需要再單獨接地。同時供電電壓小于36 V的儀表設(shè)備可以不接地。如果是非本質(zhì)安全的儀表，或者供電電壓高于36 V的儀表設(shè)備，就必須接地。在實際的施工中，儀表盤、柜、箱已經(jīng)接地的，與之相連的儀表設(shè)備無需再次接地。對于供電電壓大于36 V的電磁流量計、電動執(zhí)行器等，就必須使用PE電纜單獨對儀表外殼進(jìn)行接地。36 V是人身安全電壓，并非爆炸性環(huán)境的安全電壓，爆炸性環(huán)境的接地實施可以本安和非本安進(jìn)行區(qū)分。

2.2 爆炸環(huán)境中的儀表接地

在GB 50257-2014《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電氣裝置施工及驗收規(guī)范》在爆炸危險環(huán)境的電氣設(shè)備的金屬外殼、金屬構(gòu)架、安裝在已接地的金屬結(jié)構(gòu)上的設(shè)備、金屬配線管及其配件、電纜保護(hù)管、電纜的金屬護(hù)套等非帶電的裸露金屬部分，均應(yīng)接地[3]。根據(jù)現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50058《爆炸危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行修訂，在爆炸危險環(huán)境內(nèi)的所有電氣設(shè)備的金屬外殼，無論是否安裝在已接地的金屬結(jié)構(gòu)上都應(yīng)接地。為保證人民生命財產(chǎn)安全，將此條列為強(qiáng)制性條文[4]。按照要求，無論是否是本安型電氣設(shè)備，都需要對外殼、金屬構(gòu)架和電纜保護(hù)管進(jìn)行接地，每一臺電氣設(shè)備都要接地。電氣設(shè)備的接地按照要求進(jìn)行，那么在電力設(shè)備框架內(nèi)的儀表設(shè)備，按照電氣設(shè)備的要求進(jìn)行接地，單獨使用PE電纜接地。在防爆區(qū)的電氣儀表設(shè)備不認(rèn)可自然接地，而大多數(shù)的儀表標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可自然接地。同時，GB 50257-2014上述要求沒有區(qū)分電壓等級，也就是說對于所有電壓等級，在爆炸危險環(huán)境的電氣儀表設(shè)備的外殼均需接地。無論是從防爆原理和工程實際，該規(guī)范的此項規(guī)定都明確了必須接地。

3 化工儀表保護(hù)接地

保護(hù)接地就是安全接地，用于控制系統(tǒng)的控制柜、儀表盤的接地，可以保證儀表維護(hù)人員的人身安全。儀表的金屬部分和不帶電的金屬元件若出現(xiàn)絕緣不良或損壞的情況，會導(dǎo)致儀表設(shè)備外殼會處于帶電運(yùn)行的狀態(tài)。一旦接地保護(hù)措施沒有和總地線相連接，會引發(fā)儀表維護(hù)人員或操作人員接觸金屬外殼而發(fā)生觸電人身傷害事故。因為設(shè)備中的保護(hù)接地的電阻值小于人體本身的電阻值，設(shè)備外殼出現(xiàn)的漏電電流會經(jīng)保護(hù)接地而釋放，對人體起到防止觸電的保護(hù)作用?？刂乒癜惭b時，柜體底部與金屬底座使用絕緣皮隔開，單獨使用接地電纜匯入控制室的總接地排。每臺控制柜分別單獨進(jìn)行接地?？刂剖胰肟诜阑痖T外側(cè)安裝人體靜電釋放器，該靜電釋放器和控制室的總接地排相連。儀表橋架內(nèi)接地排和控制室內(nèi)接地總排相連。供電電壓大于36 V的單臺儀表外殼使用PE電纜單獨進(jìn)行接地，防止人身傷害。

4 化工儀表工作接地

工作接地施工中包括了電纜屏蔽層接地和儀表信號回路的接地。屏蔽層接地通常應(yīng)用于控制室內(nèi)，現(xiàn)場單臺儀表屏蔽層不接地，控制室穿線口進(jìn)行多臺儀表的屏蔽層編織接地，可以有效減少電磁干擾的產(chǎn)生。比如電焊設(shè)備、大型機(jī)泵和用電設(shè)備的高壓干擾等。

5 化工儀表的防靜電接地

5.1 靜電釋放的危害和防靜電接地的施工

集散控制系統(tǒng)在運(yùn)行中會產(chǎn)生一定的靜電，這些靜電存在于金屬外殼、金屬支架和電氣元器件上，靜電的釋放將引起控制系統(tǒng)各設(shè)備的故障損壞，發(fā)生較嚴(yán)重的干擾。為了避免靜電釋放對DCS控制系統(tǒng)的運(yùn)行性能的影響，在工程施工中就要按照施工標(biāo)準(zhǔn)安裝防靜電接地措施，并符合技術(shù)要求。防靜電接地的措施主要由防靜電地板、靜電釋放器、工作臺接地、放人體靜電工作手環(huán)等所做的防靜電接地。在儀表維護(hù)人員檢修控制柜時，人體本身攜帶的靜電會通過工具傳導(dǎo)到儀表設(shè)備上，造成干擾和損壞。控制柜的防靜電工作手環(huán)，就是為了避免檢修中人體靜電對儀表設(shè)備的影響。SH/T3097-2017《石油化工靜電接地設(shè)計規(guī)范》[5]中5.3.4條款規(guī)定：當(dāng)金屬法蘭采用金屬螺栓緊固時，通?？刹涣碓O(shè)靜電跨接連接線，但應(yīng)保證至少有兩個金屬螺栓具有良好的導(dǎo)電接觸面。氫氣、氧氣、液氨、液氫等管道上的法蘭連接處應(yīng)采用金屬線跨接?？缃与娮钁?yīng)小于0.03 Ω。在正常環(huán)境情況下，管道法蘭等處的接觸電阻在0.03 Ω以下，如果反生螺栓腐蝕生銹或松動，會導(dǎo)致電阻過大，將有可能發(fā)生靜電或雷擊火花，發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故，為防止管道上法蘭兩端由于連接不良或金屬銹蝕，使接觸電阻增大。

5.2 化工儀表法蘭的接地要求

法蘭配套的金屬螺栓及墊片是良好的導(dǎo)體，可實現(xiàn)導(dǎo)電連接。在電磁流量計、質(zhì)量流量計、渦街流量計、程控閥比較適用，此方式需要考慮環(huán)境對法蘭、螺栓材質(zhì)的腐蝕影響。對于很多現(xiàn)場環(huán)境都會采取防腐措施，例如：涂刷防銹漆、鍍鋅、表面處理等。應(yīng)評估防腐措施對于導(dǎo)電的影響，不可采用去除防腐措施的方法提高導(dǎo)電性能，可以采用通過螺栓實現(xiàn)導(dǎo)電連接的場合如下：

(1)非腐蝕環(huán)境。例如：干旱地區(qū)、非鹽鹵環(huán)境地區(qū)；

(2)耐腐蝕材料的法蘭、螺栓。例如：耐工藝介質(zhì)腐蝕的不銹鋼；

(3)導(dǎo)電的防腐措施。例如：導(dǎo)電的防腐涂層或鍍層。

5.3 通過螺母壓接接地片實現(xiàn)等電位連接

通過法蘭配套的螺栓螺母壓接金屬連接片，連接片壓接跨接導(dǎo)線實現(xiàn)導(dǎo)電連接。應(yīng)采用防腐蝕的金屬配伍或與法蘭螺栓材質(zhì)相同的連接片。

5.4 設(shè)置“接地附件”實現(xiàn)導(dǎo)電跨接

在腐蝕環(huán)境采取防腐措施的法蘭螺栓連接不能實現(xiàn)導(dǎo)電連接時，建議采用設(shè)置專用“接地附件”或過渡連接件的方式。

5.5 使用螺栓防腐膠

對法蘭導(dǎo)電跨接需要關(guān)注法蘭螺栓本身的導(dǎo)電，不是所有的法蘭都需要另加導(dǎo)電連接。法蘭連接還應(yīng)當(dāng)注意腐蝕問題，需要采取相應(yīng)的防腐措施。有些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的0.03 Ω連接電阻不是靜電防護(hù)、雷電防護(hù)導(dǎo)電跨接的必然需要。靜電電荷流通的電阻是103～106量級，雷電流是數(shù)kA量級的。非腐蝕環(huán)境，法蘭螺栓連接具有良好導(dǎo)電性時，優(yōu)先采用螺栓連接實現(xiàn)等電位連接。在某些場合可以采用接地附件的方法進(jìn)行導(dǎo)電跨接。

6 結(jié)束語

通過對化工儀表防雷接地、工作接地、保護(hù)接地、防靜電接地的探討分析，按照不同的防爆要求進(jìn)行合理的設(shè)計施工，避免出現(xiàn)返工浪費(fèi)和不合規(guī)的二次整改，進(jìn)一步提升化工儀表接地安裝施工的規(guī)范性和實用性，節(jié)約設(shè)備材料成本。