天然氣處理廠儀表自控系統防雷接地分析與探討

楊 斌，李 銳，王曉峰，高立斌

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗 017300）

天然氣處理廠儀表自控系統防雷接地分析與探討

楊 斌，李 銳，王曉峰，高立斌

（中國石油長慶油田分公司第三采氣廠，內蒙古烏審旗 017300）

防雷電接地是確保天然氣場站安全的一項重要措施。本文在介紹雷電對天然氣處理廠存在的危害基礎上，以防雷工作的思路為指導，探討天然氣處理廠防雷接地工作的措施與實施辦法。

防雷接地；等電位；接地網；浪涌保護；屏蔽

雷電是一種災害性天氣現象，其作用時間短，放電瞬間產生極高的電壓與瞬間電流，伴隨產生的磁場和輻射對各類建筑物、通信系統、計算機網絡等均有極大的破壞作用。

蘇里格天然氣處理廠的開發建設起點高，數字化、自動化水平高，廠內應用完善的儀表系統與自動控制系統以進行生產運行的監視與控制。對于位于雷雨多發地區的蘇里格天然氣處理廠而言，廠內儀表與控制系統的防雷工作是確保處理廠安全平穩運行的重要前提。

1 處理廠防雷工作基本方法

雷擊是小概率事件，提高雷擊防護在技術上做不到萬無一失，而且要付出經濟成本。所以，應當因地制宜地采取防雷措施，防止或減少儀表系統雷電事故的損失。

儀表系統防雷工程是在建筑物防雷工程和供電系統防雷工程的基礎上進行的，是由多專業配合完成的。綜合防雷工程的基本內容（見圖1）。

治理侵入儀表控制系統雷電危害的主要思路包括接閃、分流、均壓、接地和屏蔽等。根據該思路并結合處理廠實際情況，儀表系統防雷的基本方法有：等電位連接；接地系統；信號電纜的屏蔽與接地；儀表設備的屏蔽與接地；合理布線；設置浪涌防護器。

1.1 接閃

接閃裝置屬于外部防雷裝置，包括接閃器、引下線和接地裝置，承接50%以上的雷電電流并將其泄入大地。

圖1 防雷工程措施示意圖

1.2 等電位連接

雷擊發生時，雷電經過的路徑上將會產生瞬間電壓升高，該路徑與周圍的金屬物體之間形成瞬間電壓，這種瞬間電壓有可能擊穿儀表設備內的絕緣體，從而損壞儀表設備，并產生電磁脈沖，干擾儀表系統的正常運行。

等電位連接是指將處理廠廠區范圍內的各金屬設備設施、建筑物的電氣裝置、現場儀表的金屬外殼、中間接線箱、儀表控制室內的設備、各組成原件等連接在一起，接入處理廠的接地網，以減少各設備、裝置之間的電位差，起到均壓的作用。

1.3 浪涌保護器的設置

浪涌保護器，即防浪涌端子，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電氣裝置。當信號回路中因為干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短時間內分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。其基本工作原理示意圖（見圖3）。

圖2 處理廠等電位連接示意圖

圖3 浪涌保護器工作原理示意圖

浪涌保護器機柜內接地連接應采用圖4所示的方式。

圖4 浪涌保護器機柜間連接方式

浪涌防護器應安裝在金屬導軌上，將導軌作為接地匯流條。金屬導軌作為浪涌防護器的接地匯流條是一種很好的連接方式，便于浪涌防護器的安裝，也使浪涌防護器的接地連接簡單可靠。

1.4 接地系統

完善可靠的接地系統工程是防雷工程的基礎，用于直擊雷電流和雷電電磁感應電流的泄放，也是前三項措施得以發揮功效的基礎措施。

接地網絡采用熱鍍鋅扁鐵進行構建，儀表系統的金屬結構、外殼、控制室內的金屬活動地板等應進行等電位連接。采用直接連接或導線連接的方式。

采用機械連接方法時，應采用螺栓緊固壓接、壓接片等方式實現可靠、良好的壓接，防止松動。采用焊接連接時，焊接處應采取防腐措施。

1.5 信號線纜的敷設與屏蔽

1.5.1 信號線纜的敷設 埋地電纜應采用鎧裝電纜。架空電纜的敷設在橋架上的電纜槽盒內進行。由于鋼鐵材質防護電磁場的效能比其他常用材料好得多,因此儀表防雷工程中的儀表電纜槽應采用全封閉鋼板結構，槽體和所有金屬部件應全程接地。

1.5.2 電纜的屏蔽 凡室外敷設的電纜 (包括信號電纜、通信電纜和動力電纜),應采用屏蔽電纜全程穿鋼管或封閉金屬電纜槽的方式敷設。當采用金屬鎧裝屏蔽電纜或互相絕緣的雙層屏蔽電纜時,可以不用穿鋼管或全封閉金屬電纜槽。

1.5.3 電纜接地方式 鎧裝屏蔽電纜的鎧裝層，需要多點接地或至少在線路的首、末兩端接地。當鎧裝層多點接地時，各接地點之間的鎧裝層沿線路形成小回路，低頻干擾電流的電磁場可能會有一部分透過屏蔽層，在電纜的護套內對信號產生干擾。為了防止多點接地所產生的低頻干擾，可將鎧裝屏蔽電纜的外鎧裝層進行多點（至少首末兩端）接地，電纜的內屏蔽層采用一端接地。這樣既保證安全，又有利于抑制低頻干擾。

圖5 電纜鎧裝層與屏蔽層接地方式

1.6 現場儀表防雷

現場儀表的防雷保護措施主要采用屏蔽、接地和安裝防浪涌設備的方法。儀表應采用全封閉式的金屬外殼，對于非金屬外殼的儀表，應裝在鋼（鐵）板材質的儀表保護箱內。

現場儀表的金屬外殼、現場接線箱及控制柜應通過金屬安裝支架或金屬設備，就近接地或與接地的金屬體相連接，使其成為現場等電位連接。現場儀表防浪涌設備的接地端子應與儀表外殼的接地端子相連接。

現場儀表的安裝位置較高，且無法改變安裝位置時，有可能形成接閃物體。可將儀表安裝在全封閉鋼板材質的儀表保護箱內，并將儀表保護箱做接地處理。金屬設備、容器、塔器和操作平臺上的現場儀表須與設備和操作平臺進行等電位連接。

2 處理廠防雷現狀與建議

2.1 處理廠防雷工作現狀

處理廠建設初期，已根據防雷接地的規范，從接閃、分流、均壓、接地和屏蔽等各個方面均進行了防雷工作。

處理廠廠區內設置的高桿燈上裝有避雷針，用以將雷電引下并釋放大地；在全廠設置接地網承擔雷電流的釋放工程；廠內的各建筑單體、設備設施、電氣裝置、現場儀表及控制系統均以等電位的方式接入全廠接地網，達到瞬間電壓的均壓功能；現場儀表、中間接線箱、配電箱、各類信號電纜均作了屏蔽。

2.2 幾點建議

2.2.1 電纜屏蔽方式 對處理廠電纜的屏蔽方式進行完善，根據上文所提到的電纜屏蔽方式，由于處理廠所使用的信號電纜為鎧裝屏蔽電纜，需將電纜的外層鎧裝兩端接地，現場端在中間接線箱內與接地線連接至一起，控制室端與機柜內的接地排連接至一起；電纜內層屏蔽層單端接地，只在控制室端與機柜接地排連接至一起即可。

2.2.2 地磅增加接地系統 處理廠所使用的地磅均未設置接地系統，雷雨天氣下可能造成刷卡器、視頻監控及稱重傳感器的損壞，影響裝卸車的稱量工作。給地磅做好完善的接地工作，將雷電電流迅速引入大地，避免損壞地磅系統。

3 結語

天然氣處理廠儀表控制系統防雷接地是一項綜合性工程，結合儀表及自動控制系統的特點，結合各個行業防雷需求，依照接閃、分流、均壓、接地和屏蔽的思路進行廠區各項防雷措施的實施，建立完善的防雷接地系統，確保處理廠在雷雨天氣下的安全平穩運行。

TE953

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1673-5285（2012）04-0100-03

2012－01-03