石油化工儀表系統(tǒng)的防雷措施

單益平

浙江防雷安全檢測(cè)有限公司 浙江 海鹽 330043

引言

現(xiàn)階段，石油化工產(chǎn)業(yè)數(shù)量的增加，自動(dòng)化儀表設(shè)備被廣泛應(yīng)用于石油化工生產(chǎn)中，并發(fā)揮了重要的作用，為石油化工各項(xiàng)生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行提供了可靠保障，成為石油化工產(chǎn)業(yè)的不可缺少的設(shè)備之一。但是，自動(dòng)化儀表在使用中會(huì)受到雷電效應(yīng)的影響，儀表系統(tǒng)遭到雷擊后會(huì)發(fā)生系統(tǒng)崩潰或紊亂的現(xiàn)象，在一定程度上影響其所控制機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，阻礙生產(chǎn)各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展。對(duì)此，為了消除雷電效應(yīng)所帶來(lái)的影響，提升儀表系統(tǒng)工作的效率，應(yīng)對(duì)防雷工作展開(kāi)深入的研究[1]。

1 雷擊帶來(lái)的惡劣影響

1.1 直接被擊中帶來(lái)的影響

儀表系統(tǒng)或其他有關(guān)電路一旦遭到雷擊，很可能會(huì)損壞自帶的傳感器模塊，甚至擊穿電子電路板。石油化工儀表系統(tǒng)受到電流直接雷擊時(shí)，會(huì)有電流導(dǎo)入大地，產(chǎn)生很大的磁場(chǎng)，致使磁場(chǎng)將普通的信號(hào)傳輸線路和重要的裝置連接，使這些重要裝置遭到嚴(yán)重?fù)p壞。

1.2 感應(yīng)雷擊出現(xiàn)的情況

如果靜電感應(yīng)現(xiàn)象發(fā)生，即閃電來(lái)臨時(shí)，地面上的物體會(huì)產(chǎn)生大量電荷，尤其是復(fù)雜物體產(chǎn)生的電荷比較大。當(dāng)電荷積累到一定程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，此時(shí)，它將會(huì)進(jìn)入到儀表中，破壞儀表。另外，電磁脈沖會(huì)產(chǎn)生脈沖輻射，電磁波向外輻射，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流和感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，進(jìn)而使設(shè)備發(fā)生故障，儀表、設(shè)備或計(jì)算機(jī)等控制系統(tǒng)也可能會(huì)受到損壞或出現(xiàn)故障，進(jìn)而引發(fā)安全事故[2]。

1.3 過(guò)電壓及反擊電流

在儀表系統(tǒng)金屬管道等被雷電雷擊之后，將會(huì)導(dǎo)致相關(guān)部位產(chǎn)生瞬間的電壓過(guò)高現(xiàn)象，過(guò)高電壓會(huì)給管道和線路的各部門(mén)帶來(lái)不良影響，致使儀表系統(tǒng)遭到高電位的攻擊，從而給系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成破壞或干擾。此外，當(dāng)儀表系統(tǒng)的防雷裝置在接閃時(shí)，瞬時(shí)過(guò)高電流將被引入接地裝置，然而會(huì)因?yàn)榈孛娴碾娮柽^(guò)高，在二者相遇時(shí)，而導(dǎo)致局部電位立即升高，影響到與此點(diǎn)缺乏安全距離的儀表系統(tǒng)接地體，最終發(fā)生嚴(yán)重的放電現(xiàn)象，使儀表系統(tǒng)或電氣遭受電流的強(qiáng)行攻擊。

2 石油化工儀表系統(tǒng)的防雷現(xiàn)狀

石化行業(yè)有一定的生產(chǎn)模式和相應(yīng)的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，被稱為DCS控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中儀表設(shè)備較多，屬于石油化工企業(yè)生產(chǎn)流程總指揮部，其運(yùn)行狀況直接影響著整個(gè)石油化工企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)行。但是這種控制系統(tǒng)有一定的弊端，本系統(tǒng)中有一些儀表和電源設(shè)備，容易受到環(huán)境的影響，尤其是遇到雷電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生顛簸。經(jīng)分析，一旦智能儀表與現(xiàn)場(chǎng)儀表受到雷電干擾或損壞，將會(huì)嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)部分及變送器的工作，加之這些設(shè)備互聯(lián)互通，將會(huì)導(dǎo)致整體癱瘓，使整個(gè)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，嚴(yán)重的會(huì)強(qiáng)制整個(gè)生產(chǎn)項(xiàng)目停止。據(jù)我國(guó)數(shù)據(jù)分析表明，由于此系統(tǒng)遭受雷電的入侵和損失非常嚴(yán)重，因此在國(guó)內(nèi)石化行業(yè)中，儀表系統(tǒng)的防雷措施非常重要。該系統(tǒng)的設(shè)備和結(jié)構(gòu)也有待改進(jìn)[3]。

3 防雷措施

石油化工產(chǎn)業(yè)中對(duì)儀表系統(tǒng)的防雷保護(hù)目的很明確，并且根據(jù)不同的具體情況，采取的防雷措施也是不盡相同的，應(yīng)該確定合適的防護(hù)方案和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行適宜的防護(hù)措施，既經(jīng)濟(jì)又能有效減少因?yàn)槔纂姷挠绊懚斐傻牟槐匾慕?jīng)濟(jì)損失。這里介紹的是儀表系統(tǒng)的綜合防雷工程[4]，如圖1所示。

圖1 綜合防雷圖示

3.1 接閃

利用防雷裝置，可防護(hù)直接雷擊，在設(shè)計(jì)時(shí)，需讓現(xiàn)場(chǎng)儀表的控制系統(tǒng)和儲(chǔ)油罐一致。在均壓中，發(fā)生雷擊時(shí)，路徑產(chǎn)生暫態(tài)電位，金屬物體與道路剛度之間存在暫態(tài)電位差，而且該電位差大于金屬物體和道路剛度之間的絕緣強(qiáng)度，則會(huì)放電，在擊穿過(guò)程中對(duì)儀表設(shè)備造成損壞，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生電磁脈現(xiàn)象，干擾儀表的正常運(yùn)行[5]。

3.2 引下線進(jìn)行分流均壓

從以上雷電對(duì)儀表設(shè)備的影響可以看出，雷電通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的瞬時(shí)電壓。同時(shí)，儀表設(shè)備工作時(shí)，電流流過(guò)的地方電位會(huì)很高，容易形成一定的電位差。雖然設(shè)備會(huì)有絕緣層，但如果電位差超過(guò)絕緣層的承受程度，也會(huì)產(chǎn)生擊穿電壓，在這種情況下，電流強(qiáng)度非常高，流過(guò)儀器會(huì)破壞儀器的正常工作。因此，為避免這一現(xiàn)象的發(fā)生，必須設(shè)置引下線，分壓分流，避免高壓強(qiáng)電的影響[6]。

3.3 等電位接地保護(hù)

等電位接地保護(hù)主要是指對(duì)過(guò)電流產(chǎn)生的瞬時(shí)過(guò)高電位問(wèn)題進(jìn)行有效保護(hù)，其應(yīng)用原理是將現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)中的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和各種類(lèi)型的金屬物體在控制室與儀表系統(tǒng)的部件進(jìn)行連接，再將現(xiàn)場(chǎng)和室內(nèi)系統(tǒng)的接地保護(hù)線相連，在控制室內(nèi)儀表系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)之間構(gòu)造出一個(gè)連續(xù)性的電氣環(huán)境，保證這兩個(gè)系統(tǒng)的點(diǎn)位保持同樣的狀態(tài)，與地電位相等，進(jìn)而解決系統(tǒng)過(guò)電流通過(guò)傳輸路徑擊穿金屬物體的問(wèn)題[7]。

3.4 屏蔽

儀表系統(tǒng)的屏蔽防護(hù)主要是針對(duì)系統(tǒng)中大量的集成電路、半導(dǎo)體器件和信號(hào)電纜等易受雷電電磁脈沖的影響，造成系統(tǒng)設(shè)備故障或損壞。防雷措施主要用于抵抗電磁脈沖。防雷措施有3種：控制室屏蔽、現(xiàn)場(chǎng)屏蔽和線路屏蔽。控制室屏蔽是指將控制室設(shè)置為不開(kāi)窗的封閉式建筑結(jié)構(gòu)，將建筑各加固結(jié)構(gòu)的交叉點(diǎn)連接起來(lái)，然后焊接在金屬門(mén)框上，使控制室成為有開(kāi)口的籠式屏蔽結(jié)構(gòu)。此外，控制室內(nèi)壁應(yīng)設(shè)置環(huán)形保護(hù)接地，防止雷擊對(duì)控制室儀表設(shè)備造成破壞；現(xiàn)場(chǎng)屏蔽是在現(xiàn)場(chǎng)儀表箱上加一個(gè)金屬蓋或直接將箱或蓋與接地系統(tǒng)連接，以免損壞儀表設(shè)備；線路屏蔽是指電力線和信號(hào)線可以采用有金屬屏蔽層的線路作為電纜，對(duì)有屏蔽層的線路進(jìn)行多點(diǎn)接地，或讓首段和末端接地[8]。

3.5 合理布線的措施

物理學(xué)上眾所周知，當(dāng)電流流過(guò)導(dǎo)線時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的磁場(chǎng)。如果導(dǎo)線或傳輸電纜混合在一起或彼此靠近，這些磁場(chǎng)的影響就會(huì)相互擴(kuò)散。因此，在石油化工儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)規(guī)劃中，應(yīng)合理布線，強(qiáng)弱電纜應(yīng)分開(kāi)敷設(shè)在不同的管道中，各種電線或電纜盡量不出現(xiàn)架空的情況，盡量放入相應(yīng)的埋地管道中，這樣合理的布線可以避免一些直擊雷的防護(hù)，減少對(duì)石化儀表設(shè)備正常工作的影響[9]。

3.6 電涌保護(hù)

為儀表系統(tǒng)的外部環(huán)境設(shè)計(jì)浪涌防護(hù)措施，并與儀表系統(tǒng)的內(nèi)部防雷措施相協(xié)調(diào)，防止儀表被雷擊損壞。目前，浪涌保護(hù)主要有兩種，即電源電涌保護(hù)和信號(hào)電涌保護(hù)。電源電涌保護(hù)是指將儀表系統(tǒng)的供電方式轉(zhuǎn)換為雙向供電方式。單向使用不間斷電源，將電池與主機(jī)相連，通過(guò)主機(jī)逆變器等模塊電路將直流電轉(zhuǎn)換成市電的系統(tǒng)設(shè)備，而另一路采用獨(dú)立市電，在一路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一路也可以單獨(dú)支撐系統(tǒng)工作。信號(hào)電涌保護(hù)分為室內(nèi)系統(tǒng)和室外儀表兩部分的保護(hù)，但成本較高，室內(nèi)可以使用電涌保護(hù)器和保險(xiǎn)絲共同保護(hù)，室外需要對(duì)貴重的儀表加設(shè)保護(hù)器[10]。

4 強(qiáng)化石油化工儀表系統(tǒng)防雷技術(shù)未來(lái)的發(fā)展

石油化工儀表系統(tǒng)防雷措施的實(shí)施，對(duì)整個(gè)石油化工的發(fā)展影響很大，結(jié)合目前我國(guó)石油化工產(chǎn)業(yè)體系的發(fā)展和儀表系統(tǒng)防雷措施的應(yīng)用，對(duì)石油化工行業(yè)的儀表系統(tǒng)的儀表設(shè)備的防雷的技巧和方法上有所建議和創(chuàng)新。總結(jié)石油化工的發(fā)展趨勢(shì)和儀表的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)石油化工產(chǎn)業(yè)在整個(gè)生產(chǎn)設(shè)備上，根據(jù)防雷的相應(yīng)原則進(jìn)行的設(shè)計(jì)，主要從控制室、現(xiàn)場(chǎng)儀表或者是儀表的信號(hào)和電源線等，綜合發(fā)現(xiàn)需要建筑、計(jì)算機(jī)、電氣、自控等各個(gè)專(zhuān)業(yè)的合同協(xié)作共同完成。在今后的石油化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中，防雷策略要不斷地從各個(gè)角度來(lái)深入挖掘，在儀表系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化，也采用招標(biāo)工程的手段與建筑工程一起在施工的時(shí)候就對(duì)防雷工程做一個(gè)完整而且詳細(xì)的策劃，并且結(jié)合防雷過(guò)程中遇到的難題進(jìn)行圖紙的優(yōu)化，力求在石油化工產(chǎn)業(yè)的儀表系統(tǒng)的防雷策略更加的優(yōu)化，最大限度地規(guī)避或者是杜絕因?yàn)槭韬龌蛘呤鞘┕さ脑蛟斐傻淖匀粸?zāi)害，影響到石油化工產(chǎn)業(yè)正常的經(jīng)濟(jì)效益和發(fā)展。也要從技術(shù)領(lǐng)域不斷改進(jìn)防雷措施，加強(qiáng)石油化工儀表系統(tǒng)防雷措施重要性的認(rèn)識(shí)[11]。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，如今的石油化工產(chǎn)業(yè)儀表系統(tǒng)大部分都是采用比較先進(jìn)的儀表設(shè)備，為了保證這些先進(jìn)的儀表設(shè)備能夠長(zhǎng)期的使用，并安全運(yùn)行，做好儀表系統(tǒng)的防雷工作，嚴(yán)格執(zhí)行安全生產(chǎn)的管理規(guī)定，采取具體的防雷措施極為必要。石油化工企業(yè)也要重視儀表系統(tǒng)的防雷問(wèn)題，正確實(shí)施防雷措施，規(guī)避因?yàn)槔讚舳a(chǎn)生的損失，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在雷雨天氣時(shí)，石油化工企業(yè)要做好防雷防電的工作，進(jìn)行防雷設(shè)施的基礎(chǔ)性建設(shè)，不斷增強(qiáng)員工的防雷意識(shí)。儀表系統(tǒng)受雷電影響很大。石化企業(yè)應(yīng)制定科學(xué)有效的防雷體系，應(yīng)對(duì)雷擊。因此，石化企業(yè)主要從等電位接地保護(hù)、接閃、分流、屏蔽、合理布線和浪涌保護(hù)等方面完善防雷措施，以達(dá)到防雷的目的。