一次感應雷擊引發的氫氣泄漏事故

李舟鑫,張強宜,李黔進

(貴州省黔西南自治州氣象局,貴州 興義 562400)

一次感應雷擊引發的氫氣泄漏事故

李舟鑫,張強宜,李黔進

(貴州省黔西南自治州氣象局,貴州 興義 562400)

該文通過對雷擊感應過電壓、過電流的計算,解析雷擊事故的成因,提醒生產、貯存、經營易燃易爆氣體化工企業,當燃易爆氣體的泄漏大于爆炸極限時,極易因雷擊或電火花引發爆炸,在雷雨季節應注意防雷設施的檢測和防雷器件的更換。

雷擊;泄漏;事故;分析

1 引言

隨著工業自動化水平的提高,由電波侵入而引發的安全生產事故也明顯增加,尤其是生產、貯存、經營易燃易爆物品的企業,頻繁發生因雷電波侵入而引起的爆炸、火災、泄漏等重大安全生產事故。本文對金宏化工廠 2010-04-21 T 22:10左右,由于雷電波侵入導致氫氣壓縮機停機,造成氫氣大泄漏的事故進行分析。

2 事故分析

2.1 事故原因

2010-04-21 T 22:10,金宏特種樹脂化工廠因雷電引起局部生產控制配電柜開關跳閘,使氫氣壓縮機停機,氫氣液位變送器、壓力變送器損壞。由于該氫氣生產線無連鎖裝置,當氫氣透平機、壓縮機停機時,氫氣反應槽未停機,仍然繼續生產氫氣,從而使氫氣輸送管控制閥由正常時的微負壓狀態轉化為正壓,氫氣沖破控制閥而泄漏。

2.2 當日天氣情況

根據黔西南州氣象局觀測雷達回波記錄,2010-04-21 T 22:00—T 22:30之間,安龍縣德臥地區有雷雨天氣。查 2010-04-21 T 22:00—T 22:30多普勒雷達掃描的雷雨強度分析記錄,雷電流平均強度為 40 kA,金宏特種樹脂有限責任公司正處于這次雷雨天氣尺度內。

圖 1 2010-04-21 T 22:07雷達回波圖

2.3 防雷裝置狀況

金宏特種樹脂有限責任公司距安龍縣德臥鎮政府約 2.5 km?？諘?、孤立,屬較典型的雷擊區域。防直擊雷設施安裝有避雷帶、避雷針,防感應雷設施只有部分安裝 SPD但不完善,各種信號線路大部分架空引入,在總控室供電入戶端安裝有兩級電源避雷器,通流量分別為:100 kA、40 kA。接地為人工地極。控制柜已接地但 DCS系統未安裝信號避雷器。

2.4 防雷設施測試情況

該公司雷擊事故發生前,黔西南州中興防雷檢測站于 2010年 4月 16日對金宏特種樹脂有限公司防雷設施進行測試,測得接地電阻值在 1.6～3.6Ω之間,氫氣壓縮機配電柜 SPD主要參數如表 1。

表 1 氫氣壓縮機配電柜電源避雷器檢測參數

2.5 原因分析

金宏化工廠 2#氫氣壓縮機 SPD的工作電壓為420 V,最大通流量為 40 kA,殘壓小于 2 kV。用剩磁檢測儀測量,當時在距氫氣壓縮機主配電柜 25 m的避雷針接閃,經計算,通過該避雷針的雷電流約為 25 kA,利用 (1)式求距離避雷針 25 m處的電源線上的感應電壓值。

I—雷電流值:25 kA;r—避雷針至配電柜的距離:25 m;ρ—土壤電阻率,按建廠做雷擊風險時的測量值:800Ω·m。代入 (1)式得到 Ur≈127.4 kV

真正感應在電源線路上的電壓應減去電線塑料護套的耐壓值U 的值按 6 kV計算

為使計算簡化,忽略壓敏元件的非線性參數及接地線的分布電感,利用歐姆定律計算流過避雷器的泄漏電流 I值:

R—配電柜接地電阻 2Ω。

經計算,2010-04-21 T 22:10,金宏特種樹脂化工廠 2#氫氣壓縮機配電柜 SPD的泄流最大值為 60 kA,超過避雷器的最大通流量 40 kA,所以避雷器模塊損壞。通過現場查看,金宏特種樹脂化工廠 2#氫氣壓縮機配電柜 SPD的安裝方式雖然符合GB/T21413—2008第 5.8.1.3.5條要求,但當 SPD對地泄流時,60 kA的泄流值必然大于漏電保護開關的脫扣電流門限值,從而使開關跳閘,由于跳閘后的開關不能自動恢復,導致設備供電中斷,這就是金宏化工廠此次氫氣泄漏事故的主要原因。所有防雷界的同仁都明白,當電源 SPD安裝在漏電保護器電源端時,一是在安裝時必須帶電作業,對安裝人員的業務技能要求高。二是當 SPD劣化時,由于漏電流的增大,可能會引起線壓降低、線路過流發熱引起火災等后果。但當電源 SPD安裝在漏電保護器設備端時,由于漏電流的增大,漏電保護器頻繁動作 (跳閘),使設備不能正常工作,特別是金宏化工廠這樣的特殊環境,由于跳閘將會帶來嚴重后果。

3 整改建議

①加強防雷設施的檢測和日常維護工作到,完善等電位連接,信號線路增設信號避雷器。

②各控制數據采集系統必須完善接地、屏蔽裝置。由于化工設備數據采集系統屬專用設備,其采集器的避雷器由原設備廠家給配并完善,所使用的避雷器由設備廠家自行到貴州省防雷辦備案。

③由于金宏特種樹脂有限公司的生產工藝決定了數據采集、取樣控制等傳輸線只能一端接地,其傳輸線纜的屏蔽層根本起不了屏蔽作用,而各控制器件的耐過電壓和過電流的水平又比較低,因此,應完善接地、屏蔽和等電位連接措施。

4 討論

①限壓型電源 SPD是否必須按 GB/T21431—2008規范要求安裝,而不考慮被保護設備的特殊性。

②采用 DNR系列壓敏電阻的 SPD,規范中是否應給出一個確切的定額值。

T M862

B

2010-10-15

李舟鑫 (1972-),男,工程師,主要從事雷擊鑒定、雷擊風險評估工作。

1003-6598(2011)01-0054-02