天然氣處理廠儀表自控系統(tǒng)防雷接地分析與探討

楊 斌，李 銳，王曉峰，高立斌

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

天然氣處理廠儀表自控系統(tǒng)防雷接地分析與探討

楊 斌，李 銳，王曉峰，高立斌

（中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第三采氣廠，內(nèi)蒙古烏審旗 017300）

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

防雷接地；等電位；接地網(wǎng)；浪涌保護(hù)；屏蔽

雷電是一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，其作用時(shí)間短，放電瞬間產(chǎn)生極高的電壓與瞬間電流，伴隨產(chǎn)生的磁場(chǎng)和輻射對(duì)各類(lèi)建筑物、通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等均有極大的破壞作用。

蘇里格天然氣處理廠的開(kāi)發(fā)建設(shè)起點(diǎn)高，數(shù)字化、自動(dòng)化水平高，廠內(nèi)應(yīng)用完善的儀表系統(tǒng)與自動(dòng)控制系統(tǒng)以進(jìn)行生產(chǎn)運(yùn)行的監(jiān)視與控制。對(duì)于位于雷雨多發(fā)地區(qū)的蘇里格天然氣處理廠而言，廠內(nèi)儀表與控制系統(tǒng)的防雷工作是確保處理廠安全平穩(wěn)運(yùn)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(hù)在技術(shù)上做不到萬(wàn)無(wú)一失，而且要付出經(jīng)濟(jì)成本。所以，應(yīng)當(dāng)因地制宜地采取防雷措施，防止或減少儀表系統(tǒng)雷電事故的損失。

儀表系統(tǒng)防雷工程是在建筑物防雷工程和供電系統(tǒng)防雷工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，是由多專(zhuān)業(yè)配合完成的。綜合防雷工程的基本內(nèi)容（見(jiàn)圖1）。

治理侵入儀表控制系統(tǒng)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(jù)該思路并結(jié)合處理廠實(shí)際情況，儀表系統(tǒng)防雷的基本方法有：等電位連接；接地系統(tǒng)；信號(hào)電纜的屏蔽與接地；儀表設(shè)備的屏蔽與接地；合理布線；設(shè)置浪涌防護(hù)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(fā)生時(shí)，雷電經(jīng)過(guò)的路徑上將會(huì)產(chǎn)生瞬間電壓升高，該路徑與周?chē)慕饘傥矬w之間形成瞬間電壓，這種瞬間電壓有可能擊穿儀表設(shè)備內(nèi)的絕緣體，從而損壞儀表設(shè)備，并產(chǎn)生電磁脈沖，干擾儀表系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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

1.3 浪涌保護(hù)器的設(shè)置

浪涌保護(hù)器，即防浪涌端子，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電氣裝置。當(dāng)信號(hào)回路中因?yàn)楦蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短時(shí)間內(nèi)分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。其基本工作原理示意圖（見(jiàn)圖3）。

圖2 處理廠等電位連接示意圖

圖3 浪涌保護(hù)器工作原理示意圖

浪涌保護(hù)器機(jī)柜內(nèi)接地連接應(yīng)采用圖4所示的方式。

圖4 浪涌保護(hù)器機(jī)柜間連接方式

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

1.4 接地系統(tǒng)

完善可靠的接地系統(tǒng)工程是防雷工程的基礎(chǔ)，用于直擊雷電流和雷電電磁感應(yīng)電流的泄放，也是前三項(xiàng)措施得以發(fā)揮功效的基礎(chǔ)措施。

接地網(wǎng)絡(luò)采用熱鍍鋅扁鐵進(jìn)行構(gòu)建，儀表系統(tǒng)的金屬結(jié)構(gòu)、外殼、控制室內(nèi)的金屬活動(dòng)地板等應(yīng)進(jìn)行等電位連接。采用直接連接或?qū)Ь€連接的方式。

采用機(jī)械連接方法時(shí)，應(yīng)采用螺栓緊固壓接、壓接片等方式實(shí)現(xiàn)可靠、良好的壓接，防止松動(dòng)。采用焊接連接時(shí)，焊接處應(yīng)采取防腐措施。

1.5 信號(hào)線纜的敷設(shè)與屏蔽

1.5.1 信號(hào)線纜的敷設(shè) 埋地電纜應(yīng)采用鎧裝電纜。架空電纜的敷設(shè)在橋架上的電纜槽盒內(nèi)進(jìn)行。由于鋼鐵材質(zhì)防護(hù)電磁場(chǎng)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(yīng)采用全封閉鋼板結(jié)構(gòu)，槽體和所有金屬部件應(yīng)全程接地。

1.5.2 電纜的屏蔽 凡室外敷設(shè)的電纜 (包括信號(hào)電纜、通信電纜和動(dòng)力電纜),應(yīng)采用屏蔽電纜全程穿鋼管或封閉金屬電纜槽的方式敷設(shè)。當(dāng)采用金屬鎧裝屏蔽電纜或互相絕緣的雙層屏蔽電纜時(shí),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(diǎn)接地或至少在線路的首、末兩端接地。當(dāng)鎧裝層多點(diǎn)接地時(shí)，各接地點(diǎn)之間的鎧裝層沿線路形成小回路，低頻干擾電流的電磁場(chǎng)可能會(huì)有一部分透過(guò)屏蔽層，在電纜的護(hù)套內(nèi)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。為了防止多點(diǎn)接地所產(chǎn)生的低頻干擾，可將鎧裝屏蔽電纜的外鎧裝層進(jìn)行多點(diǎn)（至少首末兩端）接地，電纜的內(nèi)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(xiàn)場(chǎng)儀表防雷

現(xiàn)場(chǎng)儀表的防雷保護(hù)措施主要采用屏蔽、接地和安裝防浪涌設(shè)備的方法。儀表應(yīng)采用全封閉式的金屬外殼，對(duì)于非金屬外殼的儀表，應(yīng)裝在鋼（鐵）板材質(zhì)的儀表保護(hù)箱內(nèi)。

現(xiàn)場(chǎng)儀表的金屬外殼、現(xiàn)場(chǎng)接線箱及控制柜應(yīng)通過(guò)金屬安裝支架或金屬設(shè)備，就近接地或與接地的金屬體相連接，使其成為現(xiàn)場(chǎng)等電位連接?，F(xiàn)場(chǎng)儀表防浪涌設(shè)備的接地端子應(yīng)與儀表外殼的接地端子相連接。

現(xiàn)場(chǎng)儀表的安裝位置較高，且無(wú)法改變安裝位置時(shí)，有可能形成接閃物體?？蓪x表安裝在全封閉鋼板材質(zhì)的儀表保護(hù)箱內(nèi)，并將儀表保護(hù)箱做接地處理。金屬設(shè)備、容器、塔器和操作平臺(tái)上的現(xiàn)場(chǎng)儀表須與設(shè)備和操作平臺(tái)進(jìn)行等電位連接。

2 處理廠防雷現(xiàn)狀與建議

2.1 處理廠防雷工作現(xiàn)狀

處理廠建設(shè)初期，已根據(jù)防雷接地的規(guī)范，從接閃、分流、均壓、接地和屏蔽等各個(gè)方面均進(jìn)行了防雷工作。

處理廠廠區(qū)內(nèi)設(shè)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(shè)置接地網(wǎng)承擔(dān)雷電流的釋放工程；廠內(nèi)的各建筑單體、設(shè)備設(shè)施、電氣裝置、現(xiàn)場(chǎng)儀表及控制系統(tǒng)均以等電位的方式接入全廠接地網(wǎng)，達(dá)到瞬間電壓的均壓功能；現(xiàn)場(chǎng)儀表、中間接線箱、配電箱、各類(lèi)信號(hào)電纜均作了屏蔽。

2.2 幾點(diǎn)建議

2.2.1 電纜屏蔽方式 對(duì)處理廠電纜的屏蔽方式進(jìn)行完善，根據(jù)上文所提到的電纜屏蔽方式，由于處理廠所使用的信號(hào)電纜為鎧裝屏蔽電纜，需將電纜的外層鎧裝兩端接地，現(xiàn)場(chǎng)端在中間接線箱內(nèi)與接地線連接至一起，控制室端與機(jī)柜內(nèi)的接地排連接至一起；電纜內(nèi)層屏蔽層單端接地，只在控制室端與機(jī)柜接地排連接至一起即可。

2.2.2 地磅增加接地系統(tǒng) 處理廠所使用的地磅均未設(shè)置接地系統(tǒng)，雷雨天氣下可能造成刷卡器、視頻監(jiān)控及稱重傳感器的損壞，影響裝卸車(chē)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(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

天然氣處理廠儀表控制系統(tǒng)防雷接地是一項(xiàng)綜合性工程，結(jié)合儀表及自動(dòng)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合各個(gè)行業(yè)防雷需求，依照接閃、分流、均壓、接地和屏蔽的思路進(jìn)行廠區(qū)各項(xiàng)防雷措施的實(shí)施，建立完善的防雷接地系統(tǒng)，確保處理廠在雷雨天氣下的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

TE953

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1673-5285（2012）04-0100-03

2012－01-03