長輸管道自動化儀表設備的防雷防靜電研究

蘇豪育馮斌武振明宋團飛張汶汐張汶江

(1.中國石油管道西安輸油氣分公司,陜西西安 710018; 2.中國石油西部管道甘肅輸油分公司,甘肅蘭州 730000;3.國網甘肅省電力公司慶陽供電公司,甘肅慶陽 745000)

長輸管道自動化儀表設備的防雷防靜電研究

蘇豪育1馮斌2武振明1宋團飛1張汶汐3張汶江3

(1.中國石油管道西安輸油氣分公司,陜西西安 710018; 2.中國石油西部管道甘肅輸油分公司,甘肅蘭州 730000;3.國網甘肅省電力公司慶陽供電公司,甘肅慶陽 745000)

本文通過對某輸油管建設在最高處的設備因為雷擊、靜電的原因,先后受了幾次的受損的事故原因進行分析。結合現行的實際情況提出了技術改造的方法。通過改造,某輸油管的最高點設備運行情況還是比較理想的,在很大程度上解決了線路高點設備的防雷與防靜電的總量,為其安全運行提供了非常好的保證。

長輸管道 自動化儀表 防雷 防靜電

1 某線高點設備情況和氣候的條件分析

某輸油管道全長216km，由114km起進行L山區，有197km處是全線的最高點，其海拔的高度為1500m。根據設計的要求這里的管道必段是在正壓的情況下進行運行。為了收集到壓力的變量在最高點年構建一個通信的中斷站，包括光通信設備、RUT、壓力變送器等等。

在每年7-8月是暴雨洪水的多發時節，在L山區更突出，在這個時期內某輸油管高點處控管壁低流處成品油當中。當成品油流動的時候的，被吸附的離子和成品油，湍流帶走自由離子分離而產生了電荷。因為異性電荷自然相吸作用，對應仍性電荷沉淀在金屬管壁向成品油流動方向進行傳導。產生電荷機理，主要同流速、介質湍流、貼近管壁低流速成品油表面積有關系的，管道長則流速高，靜電產生速率也就越大。

雷電包含相對低速運動的高電荷云團，在其下方大面積的表面形成靜電電場。這電場與設備表面感應相反電荷，并且會隨著云團一起移動。因為雷擊此電荷會被中各，而因為地電荷中和作用會造成強電流并流向雷擊點。除雷擊外，由雷擊引起電場突然變化會讓相對遠離雷擊區的設備出現二次火花，而感應電荷常常被絕緣金屬物體存在時出現，在開始的時候金屬物體通過其對地高電阻，以低速方式對電荷進行感應。附近有雷擊時這些受到約束電荷會瞬間放電并導致設備的受損失。

2 設備的靜電事故分析

2014年7月29日，工作人員發現子防風點壓力的參數有錯誤，數據一直在持續刷新。次日對管道設點進行了相應的檢測，發現壓力變送器損壞，內部的電路板有被燒的跡象，同時，也變送器相連的RTU模擬量輸入模板損壞。通過核查，管道設點的附近有下過雨。在更換設備后的一段時間內，在相似的氣候條件下，在同樣的地方又出現兩次事故，造成了巨大的經濟損失。

在成品油輸送中流動成品油和管壁一直發生出摩擦而產生靜電荷，在流動前成品油保持等量正、負離子，同時呈中性。但同一極離子被鋼制管道表面優先吸附，讓過程異性離子留在了貼近管壁低流處成品油中。

成品油流動的時候被吸附離子和被成品油湍流帶走的自由離子的分享，所以會產生電荷。因此異性電荷自然相吸的作用，對應極性電荷常常在金屬管壁向成品油流動方向進行傳導工作。所產生電荷機理主要與流速、離子含量等表面各有關。管道越長且流速也會越高，靜電所產生的速率也就會更大。因為雷暴含有比較低速的運動的高電荷云團，所以在云團下面的大面積地理表面形成了一個靜的電場。此電場在大地、設備或其他物體表面感應出的與之相反的電荷，同時會隨著云團不斷移動。因為雷擊的原因此電荷瞬間被中和。這時因為地電荷的中和作用一個很強的地電流會一直流向雷擊點，除直接雷擊之外因為雷擊所引起的電場突然變化，會讓相對遠離雷區設備出現火花而感應電荷常常被絕緣金屬物體存在時出現。一開始的時候，金屬物體春對地高電阻以無害、低速方式感應電荷。如果在附近有雷擊的情況出現，這些受到約束電荷突然對放電而造成設備受損。

3 防護措施分析

自動化儀表之所以被雷擊是因為抗干擾能力降低，連接的電纜接觸不良保險絲老化等原因造成的，因此在預防上，要根據雷擊的特點考慮以下的原因：

第一，在儀表的選用時一定要選用那些抗干擾能力中，內部有專門避雷、接地的設備。變送器內也要裝有避雷器，當愛到雷擊在傳送電纜上感應產生異常的電壓沖擊時，可以得到有效的保護。避雷器內裝型、盤裝式等等。

第二，在儀表進行安裝的時候，儀表各個堅固件需要正確地安裝，表箱也要接地良好并且考慮所裝的位置。根據實際需要安裝避雷針。遠離生產裝置儀表，周圍又沒有避雷裝置也要安裝避雷針。儀表信號電纜架設，一定要根據規定匯入槽盒，在裝置現場一次元件信號連接時，電纜屏蔽隔離，要根據規定進行接地處理，電纜外還要用金屬鍍鋅的管穿管鋪設。當雷擊到電纜穿管處時產生保護的回路，對地進行放電。和地絕緣所有的金屬部件，并采取金屬線跨接。

第三，儀表系統接地。一般來說，常用接地體有管形、角鋼接地兩種。對原儀表接地系統改造時，對原現場一次表無靜電接電，室內二次表接地網無法滿足接地電阻要求的，要重新鋪設接地網。在儀表控制室外再加鍍鋅扁鋼作，并且以此作為接地的干線，運用接焊接處理，同時還要注意防腐處理。再將原有接地網與新裝接地體用電焊焊接牢固，同時涂上防銹漆，之后再通過回填砂土處理好。

第四，控制室的避雷措施。當前的控制室一般是用計算機在煉化裝置生產的進行過程當中。計算機接地系統要根據標準執行，對控制室建筑防雷的接地加強檢測，防止建筑物免受直接雷擊和靜電感應及電磁感應破壞。控制室屋頂接地要連成整體電氣通路，以及接地裝置相連接。對于一些特殊要求的精密儀器，更是要做好另外的防護。

4 結語

當前輸油管道控制系統自動化水平有了顯著地提高，所以要選用先進的測量儀表優化控制技術，這也對相對的自動化儀表的防雷以及防靜電的預防提出了非常高的要求，為了可讓這些儀表具有更長的使用期，全天二十四小時隨時待命。同時做好經驗的收集及新撫摩的運用，總結經驗，加大防雷防靜電的相關學習，借用國內、國外的經驗提升自動化儀表專業的防雷、防靜電的措施的技術水平，保證輸油管道裝置生產的安全、穩定。

由于自動化儀表大多數存在危險性大、易燃的特點，所以還要做好堵漏管理的工作，這樣可以有效保護環境還可以防火、防爆。嚴格執行安全生產管理制度確保操作時的安全。

[1]白瑩,張昱玲.綜合治理、減少雷電對儀表控制系統的破壞[J].中國科技投資,2013(21).

[2]楊坤海.儀表及控制系統等電位連接接地方案[J].中國儀器儀表, 2010(10).

[3]劉雙慶.談分析壓力控制儀表的防雷措施[J].科技情報開發與經濟,2010,20(4).

[4]曹龍海,魯智勇.鋼鐵企業通信機房防雷體系設計方案[J].電子制作,2014(10).

蘇豪育(1987—),男,漢,甘肅武威人,學士,助理工程師,主要從事成品油管道計量運銷及儀表自動化技術管理工作。