石油化工儀表系統(tǒng)的防雷研究

李　欣,張耀華,王付霞（.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司;　.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司; .中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司,山東　青島　6607）

石油化工儀表系統(tǒng)的防雷研究

李欣1,張耀華2,王付霞3
（1.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司;2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司; 3.中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司,山東青島266071）

摘要：在分析雷電侵入石化儀表系統(tǒng)的直擊、感應(yīng)、反擊三種途徑的基礎(chǔ)上，簡要論述當(dāng)前石化儀表系統(tǒng)防雷的現(xiàn)狀及其不足，并從分流與接閃、接地、均壓、屏蔽等方面詳細(xì)闡述了石油化工儀表系統(tǒng)的防雷對策。

關(guān)鍵詞：石油化工；儀表系統(tǒng)；雷擊

0　概述

隨著石油化工行業(yè)的告訴發(fā)展，石化企業(yè)無論是在規(guī)模還和數(shù)量上都在不斷的增加，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，也推動著儀表體系更新?lián)Q代的速度不斷加快，儀表系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化取得了巨大成績。然而，石油化工儀表系統(tǒng)所存在的普遍過壓和過流耐受能力差、絕緣強(qiáng)度低，對電磁干擾敏感的弱點等等，影響了儀器儀表系統(tǒng)的正常工作。加強(qiáng)儀表設(shè)備必要的防雷保護(hù)措施，防止因雷擊而導(dǎo)致儀表設(shè)備的工作失靈，損害儀表設(shè)備的安全運(yùn)行，保證石化企業(yè)安全生產(chǎn)具有積極意義。

1　雷電侵入石化儀表系統(tǒng)的途徑分析

雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，雷電常常伴有強(qiáng)烈的陣風(fēng)和暴雨，被認(rèn)為是十種最嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一，也被我國電工委員會稱為“電子時代的一大公害”，雷電產(chǎn)生的高溫、猛烈的沖擊波和強(qiáng)烈的電磁輻射常常會造成人員傷亡，計算機(jī)系統(tǒng)中斷，油田燃燒等巨大危害。雷擊對石化企業(yè)自動化儀表系統(tǒng)的破壞途徑主要有三種：

（1）直擊。雷電直擊就是雷發(fā)生時直接擊中石化企業(yè)生產(chǎn)作業(yè)中的各種儀表設(shè)備，造成的儀表電子設(shè)備的損壞。

（2）感應(yīng)。雷電感應(yīng)，又叫感應(yīng)雷（Lightninginduction），它是雷電在放電時，在附近的導(dǎo)體上所產(chǎn)生的靜電感和電磁感應(yīng)，雷電感應(yīng)常常會使金屬部件之間產(chǎn)生火花而損害到設(shè)備。就石化儀表來說，雷電發(fā)生時所產(chǎn)生感應(yīng)電會在引下線內(nèi)通過強(qiáng)大瞬間電流，產(chǎn)生電磁場，這一電磁場通過電阻耦合、電容耦合和電感耦合會對儀表設(shè)備及其線路行感應(yīng)出很高的瞬態(tài)過電壓，然后通過管道、電纜等介質(zhì)就有可能將高電位引入到石化儀表系統(tǒng)中，造成干擾和破壞。

（3）反擊。如果防雷裝置采用的是接閃的方式時，一旦發(fā)生雷電，變送器周圍設(shè)備或建筑物遭受雷擊或雷電擊中防雷裝置的建筑物或設(shè)施時，地電位的浮動會使得變送器和控制系統(tǒng)之間或DCS機(jī)柜外殼與柜內(nèi)電子設(shè)備之間地電位差就會高達(dá)幾千甚至幾萬伏[1]，這么高的電位差在超出儀表系統(tǒng)的極限時，就完全能夠?qū)⑹瘍x表系統(tǒng)及其相關(guān)的電子設(shè)備擊穿，對儀表控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾和破壞。

2　石化儀表系統(tǒng)防雷現(xiàn)狀

石油化工產(chǎn)業(yè)DCS系統(tǒng)是一套兼有生產(chǎn)模式和生產(chǎn)控制系統(tǒng)[2]，這個系統(tǒng)在當(dāng)前的石化生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，系統(tǒng)中的儀表設(shè)備較多，可以說是整個石化工業(yè)生產(chǎn)流程的總指揮部，因此，能否保證這套系統(tǒng)正常運(yùn)行也是關(guān)乎石化企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)行的關(guān)鍵。石化DCS控制系統(tǒng)包含了電源、儀表等設(shè)備，在遭遇雷電時，現(xiàn)場儀表和智能儀表變化產(chǎn)生相應(yīng)的雷電干擾，有可能會發(fā)生因雷電損害網(wǎng)絡(luò)和變送器的設(shè)備工作，而這些設(shè)備之間由于是相互的連通，一旦發(fā)生相互干擾就會導(dǎo)致儀表設(shè)備的整體癱瘓，嚴(yán)重的會導(dǎo)致整個控制系統(tǒng)發(fā)生故障，整個生產(chǎn)工程會被迫停工。

3　石化儀表系統(tǒng)防雷對策

防雷工程的設(shè)計應(yīng)根據(jù)防護(hù)目標(biāo)的具體情況，綜合考慮雷擊事件的風(fēng)險和投資條件，確定合適的防護(hù)范圍和目標(biāo)，采用適宜的防護(hù)方案，經(jīng)濟(jì)有效地防護(hù)和減少儀表系統(tǒng)雷擊事故的損失。針對雷電這種侵入自動化儀表系統(tǒng)的防雷治理也是多方面的，主要包括接閃、分流、均壓、接地、屏蔽和設(shè)置浪涌保護(hù)器等等。根據(jù)雷電具體來說，目前石油化工儀表系統(tǒng)采取的防雷措施主要有：

3.1分流與接閃

直接的雷擊防護(hù)主要通過建筑物內(nèi)的防雷裝置來實現(xiàn)，就石化儀表系統(tǒng)的防雷設(shè)置來說，主要是與周圍的機(jī)泵、貯罐、換熱器、料倉、儲油罐等設(shè)備防雷一并設(shè)計，對于一些通道要采取直接接地的方式進(jìn)行防雷，而且要保證接地的地點處不能少于兩處，兩接地之間的距離不超過30m。對于高處或者空曠地帶的石化生產(chǎn)的儀表設(shè)備來說，也容易遭受到雷擊的破壞，因此，盡量不要把儀表箱設(shè)置的過高，而且要做好儀表箱的接地，安裝相應(yīng)的避雷針。接閃器、引下線等直擊雷防護(hù)設(shè)計都應(yīng)該要符合電氣的專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。總之，不論是現(xiàn)場作業(yè)的儀表還是生產(chǎn)控制室的儀表，都要在電氣專業(yè)的直擊雷防范范圍內(nèi)采取必要的防護(hù)措施。

3.2接地

當(dāng)前，國內(nèi)石油化工儀表系統(tǒng)主要采取浮地、多點接地的措施。其中，浮地是保證儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣狀態(tài)，保證建筑物內(nèi)的接地系統(tǒng)電磁干擾不會傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，這樣，地電位的變化就不會影響到儀表系統(tǒng)。此外，通過把儀表、DCS、ΡLC等設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地分開，實現(xiàn)就近接地。

3.3均壓

雷電會產(chǎn)生瞬態(tài)電位差，如果這種電位差超過物體之間的絕緣耐受強(qiáng)度時，就會導(dǎo)致金屬物體被擊穿放電，直接損壞儀表設(shè)備。因此，在石油化工生產(chǎn)領(lǐng)域中，為了有效消除這種雷電瞬態(tài)電位差對儀表可能的損害，將現(xiàn)場的儀表金屬外殼、生產(chǎn)裝置等導(dǎo)電金屬設(shè)備、儀表控制室內(nèi)設(shè)備等連接起來，并與儀表控制內(nèi)的防雷接地系統(tǒng)連接，從而有效的預(yù)防被雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)電位差擊穿，形成較為完善的電位連接。

3.4屏蔽

石油化工所使用到的儀表系統(tǒng)大多是一種半導(dǎo)體的器件、集成電路和傳遞信號的電纜，這些設(shè)備一旦遭遇雷擊就會產(chǎn)生瞬態(tài)電磁脈沖，直接輻射到這些元器件上，導(dǎo)致相關(guān)的電子設(shè)備失靈或損害。因此，當(dāng)前儀表系統(tǒng)的防雷措施中采取了控制室、現(xiàn)場儀表以及信號線和電源線屏蔽措施，利用屏蔽體來阻擋或衰減電磁脈沖的能力傳播，從而達(dá)到保護(hù)儀表目的。

4　結(jié)語

綜上，石油化工儀表系統(tǒng)是整個生產(chǎn)作業(yè)的關(guān)鍵部件，做好儀表系統(tǒng)的防雷，對于保證石化生產(chǎn)的安全性和穩(wěn)定性具有積極意義，在采取接閃、均壓、接地等具體的措施之外，還要與電氣、建筑、自控以及企業(yè)的實際狀況結(jié)合起來，綜合采取有效措施予以應(yīng)對。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉歡.儀表系統(tǒng)的防雷措施[J].廣州化工,2010,38(04):192-194.

[2]胡艷.石油化工儀表系統(tǒng)中的防雷策略探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013(24):92-93.

作者簡介：李欣（1986-），女，山東乳山人，本科，助理工程師，主要從事：儀表自動化研究。