長輸管道儲運自動化儀表設備防雷技術應用

馮濤

摘 要：隨著我國經濟的飛速進步，石油化工工業的發展速度也越來越快，自動化的程度在不斷增強，其中，自動化儀表在石油化工中所發揮出的作用越來越大，但是由于受到雷擊事故的破壞，導致機組停運的問題經常發生，因此如何實現儀表的防雷是當前一項重要的工作。本文對雷電事故的發生原因和侵入儀表的途徑進行了簡單的分析，重點闡述了如何有效預防雷擊對儀表的破壞。

關鍵詞：長輸管道；自動化儀表；防雷

自動化儀表設備在石油化工工業中發揮著不可替代的作用，由手動控制逐漸變為自動化控制，但是儀表也有一定的弱點，例如絕緣強度低、電壓耐受能力差等，導致由雷擊而引發的事故經常出現，嚴重影響了儀表的正常運行，因此必須要采取科學有效的方法預防雷擊對儀表產生的破壞，杜絕雷擊事故的發生。

1.雷電事故發生的原因

在原油開始運輸之前，其自身有等量的正負離子，并且為中性；在石油運輸的過程中，原油同管壁二者之間不斷產生摩擦而出現靜電荷，同一極性的離子，被管道吸附住，導致貼近管壁低流處的原油中包含了過剩的異性離子；當原油流動時，異性離子同原油中的自由離子分離開，從而產生電荷。

由于異性電荷具有自然相吸的特點，因此與其對應的極性電荷就會向著原油運輸的方向進行傳導。產生電荷的原因同流速、離子的含量以及原油的面積有著直接的關系，流速越快、管道越長，其靜電產生的速度也就越快。由于雷電包含了高電荷云團，云團在地球表面形成了靜電場，電場會在設備、油罐的感應出相反的電荷，同時會跟隨云團進行移動，雷擊會使電荷中和，進而導致強電流流向雷擊點。

2.雷電侵入儀表的途徑

2.1雷電直擊

雷電直接擊中自動化儀表設備，對設備產生嚴重的破壞。

2.2雷電感應

防雷設備或金屬架構接閃時，在引下線中會通過電流，對附近的電纜產生電磁感應；或者閃電的放電形成電磁場，電磁場通過電阻、電容在設備上感應出電壓，通過電纜等介質直接通入儀表系統，對儀表造成嚴重的干擾。

2.3雷電反擊

控制系統是單獨接地的，如果變送器周圍的設備受到雷電擊中之后，由于地電位的浮動，導致變送器和控制系統之間的地電位差距巨大，足以把儀表擊穿。

3.儀表的防雷措施

3.1屏蔽

儀表中包含了很多集成電路、電纜、半導體器件，當遭受雷擊時，瞬態電磁脈沖能夠直接導入這些器件上，導致設備適量或損壞，采用屏蔽體來預防電磁脈沖是一種常見的方法，防雷屏蔽主要分為下面幾個方面。

（1）現場儀表屏蔽：可以在儀表外罩上金屬箱來屏蔽雷擊，金屬箱要接入防雷接地系統。

（2）控制室屏蔽：控制系統是儀表的核心，對雷電的電磁脈沖非常敏感，因此對控制系統的屏蔽工作是非常重要的。控制室是密封的結構，可以把室內墻壁中的結構鋼筋交點處連接，同時與金屬門框焊接，形成屏蔽籠，在室內的四周再安置一圈保護接地環，要把屏蔽籠和接地環二者直接進行電氣連接。

（3）信號線、電源線屏蔽：為了避免雷電在信號線、電源線上感應出瞬態過電壓波，要使用代用金屬屏蔽層的線路；線路的屏蔽層沿線路要多點接地，一方面能提高安全的程度，另一方面也有效的抑制了低頻的干擾。

3.2接閃

石油化工工業在室外建立了很多設備，例如貯罐、換熱器、料倉等，這些設備之間都是使用管線連接到一起的，必須在設計的過程中考慮到防雷問題。對于一些管道、較厚的密閉容器以及金屬構架，兩接地點之間的距離要小于30米，如果必須大于30米就要增加接地點，其沖擊接地的電阻不能超過30Ω；這樣做的目的就在于要管道、容器和構架自身來承擔引下線的功能，同接地裝置二者之間形成防雷裝置，對于壁較厚和設備和管道，遭受雷擊之后損傷不大。儀表裝置在構架中，因此受到了一定的保護。

對于電纜來講，由于范圍較大，有些區域的電纜橋架處于裝置區外，極容易受到雷擊，可以采用安裝避雷針的方法，把電纜置于避雷針的保護范圍之內，但需要特別注意的是，避雷針同橋架之間要有一定的距離，避免二次雷擊的問題出現。另外高處的儀表也極容易受到雷擊的損壞，因此盡可能不把儀表安置在高處，如果必須安裝就要安裝儀表箱，同時具備良好的接地，也可以安裝避雷針。

3.3電涌

為了更好的避免雷電對儀表的破壞，還需要采用電涌保護，電涌保護要在外部防雷的基礎上，同內部防雷措施項目配合。所謂電涌保護就是保護設備不受到雷電電涌的破壞，電涌是指瞬態電沖擊，如果不采取有效的方法進行控制，就會極大的損壞設備。

（1）電源電涌保護：為了更好的提高供電的可靠性，通常儀表是采用雙路供電，也就是對于雙路供電負載一路采用UPS，另外一路采用獨立的穩壓市電或UPS，對于單路交流供電的負載采用UPS方案，當一路供電出現問題時，能夠向兩外一路供電。

（2）信號電涌保護：信號電涌保護分為兩種，分別為室內系統保護和室外儀表保護，由于成本等因素，對于室外比較特殊的儀器、室內容易遭受雷擊的儀表都要配置電涌保護器，對于其它回路中要采用保險絲限流。

3.4合設接地

當前儀表系統的接地有兩種，分別為浮地和多點接地。

（1）浮地：儀表的工作地同建筑的接地系統斷開，接地系統中的電磁干擾就不會進入儀表中，地電位對儀表也就不會產生影響。

（2）多點接地：儀表、DCS、PLC等設備的工作接地同保護接地斷開，優點在于能夠就近接地，但是如果雷電波通過接地進入系統，對電路也會造成極大的損壞。

這兩種接地方式的防雷效果都非常不好，所以要把保護地、工作地、防雷地連接到一起，同時接入防雷接地系統，這種方法稱為合設接地系統，能夠消除接地點中的電位差，有效控制接地點的放電現象。

4.總結

通過上述分析能夠看出，雷擊事故對自動化儀表設備來講破壞力非常大，因此必須要采取有效的辦法預防雷擊，要對生產裝置加以優化，要從現場儀表、電源線等多個角度進行思考，在施工和驗收階段要嚴格依照相關標準進行驗收，保證設備運行的安全性，提高儀表的導體導電能力，盡最大的可能避免雷擊事故的發生。

參考文獻：

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