石油化工行業儀表防雷電設置

宋 昊

(錦州開元石化有限責任公司，遼寧 錦州 121001)

石油化工行業儀表防雷電設置

宋 昊

(錦州開元石化有限責任公司，遼寧 錦州 121001)

雷電電流通過的周圍會產生很強的電磁場，使附近的導線或金屬結構產生很高的感應電壓，從而產生極其嚴重的破壞作用。通過對石油化工行業儀表進行合理正確的防雷接地設置，來保護儀表設備在雷雨天氣的安全穩定運行。

儀表 石化 防雷電 電涌保護器 接地 等電位

雷電是一種自然現象，其破壞力十分嚴重，是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的自然災害之一[1]。

在石油化工行業中，雷電對儀器儀表的危害可分高電壓效應、熱效應、靜電感應和電磁感應4種類型。高電壓效應，雷電放電能產生約100～1 000MV的沖擊電壓，足以燒毀任何電氣和儀表設備，導致可燃易燃物著火甚至爆炸；熱效應，雷電產生的電流平均是30kA，最大電流可達300kA，當強大的雷電流通過導體時，在極短的時間內會產生大量的熱，聚集的高溫往往會釀成火災；靜電感應，雷電會使金屬物體上感應出大量電荷，感應出的電荷電壓很高，能夠擊穿空氣間隙，發生火花放電，感應出的靜電的危害主要體現在靜電放電環節，靜電瀉放電的時間只有毫秒級，瞬間脈沖高，平均功率可達千瓦以上，足以擊穿電子元件導致設備或系統失靈；電磁感應，在雷電周圍的空間里，將產生強大的磁場，磁場會影響儀表的測量，造成假數據現象。

石油化工生產大多是高溫高壓過程，原材料和產品中很多屬易燃易爆品，在生產中需要使用大量的儀表進行檢測與控制[2～5]。磁場和電流會對這些儀表的檢測產生干擾。如果沒有安全可靠的防雷系統對儀表進行保護，雷電不僅會對這些電子元件造成破壞，甚至會導致生產事故。

是否需要對所有的儀表都要進行防雷設置，要根據雷電活動區、經濟損失和安全重要程度確定。為了減弱雷電對儀表的影響，設置電涌保護器和儀表的防雷接地成為必不可少的方法。現就石油化工裝置儀表電涌保護器的設置和防雷接地設置進行詳述。

1 電涌保護器的設置

電涌保護器(也稱浪涌保護器)是儀表設備防雷電設置中不可缺少的器件。電涌保護器的工作原理是把進入信號傳輸線的瞬時過電壓限制在設備或系統所能承受的電壓范圍內，或將強大的雷電流泄流入地，以保護設備或系統不受沖擊。在正常情況下電涌防護器不起作用，對被保護線路的工作沒有任何影響。

石化行業中經常使用的安全柵的主要功能是防止高電流進入現場儀表，阻止引起火災的電火花的產生，起到限流限壓的作用，以保證現場儀表得到的能量在安全范圍內。由此可見，電涌保護器和安全柵的作用是不一樣的，安全柵起不了浪涌保護器的作用。電涌保護器的設置應考慮綜合經濟損失，如果現場測量儀表損壞造成的經濟損失小于10萬元，現場測量儀表端可以不設置電涌保護器[6]。

2 防雷系統的設置

接地的目的，首先是防止設備外殼帶電，保護人和設備不受損害；其次是抑制干擾。因此接地成為防雷的關鍵步驟。防雷接地可分為控制室的室內和室外兩部分。在接地的設置中往往采用等電位方法，即將設備等外殼或金屬部分與地線連接。它們之間電位相同，不會出現電位差，就不會產生電流。石油化工裝置中將金屬框架、金屬管道、平臺及儀表等連接在一起，形成等電位網絡。

2.1室外現場儀表的防雷

很多儀表是金屬外殼并且內置了電涌保護器，有的(如差壓變送器等)則放在全封閉金屬外殼保護箱內來減輕其他信號的影響。但雷電會使這些金屬外殼帶電或感應出電荷，為了消除這些感應電荷的影響就要把金屬外殼或保護箱外殼與金屬管架或金屬體連接，形成等電位體接地。如果現場儀表是非金屬外殼，那么就需要把它放在全封閉的金屬外殼內，再與其他金屬體做等電位連接。

有些儀表，由于技術原因，不能在儀表內部設置電涌保護器，可以把電涌保護器安裝在全封閉的且符合安裝環境防護防爆要求的金屬外殼防護箱內，做好等電位連接后接入接地裝置。需要注意的是，金屬外殼防護箱一定要做接地處理，否則會使外殼感應帶電。圖1是非金屬外殼現場儀表與分離電涌保護器、穿線管的連接方法。為了保護設備可靠安全的接地，連接線應分別接入接地裝置，不能串聯。如果相互串接，如果有一條串接線路出現斷線，就會造成接地中斷，無法起到接地保護作用。

圖1 分離的電涌保護器與非金屬外殼現場儀表的接地

2.2控制室的室內防雷接地

接地系統是由接地導線、接地排、接地體組成的。接地導線是連接電涌保護器匯流條、安全柵匯流條、匯流條與接地排，接地排與接地體之間的導線。根據連接部位、數量和長度確定接地導線的截面積，詳見表1。

接地排一般設置3塊：工作地匯總排、保護地匯總排、總接地排，并且要求絕緣固定。由于銅板具有良好的導電性，價格也不貴，所以被用來作為各接地板，銅板大小一般為300mm×200mm×6mm。

表1 接地導線的截面積 mm2

在控制室內四周設置接地銅排，并連接在一起形成環形接地排，來減小接地排電阻值，這樣可以順利疏導雷擊產生的電流。同時環形接地排也作為儀表系統的總接地排，儀表系統的保護地和工作地分別接入總接地排，然后總接地排再接入電氣專業設計的接地體。

為了保證電涌保護器可靠工作，同時又不影響本安儀表的性能，電涌保護器的接地為：

a. 為了保證電涌保護器匯流條和安全柵匯流條可靠接地，應至少有兩條接地線與接地板連接，這樣可以保證一條斷線時仍能接地。在這里,工作接地匯總排沒有與總接地排直接相連，是因為防止流過電涌保護器匯流條的電流，經過工作接地匯總排與總接地排的連線進入系統的I/O，避免造成控制系統的損壞。

b. 電涌保護器匯流條接入總接地排。在工程設計時電氣專業已經把設備外殼、鋼制管道及儀表接線箱等做成等電位連接，這時只要把儀表總接地排接入電氣的中線，就完成了儀表系統與電氣系統的等電位連接和接地工作，如圖2所示。

對于不設置安全柵的非本安類型儀表，信號線經過電涌保護器后直接接到控制系統上，其他接地方法和本安儀表接地相同。

通過測量接地電阻值衡量接地是否合格，電阻值低說明接地效果好，釋放電流快。接地連接電阻和接地電阻是儀表系統衡量接地效果的兩個關鍵值。在防雷接地設計時不僅要考慮接地電阻的大小，而且還要考慮接地連接電阻值。接地連接電阻是指從電涌保護器匯流條到接地極的電阻值，其值不應大于1Ω；接地極與大地之間的電阻再加上接地連接電阻形成接地電阻，其值不應大于4Ω[7]。因此對接地體、接地導線的截面積、連接方式的選擇會直接影響接地電阻值。對于不同的DCS系統，應該首先滿足該系統對接地電阻的要求。

圖2 儀表接地系統與電氣裝置等電位連接

3 結束語

儀表系統可靠正確的防雷接地，能夠保證儀表系統在雷電等惡劣天氣情況下排除干擾，穩定運行。特別是對于DCS系統，如果不考慮和處理現場干擾問題，就無法達到可靠運行的目的。石油化工儀表防雷還涉及其他方面，電涌保護器、接地和相關措施共同作用，才能確保系統傳輸信號的穩定性和設備的抗干擾性。因此必須加強內部防雷與外部防雷設置，提高儀表的整體防雷效果。

[1] 郭非，魏亞玲，許明，等.硫回收裝置燃燒爐溫度儀表選型的探討[J].石油化工自動化，2015，51(6): 81～82.

[2] 李毅.石化裝置現場管道常見問題及解決辦法[J].化工機械,2012,39(4):526～528.

[3] 張華莎.石油化工油品儲罐計量與測量儀表設計方案[J].石油化工自動化，2015，51(5):1～7.

[4] 孫騰良.我國石油和化工裝備制造業面臨的問題及發展方向[J].化工機械,2011,38(1):1～6,10.

[5] 孫丹,巴愛葉.400m3液化石油氣球罐的熱處理[J].化工機械,2011,38(1):123～124.

[6] SH/T 3164-2012,石油化工儀表系統防雷工程設計規范[S].北京:中國石化出版社,2013.

[7] 陸德民.石油化工自動控制設計手冊[M].北京:石油化學工業出版社,2000.

TQ056.1

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1000-3932(2016)03-0324-03

2015-05-22(修改稿)