石油化工系統中常見雷擊危害防治措施

石凱文

（廣東寰球廣業工程有限公司，廣東 廣州 510655）

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石油化工系統中常見雷擊危害防治措施

石凱文

（廣東寰球廣業工程有限公司，廣東 廣州 510655）

摘 要：在石油化工行業的建設以及生產過程中，非常重視其防雷接地問題。本文主要是根據石油化工系統中常見的幾種雷擊問題，以相關規范為基礎提出幾點解決措施，從細節方面消除石化系統防雷接地工作中的隱患。

關鍵詞：雷擊危害；防雷措施；等電位連接

防雷接地由于石油化工企業本身具有的特點而變得非常重要。第一個特點就是其范圍內密集分布的易燃易爆的爆炸危險氣體，由雷擊引起的火花放電會引起極其惡劣的后果。第二點就是大規模的石油化工廠區內通常會出現大型建筑或構筑物，這些高大型建筑或構筑物都大大提高了石油化工廠發生雷擊的可能性。第三點是石油化工系統中通常有復雜的生產線，其控制系統容易受到雷電過電壓的傷害。

1. 簡述我國石油化工系統中的主要雷擊危害

關于我國石油化工系統中的主要雷擊危害，本文主要從4個方面進行闡述以及分析。第一個方面是直接雷擊危害。第二個方面是雷電感應危害。第三個方面是電氣系統運行過程中的雷電過電壓入侵危害。第四個方面是雷電的反擊危害。下面進行詳細地論述。

1.1 直接雷擊危害

大型石油化工廠中的高大型建構筑物容易受到直接雷擊危害。通常這些高大型建構筑物本身都會設置避雷針，或者這些高大型建構筑物本身作為接閃器。但如果在設置避雷針時沒有嚴格按照GB50057中的要求執行滾球法，將大型儲罐上方的阻火器、呼吸閥至于保護范圍時，就會在高大型建構筑物上發生直擊雷傷害。另外，在大型儲罐上方有時由于巡查需要，會設置繞罐護欄照明，此時燈具的金屬外殼作為罐體上突出的金屬物，會有遭受直擊雷的風險。

1.2 雷電感應危害

石油化工廠中遭受發生雷電感應會對人身安全、防火防爆以及廠區內的電子設備造成危害。

1.2.1 雷電感應對人身的傷害

石油化工系統中要求獨立避雷針距離與最近的金屬物件存在最小安全距離。但即使設置了最小安全距離，在獨立避雷針遭受雷擊時，獨立避雷針附近會感應出極高的電勢，此時附近的金屬物電勢為零。獨立避雷針與金屬物之間就存在極大的電勢差。若此時有人從避雷針和金屬物之間通過，就會在人體感應出高電位而導致人身傷亡。

1.2.2 雷電感應對防火防爆造成的危害

同理，獨立避雷針與大型儲罐之間的距離如果較近，而罐體上或者罐體臨近范圍內存在孤立金屬體，在雷雨天氣下，若避雷針遭受直擊雷，那么附近的罐體也將感應出高電位。而孤立金屬體當時電位為零，由于雷雨天氣空氣潮濕，將縮短罐體和金屬物之間的有效絕緣間距，該間距就有發生火花放點的可能，引爆爆炸危險區域內的易燃易爆氣體。

1.2.3 雷電感應對電子設備造成的危害

通常在罐區周圍會存在報警器以及其他電子或儀表設備。若罐區周圍設置獨立避雷針，在獨立避雷針上遭遇直擊雷時，雷電流會迅速沿著地下的接地網傳播并泄流。然而有些罐區周圍的主接地網并非環形接地網，而是分別敷設在罐區的兩側。此時雷電流波流至接地線頂端時會發生反射現象，與之前的波形發生堆疊，從而抬高雷電流波形的峰值。若此時周圍電子設備上存在孤立金屬物沒有做好等電位連接，那么不斷堆疊的波形就會擊穿空氣間隙，使得金屬物帶電，甚至導致火花放電事故。

1.3 雷電的反擊危害

石油化工廠中發生的雷電反擊主要體現為接閃器、引下線、接地極等雷電泄流通道的高電位傳遞到周圍臨近的電源、信號線路等各種金屬構件（低電位），甚至引入設備，造成設備的損壞、人員傷亡。

1.4 雷電過電壓入侵危害

石油化工廠中的低壓電纜敷設為直接埋地或者電纜溝敷設，故低壓電纜直接遭受雷擊而引入的雷電過電壓的可能性很低。但是在建筑物，如機柜間和變電所附近落雷形成的電磁場感應，以及上文中提到的低電位反擊都會引入雷電過電壓，導致機柜間、變電所中的電子信息設備故障甚至損壞，影響甚至破壞機柜間、變電所對設備的控制功能。

2. 簡述我國石油化工系統中主要的防雷措施

根據以上對石油化工廠中存在的幾種常見的雷電事故災害的闡述，接下來將針對這些事故發生的原因提出幾點防治措施，措施的詳細介紹如下：

2.1 針對直擊雷的防治措施

在石油化工行業中，大型油品儲罐通常規格都可以滿足《建筑防雷設計規范》GB50057中罐體不做接閃器的要求，即罐壁不小于4mm。但是前文提到如果在罐區附近獨立避雷針，若附近存在孤立金屬體，很容易導致火花放電造成嚴重危害，故在油罐區內應盡量避免安裝獨立避雷針。最適宜的辦法就是在罐區外合適位置豎立獨立避雷針，這樣可以大大減少罐區儲罐落雷的幾率，減少了雷電對罐區的危害。

對于高建構筑物上方的照明燈具，雖然大型儲罐周圍有獨立避雷針，但是通常大型儲罐罐壁本身就是接閃器，加上高層鋼結構頂層的金屬護欄通常也被設置為接閃帶，故高建構筑物上方若裝設燈具，也應按照接閃器的規格來考慮。根據GB500650《石油化工裝置防雷設計規范》中的要求，燈具的金屬外殼壁厚不應小于4mm。燈具金屬外殼與鋼平臺或大型儲罐之間必須保證可靠電氣連接。

2.2 等電位連接

等電位連接于石油化工廠的防雷接地系統中扮演著非常重要的角色，也以不同的形式出現。等電位連接既有在爆炸危險區中消除孤立金屬體火花放電的功能，有防止雷電反擊，保護人身以及設備安全的功能。

2.2.1 消除孤立的金屬體

在爆炸危險區不允許存在孤立的金屬體，這樣在爆炸危險區內即使由于雷擊出現高電位，也不會出現電勢差（假設接地線電阻為零）。即可以消除金屬間隙之間的火花放電，保證爆炸危險區域的安全。

2.2.2 共用接地網

GB50057《建筑防雷設計規范》要求防閃電感應的接地裝置應與電氣與電子系統的接地裝置共用。這一條的主要目的就是防止反擊。當雷電擊打在接閃器上時，大部分雷電流通過引下線泄入大地，流過防閃電感應接地裝置的只是數值很小的感應電流。在金屬物已普遍等電位連接和接地的情況下，電位分布均勻，那么就不會發生反擊。

2.3 防止空氣中的雷電感應和地下的地電位反擊

為了防止金屬靜設備上發生雷電感應，根據GB50650《石油化工裝置防雷設計規范》中的要求，金屬靜設備的接地裝置應與獨立避雷針/接閃桿的接地裝置相連。此外，根據GB50057《建筑防雷設計規范》中的要求，金屬設備與獨立避雷針在空氣中的間距應至少不小于3m；根據GB50169《電氣裝置安裝工程-接地裝置施工及驗收規范》中的要求，獨立避雷針與主接地網的地下連接點與35kV及以下設備與主接地網的地下連接點之間沿接地體長度不應小于15m，這樣在獨立避雷針遭受雷擊時，金屬設備上不至于被反擊。前文中介紹的人體經過獨立避雷針/接閃桿與金屬靜設備之間的空間時發生人體擊穿事故。可以通過在獨立避雷針/接閃桿與金屬靜設備之間設置柵欄以及警示標志，阻止人員從該區域進行避免。

2.4 罐區外圍設置環形接地體

當雷電流流入主接地網中時，避免雷電流波在接地網中由于波形反射而抬高峰值的常用舉措就是設置環形接地網。GB50169《電氣裝置安裝工程-接地裝置施工及驗收規范》中規定，人工接地網的外緣應閉合。當主接地網為主邊緣閉合時，雷電流波的波形抵消掉波峰和波谷，避免了由于波形反射而是接地網末端出現極高地電位的可能。

2.5 采用浪涌保護器

對于前文提到的雷電過電壓入侵的防治，除了之前提出的等電位連接法，還需要采用浪涌保護器法，可以在設備交流電源供電線的旁路上以及電子信息線路電纜芯線上接入浪涌保護器。對于雷電過電壓的防治應采用等電位連接和浪涌保護器法的綜合防雷措施。

結語

根據上文中的討論，石油化工系統的防雷接地工作具有極為重要的意義，由于石油化工系統本身的特殊性，任何防雷接地系統上的漏洞都會造成非常嚴重的經濟損失，甚至造成人員傷亡。石油化工系統的防雷是一個有機的整體，需要將防止直擊雷、雷電感應、雷電過電壓以及雷電反擊等雷擊現象綜合考慮，多種防雷措施相互配合。石油化工系統的防雷接地工作也對細節具有嚴格的要求，不允許存在任意一個孤立金屬體，需要精確計算滾球法的保護面積。只有充分認識并實現石油化工系統中防雷接地工作的重要性，才能確保安全、順利的生產工作。

參考文獻

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中圖分類號：TP273

文獻標識碼：A