天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷分析

梁太平

摘要：科技的進(jìn)步，促進(jìn)人們對(duì)能源需求的增多。天然氣能源已經(jīng)成為推動(dòng)我國(guó)社會(huì)發(fā)展的主要能源類型之一，為我國(guó)社會(huì)生產(chǎn)做出了不小的貢獻(xiàn)。在天然氣集輸站場(chǎng)運(yùn)行的過(guò)程中，智能化程度較高的儀表經(jīng)常會(huì)因?yàn)槭艿嚼讚粢蛩氐挠绊懺斐蓳p害，從而影響輸氣生產(chǎn)設(shè)備的正常使用。為了保證天然氣能源使用過(guò)程的安全性，就必須解決雷擊對(duì)儀表系統(tǒng)的影響和損害，并提出相應(yīng)的防雷擊措施，增強(qiáng)天然氣儀表系統(tǒng)的安全性。本文就天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷展開探討。

關(guān)鍵詞：天然集輸站 自動(dòng)化儀表系統(tǒng) 防雷策略

引言

伴隨著國(guó)內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，我國(guó)對(duì)于天然氣的采集，以及天然氣的輸送需求變得越來(lái)越大;目前天然氣集輸站場(chǎng)也要求天然氣的計(jì)量和監(jiān)測(cè)設(shè)備向著自動(dòng)化、智能化、以及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。但是智能化的儀表經(jīng)常會(huì)因?yàn)槔讚粢蛩氐挠绊懺斐蓳p害，輕微的影響會(huì)使得儀表無(wú)法正常、穩(wěn)定地工作，導(dǎo)致集輸站場(chǎng)無(wú)法正常運(yùn)行;嚴(yán)重的還會(huì)造成不同程度的人員傷亡或爆炸事故。所以想要確保天然氣集輸站自動(dòng)化儀表系統(tǒng)能夠正常工作，就必須要做好相應(yīng)用的防雷設(shè)計(jì)。

1天然氣集輸站場(chǎng)現(xiàn)狀

天然氣集輸站場(chǎng)內(nèi)通過(guò)智能儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)天然氣工況的自動(dòng)監(jiān)測(cè)和壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)上傳天然氣集輸場(chǎng)站的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

天然氣集輸站場(chǎng)天然氣的貿(mào)易計(jì)量也采用智能流量設(shè)備自動(dòng)計(jì)量，它通過(guò)對(duì)天然氣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量和分析后最終算出體積流量用于貿(mào)易結(jié)算;天然氣集輸站場(chǎng)內(nèi)的智能化儀表設(shè)備為天然氣集輸站的穩(wěn)定運(yùn)行和自動(dòng)計(jì)量工作帶來(lái)了不少便利也體現(xiàn)了它的重要性。所以天然氣集輸站內(nèi)的智能儀表設(shè)備的要求是精準(zhǔn)高和穩(wěn)定性強(qiáng)。

2雷擊對(duì)智能儀表系統(tǒng)的危害形式

2.1直接雷擊

雷電直接擊中現(xiàn)場(chǎng)儀表設(shè)備或與之連接的管路，通常會(huì)損壞儀表的傳感器模件并且可能損壞變送器的電子線路板。雷電流在沿儀表支架流入大地的過(guò)程中，產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)磁場(chǎng)，能通過(guò)信號(hào)傳輸線路耦合到控制室電子設(shè)備內(nèi)，損壞電子設(shè)備。

2.2感應(yīng)雷擊

2.2.1靜電感應(yīng)

所謂的靜電感應(yīng)到來(lái)的時(shí)候，所在區(qū)域的所有地表物體（尤其是一些體積大的導(dǎo)體）能夠積取著大量的電荷，當(dāng)飽和的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。如果在這個(gè)放電的過(guò)程當(dāng)中，電流竄入到現(xiàn)場(chǎng)儀表或者所現(xiàn)所使用的設(shè)備當(dāng)中，那么就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞的問(wèn)題。

2.2.2電磁脈沖輻射

電子脈沖輻射也是造成天然氣現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)損傷的主要因素，是指通過(guò)雷擊電流在空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)不斷的向外輻射電磁波，輻射范圍較廣，會(huì)直接影響輻射范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、儀表系統(tǒng)等各種電子設(shè)備。尤其是材質(zhì)屬于金屬導(dǎo)體的電子設(shè)備，受電磁波的影響最大。電磁脈沖輻射對(duì)電子設(shè)備的損害原理是當(dāng)電磁波輻射在各類金屬導(dǎo)體上之后，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或者感生電流。屬于金屬導(dǎo)體的電子設(shè)備承受不了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和感生電流的沖擊，從而造成電子設(shè)備的故障和損壞。最嚴(yán)重的后果是由于導(dǎo)致某一金屬導(dǎo)體的工作失靈，從而影響整個(gè)儀表系統(tǒng)的工作失效。

2.3雷電過(guò)電壓侵入

直擊雷或雷電感應(yīng)都可能使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過(guò)電壓，該雷電過(guò)電壓沿各種金屬管道、電纜槽、電纜線路可能將高電位引入儀表系統(tǒng)，造成干擾和破壞。

2.4反擊

防雷裝置接閃時(shí)，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過(guò)引下線流入接地裝置，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速向大地泄放，必然會(huì)引起局部地電位上升（可能上百千伏），如果儀表控制系統(tǒng)的接地體與該點(diǎn)沒(méi)有足夠安全距離，它們之間就會(huì)產(chǎn)生放電，造成反擊電流，可直接擊穿用電器的絕緣部分，會(huì)對(duì)儀表控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾乃至破壞

3天然氣自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的主要措施

3.1接閃

實(shí)際上，雷擊損害屬于自然災(zāi)害，同時(shí)也屬于外來(lái)因素對(duì)儀表系統(tǒng)的侵入損害。所以，解決這種侵入損害的有效治理措施就是通過(guò)外接、導(dǎo)流等措施的綜合應(yīng)用，才能真正做到對(duì)儀表系統(tǒng)的防護(hù)。接閃是防雷的主要措施之一，這種措施是通過(guò)儀表系統(tǒng)所屬的建筑物防雷裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在保護(hù)儀表系統(tǒng)的同時(shí)，也保護(hù)了周圍的油罐等高危設(shè)施。所以，在前期設(shè)計(jì)的過(guò)程中也會(huì)將現(xiàn)場(chǎng)儀表系統(tǒng)和周圍的高危設(shè)施進(jìn)行融合接洽設(shè)計(jì)，從而起到現(xiàn)場(chǎng)整體防護(hù)的效果。

3.2均壓

當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，在雷電瞬態(tài)電流所經(jīng)過(guò)的路徑上將會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電位升高，使該路徑與周圍的金屬物體之間形成瞬態(tài)電位差。如果這種瞬態(tài)的電位差超過(guò)了兩者之間的絕緣耐受強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿放電，該種擊穿放電能直接損壞儀表設(shè)備，也能產(chǎn)生電磁脈沖，干擾儀表系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，可以將所有現(xiàn)場(chǎng)儀表的所有金屬外殼、構(gòu)架，生產(chǎn)裝置的金屬設(shè)備，儀表控制室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼、金屬設(shè)施連接在一起，并且與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成完善的等電位聯(lián)結(jié)。

3.3接地

接地主要有兩種措施：浮地、多點(diǎn)接地。（1）浮地。是指儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不會(huì)傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對(duì)儀表系統(tǒng)也無(wú)影響。但由于儀表的外殼要進(jìn)行保護(hù)接地，當(dāng)雷電較強(qiáng)時(shí)，儀表外殼與其內(nèi)部電子電路之間可能出現(xiàn)很高的電壓，將兩者之間絕緣間隙擊穿，造成電子線路損壞。（2）多點(diǎn)接地。是指儀表、PLC等設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地分開，這種接地方式的突出優(yōu)點(diǎn)是可以就近接地，接地線的寄生電感小。但是如果較強(qiáng)的雷電波通過(guò)保護(hù)地進(jìn)入系統(tǒng)，電子電路同樣會(huì)因承受高壓而損壞。由于以上兩種接地方式都不能滿足防雷的需要，因此，可以考慮將保護(hù)地與工作地相連接，并且接入防雷接地系統(tǒng)，問(wèn)題就可以解決了。

3.4屏蔽

儀表系統(tǒng)的防雷屏蔽是由控制室、現(xiàn)場(chǎng)儀表、以及信號(hào)線與電源線屏蔽這三個(gè)部分構(gòu)成。（1）控制室屏蔽。控制室作為儀表系統(tǒng)的核心，它對(duì)雷電形成的脈沖相當(dāng)敏感，因此必須要在墻壁內(nèi)進(jìn)行鋼筋交點(diǎn)處電氣連接，以此來(lái)構(gòu)建出一個(gè)帶開口的屏蔽籠，然后再把接地環(huán)與之相連接，以達(dá)到屏蔽的效果。（2）現(xiàn)場(chǎng)儀表屏蔽。為了防止雷電給現(xiàn)場(chǎng)儀表造成破壞，儀表可以運(yùn)用金屬儀表箱來(lái)實(shí)現(xiàn)防雷的目的，將儀表箱的保護(hù)殼以及所有的金屬設(shè)備進(jìn)行等電位連接后，再將其并入到防雷接地系統(tǒng)當(dāng)中。（3）如果想要避免雷電形成的電磁脈沖，或者電源線路引起瞬態(tài)過(guò)電壓波，應(yīng)當(dāng)要將所有的信號(hào)線與低壓電源線換成金屬屏蔽層的電纜。如果要解決多點(diǎn)接地引起的低頻干擾，可以把電纜穿入金屬導(dǎo)管當(dāng)中，或者可以使用雙屏蔽電纜，這樣就能夠確保信號(hào)線和電源線的屏蔽效果。

3.5設(shè)置電涌保護(hù)器

電涌保護(hù)器是保護(hù)儀表不受雷電電涌電流的沖擊，減少儀表?yè)p壞的有效措施之一;需要給重要的現(xiàn)場(chǎng)智能儀表和控制系統(tǒng)的進(jìn)線側(cè)設(shè)置電涌保護(hù)器;當(dāng)智能儀表受雷擊產(chǎn)生過(guò)電壓時(shí)，電涌保護(hù)器可以起到分流和限壓的效果，能有效防止過(guò)大的電流與電壓對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損害。

但電涌保護(hù)器的設(shè)置只是防雷工程的一部分，不應(yīng)以設(shè)置電涌保護(hù)器來(lái)代替防雷工程，所以智能設(shè)備運(yùn)行前還需要確保防雷、接地和屏蔽系統(tǒng)安全可靠。

結(jié)語(yǔ)

天然氣能源給我國(guó)社會(huì)發(fā)展提供了新的路徑，也影響了我國(guó)社會(huì)資源的生產(chǎn)方式。在天然氣的使用過(guò)程中，一定要注意各種各樣的能夠?qū)μ烊粴鈨x表系統(tǒng)造成威脅的因素。雷擊因素已經(jīng)成為影響天然氣正常工作的主要因素之一。除了上述的幾種解決措施之外，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還可通過(guò)加裝避雷針、增加儀表間的接地裝置等方式最大程度的避免雷擊天氣對(duì)天然氣自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的損害，保證天然氣儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證工作人員的人身安全。

參考文獻(xiàn)

[1]于海龍.天然氣集輸站場(chǎng)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷分析[J].石化技術(shù)，2019，26（07）：288-289.

[2]文科，蔣彬.天然氣裝置區(qū)儀表自控系統(tǒng)防雷接地分析與探討[J].科技與企業(yè)，2019（07）：232.

[3]周建華.天然氣集輸站智能儀表防雷分析[J].石油化工自動(dòng)化，2018，50（03）：73-75.