石油化工儀表系統(tǒng)的防雷研究

李　欣,張耀華,王付霞（.中國石油工程建設公司華東設計分公司;　.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司; .中國石油工程建設公司華東設計分公司,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.中國石油工程建設公司華東設計分公司;2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司; 3.中國石油工程建設公司華東設計分公司,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、反擊三種途徑的基礎上，簡要論述當前石化儀表系統(tǒng)防雷的現(xiàn)狀及其不足，并從分流與接閃、接地、均壓、屏蔽等方面詳細闡述了石油化工儀表系統(tǒng)的防雷對策。

關鍵詞：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)代科學技術的快速發(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。加強儀表設備必要的防雷保護措施，防止因雷擊而導致儀表設備的工作失靈，損害儀表設備的安全運行，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，雷電常常伴有強烈的陣風和暴雨，被認為是十種最嚴重的自然災害之一，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、猛烈的沖擊波和強烈的電磁輻射常常會造成人員傷亡，計算機系統(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)中的各種儀表設備，造成的儀表電子設備的損壞。

（2）感應。雷電感應，又叫感應雷（Lightninginduction），它是雷電在放電時，在附近的導體上所產(chǎn)生的靜電感和電磁感應，雷電感應常常會使金屬部件之間產(chǎn)生火花而損害到設備。就石化儀表來說，雷電發(fā)生時所產(chǎn)生感應電會在引下線內通過強大瞬間電流，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備及其線路行感應出很高的瞬態(tài)過電壓，然后通過管道、電纜等介質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，變送器周圍設備或建筑物遭受雷擊或雷電擊中防雷裝置的建筑物或設施時，地電位的浮動會使得變送器和控制系統(tǒng)之間或DCS機柜外殼與柜內電子設備之間地電位差就會高達幾千甚至幾萬伏[1]，這么高的電位差在超出儀表系統(tǒng)的極限時，就完全能夠將石化儀表系統(tǒng)及其相關的電子設備擊穿，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)在當前的石化生產(chǎn)中應用較為廣泛，系統(tǒng)中的儀表設備較多，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)正常運行也是關乎石化企業(yè)的生產(chǎn)和運行的關鍵。石化DCS控制系統(tǒng)包含了電源、儀表等設備，在遭遇雷電時，現(xiàn)場儀表和智能儀表變化產(chǎn)生相應的雷電干擾，有可能會發(fā)生因雷電損害網(wǎng)絡和變送器的設備工作，而這些設備之間由于是相互的連通，一旦發(fā)生相互干擾就會導致儀表設備的整體癱瘓，嚴重的會導致整個控制系統(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

防雷工程的設計應根據(jù)防護目標的具體情況，綜合考慮雷擊事件的風險和投資條件，確定合適的防護范圍和目標，采用適宜的防護方案，經(jīng)濟有效地防護和減少儀表系統(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、屏蔽和設置浪涌保護器等等。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

直接的雷擊防護主要通過建筑物內的防雷裝置來實現(xiàn)，就石化儀表系統(tǒng)的防雷設置來說，主要是與周圍的機泵、貯罐、換熱器、料倉、儲油罐等設備防雷一并設計，對于一些通道要采取直接接地的方式進行防雷，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置的過高，而且要做好儀表箱的接地，安裝相應的避雷針。接閃器、引下線等直擊雷防護設計都應該要符合電氣的專業(yè)標準?？傊?，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采取必要的防護措施。

3.2接地

當前，國內石油化工儀表系統(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)，保證建筑物內的接地系統(tǒng)電磁干擾不會傳導到儀表系統(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等設備的工作接地與保護接地分開，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度時，就會導致金屬物體被擊穿放電，直接損壞儀表設備。因此，在石油化工生產(chǎn)領域中，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)裝置等導電金屬設備、儀表控制室內設備等連接起來，并與儀表控制內的防雷接地系統(tǒng)連接，從而有效的預防被雷電產(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)大多是一種半導體的器件、集成電路和傳遞信號的電纜，這些設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，導致相關的電子設備失靈或損害。因此，當前儀表系統(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，從而達到保護儀表目的。

4　結語

綜上，石油化工儀表系統(tǒng)是整個生產(chǎn)作業(yè)的關鍵部件，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)的實際狀況結合起來，綜合采取有效措施予以應對。

參考文獻：

[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。