油氣處理廠站電子設(shè)備雷擊事件原因分析及整改措施

張曉花（中國(guó)石油工程項(xiàng)目管理公司天津設(shè)計(jì)院，天津300457）

0 引言

油氣處理廠站內(nèi)建筑物、管道及其他暴露在室外的設(shè)備，特別是儀器儀表等電子設(shè)備更容易遭受雷擊的損害，輕則干擾信號(hào)傳輸，重則造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。目前，傳統(tǒng)的避雷針?lè)览追绞饺员皇褂茫聦?shí)證明正確的避雷針使用方法也是經(jīng)濟(jì)和有效的一種避雷方式。但是隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，特別是自動(dòng)控制系統(tǒng)的完善和信息化的不斷發(fā)展，大量現(xiàn)代精密電子設(shè)備的涌入，使避雷針對(duì)這些電子設(shè)備的保護(hù)顯得無(wú)能為力[1]。某陸上終端處理廠地處水陸交界區(qū)域，主廠區(qū)位于半山腰，南側(cè)靠山，東、西、北側(cè)臨海，廠區(qū)地基為開(kāi)山巖石填充，土壤電阻率大、阻抗高，并且周圍無(wú)遮擋物，較為空曠，屬于明顯的引雷區(qū)。且生產(chǎn)工藝區(qū)設(shè)備多為金屬構(gòu)件，易受雷擊。在處理廠附近海面的雷電形成過(guò)程中，帶有正負(fù)電荷的云團(tuán)受海風(fēng)（風(fēng)向、風(fēng)速）影響，更易靠近處理廠內(nèi)設(shè)備，帶有正負(fù)電荷的云團(tuán)在云內(nèi)放電或?qū)Φ胤烹娺^(guò)程中，使處理廠內(nèi)設(shè)備遭受雷擊影響的概率增大。

1 雷電損害電子設(shè)備對(duì)主要途徑

雷電損害電子設(shè)備主要有三種途徑：一是直擊雷經(jīng)過(guò)接閃器（如避雷針、避雷帶、避雷網(wǎng)等）和引下線而泄放入地；二是雷電流沿引下線入地時(shí)，在引下線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，引下線周圍的各種金屬管線上經(jīng)感應(yīng)而產(chǎn)生過(guò)電壓；三是在建筑物外受直擊雷而加載的雷電壓沿進(jìn)出建筑物的電源線或信號(hào)線竄入電子設(shè)備[2]。

2 處理廠雷擊事故原因分析及整改措施

2019 年8 月，由于持續(xù)的強(qiáng)雷電天氣，導(dǎo)致處理廠內(nèi)部分儀表設(shè)備跳變及損壞等情況發(fā)生，對(duì)處理廠的平穩(wěn)運(yùn)行及正常生產(chǎn)產(chǎn)生了不利的影響，如何預(yù)防高雷區(qū)儀表設(shè)備的防雷問(wèn)題已迫在眉睫，下面對(duì)雷擊事故原因進(jìn)行了分析，并提出了行之有效的整改措施，事實(shí)證明。這些整改措施對(duì)儀表設(shè)備防雷起著至關(guān)重要的作用。

2.1 海管上岸段及預(yù)處理區(qū)

雷擊事故發(fā)生后，海管上岸部分和預(yù)處理區(qū)現(xiàn)場(chǎng)變送器全部發(fā)生跳變，原因分析及整改措施如下：

（1）現(xiàn)場(chǎng)變送器已加裝了菲尼克斯的一端口信號(hào)浪涌保護(hù)器，且各項(xiàng)參數(shù)均滿足正常工作需求。

整改措施：

在接線箱內(nèi)安裝兩端口的串聯(lián)式信號(hào)SPD；

在變送器外加裝316 不銹鋼箱體，且箱體要做可靠接地處理；為了增加箱體抗電磁場(chǎng)干擾的能力，將箱體內(nèi)層涂一層導(dǎo)磁材料，這樣不僅起到了防腐功能，又增強(qiáng)了變送器抗電磁脈沖能力。

（2）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量了接地扁鋼的直流接觸電阻阻值，發(fā)現(xiàn)接觸電阻高達(dá)700 多豪歐姆。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)的扁鋼連接均為單螺栓壓接，且壓接處未經(jīng)過(guò)任何防腐處理，均為露天安裝，日積月累接地扁鋼生銹，從而導(dǎo)致接觸電阻升高。

整改措施：

在海管上岸段的兩個(gè)變送器箱內(nèi)設(shè)置接地匯流排，現(xiàn)場(chǎng)變送器等的接地線先連接到該接地排上，接地匯流排與接地網(wǎng)之間再用兩根（冗余設(shè)計(jì)）25mm2的BVR 線取代現(xiàn)有的接地扁鋼使變送器進(jìn)行有效的接地處理。

（3）現(xiàn)場(chǎng)所有的儀表控制電纜均采用屏蔽雙絞線，均只有單層屏蔽，并且屏蔽層一端只在機(jī)柜內(nèi)做單點(diǎn)接地。

經(jīng)分析，造成變送器產(chǎn)生跳變的原因?yàn)椋?/p>

對(duì)信號(hào)電纜的屏蔽，只在一端接地，另一端懸空，但單端接地只能做到防止靜電感應(yīng)（即電容性耦合），對(duì)電磁感應(yīng)（即電感耦合）的干擾產(chǎn)生不了抑制作用，致使雷電波輕而易舉的侵入。

管道接地不良，當(dāng)雷擊中管道時(shí)形成的地電位反擊對(duì)變送器造成影響。

整改措施：

如信號(hào)電纜屏蔽層只做了單端接地，可以利用其金屬走線槽在兩端和每隔一定距離設(shè)一個(gè)接地點(diǎn)，在雷擊時(shí)作為外屏蔽層的金屬走線槽與地構(gòu)成了環(huán)路，感應(yīng)出一電流，該電流產(chǎn)生的磁通抵消或部分抵消雷擊源磁場(chǎng)的磁通，從而大大抑制了無(wú)外屏蔽層時(shí)感應(yīng)雷的影響。

2.2 區(qū)域控制機(jī)房

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域控制機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)備接地及等電位聯(lián)接、機(jī)房綜合布線、機(jī)房屏蔽等進(jìn)行勘察、調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)：

（1）機(jī)柜內(nèi)保護(hù)接地、工作接地、防雷接地接在機(jī)柜內(nèi)同一個(gè)接地銅排上。機(jī)柜內(nèi)信號(hào)SPD與被保護(hù)設(shè)備共用一個(gè)地。

（2）金屬設(shè)備間的等電位連接措施不完善，極易引起地電位反擊；

（3）機(jī)房無(wú)空間屏蔽，雷電發(fā)生時(shí)易引起電磁干擾對(duì)設(shè)備造成損害；

整改措施：

建議各區(qū)域控制機(jī)房?jī)?nèi)在防靜電地板下采用30*3mm扁銅設(shè)置均壓環(huán)，控制機(jī)房?jī)?nèi)的金屬機(jī)柜、線槽、門窗、及各類接地系統(tǒng)接地線可連接至均壓環(huán)上。

2.3 火焰探測(cè)器

處理廠內(nèi)42個(gè)火焰探測(cè)器大部分因雷擊發(fā)生跳變，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)的火焰探測(cè)器均固定安裝在金屬管廊立柱上。當(dāng)發(fā)生雷電流泄流時(shí)，由于探頭所在位置距離地面約2.5米，而金屬管廊立柱是引下線，因此探頭所在位置與大地會(huì)形成較大的電位差，此電位差會(huì)通過(guò)探測(cè)器的金屬外殼反擊到探測(cè)器內(nèi)部的電子元器件，從而使火焰探測(cè)器受到干擾或損壞。

整改措施：

廠區(qū)42個(gè)火焰探測(cè)器已采用40*4mm熱鍍鋅扁鋼和10mm2接地線做外殼接地處理，為解決火焰探測(cè)器遇強(qiáng)雷天氣再次跳變問(wèn)題，對(duì)火焰探測(cè)器進(jìn)行了如下處理：

（1）在火焰探測(cè)器固定抱箍與金屬固定件之間采用聚四氟材料做絕緣處理；

（2）在火焰探測(cè)器端并聯(lián)安裝一端口信號(hào)浪涌保護(hù)器。

2.4 中央控制室

（1）中央控制室內(nèi)設(shè)置有各類電子設(shè)備，但僅設(shè)置了一級(jí)電涌保護(hù)器，不符合GB50343[3]的要求；樓內(nèi)大屏顯示、計(jì)算機(jī)、交換機(jī)等均為精密電子設(shè)備，其雷電防護(hù)水平僅為1500V,而室內(nèi)所設(shè)置SPD的保護(hù)水平為2500V，SPD難以擔(dān)負(fù)起對(duì)計(jì)算機(jī)、顯示屏等設(shè)備對(duì)雷電防護(hù)的要求。

整改措施：

應(yīng)在中央控制室設(shè)置三級(jí)以上電涌保護(hù)器，為此建議在機(jī)柜室的配電箱內(nèi)加裝滿足II 類試驗(yàn)要求的SPD，其保護(hù)水平應(yīng)不大于1800V；在計(jì)算機(jī)、大屏顯示、機(jī)柜等電子設(shè)備的取電處設(shè)置一級(jí)滿足II 類試驗(yàn)要求的SPD，其保護(hù)水平應(yīng)不大于1500V。

（2）中央控制室、機(jī)柜間金屬吊頂無(wú)接地措施，發(fā)生雷擊時(shí)有“異響”或“放電”現(xiàn)象。

整改措施：

中央控制室、機(jī)柜間金屬吊頂支架采用10mm2接地線做接地處理。

2.5 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

生產(chǎn)區(qū)、生活區(qū)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多次因雷擊造成設(shè)備損壞，其中包括前端的煙感探頭、手動(dòng)報(bào)警觸發(fā)器，后端控制柜/箱內(nèi)的控制卡件。造成其損壞的原因是雷電發(fā)生時(shí)其電源線路、信號(hào)線路上產(chǎn)生雷電過(guò)電流導(dǎo)致的。

整改措施：

（1）在火災(zāi)報(bào)警控制柜內(nèi)加裝1 路220VAC 電源浪涌保護(hù)器，1路24VDC直流電源浪涌保護(hù)器，各火災(zāi)報(bào)警控制柜內(nèi)每一信號(hào)回路安裝1 套全模式保護(hù)信號(hào)浪涌保護(hù)器（Imax：20KA，Up：≤55V）。

（2）在消防控制機(jī)房電源總配電箱內(nèi)并聯(lián)安裝1 套全模式保護(hù)三相電源浪涌保護(hù)器（Uc：335VAC，Iimp：12.5KA，Up：1.2KV）。

（3）重要終端負(fù)載加裝電源防雷插排，Imax≥10KA；Up≤0.8KV。

2.6 廠區(qū)金屬圍欄

處理廠南側(cè)靠山，東、西、北空曠臨海，其距離海平面60m高，由于處理廠區(qū)四周的金屬圍欄未做任何接地處理，因此雷電發(fā)生時(shí)容易發(fā)生地滾雷對(duì)廠區(qū)內(nèi)的設(shè)備造成損壞。

整改措施：

廠區(qū)四周金屬圍欄每隔30米做一次接地處理，接地電阻＜10歐姆。

3 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)近三年該處理廠雷電經(jīng)濟(jì)損失情況來(lái)看，有必要組織專業(yè)人員在雷電事故發(fā)生后第一時(shí)間進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)勘察、數(shù)據(jù)收集及現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)等工作，對(duì)現(xiàn)有防雷設(shè)施實(shí)時(shí)跟進(jìn)、維護(hù)，爭(zhēng)取以最低的成本獲得最高的防護(hù)效果。防雷維護(hù)是一項(xiàng)細(xì)致、專業(yè)、長(zhǎng)期性的工作，也可以與當(dāng)?shù)貧庀缶趾献?，?qǐng)當(dāng)?shù)貧庀缶謪f(xié)助提供當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)次數(shù)，掌握該地區(qū)雷電活動(dòng)規(guī)律，為將來(lái)進(jìn)一步研究該處理廠防雷問(wèn)題做理論數(shù)據(jù)支撐。另外。在高雷地區(qū)，要加強(qiáng)防雷設(shè)計(jì)、施工、驗(yàn)收等環(huán)節(jié)的質(zhì)量把控和技術(shù)把關(guān)，防患于未然。