代冬柏

(上海雷迅防雷技術(shù)有限公司 廣州分公司，廣州 511495)

罐區(qū)儀表系統(tǒng)雷電感應(yīng)防護(hù)

代冬柏

(上海雷迅防雷技術(shù)有限公司 廣州分公司，廣州 511495)

石油化工行業(yè)自動(dòng)化儀表系統(tǒng)采用了大量高精度電子設(shè)備，過電壓耐受能力差，容易受閃電感應(yīng)影響甚至損壞。依據(jù)雷電防護(hù)理論和標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮了石油化工罐區(qū)儀表系統(tǒng)雷電防護(hù)中部分存在的問題，從建構(gòu)筑物的直擊雷電防護(hù)、供配電感應(yīng)雷電防護(hù)和儀表系統(tǒng)感應(yīng)雷電防護(hù)等幾方面進(jìn)行了論述。儀表系統(tǒng)的感應(yīng)雷電防護(hù)包括合理布線、等電位連接、接地、電涌保護(hù)器設(shè)置等。建議采取針對(duì)性的雷電防護(hù)措施，以防止或減少儀表系統(tǒng)受雷電的損害，保證系統(tǒng)運(yùn)行安全。

儀表防雷 罐區(qū)防雷 感應(yīng)雷防護(hù) 等電位連接 電涌保護(hù)器

石油化工儲(chǔ)罐區(qū)是儲(chǔ)存易燃易爆物的場(chǎng)所，一旦遭受雷擊，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)爆炸事故；嚴(yán)重威脅設(shè)備的運(yùn)行與人員安全。油庫罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)控制儀表多，溫度、壓力、液位儀表連線及可燃?xì)怏w檢測(cè)儀表的測(cè)量線路、數(shù)據(jù)總線等，極易受雷電的影響，一旦損壞，將嚴(yán)重影響油庫生產(chǎn)的正常運(yùn)行；加強(qiáng)對(duì)油庫的雷電防護(hù)，是油庫安全生產(chǎn)的重要需求。油庫建(構(gòu))筑物及儀表設(shè)備的防雷，具有特殊性和復(fù)雜性，目前很多現(xiàn)場(chǎng)防雷環(huán)節(jié)仍有不少隱患。因此，防雷工程科學(xué)、合理地實(shí)施變得更為重要。

1 接閃桿的設(shè)置

直擊雷的防護(hù)是防雷中不可缺少的環(huán)節(jié)之一。目前有很多儲(chǔ)罐區(qū)設(shè)置有大量高聳的獨(dú)立接閃桿。接閃桿的主要機(jī)理是吸引雷電，經(jīng)針體、引下線入地，以保護(hù)接閃桿滾球半徑內(nèi)的設(shè)備不遭受直接雷擊而損壞。換言之，在雷電場(chǎng)的作用下，接閃桿針尖附近的電場(chǎng)會(huì)發(fā)生畸變，同時(shí)異種電荷集中所形成的強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)中的空氣分子因游離而產(chǎn)生的向上先導(dǎo)具有引雷作用，增加了雷電發(fā)生的幾率和泄放雷電流的強(qiáng)度，對(duì)其附近的電氣、電子設(shè)備是不利的，更容易引起因電磁感應(yīng)和地電位反擊的原因造成設(shè)備損壞或系統(tǒng)運(yùn)行中斷。

因而，接閃桿的設(shè)立是不利于儀表系統(tǒng)等設(shè)備的雷電感應(yīng)防護(hù)的，但直擊雷又是防雷中必須考慮的環(huán)節(jié)，因而綜合考慮應(yīng)采取如下措施。

1.1 建筑物直擊雷防護(hù)

配電房、辦公樓、泵房、閥室、控制室等建筑物采取在頂部敷設(shè)避雷網(wǎng)格的方式做直擊雷防護(hù)，較接閃桿降低接閃高度，降低接閃的強(qiáng)度和概率。同時(shí)，還可以起到對(duì)建筑物內(nèi)部設(shè)備空間屏蔽的作用，配電房、辦公樓、泵房、閥室等按第二類防雷建筑物考慮。依據(jù)GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]中對(duì)第二類防雷建筑物的要求，避雷網(wǎng)格不大于10m×10m或12m×8m，引下線沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，引下線間距不應(yīng)大于18m，避雷網(wǎng)材料采用熱浸鍍鋅鋼材，直徑不小于8mm。依據(jù)SH/T 3164—2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]要求，控制室應(yīng)按第一類防雷建筑物考慮，避雷網(wǎng)格不大于5m×5m或6m×4m，引下線沿建筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，引下線間距不應(yīng)大于12m。避雷網(wǎng)材料采用熱浸鍍鋅鋼材，直徑不小于8mm。

1.2 儲(chǔ)罐等構(gòu)筑物直擊雷防護(hù)

應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)罐等構(gòu)筑物材質(zhì)和其內(nèi)部物料的性質(zhì)、溫度、壓力等進(jìn)行分析，當(dāng)生產(chǎn)裝置自身對(duì)雷擊有防護(hù)能力時(shí)，可以用自身當(dāng)接閃器。如果內(nèi)部為易燃物質(zhì)或操作溫度大于其閃點(diǎn)的可燃物質(zhì)，當(dāng)塔、罐的頂部鋼或鐵板厚度大于4mm、銅板大于5mm、鋁板大于7mm時(shí)，可以用其自身當(dāng)接閃桿，不再裝設(shè)獨(dú)立接閃桿。

金屬儲(chǔ)罐應(yīng)作環(huán)型防雷接地，其接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處，并應(yīng)沿罐周均勻或?qū)ΨQ布置，其罐壁周長(zhǎng)間距不應(yīng)大于30m，接地體距罐壁的距離應(yīng)大于3m。引下線宜在距離地面0.3～1.0m裝設(shè)斷接卡，用不銹鋼螺栓加防松墊片連接。宜將儲(chǔ)罐基礎(chǔ)自然接地體與人工接地裝置相連接，其接地點(diǎn)不應(yīng)少于2處，沖擊接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

浮頂金屬儲(chǔ)罐應(yīng)采用2根截面積不小于50mm2的扁平鍍錫軟銅復(fù)絞線或絕緣阻燃護(hù)套軟銅復(fù)絞線將浮頂與罐體作電氣連接，其連接點(diǎn)不少于2處。宜采用有效的、可靠的連接方式將浮頂與罐體沿罐周做均布的電氣連接，連接點(diǎn)沿罐壁周長(zhǎng)的間距不應(yīng)大于30m。金屬儲(chǔ)罐的阻火器、呼吸閥、量油孔、人孔、切水管、透光孔等金屬附件應(yīng)等電位連接。

2 合理布線

在以前的項(xiàng)目中，存在強(qiáng)弱電電纜不分開，同槽敷設(shè)的情況；部分儀表信號(hào)線與保護(hù)地線同槽敷設(shè)的情況。儀表等弱電信號(hào)回路受工頻交流線路影響，接地線泄放雷電電涌的影響則更加嚴(yán)重，增加了儀表線路電磁感應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，加大了儀表損壞概率，或干擾正常儀表信號(hào)傳輸。

因此，建議嚴(yán)格執(zhí)行強(qiáng)弱電電纜分管槽敷設(shè)的原則，落實(shí)到每段回路。依據(jù)GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》[3]要求，參照表1落實(shí)到現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中。電子信息系統(tǒng)線纜與防雷引下線及保護(hù)地線的間距見表1所列，與電力電纜的間距見表2所列。

表1 電子信息系統(tǒng)線纜與防雷引下線及保護(hù)地線的間距 mm

表2 電子信息系統(tǒng)信號(hào)電纜與電力電纜的間距

3 等電位連接

在部分項(xiàng)目中，控制室內(nèi)設(shè)備金屬外殼、機(jī)柜外殼、線纜屏蔽層、電源地、建筑物地、防雷地、保護(hù)地等未做到全部連接到同一等電位體，部分有缺失?，F(xiàn)場(chǎng)儀表金屬管槽、儀表外殼、保護(hù)地未做到全部連接到同一等電位體，部分缺失。該類問題會(huì)導(dǎo)致各金屬體之間由于電位的不同產(chǎn)生電位差，造成設(shè)備損壞，影響設(shè)備運(yùn)行安全。

建議依據(jù)SH/T 3164—2012《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，做好等電位連接。

3.1 控制室內(nèi)等電位接地

1) 控制室內(nèi)的所有金屬結(jié)構(gòu)、管道、支架、金屬活動(dòng)地板等應(yīng)采用截面積為(4×40)mm2的熱鍍鋅扁鋼或不銹鋼連接導(dǎo)體進(jìn)行等電位連接。應(yīng)采用機(jī)械連接或焊接，焊接處應(yīng)采取防腐措施。

2) 控制室內(nèi)的儀表總接地匯總板宜在儀表交流配電柜附近設(shè)置，作為儀表系統(tǒng)泄放雷電感應(yīng)電流的接地排。對(duì)于面積大于(20×15)m2的大型機(jī)柜室，應(yīng)在室內(nèi)沿墻或適當(dāng)路徑設(shè)置延長(zhǎng)型接地排。延長(zhǎng)型接地排應(yīng)采用截面積為(4×40)mm2的銅材或熱鍍鋅扁鋼，至少通過2條路徑，直接與室外的電氣接地設(shè)施相連接。延長(zhǎng)型接地排應(yīng)采用焊接連接，焊接處有效截面積應(yīng)大于接地排的截面積[4]。

3) 控制室的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的保護(hù)接地、儀表系統(tǒng)工作接地、屏蔽接地、電涌防護(hù)器接地等應(yīng)共用接地裝置。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)儀表等電位接地

現(xiàn)場(chǎng)儀表的金屬外殼、儀表保護(hù)箱、接線箱及機(jī)柜的金屬外殼應(yīng)就近接地或與接地金屬體相連接。現(xiàn)場(chǎng)儀表金屬外殼可以通過金屬安裝支架或金屬設(shè)備自然接地。金屬設(shè)備、容器、塔器和操作平臺(tái)上的現(xiàn)場(chǎng)儀表應(yīng)與設(shè)備和操作平臺(tái)進(jìn)行等電位連接。安裝電涌保護(hù)器的接線箱、保護(hù)箱、鋼管及保護(hù)儀表應(yīng)進(jìn)行等電位連接并接地。

4 屏蔽措施

4.1 控制室部分

控制系統(tǒng)和設(shè)備都位于控制室或機(jī)柜間，要求外部建筑物是金屬框架結(jié)構(gòu)，并按一類建筑物的防雷要求采取直擊雷防護(hù)措施，這便形成了室內(nèi)控制系統(tǒng)的第一層空間屏蔽。其次，要求機(jī)柜位于建筑物的底層，最好是一樓的中心區(qū)位置，與建筑物的鋼筋立柱保持一定距離，機(jī)柜做好接地，形成機(jī)柜內(nèi)控制系統(tǒng)設(shè)備的第二層空間屏蔽。

4.2 儀表部分

儀表建議采用金屬外殼，并將外殼做好接地，如果是非金屬外殼儀表應(yīng)安裝在金屬箱內(nèi)，將金屬箱做好接地。

4.3 線路部分

儀表的供電及信號(hào)電纜應(yīng)采用雙層屏蔽措施，可采用雙層屏蔽電纜或單層屏蔽電纜外加金屬電纜槽或保護(hù)鋼管。外屏蔽層應(yīng)至少在兩端接地，內(nèi)屏蔽層應(yīng)在一端接地。屏蔽層應(yīng)全程電氣導(dǎo)通，金屬電纜槽和保護(hù)鋼管應(yīng)全程封閉。

5 接地體設(shè)置

在很多項(xiàng)目中，尤其是現(xiàn)場(chǎng)儀表、管槽等依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求均需要做好接地，但很多時(shí)候落實(shí)不到位。一方面是沒有嚴(yán)格要求，另一方面是附近找不到接地體。在項(xiàng)目初期應(yīng)多加考慮，在需要接地位置設(shè)置接地端子排，方便設(shè)備、管槽等就近接地。

6 SPD設(shè)置

在大部分項(xiàng)目中未嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置電涌保護(hù)器(SPD)，電源SPD設(shè)置未達(dá)到實(shí)際需求的多級(jí)設(shè)置，儀表終端供電處未設(shè)置以及SPD設(shè)置技術(shù)參數(shù)不符合規(guī)范要求。儀表信號(hào)控制室端和現(xiàn)場(chǎng)儀表端未設(shè)置SPD或僅在控制室端設(shè)置部分端口。上述問題，均會(huì)造成設(shè)備雷電防護(hù)措施不到位，設(shè)備損壞，信號(hào)非計(jì)劃中斷等情況。應(yīng)嚴(yán)格依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)置電源及信號(hào)SPD。

6.1 電源部分

依據(jù)文獻(xiàn)[3]，供配電線路按不同防雷區(qū)在防雷界面處設(shè)置三級(jí)或三級(jí)以上電源SPD。結(jié)合文獻(xiàn)[1]關(guān)于總配電箱等LPZ0與LPZ1邊界處SPD的設(shè)置要求，應(yīng)采用Ⅰ類試驗(yàn)的SPD。

6.2 儀表部分

在現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制室兩端電源及信號(hào)線路均應(yīng)設(shè)置匹配的SPD，依據(jù)文獻(xiàn)[2]應(yīng)設(shè)置SPD的儀表有： 安全儀表系統(tǒng)的儀表，變送器，電氣轉(zhuǎn)換器、電氣閥門定位器、電磁閥等現(xiàn)場(chǎng)電信號(hào)執(zhí)行器，熱電阻，電子開關(guān)等。

6.3 通信部分

對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信、安防監(jiān)控、火災(zāi)消防、工業(yè)電視等通信系統(tǒng)，應(yīng)依據(jù)文獻(xiàn)[1]及文獻(xiàn)[3]等相關(guān)規(guī)范，在供電線路設(shè)置電源類SPD，在信號(hào)線路的現(xiàn)場(chǎng)端和控制室端設(shè)置信號(hào)類SPD。

7 結(jié)束語

列舉了石油化工罐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)存在的不符合防雷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，雷電防護(hù)措施不正確或缺失等問題。做防雷設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，做好詳細(xì)勘察。依據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，以防雷科學(xué)理論為基礎(chǔ)，結(jié)合考慮現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際環(huán)境，匹配適應(yīng)儀表系統(tǒng)的SPD，合理采取系統(tǒng)的防雷措施，確保措施落實(shí)到每一個(gè)細(xì)節(jié)。只有這樣才能做好儀表系統(tǒng)的雷電防護(hù)，保證儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行。

[1] 林維勇，黃友根，焦興學(xué)，等.GB 50057—2010 建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國計(jì)劃出版社，2013.

[2] 葉向東，徐義亨，歐清禮，等.SH/T 3164—2012 石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京： 中國石化出版社，2012.

[3] 王德言，李雪佩，劉壽先，等.GB50343—2012 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[4] 劉全禎等.GB15599—2009 石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范[S].北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

[5] 楊永鵬，何聯(lián)合.電涌防護(hù)器在石油化工裝置中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2014，50(06)： 78-81.

[6] 葉向東.石油化工儀表系統(tǒng)防雷工程設(shè)計(jì)(Ⅰ)[J].石油化工自動(dòng)化，2008，44(03)： 1-9.

Lightning Induction Protection for Tank Farm Instrument System

Dai Dongbai

(Guangzhou Branch， Shanghai ASP Lightning ProtectiveTechnology Co. Ltd.， Guangzhou，511495，China)

s： A large number of high precision electronic components are used in instrument system in petrochemical industry， these instruments are poor with overvoltage resistant capability and more easily affected by lightning induction and even being damaged. Based on lightning protection standards and theory，combined with actual situation of lightning protection in instrument system in petrochemical tank scene， comprehensive consideration about lightning protective of instrument system including direct lightning protection of buildings， induction lightning protection from power supply and instrument system are discussed. Induction lightning protection for instrument system includes reasonable wiring， equipotential connection， grounding connection， surge protective devices setting and etc. It is suggested specific lightning protection measures should be taken to prevent or reduce instrument system from damaging by lightning to ensure system running safety.

instrument lightning protection; tank farm lightning protection; induction lightning protection; equipotential connection; surge protection device

代冬柏(1981—)，男，畢業(yè)于遼寧科技大學(xué)工業(yè)企業(yè)電氣化專業(yè)，東北財(cái)經(jīng)大學(xué)工程管理專業(yè)，現(xiàn)就職于上海雷迅防雷技術(shù)有限公司，主要從事防雷產(chǎn)品技術(shù)應(yīng)用及電氣電子設(shè)備雷電防護(hù)的相關(guān)工作，防雷產(chǎn)品開發(fā)1年，防雷工程4年，防雷技術(shù)應(yīng)用10年，任電氣工程師。

TP273

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1007-7324(2016)06-0012-03

稿件收到日期： 2016-08-02，修改稿收到日期： 2016-09-01。