陳奔泉 譚洪偉(中石油管道有限責(zé)任公司西氣東輸 分公司廣東管理處，廣東 廣州 510665)

0 引言

天然氣能源最早是被應(yīng)用于個(gè)體用戶的，隨著對天然氣能源的持續(xù)開發(fā)和大量引用，現(xiàn)在天然氣能源已經(jīng)進(jìn)軍我國工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，對我國社會生產(chǎn)起到了很大的促進(jìn)作用。在工業(yè)自動化控制技術(shù)的發(fā)展前景下，天然氣應(yīng)用過程中面臨的最大挑戰(zhàn)就是智能化的天然氣儀表系統(tǒng)經(jīng)常會承受較大的使用壓力，其中包括儀表系統(tǒng)絕緣強(qiáng)度較低，承受電壓較大，無法抵御雷擊等問題。部分天然氣儀表系統(tǒng)的附近區(qū)域發(fā)生雷擊之后，雷電經(jīng)過電壓的傳輸和脈沖電磁場的過濾環(huán)節(jié)之后，也會通過電流影響儀表系統(tǒng)的正常工作。雷擊給天然氣自動化儀表系統(tǒng)帶來的影響有很多，雷擊不僅會對天然氣自動化儀表系統(tǒng)造成損壞，也會對工作人員的人身安全造成威脅。

1 天然氣流量自動計(jì)量現(xiàn)狀

天然氣流量自動計(jì)量是通過對天然氣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和分析后最終算出的體積流量。所以天然氣流量自動計(jì)量的特點(diǎn)使精準(zhǔn)程度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。在實(shí)際使用過程中，天然氣流量自動計(jì)算模式有多種類型，智能儀表盤的類型也有很多，例如多參數(shù)儀表，單參數(shù)儀表，溫度傳感器等。上述幾種類型都是在實(shí)際應(yīng)用中常見的幾種儀表類型，屬于集成度極高的流量計(jì)量儀表系統(tǒng)，為天然氣流量自動計(jì)量工作帶來了不少便利。

2 雷擊對智能儀表系統(tǒng)的危害形式

2.1 直接雷擊

直接雷擊是智能儀表系統(tǒng)損壞的常見形式。當(dāng)現(xiàn)場儀表系統(tǒng)被雷電直接擊中之后，儀表系統(tǒng)內(nèi)部的傳感器設(shè)備會產(chǎn)生相應(yīng)的損壞。當(dāng)雷電沒有直接計(jì)入儀表系統(tǒng)，而是集中到與儀表系統(tǒng)相連接的管道設(shè)備時(shí)，也屬于直接雷擊。雷電對現(xiàn)場儀表系統(tǒng)的損壞會直接作用于內(nèi)部電子線路電子設(shè)備上。所以當(dāng)雷電直接擊中現(xiàn)場儀表設(shè)備之后，經(jīng)常會造成儀表設(shè)備的直接癱瘓。而雷電流在擊中儀表設(shè)備之后，會通過儀表支架流入大地，在儀表附近形成一個(gè)極其強(qiáng)大的感應(yīng)磁場，這種磁場會進(jìn)而影響附近其它的電子設(shè)備。直接雷擊必然會造成信號傳輸回路的癱瘓，不僅會損壞儀表設(shè)備，還會對室內(nèi)的電子設(shè)備造成損壞。

2.2 感應(yīng)雷擊

2.2.1 靜電感應(yīng)

并不是所有儀表系統(tǒng)的損壞都是由雷電直接擊中造成的，當(dāng)雷電沒有直接集中現(xiàn)場儀表系統(tǒng)的任何設(shè)備時(shí)，同樣會對雷電系統(tǒng)造成一定程度的損傷。雷電是由雷云聚積形成的，在雷云聚集過程中所形成的磁場會引導(dǎo)地面物體，尤其是材質(zhì)屬于導(dǎo)體的物體聚集大量的電荷，當(dāng)電荷聚集到一定程度之后，就會產(chǎn)生放電行為。電流會通過地底的信號傳輸線路進(jìn)入現(xiàn)場儀表系統(tǒng)，從而影響現(xiàn)場儀表系統(tǒng)和電子設(shè)備的正常工作，偶爾會出現(xiàn)的嚴(yán)重后果是造成儀表系統(tǒng)和用電設(shè)備的損壞，其實(shí)這也說明了感應(yīng)雷擊對儀表系統(tǒng)和電子設(shè)備的損壞程度并不是很高，至少相較于直接雷擊行為造成的后果還是屬于輕后果范疇之內(nèi)的。但是靜電感應(yīng)對現(xiàn)場儀表系統(tǒng)和用電設(shè)備正常工作還是會起到一定程度的影響，沒有釀成較大后果的原因主要在于，放電電流若是想要對儀表系統(tǒng)和用電設(shè)備造成直接損壞，則需要一定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)額的電量。而放電電流若是想要聚集足以損壞現(xiàn)場儀表和用電設(shè)備的電量，需要一定的時(shí)間，一般情況下在這段時(shí)間之內(nèi)操作人員已經(jīng)采取了相應(yīng)的解決措施，將可能出現(xiàn)的最嚴(yán)重的后果扼殺在搖籃里。

2.2.2 電磁脈沖輻射

電子脈沖輻射也是造成天然氣現(xiàn)場儀表系統(tǒng)損傷的主要因素，是指通過雷擊電流在空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁場不斷的向外輻射電磁波，輻射范圍較廣，會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，就會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢或者感生電流。屬于金屬導(dǎo)體的電子設(shè)備承受不了感應(yīng)電動勢和感生電流的沖擊，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。

3 天然氣自動化儀表系統(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)也屬于外來因素對儀表系統(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外接、導(dǎo)流等措施的綜合應(yīng)用，才能真正做到對儀表系統(tǒng)的防護(hù)。接閃是防雷的主要措施之一，這種措施是通過儀表系統(tǒng)所屬的建筑物防雷裝置來實(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)的過程中也會將現(xiàn)場儀表系統(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)場整體防護(hù)的效果。

3.2 均壓

對雷擊損害自動化儀表系統(tǒng)過程進(jìn)行分析之后，會發(fā)現(xiàn)當(dāng)雷電擊中儀表系統(tǒng)后，雷擊電流所經(jīng)過的路徑的電位會瞬間升高。當(dāng)雷擊電流經(jīng)過路徑的電位升高之后，就會與正常構(gòu)件的電位形成電流差。這種瞬時(shí)的電流差通常會超過二者之間的絕緣耐受強(qiáng)度，從而產(chǎn)生的電能會對儀表系統(tǒng)直接造成損壞。這就是雷擊對自動化儀表系統(tǒng)造成損壞的整個(gè)過程。罪魁禍?zhǔn)拙褪钱?dāng)雷擊中儀表系統(tǒng)之后產(chǎn)生的瞬時(shí)的高電流。針對這一特性可以發(fā)現(xiàn)，如果能夠成功地將這種由雷擊產(chǎn)生的瞬時(shí)高電流疏導(dǎo)至自動儀表系統(tǒng)外，或者同時(shí)分?jǐn)偨o幾個(gè)儀表構(gòu)件，來達(dá)到與正常路徑的電流差不超過正常值的效果。這樣就可以有效地保護(hù)儀表系統(tǒng)的正常運(yùn)行。均壓，就是根據(jù)這種解決原理而形成的解決方案，通常在雷電天氣來臨之前，會將現(xiàn)場儀表系統(tǒng)中所有的屬于金屬導(dǎo)體材質(zhì)的構(gòu)件全部連接在一起，包括室外自動化儀表系統(tǒng)的金屬構(gòu)件和室內(nèi)控制設(shè)備的金屬構(gòu)件。形成一個(gè)通暢的整體電路，然后在室外增加一個(gè)與儀表控制室相連的防雷接地系統(tǒng)。當(dāng)雷電天氣來臨之后，自動化儀表系統(tǒng)遭受雷擊產(chǎn)生的大量電流會均攤給相互連接的金屬設(shè)備，這是每一個(gè)金屬設(shè)備所負(fù)荷的電流是相同的，且與正常的電流值之間的電流差是絕緣耐受強(qiáng)度之內(nèi)的數(shù)值。這些電流會通過防雷接地系統(tǒng)慢慢的導(dǎo)出，直至不再影響自動化儀表系統(tǒng)。在這整個(gè)過程中，自動化儀表系統(tǒng)的正常工作是不會受到影響的，這種完善等位電位連接已經(jīng)成為天然氣集輸站場自動化儀表系統(tǒng)防雷擊的主要措施。

4 結(jié)語

天然氣能源給我國社會發(fā)展提供了新的路徑，也影響了我國社會資源的生產(chǎn)方式。在天然氣的使用過程中，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)過程中還可通過加裝避雷針、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天然氣自動化儀表系統(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。