石化裝置中自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)

王勤

摘要：分析了雷電危害自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的形式，介紹了儀表系統(tǒng)防雷工程的設(shè)計(jì)原則，指出這是一項(xiàng)綜合的、系統(tǒng)工程。同時(shí)，明確了自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的主要措施；強(qiáng)調(diào)了配備電涌防護(hù)器的重要性，重點(diǎn)講解了有關(guān)電涌防護(hù)器的應(yīng)用問(wèn)題.

關(guān)鍵詞：雷電；電涌防護(hù)器（SPD）；接地裝置；儀表系統(tǒng)防雷工程

中圖分類(lèi)號(hào)：TB文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16723198（2015）04017502

如今，石化裝置大型化、一體化成為了一種趨勢(shì)，而石化生產(chǎn)裝置往往是高溫、高壓、連續(xù)化生產(chǎn)，同時(shí)，原料和成品大都屬于易燃易爆物質(zhì)。一旦發(fā)生故障，后果不堪設(shè)想。因此，不間斷的、安全、可靠的運(yùn)行成為石化生產(chǎn)必須要做到的，這就使得石油化工生產(chǎn)必不可少的神經(jīng)中樞——自動(dòng)化儀表系統(tǒng)成為舉足輕重的角色。然而，由于自動(dòng)化儀表系統(tǒng)遭到雷擊或雷電電磁脈沖干擾而造成生產(chǎn)裝置、機(jī)組停運(yùn)的情況，近年來(lái)時(shí)有發(fā)生，所以，人們?cè)絹?lái)越重視儀表控制系統(tǒng)的防雷問(wèn)題。

1雷電危害自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的形式

要解決防雷問(wèn)題首先要搞清楚雷電侵害自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的形式，它可分成三種情況：（1）直擊雷；（2）地電位反擊；（3）雷電電磁感應(yīng)。對(duì)于第一種情況，我們可以采用設(shè)置避雷針等手段予以解決；對(duì)于第二種情況，就要求我們要按照電氣有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定做好全廠的等電位連接系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；而對(duì)于第三種情況，則需要通過(guò)設(shè)置電涌防護(hù)器、屏蔽電線(xiàn)電纜、合理布線(xiàn)等措施予以解決。

2儀表系統(tǒng)防雷工程的設(shè)計(jì)原則

在工程設(shè)計(jì)中一般遵循文獻(xiàn)[1]的要求：防雷等級(jí)為一級(jí)的區(qū)域和控制室應(yīng)實(shí)施儀表系統(tǒng)防雷工程；防雷等級(jí)為二級(jí)的區(qū)域和控制室宜實(shí)施儀表系統(tǒng)防雷工程；防雷等級(jí)為三級(jí)的區(qū)域和控制室可實(shí)施儀表系統(tǒng)防雷工程。

3自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的主要措施

儀表系統(tǒng)防雷工程是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)采用綜合防護(hù)的方法，它是與建筑物防雷工程、供電系統(tǒng)防雷工程密切相關(guān)的。

儀表系統(tǒng)雷電防護(hù)，主要包括：（1）外部雷電防護(hù)措施，包括：接閃器；引下線(xiàn)；接地裝置等。（2）內(nèi)部雷電防護(hù)措施，包括：電信電纜的屏蔽；機(jī)柜的屏蔽；等電位連接與接地；合理布線(xiàn)；配備電涌防護(hù)器等。其中，配備電涌防護(hù)器是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)。

4電涌防護(hù)器的應(yīng)用

電涌防護(hù)器（SPD）也稱(chēng)浪涌保護(hù)器，它是用于限制瞬態(tài)過(guò)電壓和分流電涌電流，保護(hù)電器或電子設(shè)備的器件。正確應(yīng)用電涌防護(hù)器可有效消除電涌對(duì)儀表系統(tǒng)的影響。

4.1電涌防護(hù)器的設(shè)置原則

（1）當(dāng)信號(hào)電纜在室外地面以上敷設(shè)的水平直線(xiàn)距離大于100m或垂直距離大于10m時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)儀表和控制室儀表兩端宜設(shè)置電涌防護(hù)器。即使是埋地敷設(shè)的，最好也設(shè)置電涌防護(hù)器。

（2）儀表及其線(xiàn)纜敷設(shè)均在室內(nèi)的，無(wú)須設(shè)置電涌防護(hù)器。

（3）不夠防雷等級(jí)的區(qū)域和控制室不應(yīng)設(shè)置電涌防護(hù)器。

4.2電涌防護(hù)器設(shè)置對(duì)象的選擇

（1）設(shè)置電涌防護(hù)器的儀表包括：安全儀表系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)儀表端；變送器現(xiàn)場(chǎng)端；電氣閥門(mén)定位器及電磁閥等現(xiàn)場(chǎng)電信號(hào)執(zhí)行器類(lèi)儀表端；熱電阻現(xiàn)場(chǎng)端；電子開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)端；可燃/有毒氣體報(bào)警器現(xiàn)場(chǎng)端。

（2）不設(shè)置電涌防護(hù)器的儀表包括：熱電偶現(xiàn)場(chǎng)端可不設(shè)置電涌防護(hù)器；觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)端不應(yīng)設(shè)置電涌防護(hù)器；配電間及電氣控制室來(lái)的機(jī)泵信號(hào)可不設(shè)置電涌防護(hù)器。

4.3電涌防護(hù)器的選型

（1）電涌防護(hù)器的主要參數(shù)的選擇。

我們需要考慮的主要參數(shù)有In、Uc、Up和響應(yīng)時(shí)間等，In、Uc和Up越大越好，但過(guò)分放大會(huì)導(dǎo)致過(guò)度防護(hù)，造成用戶(hù)成本的上升。

（2）電涌防護(hù)器類(lèi)型的選擇。

①根據(jù)儀表的防爆等級(jí)，選擇相應(yīng)的電涌防護(hù)器，如儀表為隔爆的，那么電涌防護(hù)器也選擇隔爆的。

②電涌防護(hù)器的工作電壓、信號(hào)類(lèi)型與線(xiàn)制應(yīng)與儀表相一致。

③通常情況下模塊式（通用式）電涌防護(hù)器適用于控制室側(cè)設(shè)備的電涌防護(hù)，另一種電涌防護(hù)器是裝配式的，它適用于現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的儀表設(shè)備的電涌防護(hù)，一般為金屬外殼。

4.4電涌防護(hù)器的安裝及接線(xiàn)

（1）現(xiàn)場(chǎng)儀表側(cè)電涌防護(hù)器的安裝及接線(xiàn)。

現(xiàn)場(chǎng)儀表宜采用裝配式電涌防護(hù)器，也可以采用內(nèi)置集成式電涌防護(hù)器，或模塊式電涌防護(hù)器。裝配式電涌防護(hù)器可通過(guò)螺紋直接與現(xiàn)場(chǎng)儀表的出線(xiàn)端口相連，這樣可以盡量減少?gòu)碾娪糠雷o(hù)器到被保護(hù)儀表的距離，極易滿(mǎn)足接線(xiàn)長(zhǎng)度不大于0.5m的規(guī)范要求，該電涌防護(hù)器與被保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表為并聯(lián)連接。當(dāng)然，我們也可以采用另一種方式，即采用模塊式電涌防護(hù)器。模塊式電涌防護(hù)器安裝在儀表保護(hù)箱內(nèi)，該保護(hù)箱與現(xiàn)場(chǎng)儀表的距離不要大于5m，它們之間的電纜應(yīng)穿鋼管（或小型儀表橋架）進(jìn)行敷設(shè)。電涌防護(hù)器與被保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)儀表為串聯(lián)連接，即該電涌防護(hù)器的輸入端接現(xiàn)場(chǎng)儀表，而輸出端接控制室內(nèi)的電涌防護(hù)器，如圖1所示。

圖1安裝在義表保護(hù)箱中的電涌防護(hù)器

與被保護(hù)儀表接線(xiàn)圖（2）控制室側(cè)電涌防護(hù)器的安裝及接線(xiàn)。

在控制室內(nèi)，模塊式的電涌防護(hù)器將通過(guò)導(dǎo)軌，安裝在盤(pán)柜內(nèi)，當(dāng)電涌防護(hù)器的數(shù)量較多時(shí)，可設(shè)置電涌防護(hù)器柜。電涌防護(hù)器將串聯(lián)在儀表回路中，其輸入端與現(xiàn)場(chǎng)側(cè)的信號(hào)相連，輸出端與控制系統(tǒng)的I/O卡相接，若設(shè)置有安全柵，則電涌防護(hù)器的輸出端與安全柵相接。安全柵再與控制系統(tǒng)的I/O卡相接。當(dāng)電涌防護(hù)器與安全柵混裝在同一盤(pán)柜內(nèi)時(shí)，各自應(yīng)安裝在自己的獨(dú)立導(dǎo)軌上。

4.5電涌防護(hù)器的接地

在控制室，電涌防護(hù)器的接地匯流導(dǎo)軌、安全柵接地匯流導(dǎo)軌及機(jī)柜工作接地匯流條應(yīng)相互連接，形成等電位接地，所選用的多股銅芯導(dǎo)線(xiàn)的截面積為6mm2，所形成的連接電阻值不應(yīng)超過(guò)1Ω。

在現(xiàn)場(chǎng)安裝電涌防護(hù)器的儀表保護(hù)箱、電纜保護(hù)鋼管及被保護(hù)儀表，應(yīng)進(jìn)行等電位連接，并就近接地。電涌防護(hù)器的接地連線(xiàn)應(yīng)為截面積2.5mm2的多股絞合絕緣銅線(xiàn)。

4.6電纜的輻射和屏蔽

現(xiàn)場(chǎng)儀表電纜敷設(shè)時(shí)應(yīng)穿鋼管、封閉鋼板結(jié)構(gòu)的儀表橋架，儀表與鋼管、鋼管與鋼管、鋼管與儀表橋架間應(yīng)有良好的電氣連接。

儀表電纜應(yīng)采用屏蔽電纜。對(duì)于外屏蔽層應(yīng)至少在兩端接地，內(nèi)屏蔽層應(yīng)在一端接地。

4.7電涌防護(hù)器的壽命與維護(hù)

任何儀表都有使用壽命，電涌防護(hù)器也是如此。確保電涌防護(hù)器的“健康”，同樣是保證自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷效果不可或缺的。為此，電涌防護(hù)器應(yīng)定期或在發(fā)生雷電之后進(jìn)行“健康”檢查，及時(shí)更新已“衰老的”電涌防護(hù)器，切實(shí)做好維護(hù)工作，確保電涌防護(hù)器的有效使用。目前，已有廠家開(kāi)發(fā)了智能型電涌防護(hù)器產(chǎn)品（僅限模塊式），該產(chǎn)品是將模塊集中在盤(pán)柜內(nèi)，通過(guò)盤(pán)柜面板上的液晶顯示屏，查詢(xún)內(nèi)部各防雷模塊的工作狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制室內(nèi)所有儀表信號(hào)的防雷情況。并可隨時(shí)在線(xiàn)插拔，更新模塊，方便防雷模塊的維護(hù)。

5結(jié)束語(yǔ)

為了提高石化裝置中自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的防雷效果，在實(shí)施儀表防雷工程時(shí)，一定要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)裝置以等電位連接的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，從現(xiàn)場(chǎng)儀表、控制室、儀表信號(hào)和電源線(xiàn)等多方面考慮，采用接閃、屏蔽、等電位連接、接地裝置、電涌保護(hù)等多種措施，進(jìn)行綜合防護(hù)，電氣、建筑、自控等專(zhuān)業(yè)要協(xié)同合作。同時(shí)，還需特別指出，設(shè)置電涌防護(hù)器是儀表防雷工程各項(xiàng)工作中的重中之重，一定要合理正確的設(shè)置電涌防護(hù)器，滿(mǎn)足規(guī)范要求。對(duì)于儀表防雷工程來(lái)說(shuō)，我們要在兼顧投資與運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上，建立合理、有效的自動(dòng)化儀表防雷系統(tǒng)，以確保石化裝置的長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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