長輸管道儲運(yùn)自動(dòng)化儀表設(shè)備防雷技術(shù)應(yīng)用

馮濤

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速進(jìn)步，石油化工工業(yè)的發(fā)展速度也越來越快，自動(dòng)化的程度在不斷增強(qiáng)，其中，自動(dòng)化儀表在石油化工中所發(fā)揮出的作用越來越大，但是由于受到雷擊事故的破壞，導(dǎo)致機(jī)組停運(yùn)的問題經(jīng)常發(fā)生，因此如何實(shí)現(xiàn)儀表的防雷是當(dāng)前一項(xiàng)重要的工作。本文對雷電事故的發(fā)生原因和侵入儀表的途徑進(jìn)行了簡單的分析，重點(diǎn)闡述了如何有效預(yù)防雷擊對儀表的破壞。

關(guān)鍵詞：長輸管道；自動(dòng)化儀表；防雷

自動(dòng)化儀表設(shè)備在石油化工工業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用，由手動(dòng)控制逐漸變?yōu)樽詣?dòng)化控制，但是儀表也有一定的弱點(diǎn)，例如絕緣強(qiáng)度低、電壓耐受能力差等，導(dǎo)致由雷擊而引發(fā)的事故經(jīng)常出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了儀表的正常運(yùn)行，因此必須要采取科學(xué)有效的方法預(yù)防雷擊對儀表產(chǎn)生的破壞，杜絕雷擊事故的發(fā)生。

1.雷電事故發(fā)生的原因

在原油開始運(yùn)輸之前，其自身有等量的正負(fù)離子，并且為中性；在石油運(yùn)輸?shù)倪^程中，原油同管壁二者之間不斷產(chǎn)生摩擦而出現(xiàn)靜電荷，同一極性的離子，被管道吸附住，導(dǎo)致貼近管壁低流處的原油中包含了過剩的異性離子；當(dāng)原油流動(dòng)時(shí)，異性離子同原油中的自由離子分離開，從而產(chǎn)生電荷。

由于異性電荷具有自然相吸的特點(diǎn)，因此與其對應(yīng)的極性電荷就會向著原油運(yùn)輸?shù)姆较蜻M(jìn)行傳導(dǎo)。產(chǎn)生電荷的原因同流速、離子的含量以及原油的面積有著直接的關(guān)系，流速越快、管道越長，其靜電產(chǎn)生的速度也就越快。由于雷電包含了高電荷云團(tuán)，云團(tuán)在地球表面形成了靜電場，電場會在設(shè)備、油罐的感應(yīng)出相反的電荷，同時(shí)會跟隨云團(tuán)進(jìn)行移動(dòng)，雷擊會使電荷中和，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)電流流向雷擊點(diǎn)。

2.雷電侵入儀表的途徑

2.1雷電直擊

雷電直接擊中自動(dòng)化儀表設(shè)備，對設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。

2.2雷電感應(yīng)

防雷設(shè)備或金屬架構(gòu)接閃時(shí)，在引下線中會通過電流，對附近的電纜產(chǎn)生電磁感應(yīng)；或者閃電的放電形成電磁場，電磁場通過電阻、電容在設(shè)備上感應(yīng)出電壓，通過電纜等介質(zhì)直接通入儀表系統(tǒng)，對儀表造成嚴(yán)重的干擾。

2.3雷電反擊

控制系統(tǒng)是單獨(dú)接地的，如果變送器周圍的設(shè)備受到雷電擊中之后，由于地電位的浮動(dòng)，導(dǎo)致變送器和控制系統(tǒng)之間的地電位差距巨大，足以把儀表擊穿。

3.儀表的防雷措施

3.1屏蔽

儀表中包含了很多集成電路、電纜、半導(dǎo)體器件，當(dāng)遭受雷擊時(shí)，瞬態(tài)電磁脈沖能夠直接導(dǎo)入這些器件上，導(dǎo)致設(shè)備適量或損壞，采用屏蔽體來預(yù)防電磁脈沖是一種常見的方法，防雷屏蔽主要分為下面幾個(gè)方面。

（1）現(xiàn)場儀表屏蔽：可以在儀表外罩上金屬箱來屏蔽雷擊，金屬箱要接入防雷接地系統(tǒng)。

（2）控制室屏蔽：控制系統(tǒng)是儀表的核心，對雷電的電磁脈沖非常敏感，因此對控制系統(tǒng)的屏蔽工作是非常重要的?？刂剖沂敲芊獾慕Y(jié)構(gòu)，可以把室內(nèi)墻壁中的結(jié)構(gòu)鋼筋交點(diǎn)處連接，同時(shí)與金屬門框焊接，形成屏蔽籠，在室內(nèi)的四周再安置一圈保護(hù)接地環(huán)，要把屏蔽籠和接地環(huán)二者直接進(jìn)行電氣連接。

（3）信號線、電源線屏蔽：為了避免雷電在信號線、電源線上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，要使用代用金屬屏蔽層的線路；線路的屏蔽層沿線路要多點(diǎn)接地，一方面能提高安全的程度，另一方面也有效的抑制了低頻的干擾。

3.2接閃

石油化工工業(yè)在室外建立了很多設(shè)備，例如貯罐、換熱器、料倉等，這些設(shè)備之間都是使用管線連接到一起的，必須在設(shè)計(jì)的過程中考慮到防雷問題。對于一些管道、較厚的密閉容器以及金屬構(gòu)架，兩接地點(diǎn)之間的距離要小于30米，如果必須大于30米就要增加接地點(diǎn)，其沖擊接地的電阻不能超過30Ω；這樣做的目的就在于要管道、容器和構(gòu)架自身來承擔(dān)引下線的功能，同接地裝置二者之間形成防雷裝置，對于壁較厚和設(shè)備和管道，遭受雷擊之后損傷不大。儀表裝置在構(gòu)架中，因此受到了一定的保護(hù)。

對于電纜來講，由于范圍較大，有些區(qū)域的電纜橋架處于裝置區(qū)外，極容易受到雷擊，可以采用安裝避雷針的方法，把電纜置于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)，但需要特別注意的是，避雷針同橋架之間要有一定的距離，避免二次雷擊的問題出現(xiàn)。另外高處的儀表也極容易受到雷擊的損壞，因此盡可能不把儀表安置在高處，如果必須安裝就要安裝儀表箱，同時(shí)具備良好的接地，也可以安裝避雷針。

3.3電涌

為了更好的避免雷電對儀表的破壞，還需要采用電涌保護(hù)，電涌保護(hù)要在外部防雷的基礎(chǔ)上，同內(nèi)部防雷措施項(xiàng)目配合。所謂電涌保護(hù)就是保護(hù)設(shè)備不受到雷電電涌的破壞，電涌是指瞬態(tài)電沖擊，如果不采取有效的方法進(jìn)行控制，就會極大的損壞設(shè)備。

（1）電源電涌保護(hù)：為了更好的提高供電的可靠性，通常儀表是采用雙路供電，也就是對于雙路供電負(fù)載一路采用UPS，另外一路采用獨(dú)立的穩(wěn)壓市電或UPS，對于單路交流供電的負(fù)載采用UPS方案，當(dāng)一路供電出現(xiàn)問題時(shí)，能夠向兩外一路供電。

（2）信號電涌保護(hù)：信號電涌保護(hù)分為兩種，分別為室內(nèi)系統(tǒng)保護(hù)和室外儀表保護(hù)，由于成本等因素，對于室外比較特殊的儀器、室內(nèi)容易遭受雷擊的儀表都要配置電涌保護(hù)器，對于其它回路中要采用保險(xiǎn)絲限流。

3.4合設(shè)接地

當(dāng)前儀表系統(tǒng)的接地有兩種，分別為浮地和多點(diǎn)接地。

（1）浮地：儀表的工作地同建筑的接地系統(tǒng)斷開，接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不會進(jìn)入儀表中，地電位對儀表也就不會產(chǎn)生影響。

（2）多點(diǎn)接地：儀表、DCS、PLC等設(shè)備的工作接地同保護(hù)接地?cái)嚅_，優(yōu)點(diǎn)在于能夠就近接地，但是如果雷電波通過接地進(jìn)入系統(tǒng)，對電路也會造成極大的損壞。

這兩種接地方式的防雷效果都非常不好，所以要把保護(hù)地、工作地、防雷地連接到一起，同時(shí)接入防雷接地系統(tǒng)，這種方法稱為合設(shè)接地系統(tǒng)，能夠消除接地點(diǎn)中的電位差，有效控制接地點(diǎn)的放電現(xiàn)象。

4.總結(jié)

通過上述分析能夠看出，雷擊事故對自動(dòng)化儀表設(shè)備來講破壞力非常大，因此必須要采取有效的辦法預(yù)防雷擊，要對生產(chǎn)裝置加以優(yōu)化，要從現(xiàn)場儀表、電源線等多個(gè)角度進(jìn)行思考，在施工和驗(yàn)收階段要嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，保證設(shè)備運(yùn)行的安全性，提高儀表的導(dǎo)體導(dǎo)電能力，盡最大的可能避免雷擊事故的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]李忠明.儀表設(shè)備的防雷保護(hù)[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2012，（05）：195-197.

[2]李楨.自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的探討[J].石油化工自動(dòng)化，2008，（05）：68-71.

[3]韓春娟.輸氣站防雷技術(shù)設(shè)計(jì)與研究[D].東北石油大學(xué)，2013.