石油化工系統(tǒng)中常見(jiàn)雷擊危害防治措施

石凱文

（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510655）

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石油化工系統(tǒng)中常見(jiàn)雷擊危害防治措施

石凱文

（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510655）

摘 要：在石油化工行業(yè)的建設(shè)以及生產(chǎn)過(guò)程中，非常重視其防雷接地問(wèn)題。本文主要是根據(jù)石油化工系統(tǒng)中常見(jiàn)的幾種雷擊問(wèn)題，以相關(guān)規(guī)范為基礎(chǔ)提出幾點(diǎn)解決措施，從細(xì)節(jié)方面消除石化系統(tǒng)防雷接地工作中的隱患。

關(guān)鍵詞：雷擊危害；防雷措施；等電位連接

防雷接地由于石油化工企業(yè)本身具有的特點(diǎn)而變得非常重要。第一個(gè)特點(diǎn)就是其范圍內(nèi)密集分布的易燃易爆的爆炸危險(xiǎn)氣體，由雷擊引起的火花放電會(huì)引起極其惡劣的后果。第二點(diǎn)就是大規(guī)模的石油化工廠區(qū)內(nèi)通常會(huì)出現(xiàn)大型建筑或構(gòu)筑物，這些高大型建筑或構(gòu)筑物都大大提高了石油化工廠發(fā)生雷擊的可能性。第三點(diǎn)是石油化工系統(tǒng)中通常有復(fù)雜的生產(chǎn)線，其控制系統(tǒng)容易受到雷電過(guò)電壓的傷害。

1. 簡(jiǎn)述我國(guó)石油化工系統(tǒng)中的主要雷擊危害

關(guān)于我國(guó)石油化工系統(tǒng)中的主要雷擊危害，本文主要從4個(gè)方面進(jìn)行闡述以及分析。第一個(gè)方面是直接雷擊危害。第二個(gè)方面是雷電感應(yīng)危害。第三個(gè)方面是電氣系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的雷電過(guò)電壓入侵危害。第四個(gè)方面是雷電的反擊危害。下面進(jìn)行詳細(xì)地論述。

1.1 直接雷擊危害

大型石油化工廠中的高大型建構(gòu)筑物容易受到直接雷擊危害。通常這些高大型建構(gòu)筑物本身都會(huì)設(shè)置避雷針，或者這些高大型建構(gòu)筑物本身作為接閃器。但如果在設(shè)置避雷針時(shí)沒(méi)有嚴(yán)格按照GB50057中的要求執(zhí)行滾球法，將大型儲(chǔ)罐上方的阻火器、呼吸閥至于保護(hù)范圍時(shí)，就會(huì)在高大型建構(gòu)筑物上發(fā)生直擊雷傷害。另外，在大型儲(chǔ)罐上方有時(shí)由于巡查需要，會(huì)設(shè)置繞罐護(hù)欄照明，此時(shí)燈具的金屬外殼作為罐體上突出的金屬物，會(huì)有遭受直擊雷的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 雷電感應(yīng)危害

石油化工廠中遭受發(fā)生雷電感應(yīng)會(huì)對(duì)人身安全、防火防爆以及廠區(qū)內(nèi)的電子設(shè)備造成危害。

1.2.1 雷電感應(yīng)對(duì)人身的傷害

石油化工系統(tǒng)中要求獨(dú)立避雷針距離與最近的金屬物件存在最小安全距離。但即使設(shè)置了最小安全距離，在獨(dú)立避雷針遭受雷擊時(shí)，獨(dú)立避雷針附近會(huì)感應(yīng)出極高的電勢(shì)，此時(shí)附近的金屬物電勢(shì)為零。獨(dú)立避雷針與金屬物之間就存在極大的電勢(shì)差。若此時(shí)有人從避雷針和金屬物之間通過(guò)，就會(huì)在人體感應(yīng)出高電位而導(dǎo)致人身傷亡。

1.2.2 雷電感應(yīng)對(duì)防火防爆造成的危害

同理，獨(dú)立避雷針與大型儲(chǔ)罐之間的距離如果較近，而罐體上或者罐體臨近范圍內(nèi)存在孤立金屬體，在雷雨天氣下，若避雷針遭受直擊雷，那么附近的罐體也將感應(yīng)出高電位。而孤立金屬體當(dāng)時(shí)電位為零，由于雷雨天氣空氣潮濕，將縮短罐體和金屬物之間的有效絕緣間距，該間距就有發(fā)生火花放點(diǎn)的可能，引爆爆炸危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的易燃易爆氣體。

1.2.3 雷電感應(yīng)對(duì)電子設(shè)備造成的危害

通常在罐區(qū)周?chē)鷷?huì)存在報(bào)警器以及其他電子或儀表設(shè)備。若罐區(qū)周?chē)O(shè)置獨(dú)立避雷針，在獨(dú)立避雷針上遭遇直擊雷時(shí)，雷電流會(huì)迅速沿著地下的接地網(wǎng)傳播并泄流。然而有些罐區(qū)周?chē)闹鹘拥鼐W(wǎng)并非環(huán)形接地網(wǎng)，而是分別敷設(shè)在罐區(qū)的兩側(cè)。此時(shí)雷電流波流至接地線頂端時(shí)會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象，與之前的波形發(fā)生堆疊，從而抬高雷電流波形的峰值。若此時(shí)周?chē)娮釉O(shè)備上存在孤立金屬物沒(méi)有做好等電位連接，那么不斷堆疊的波形就會(huì)擊穿空氣間隙，使得金屬物帶電，甚至導(dǎo)致火花放電事故。

1.3 雷電的反擊危害

石油化工廠中發(fā)生的雷電反擊主要體現(xiàn)為接閃器、引下線、接地極等雷電泄流通道的高電位傳遞到周?chē)R近的電源、信號(hào)線路等各種金屬構(gòu)件（低電位），甚至引入設(shè)備，造成設(shè)備的損壞、人員傷亡。

1.4 雷電過(guò)電壓入侵危害

石油化工廠中的低壓電纜敷設(shè)為直接埋地或者電纜溝敷設(shè)，故低壓電纜直接遭受雷擊而引入的雷電過(guò)電壓的可能性很低。但是在建筑物，如機(jī)柜間和變電所附近落雷形成的電磁場(chǎng)感應(yīng)，以及上文中提到的低電位反擊都會(huì)引入雷電過(guò)電壓，導(dǎo)致機(jī)柜間、變電所中的電子信息設(shè)備故障甚至損壞，影響甚至破壞機(jī)柜間、變電所對(duì)設(shè)備的控制功能。

2. 簡(jiǎn)述我國(guó)石油化工系統(tǒng)中主要的防雷措施

根據(jù)以上對(duì)石油化工廠中存在的幾種常見(jiàn)的雷電事故災(zāi)害的闡述，接下來(lái)將針對(duì)這些事故發(fā)生的原因提出幾點(diǎn)防治措施，措施的詳細(xì)介紹如下：

2.1 針對(duì)直擊雷的防治措施

在石油化工行業(yè)中，大型油品儲(chǔ)罐通常規(guī)格都可以滿足《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057中罐體不做接閃器的要求，即罐壁不小于4mm。但是前文提到如果在罐區(qū)附近獨(dú)立避雷針，若附近存在孤立金屬體，很容易導(dǎo)致火花放電造成嚴(yán)重危害，故在油罐區(qū)內(nèi)應(yīng)盡量避免安裝獨(dú)立避雷針。最適宜的辦法就是在罐區(qū)外合適位置豎立獨(dú)立避雷針，這樣可以大大減少罐區(qū)儲(chǔ)罐落雷的幾率，減少了雷電對(duì)罐區(qū)的危害。

對(duì)于高建構(gòu)筑物上方的照明燈具，雖然大型儲(chǔ)罐周?chē)歇?dú)立避雷針，但是通常大型儲(chǔ)罐罐壁本身就是接閃器，加上高層鋼結(jié)構(gòu)頂層的金屬護(hù)欄通常也被設(shè)置為接閃帶，故高建構(gòu)筑物上方若裝設(shè)燈具，也應(yīng)按照接閃器的規(guī)格來(lái)考慮。根據(jù)GB500650《石油化工裝置防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，燈具的金屬外殼壁厚不應(yīng)小于4mm。燈具金屬外殼與鋼平臺(tái)或大型儲(chǔ)罐之間必須保證可靠電氣連接。

2.2 等電位連接

等電位連接于石油化工廠的防雷接地系統(tǒng)中扮演著非常重要的角色，也以不同的形式出現(xiàn)。等電位連接既有在爆炸危險(xiǎn)區(qū)中消除孤立金屬體火花放電的功能，有防止雷電反擊，保護(hù)人身以及設(shè)備安全的功能。

2.2.1 消除孤立的金屬體

在爆炸危險(xiǎn)區(qū)不允許存在孤立的金屬體，這樣在爆炸危險(xiǎn)區(qū)內(nèi)即使由于雷擊出現(xiàn)高電位，也不會(huì)出現(xiàn)電勢(shì)差（假設(shè)接地線電阻為零）。即可以消除金屬間隙之間的火花放電，保證爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的安全。

2.2.2 共用接地網(wǎng)

GB50057《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求防閃電感應(yīng)的接地裝置應(yīng)與電氣與電子系統(tǒng)的接地裝置共用。這一條的主要目的就是防止反擊。當(dāng)雷電擊打在接閃器上時(shí)，大部分雷電流通過(guò)引下線泄入大地，流過(guò)防閃電感應(yīng)接地裝置的只是數(shù)值很小的感應(yīng)電流。在金屬物已普遍等電位連接和接地的情況下，電位分布均勻，那么就不會(huì)發(fā)生反擊。

2.3 防止空氣中的雷電感應(yīng)和地下的地電位反擊

為了防止金屬靜設(shè)備上發(fā)生雷電感應(yīng)，根據(jù)GB50650《石油化工裝置防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，金屬靜設(shè)備的接地裝置應(yīng)與獨(dú)立避雷針/接閃桿的接地裝置相連。此外，根據(jù)GB50057《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，金屬設(shè)備與獨(dú)立避雷針在空氣中的間距應(yīng)至少不小于3m；根據(jù)GB50169《電氣裝置安裝工程-接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》中的要求，獨(dú)立避雷針與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)與35kV及以下設(shè)備與主接地網(wǎng)的地下連接點(diǎn)之間沿接地體長(zhǎng)度不應(yīng)小于15m，這樣在獨(dú)立避雷針遭受雷擊時(shí)，金屬設(shè)備上不至于被反擊。前文中介紹的人體經(jīng)過(guò)獨(dú)立避雷針/接閃桿與金屬靜設(shè)備之間的空間時(shí)發(fā)生人體擊穿事故?？梢酝ㄟ^(guò)在獨(dú)立避雷針/接閃桿與金屬靜設(shè)備之間設(shè)置柵欄以及警示標(biāo)志，阻止人員從該區(qū)域進(jìn)行避免。

2.4 罐區(qū)外圍設(shè)置環(huán)形接地體

當(dāng)雷電流流入主接地網(wǎng)中時(shí)，避免雷電流波在接地網(wǎng)中由于波形反射而抬高峰值的常用舉措就是設(shè)置環(huán)形接地網(wǎng)。GB50169《電氣裝置安裝工程-接地裝置施工及驗(yàn)收規(guī)范》中規(guī)定，人工接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合。當(dāng)主接地網(wǎng)為主邊緣閉合時(shí)，雷電流波的波形抵消掉波峰和波谷，避免了由于波形反射而是接地網(wǎng)末端出現(xiàn)極高地電位的可能。

2.5 采用浪涌保護(hù)器

對(duì)于前文提到的雷電過(guò)電壓入侵的防治，除了之前提出的等電位連接法，還需要采用浪涌保護(hù)器法，可以在設(shè)備交流電源供電線的旁路上以及電子信息線路電纜芯線上接入浪涌保護(hù)器。對(duì)于雷電過(guò)電壓的防治應(yīng)采用等電位連接和浪涌保護(hù)器法的綜合防雷措施。

結(jié)語(yǔ)

根據(jù)上文中的討論，石油化工系統(tǒng)的防雷接地工作具有極為重要的意義，由于石油化工系統(tǒng)本身的特殊性，任何防雷接地系統(tǒng)上的漏洞都會(huì)造成非常嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人員傷亡。石油化工系統(tǒng)的防雷是一個(gè)有機(jī)的整體，需要將防止直擊雷、雷電感應(yīng)、雷電過(guò)電壓以及雷電反擊等雷擊現(xiàn)象綜合考慮，多種防雷措施相互配合。石油化工系統(tǒng)的防雷接地工作也對(duì)細(xì)節(jié)具有嚴(yán)格的要求，不允許存在任意一個(gè)孤立金屬體，需要精確計(jì)算滾球法的保護(hù)面積。只有充分認(rèn)識(shí)并實(shí)現(xiàn)石油化工系統(tǒng)中防雷接地工作的重要性，才能確保安全、順利的生產(chǎn)工作。

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中圖分類(lèi)號(hào)：TP273

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