石油化工仪表系统的防雷研究

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　　摘 要：在分析雷电侵入石化仪表系统的直击、感应、反击三种途径的基础上，简要论述当前石化仪表系统防雷的现状及其不足，并从分流与接闪、接地、均压、屏蔽等方面详细阐述了石油化工仪表系统的防雷对策。
　　关键词：石油化工；仪表系统；雷击
　　0 概述
　　随着石油化工行业的告诉发展，石化企业无论是在规模还和数量上都在不断的增加，现代科学技术的快速发展，也推动着仪表体系更新换代的速度不断加快，仪表系统的智能化、网络化取得了巨大成绩。然而，石油化工仪表系统所存在的普遍过压和过流耐受能力差、绝缘强度低，对电磁干扰敏感的弱点等等，影响了仪器仪表系统的正常工作。加强仪表设备必要的防雷保护措施，防止因雷击而导致仪表设备的工作失灵，损害仪表设备的安全运行，保证石化企业安全生产具有积极意义。
　　1 雷电侵入石化仪表系统的途径分析
　　雷电是一种常见的自然现象，雷电常常伴有强烈的阵风和暴雨，被认为是十种最严重的自然灾害之一，也被我国电工委员会称为“电子时代的一大公害”，雷电产生的高温、猛烈的冲击波和强烈的电磁辐射常常会造成人员伤亡，计算机系统中断，油田燃烧等巨大危害。雷击对石化企业自动化仪表系统的破坏途径主要有三种：
　　（1）直击。雷电直击就是雷发生时直接击中石化企业生产作业中的各种仪表设备，造成的仪表电子设备的损坏。
　　（2）感应。雷电感应，又叫感应雷（Lightning induction），它是雷电在放电时，在附近的导体上所产生的静电感和电磁感应，雷电感应常常会使金属部件之间产生火花而损害到设备。就石化仪表来说，雷电发生时所产生感应电会在引下线内通过强大瞬间电流，产生电磁场，这一电磁场通过电阻耦合、电容耦合和电感耦合会对仪表设备及其线路行感应出很高的瞬态过电压，然后通过管道、电缆等介质就有可能将高电位引入到石化仪表系统中，造成干扰和破坏。
　　（3）反击。如果防雷装置采用的是接闪的方式时，一旦发生雷电，变送器周围设备或建筑物遭受雷击或雷电击中防雷装置的建筑物或设施时，地电位的浮动会使得变送器和控制系统之间或DCS机柜外壳与柜内电子设备之间地电位差就会高达几千甚至几万伏[1]，这么高的电位差在超出仪表系统的极限时，就完全能够将石化仪表系统及其相关的电子设备击穿，对仪表控制系统产生干扰和破坏。
　　2 石化仪表系统防雷现状
　　石油化工产业DCS系统是一套兼有生产模式和生产控制系统[2]，这个系统在当前的石化生产中应用较为广泛，系统中的仪表设备较多，可以说是整个石化工业生产流程的总指挥部，因此，能否保证这套系统正常运行也是关乎石化企业的生产和运行的关键。石化DCS控制系统包含了电源、仪表等设备，在遭遇雷电时，现场仪表和智能仪表变化产生相应的雷电干扰，有可能会发生因雷电损害网络和变送器的设备工作，而这些设备之间由于是相互的连通，一旦发生相互干扰就会导致仪表设备的整体瘫痪，严重的会导致整个控制系统发生故障，整个生产工程会被迫停工。
　　3 石化仪表系统防雷对策
　　防雷工程的设计应根据防护目标的具体情况，综合考虑雷击事件的风险和投资条件，确定合适的防护范围和目标，采用适宜的防护方案，经济有效地防护和减少仪表系统雷击事故的损失。针对雷电这种侵入自动化仪表系统的防雷治理也是多方面的，主要包括接闪、分流、均压、接地、屏蔽和设置浪涌保护器等等。根据雷电具体来说，目前石油化工仪表系统采取的防雷措施主要有：
　　3.1 分流与接闪
　　直接的雷击防护主要通过建筑物内的防雷装置来实现，就石化仪表系统的防雷设置来说，主要是与周围的机泵、贮罐、换热器、料仓、储油罐等设备防雷一并设计，对于一些通道要采取直接接地的方式进行防雷，而且要保证接地的地点处不能少于两处，两接地之间的距离不超过30m。对于高处或者空旷地带的石化生产的仪表设备来说，也容易遭受到雷击的破坏，因此，尽量不要把仪表箱设置的过高，而且要做好仪表箱的接地，安装相应的避雷针。接闪器、引下线等直击雷防护设计都应该要符合电气的专业标准。总之，不论是现场作业的仪表还是生产控制室的仪表，都要在电气专业的直击雷防范范围内采取必要的防护措施。
　　3.2 接地
　　当前，国内石油化工仪表系统主要采取浮地、多点接地的措施。其中，浮地是保证仪表的工作地与建筑物的接地系统保持绝缘状态，保证建筑物内的接地系统电磁干扰不会传导到仪表系统中，这样，地电位的变化就不会影响到仪表系统。此外，通过把仪表、DCS、PLC等设备的工作接地与保护接地分开，实现就近接地。
　　3.3 均压
　　雷电会产生瞬态电位差，如果这种电位差超过物体之间的绝缘耐受强度时，就会导致金属物体被击穿放电，直接损坏仪表设备。因此，在石油化工生产领域中，为了有效消除这种雷电瞬态电位差对仪表可能的损害，将现场的仪表金属外壳、生产装置等导电金属设备、仪表控制室内设备等连接起来，并与仪表控制内的防雷接地系统连接，从而有效的预防被雷电产生的瞬态电位差击穿，形成较为完善的电位连接。
　　3.4 屏蔽
　　石油化工所使用到的仪表系统大多是一种半导体的器件、集成电路和传递信号的电缆，这些设备一旦遭遇雷击就会产生瞬态电磁脉冲，直接辐射到这些元器件上，导致相关的电子设备失灵或损害。因此，当前仪表系统的防雷措施中采取了控制室、现场仪表以及信号线和电源线屏蔽措施，利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能力传播，从而达到保护仪表目的。
　　4 结语
　　综上，石油化工仪表系统是整个生产作业的关键部件，做好仪表系统的防雷，对于保证石化生产的安全性和稳定性具有积极意义，在采取接闪、均压、接地等具体的措施之外，还要与电气、建筑、自控以及企业的实际状况结合起来，综合采取有效措施予以应对。
　　参考文献：
　　[1]刘欢.仪表系统的防雷措施[J].广州化工，2010，38（04）：192-194.
　　[2]胡艳.石油化工仪表系统中的防雷策略探讨[J].科技创新与应用，2013（24）：92-93.
　　作者简介：李欣（1986-），女，山东乳山人，本科，助理工程师，主要从事：仪表自动化研究。
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