一次感应雷击引发的氢气泄漏事故

李舟鑫,张强宜,李黔进

(贵州省黔西南自治州气象局,贵州 兴义 562400)

一次感应雷击引发的氢气泄漏事故

李舟鑫,张强宜,李黔进

(贵州省黔西南自治州气象局,贵州 兴义 562400)

该文通过对雷击感应过电压、过电流的计算,解析雷击事故的成因,提醒生产、贮存、经营易燃易爆气体化工企业,当燃易爆气体的泄漏大于爆炸极限时,极易因雷击或电火花引发爆炸,在雷雨季节应注意防雷设施的检测和防雷器件的更换。

雷击;泄漏;事故;分析

1 引言

随着工业自动化水平的提高,由电波侵入而引发的安全生产事故也明显增加,尤其是生产、贮存、经营易燃易爆物品的企业,频繁发生因雷电波侵入而引起的爆炸、火灾、泄漏等重大安全生产事故。本文对金宏化工厂 2010-04-21 T 22:10左右,由于雷电波侵入导致氢气压缩机停机,造成氢气大泄漏的事故进行分析。

2 事故分析

2.1 事故原因

2010-04-21 T 22:10,金宏特种树脂化工厂因雷电引起局部生产控制配电柜开关跳闸,使氢气压缩机停机,氢气液位变送器、压力变送器损坏。由于该氢气生产线无连锁装置,当氢气透平机、压缩机停机时,氢气反应槽未停机,仍然继续生产氢气,从而使氢气输送管控制阀由正常时的微负压状态转化为正压,氢气冲破控制阀而泄漏。

2.2 当日天气情况

根据黔西南州气象局观测雷达回波记录,2010-04-21 T 22:00—T 22:30之间,安龙县德卧地区有雷雨天气。查 2010-04-21 T 22:00—T 22:30多普勒雷达扫描的雷雨强度分析记录,雷电流平均强度为 40 kA,金宏特种树脂有限责任公司正处于这次雷雨天气尺度内。

图 1 2010-04-21 T 22:07雷达回波图

2.3 防雷装置状况

金宏特种树脂有限责任公司距安龙县德卧镇政府约 2.5 km。空旷、孤立,属较典型的雷击区域。防直击雷设施安装有避雷带、避雷针,防感应雷设施只有部分安装 SPD但不完善,各种信号线路大部分架空引入,在总控室供电入户端安装有两级电源避雷器,通流量分别为:100 kA、40 kA。接地为人工地极。控制柜已接地但 DCS系统未安装信号避雷器。

2.4 防雷设施测试情况

该公司雷击事故发生前,黔西南州中兴防雷检测站于 2010年 4月 16日对金宏特种树脂有限公司防雷设施进行测试,测得接地电阻值在 1.6～3.6Ω之间,氢气压缩机配电柜 SPD主要参数如表 1。

表 1 氢气压缩机配电柜电源避雷器检测参数

2.5 原因分析

金宏化工厂 2#氢气压缩机 SPD的工作电压为420 V,最大通流量为 40 kA,残压小于 2 kV。用剩磁检测仪测量,当时在距氢气压缩机主配电柜 25 m的避雷针接闪,经计算,通过该避雷针的雷电流约为 25 kA,利用 (1)式求距离避雷针 25 m处的电源线上的感应电压值。

I—雷电流值:25 kA;r—避雷针至配电柜的距离:25 m;ρ—土壤电阻率,按建厂做雷击风险时的测量值:800Ω·m。代入 (1)式得到 Ur≈127.4 kV

真正感应在电源线路上的电压应减去电线塑料护套的耐压值U 的值按 6 kV计算

为使计算简化,忽略压敏元件的非线性参数及接地线的分布电感,利用欧姆定律计算流过避雷器的泄漏电流 I值:

R—配电柜接地电阻 2Ω。

经计算,2010-04-21 T 22:10,金宏特种树脂化工厂 2#氢气压缩机配电柜 SPD的泄流最大值为 60 kA,超过避雷器的最大通流量 40 kA,所以避雷器模块损坏。通过现场查看,金宏特种树脂化工厂 2#氢气压缩机配电柜 SPD的安装方式虽然符合GB/T21413—2008第 5.8.1.3.5条要求,但当 SPD对地泄流时,60 kA的泄流值必然大于漏电保护开关的脱扣电流门限值,从而使开关跳闸,由于跳闸后的开关不能自动恢复,导致设备供电中断,这就是金宏化工厂此次氢气泄漏事故的主要原因。所有防雷界的同仁都明白,当电源 SPD安装在漏电保护器电源端时,一是在安装时必须带电作业,对安装人员的业务技能要求高。二是当 SPD劣化时,由于漏电流的增大,可能会引起线压降低、线路过流发热引起火灾等后果。但当电源 SPD安装在漏电保护器设备端时,由于漏电流的增大,漏电保护器频繁动作 (跳闸),使设备不能正常工作,特别是金宏化工厂这样的特殊环境,由于跳闸将会带来严重后果。

3 整改建议

①加强防雷设施的检测和日常维护工作到,完善等电位连接,信号线路增设信号避雷器。

②各控制数据采集系统必须完善接地、屏蔽装置。由于化工设备数据采集系统属专用设备,其采集器的避雷器由原设备厂家给配并完善,所使用的避雷器由设备厂家自行到贵州省防雷办备案。

③由于金宏特种树脂有限公司的生产工艺决定了数据采集、取样控制等传输线只能一端接地,其传输线缆的屏蔽层根本起不了屏蔽作用,而各控制器件的耐过电压和过电流的水平又比较低,因此,应完善接地、屏蔽和等电位连接措施。

4 讨论

①限压型电源 SPD是否必须按 GB/T21431—2008规范要求安装,而不考虑被保护设备的特殊性。

②采用 DNR系列压敏电阻的 SPD,规范中是否应给出一个确切的定额值。

T M862

B

2010-10-15

李舟鑫 (1972-),男,工程师,主要从事雷击鉴定、雷击风险评估工作。

1003-6598(2011)01-0054-02