石化装置仪表防雷存在问题与措施对策

(中国石油化工股份有限公司 广州分公司，广州 510726)

石化装置仪表防雷存在问题与措施对策

王成林

(中国石油化工股份有限公司 广州分公司，广州 510726)

针对仪表常受雷电影响的状况，通过对仪表受雷电影响事件进行分析，找出存在的问题，并从外部雷电防护措施、等电位连接与接地、屏蔽、合理布线、设置浪涌保护器和进一步完善和提高仪表雷电防护能力等方面提出仪表雷电防护措施对策。应用实践表明，提出的措施和对策是合适、有效的。

石化装置；仪表;雷电防护；问题；措施与对策

0 引言

石化工业大量使用仪表系统，自动化程度高。但仪表系统普遍存在绝缘强度低、过压和过流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点。仪表因受雷电影响而损坏或功能失效的问题显得比较突出。地处强雷区域的广州某石化企业在2007年一年的时间内因受雷电影响造成的仪表设备损失达163万元。这引起了企业极大地关注，要求务必采取有效措施改变这一被动的局面。为此，企业成立了防雷防静电技术攻关小组，分析雷电影响因素，查找存在的问题，研究石化生产装置雷电防护措施与对策，特别是仪表雷电防护措施和对策，并做好组织落实，以降低雷电造成的损失和影响。

1 仪表防雷存在问题分析

雷击对仪表设备的破坏危害可分为成3种类型情况[1,2]。

1）雷电直击。仪表设备被直击雷直接击中造成损坏或功能失效。

2）雷电感应。当接闪器接闪时，在引下线内会有强大的瞬时电流通过，对周围一定范围内仪表电缆产生电磁感应；或者，雷云放电时，空间存在强大的电磁场，强大的瞬变电磁场通过电容耦合、电感耦合在仪表设备和电缆上感应出很高的瞬态过电压，对仪表设备造成损坏或功能失效。

3）雷电反击。当雷电流通过接地体时，由于接地电阻的存在，虽然很小，但雷电流很大，可达几千安乃至上万安，致使接地体产生很高的电压降，此电压降使地电位大幅升高， 并与各种设备及网络形成很高的电位差，从而反向击穿设备，并且危及人身安全[3]。

2007年是企业因仪表受雷电影响造成损失最大的一年，也是对企业雷电防护工作有着深远影响和意义的一年。惨重的损失暴露出企业在雷电防护措施和管理上存在问题和不足，驱使企业更加关注石化装置仪表雷电防护措施与对策的分析和研究。2007年数量众多的、有代表性的仪表受雷电影响事件也为对仪表易受雷电影响的原因分析研究提供了良好的素材。如表1所示。

从表1的分析中可以总结出企业雷电防护措施存在如下问题：

a）接地装置腐蚀严重，不能及时、有效传导雷电流并将其流散入大地。

b）部分装置的金属设备、框架或管道没有接地或接地连线不完好。

c）仪表设备和信号电缆的屏蔽与接地不完善。

d）引下线和仪表电缆布线不合理。

e）位置空旷，易受雷电影响的罐区雷电防护措施设置不足。

从存在的问题来看，雷电对仪表的影响主要是由雷电

感应和雷电反击造成的。上述问题还可以归纳为两类：对雷电防护措施维护、维修管理不到位和设计、施工过程中对雷电防护措施的设计配置不足。

表1 2007年仪表受雷电影响事件情况及原因分析Table 1 Meter 2007 affected by lightning events, and analyze the reasons

2 措施与对策

仪表防雷工程是一项系统工程，包括接闪器、引下线、接地装置等外部雷电防护措施和屏蔽、等电位连接与接地、合理布线、配备浪涌保护器以及采用具有高抗干扰度措施的仪表系统等内部雷电防护措施[4]。

《石油化工仪表系统防雷工程设计规范》对新建及改、扩建项目仪表系统防雷工程的实施原则作了规定。仪表系统雷电防护分为3个等级。

按表2根据被保护系统的重要程度结合当地年平均雷暴日数量，采用综合评估法进行分级。

表2 综合评估法雷电防护等级表Table 2 Comprehensive evaluation method of lightning protection grade table

广州年平均雷暴日在60 d/a以上，无论社会、经济和安全重要程度分类属于哪一类, 仪表系统的雷电防护等级都为一级，应实施仪表系统防雷工程。为此对于新建及改、扩建项目应通过实施仪表系统防雷工程提高仪表的雷电防护水平。对于已建项目应根据存在的问题，仪表受雷电影响的历史记录，装置设备、框架、管线等的布局等情况制定相应的措施对策，完善和改进仪表雷电防护措施。

2.1外部雷电防护措施

石化生产装置仪表的安装使用地点有厂房房屋类场所和户外装置区场所。

厂房房屋类场所采用接闪网、接闪带或接闪杆，也可采用由接闪网、接闪带或接闪杆混合组成的接闪器，并经引下线接至接地装置[5]。

对于户外装置区场所采用整体封闭、焊接结构、有足够厚度的金属静设备作为接闪器，利用安置在地面上高大、耸立的生产设备的金属壳体和支撑设备的金属框架作为引下线并与接地装置一起构成外部雷电防护措施。高大炉体、塔体、桶仓、大型设备、框架等应至少使用两根引下线。

现场仪表应安装在外部雷电防护措施的防护范围内。当现场仪表的安装位置有可能使其形成接闪物体，又无法移位时，应将仪表装在全封闭钢板材质的仪表保护箱内，箱体应接地。

外部雷电防护措施是仪表防雷工程的一个重要组成部分，其状况的好坏直接影响到整个仪表雷电防护措施能否发挥良好的效果。要注意到仅靠定期测量接地装置的接地电阻难于准确判断接地装置的腐蚀损坏状况。需要将测量结果与以前的测量数据进行对比，如果和以前的测量有较大的偏离，必须做进一步地调查。需要定期对接地装置进行开挖检查，准确掌握接地装置的状况。检查中发现的隐患必须立刻整改。

2.2等电位连接与接地

为了减少金属构件与设备之间或设备与设备之间因雷击产生的电位差，可以将金属构件、设施、设备、管道等导电物体用导线或导体实现导电连接，使各物体之间具有近似相等的电位。

室内的所有金属设备、结构、管道、支架、活动地板等应进行等电位连接。在室外区域，所有现场仪表，现场接线箱、现场机柜、分析小屋、电缆保护层及其他金属的器和更新改造15个腐蚀严重的接地装置。随着工作的不断推进，罐区仪表受雷电影响造成的设备损失逐步下降。

按原有设计，安全仪表系统输入回路一般不设置延时功能或只设置100ms以内的滤波时间。通过对雷电在仪表回路上干扰的持续时间进行测试记录，发现持续时间一般在1S以内，为此通过评估分析和审批，在工艺设备运行的允许范围在部分联锁输入回路设置500ms～1s的延时时间以过滤持续时间小于延时时间的干扰。2008年重整装置的安全仪表系统就曾经记录到一个压力低联锁信号受雷电影响时输出从正常值下降到低于低限联锁值，持续时间700ms，由于回路设置了1s的延时时间，结果联锁没有触发，从而避免了一次因仪表受雷电影响装置联锁停车的事件。

针对对雷电防护措施管理上存在的问题，企业修订完善相关制度，明确要求。通过加强管理，做好对接地装置的测试、开挖抽查及对雷电防护措施的外观检查、维护和维修工作，确保其完好、有效。如表3所示。

表3 2007~2013年因受雷电影响造成的仪表设备损失对比Table 3 2007~2013, Instrumentation equipment damage caused by affected by lightning

表3对2007～2013年期间每年因受雷电影响造成损坏的仪表设备的价值进行了统计。统计结果表明，针对存在的问题，通过采取有效的措施和对策，取得了良好的效果。

4 结束语

通过对仪表易受雷电影响的事件进行分析，找出存在的问题，提出了相应的雷电防护措施和对策。为了提高仪表的雷电防护水平，需要采取综合的防护方法，综合采用外部雷电防护和内部雷电防护等技术措施。为了保证雷电防护措施完好、有效，还要加强对其管理。通过技术措施和管理措施的落实，充分发挥雷电防护措施的效能，减少雷电对仪表造成的影响和损失。实际应用结果表明，采取的措施和对策是合适和有效的。

[1]刘欢．仪表系统的防雷措施[J]．广州化工,2010,38(4)：192-194．

[2]李桢．自动化仪表系统防雷的探讨[J]．石油化工自动化,2008(5)：68-71．

[3]陈晓鸿．关于雷电引起反击问题的探讨[J]．内蒙古科技与经济,2011(24)：14-16．

[4]叶向东,徐义亨,欧青礼,等．SHT 3164-2012 石油化工仪表系统防雷工程设计规范[S]．北京：中国石化出版社,2013．

[5]黄旭,俞俊人,周勇,等．GB 50650-2011石油化工装置防雷设计规范[S]．北京：中国计划出版社,2013．

[6]徐义亨,李龙,王秦岭,等．自控设计中有关防雷的几个问题[J]．石油化工自动化,2004(5)：1-4．

[7]王德言,刘寿先,杨国华,等．GBT 21714．1-2008 雷电防护 第1部分：总则[S]．北京：中国标准出版社,2008．

[8]何金良,邱传睿,胡军,等．GBT 21714．4-2008 雷电防护．第4部分：建筑物内电气和电子系统 [S]．北京：中国标准出版社,2008．

投稿日期：2014-3-24

表1 权重因子数值表Table 1 Weighting factor value table

表2 指挥控制单位选取遥测数据来源计算结果表Table 2 Command and control unit to select remote sensing data source calculation result table

由于遥测数据使用单位不同，需要根据使用单位的具体要求，计算出不同的权重因子，这是符合层次分析法的基本要求。同时，可以利用连环替代法不断更新比较判断矩阵，以适应各单位使用要求的变化。

4 结束语

靶场随着职能的扩展，需要的测控数据越发依赖于可信的遥测数据，但是面对实际工作中对数据可信性的研究

缺乏情况，针对目前靶场试验现状，提出的可信性实现方法还不是很全面，还需要依据工作实践不断补充完善。

参考文献：

[1]陈以恩．遥测数据处理[M]．北京：国防工业出版社,2002：144-145．

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[5]孙军,李庆忠．基于层次分析法的决策问的的研究[J]．南京大学学报：自然科学版,2005,10：34-36．

[6]杨春,叶景才．基于模糊层次分析法的材料力学评价模型[J]．四川师范大学学报：自然科学版,2013,9：24-27．

[7]芝佑顺,曹亦薇．因素分析法[M]．北京：人民教育出版社,1999：32-34．

作者简介：杨若红，黑龙江人，硕研，工程师，研究方向：数据处理专业。

Lightning Protection Measures and Strategies for Instruments in Petrochemical Units

Wang Chenglin
（Sinopec Guangzhou Company , Guangzhou 510726,China）

The paper is aimed at the situation of lightning influence on instruments frequently. By means of analyzing events of lightning influence on instruments. .find the problems and put forword lightning protection measures and strategies for instrument including external lightning protection system,equipotential bonding and earthing,shielding,proper wiring,install surge protective device,improving and enhancing the lightning protection ability of instruments . Practise. prove that the measures and strategies are suitable and efficient.

petrochemical units;instrument; lightning protection;problem;measures and strategies

TP273；TN973.3

B

Doi：10.3969/j.issn.1671-1041.2014.03.005

王成林，男，硕士，高级工程师，从事过程自动化控制技术应用和管理。

2014-04-01