长输管道自动化仪表设备的防雷防静电研究

苏豪育冯斌武振明宋团飞张汶汐张汶江

(1.中国石油管道西安输油气分公司,陕西西安 710018; 2.中国石油西部管道甘肃输油分公司,甘肃兰州 730000;3.国网甘肃省电力公司庆阳供电公司,甘肃庆阳 745000)

长输管道自动化仪表设备的防雷防静电研究

苏豪育1冯斌2武振明1宋团飞1张汶汐3张汶江3

(1.中国石油管道西安输油气分公司,陕西西安 710018; 2.中国石油西部管道甘肃输油分公司,甘肃兰州 730000;3.国网甘肃省电力公司庆阳供电公司,甘肃庆阳 745000)

本文通过对某输油管建设在最高处的设备因为雷击、静电的原因,先后受了几次的受损的事故原因进行分析。结合现行的实际情况提出了技术改造的方法。通过改造,某输油管的最高点设备运行情况还是比较理想的,在很大程度上解决了线路高点设备的防雷与防静电的总量,为其安全运行提供了非常好的保证。

长输管道 自动化仪表 防雷 防静电

1 某线高点设备情况和气候的条件分析

某输油管道全长216km，由114km起进行L山区，有197km处是全线的最高点，其海拔的高度为1500m。根据设计的要求这里的管道必段是在正压的情况下进行运行。为了收集到压力的变量在最高点年构建一个通信的中断站，包括光通信设备、RUT、压力变送器等等。

在每年7-8月是暴雨洪水的多发时节，在L山区更突出，在这个时期内某输油管高点处控管壁低流处成品油当中。当成品油流动的时候的，被吸附的离子和成品油，湍流带走自由离子分离而产生了电荷。因为异性电荷自然相吸作用，对应仍性电荷沉淀在金属管壁向成品油流动方向进行传导。产生电荷机理，主要同流速、介质湍流、贴近管壁低流速成品油表面积有关系的，管道长则流速高，静电产生速率也就越大。

雷电包含相对低速运动的高电荷云团，在其下方大面积的表面形成静电电场。这电场与设备表面感应相反电荷，并且会随着云团一起移动。因为雷击此电荷会被中各，而因为地电荷中和作用会造成强电流并流向雷击点。除雷击外，由雷击引起电场突然变化会让相对远离雷击区的设备出现二次火花，而感应电荷常常被绝缘金属物体存在时出现，在开始的时候金属物体通过其对地高电阻，以低速方式对电荷进行感应。附近有雷击时这些受到约束电荷会瞬间放电并导致设备的受损失。

2 设备的静电事故分析

2014年7月29日，工作人员发现子防风点压力的参数有错误，数据一直在持续刷新。次日对管道设点进行了相应的检测，发现压力变送器损坏，内部的电路板有被烧的迹象，同时，也变送器相连的RTU模拟量输入模板损坏。通过核查，管道设点的附近有下过雨。在更换设备后的一段时间内，在相似的气候条件下，在同样的地方又出现两次事故，造成了巨大的经济损失。

在成品油输送中流动成品油和管壁一直发生出摩擦而产生静电荷，在流动前成品油保持等量正、负离子，同时呈中性。但同一极离子被钢制管道表面优先吸附，让过程异性离子留在了贴近管壁低流处成品油中。

成品油流动的时候被吸附离子和被成品油湍流带走的自由离子的分享，所以会产生电荷。因此异性电荷自然相吸的作用，对应极性电荷常常在金属管壁向成品油流动方向进行传导工作。所产生电荷机理主要与流速、离子含量等表面各有关。管道越长且流速也会越高，静电所产生的速率也就会更大。因为雷暴含有比较低速的运动的高电荷云团，所以在云团下面的大面积地理表面形成了一个静的电场。此电场在大地、设备或其他物体表面感应出的与之相反的电荷，同时会随着云团不断移动。因为雷击的原因此电荷瞬间被中和。这时因为地电荷的中和作用一个很强的地电流会一直流向雷击点，除直接雷击之外因为雷击所引起的电场突然变化，会让相对远离雷区设备出现火花而感应电荷常常被绝缘金属物体存在时出现。一开始的时候，金属物体春对地高电阻以无害、低速方式感应电荷。如果在附近有雷击的情况出现，这些受到约束电荷突然对放电而造成设备受损。

3 防护措施分析

自动化仪表之所以被雷击是因为抗干扰能力降低，连接的电缆接触不良保险丝老化等原因造成的，因此在预防上，要根据雷击的特点考虑以下的原因：

第一，在仪表的选用时一定要选用那些抗干扰能力中，内部有专门避雷、接地的设备。变送器内也要装有避雷器，当爱到雷击在传送电缆上感应产生异常的电压冲击时，可以得到有效的保护。避雷器内装型、盘装式等等。

第二，在仪表进行安装的时候，仪表各个坚固件需要正确地安装，表箱也要接地良好并且考虑所装的位置。根据实际需要安装避雷针。远离生产装置仪表，周围又没有避雷装置也要安装避雷针。仪表信号电缆架设，一定要根据规定汇入槽盒，在装置现场一次元件信号连接时，电缆屏蔽隔离，要根据规定进行接地处理，电缆外还要用金属镀锌的管穿管铺设。当雷击到电缆穿管处时产生保护的回路，对地进行放电。和地绝缘所有的金属部件，并采取金属线跨接。

第三，仪表系统接地。一般来说，常用接地体有管形、角钢接地两种。对原仪表接地系统改造时，对原现场一次表无静电接电，室内二次表接地网无法满足接地电阻要求的，要重新铺设接地网。在仪表控制室外再加镀锌扁钢作，并且以此作为接地的干线，运用接焊接处理，同时还要注意防腐处理。再将原有接地网与新装接地体用电焊焊接牢固，同时涂上防锈漆，之后再通过回填砂土处理好。

第四，控制室的避雷措施。当前的控制室一般是用计算机在炼化装置生产的进行过程当中。计算机接地系统要根据标准执行，对控制室建筑防雷的接地加强检测，防止建筑物免受直接雷击和静电感应及电磁感应破坏。控制室屋顶接地要连成整体电气通路，以及接地装置相连接。对于一些特殊要求的精密仪器，更是要做好另外的防护。

4 结语

当前输油管道控制系统自动化水平有了显著地提高，所以要选用先进的测量仪表优化控制技术，这也对相对的自动化仪表的防雷以及防静电的预防提出了非常高的要求，为了可让这些仪表具有更长的使用期，全天二十四小时随时待命。同时做好经验的收集及新抚摩的运用，总结经验，加大防雷防静电的相关学习，借用国内、国外的经验提升自动化仪表专业的防雷、防静电的措施的技术水平，保证输油管道装置生产的安全、稳定。

由于自动化仪表大多数存在危险性大、易燃的特点，所以还要做好堵漏管理的工作，这样可以有效保护环境还可以防火、防爆。严格执行安全生产管理制度确保操作时的安全。

[1]白莹,张昱玲.综合治理、减少雷电对仪表控制系统的破坏[J].中国科技投资,2013(21).

[2]杨坤海.仪表及控制系统等电位连接接地方案[J].中国仪器仪表, 2010(10).

[3]刘双庆.谈分析压力控制仪表的防雷措施[J].科技情报开发与经济,2010,20(4).

[4]曹龙海,鲁智勇.钢铁企业通信机房防雷体系设计方案[J].电子制作,2014(10).

苏豪育(1987—),男,汉,甘肃武威人,学士,助理工程师,主要从事成品油管道计量运销及仪表自动化技术管理工作。