石油化工行业仪表防雷电设置

宋 昊

(锦州开元石化有限责任公司，辽宁 锦州 121001)

石油化工行业仪表防雷电设置

宋 昊

(锦州开元石化有限责任公司，辽宁 锦州 121001)

雷电电流通过的周围会产生很强的电磁场，使附近的导线或金属结构产生很高的感应电压，从而产生极其严重的破坏作用。通过对石油化工行业仪表进行合理正确的防雷接地设置，来保护仪表设备在雷雨天气的安全稳定运行。

仪表 石化 防雷电 电涌保护器 接地 等电位

雷电是一种自然现象，其破坏力十分严重，是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的自然灾害之一[1]。

在石油化工行业中，雷电对仪器仪表的危害可分高电压效应、热效应、静电感应和电磁感应4种类型。高电压效应，雷电放电能产生约100～1 000MV的冲击电压，足以烧毁任何电气和仪表设备，导致可燃易燃物着火甚至爆炸；热效应，雷电产生的电流平均是30kA，最大电流可达300kA，当强大的雷电流通过导体时，在极短的时间内会产生大量的热，聚集的高温往往会酿成火灾；静电感应，雷电会使金属物体上感应出大量电荷，感应出的电荷电压很高，能够击穿空气间隙，发生火花放电，感应出的静电的危害主要体现在静电放电环节，静电泻放电的时间只有毫秒级，瞬间脉冲高，平均功率可达千瓦以上，足以击穿电子元件导致设备或系统失灵；电磁感应，在雷电周围的空间里，将产生强大的磁场，磁场会影响仪表的测量，造成假数据现象。

石油化工生产大多是高温高压过程，原材料和产品中很多属易燃易爆品，在生产中需要使用大量的仪表进行检测与控制[2～5]。磁场和电流会对这些仪表的检测产生干扰。如果没有安全可靠的防雷系统对仪表进行保护，雷电不仅会对这些电子元件造成破坏，甚至会导致生产事故。

是否需要对所有的仪表都要进行防雷设置，要根据雷电活动区、经济损失和安全重要程度确定。为了减弱雷电对仪表的影响，设置电涌保护器和仪表的防雷接地成为必不可少的方法。现就石油化工装置仪表电涌保护器的设置和防雷接地设置进行详述。

1 电涌保护器的设置

电涌保护器(也称浪涌保护器)是仪表设备防雷电设置中不可缺少的器件。电涌保护器的工作原理是把进入信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，以保护设备或系统不受冲击。在正常情况下电涌防护器不起作用，对被保护线路的工作没有任何影响。

石化行业中经常使用的安全栅的主要功能是防止高电流进入现场仪表，阻止引起火灾的电火花的产生，起到限流限压的作用，以保证现场仪表得到的能量在安全范围内。由此可见，电涌保护器和安全栅的作用是不一样的，安全栅起不了浪涌保护器的作用。电涌保护器的设置应考虑综合经济损失，如果现场测量仪表损坏造成的经济损失小于10万元，现场测量仪表端可以不设置电涌保护器[6]。

2 防雷系统的设置

接地的目的，首先是防止设备外壳带电，保护人和设备不受损害；其次是抑制干扰。因此接地成为防雷的关键步骤。防雷接地可分为控制室的室内和室外两部分。在接地的设置中往往采用等电位方法，即将设备等外壳或金属部分与地线连接。它们之间电位相同，不会出现电位差，就不会产生电流。石油化工装置中将金属框架、金属管道、平台及仪表等连接在一起，形成等电位网络。

2.1室外现场仪表的防雷

很多仪表是金属外壳并且内置了电涌保护器，有的(如差压变送器等)则放在全封闭金属外壳保护箱内来减轻其他信号的影响。但雷电会使这些金属外壳带电或感应出电荷，为了消除这些感应电荷的影响就要把金属外壳或保护箱外壳与金属管架或金属体连接，形成等电位体接地。如果现场仪表是非金属外壳，那么就需要把它放在全封闭的金属外壳内，再与其他金属体做等电位连接。

有些仪表，由于技术原因，不能在仪表内部设置电涌保护器，可以把电涌保护器安装在全封闭的且符合安装环境防护防爆要求的金属外壳防护箱内，做好等电位连接后接入接地装置。需要注意的是，金属外壳防护箱一定要做接地处理，否则会使外壳感应带电。图1是非金属外壳现场仪表与分离电涌保护器、穿线管的连接方法。为了保护设备可靠安全的接地，连接线应分别接入接地装置，不能串联。如果相互串接，如果有一条串接线路出现断线，就会造成接地中断，无法起到接地保护作用。

图1 分离的电涌保护器与非金属外壳现场仪表的接地

2.2控制室的室内防雷接地

接地系统是由接地导线、接地排、接地体组成的。接地导线是连接电涌保护器汇流条、安全栅汇流条、汇流条与接地排，接地排与接地体之间的导线。根据连接部位、数量和长度确定接地导线的截面积，详见表1。

接地排一般设置3块：工作地汇总排、保护地汇总排、总接地排，并且要求绝缘固定。由于铜板具有良好的导电性，价格也不贵，所以被用来作为各接地板，铜板大小一般为300mm×200mm×6mm。

表1 接地导线的截面积 mm2

在控制室内四周设置接地铜排，并连接在一起形成环形接地排，来减小接地排电阻值，这样可以顺利疏导雷击产生的电流。同时环形接地排也作为仪表系统的总接地排，仪表系统的保护地和工作地分别接入总接地排，然后总接地排再接入电气专业设计的接地体。

为了保证电涌保护器可靠工作，同时又不影响本安仪表的性能，电涌保护器的接地为：

a. 为了保证电涌保护器汇流条和安全栅汇流条可靠接地，应至少有两条接地线与接地板连接，这样可以保证一条断线时仍能接地。在这里,工作接地汇总排没有与总接地排直接相连，是因为防止流过电涌保护器汇流条的电流，经过工作接地汇总排与总接地排的连线进入系统的I/O，避免造成控制系统的损坏。

b. 电涌保护器汇流条接入总接地排。在工程设计时电气专业已经把设备外壳、钢制管道及仪表接线箱等做成等电位连接，这时只要把仪表总接地排接入电气的中线，就完成了仪表系统与电气系统的等电位连接和接地工作，如图2所示。

对于不设置安全栅的非本安类型仪表，信号线经过电涌保护器后直接接到控制系统上，其他接地方法和本安仪表接地相同。

通过测量接地电阻值衡量接地是否合格，电阻值低说明接地效果好，释放电流快。接地连接电阻和接地电阻是仪表系统衡量接地效果的两个关键值。在防雷接地设计时不仅要考虑接地电阻的大小，而且还要考虑接地连接电阻值。接地连接电阻是指从电涌保护器汇流条到接地极的电阻值，其值不应大于1Ω；接地极与大地之间的电阻再加上接地连接电阻形成接地电阻，其值不应大于4Ω[7]。因此对接地体、接地导线的截面积、连接方式的选择会直接影响接地电阻值。对于不同的DCS系统，应该首先满足该系统对接地电阻的要求。

图2 仪表接地系统与电气装置等电位连接

3 结束语

仪表系统可靠正确的防雷接地，能够保证仪表系统在雷电等恶劣天气情况下排除干扰，稳定运行。特别是对于DCS系统，如果不考虑和处理现场干扰问题，就无法达到可靠运行的目的。石油化工仪表防雷还涉及其他方面，电涌保护器、接地和相关措施共同作用，才能确保系统传输信号的稳定性和设备的抗干扰性。因此必须加强内部防雷与外部防雷设置，提高仪表的整体防雷效果。

[1] 郭非，魏亚玲，许明，等.硫回收装置燃烧炉温度仪表选型的探讨[J].石油化工自动化，2015，51(6): 81～82.

[2] 李毅.石化装置现场管道常见问题及解决办法[J].化工机械,2012,39(4):526～528.

[3] 张华莎.石油化工油品储罐计量与测量仪表设计方案[J].石油化工自动化，2015，51(5):1～7.

[4] 孙腾良.我国石油和化工装备制造业面临的问题及发展方向[J].化工机械,2011,38(1):1～6,10.

[5] 孙丹,巴爱叶.400m3液化石油气球罐的热处理[J].化工机械,2011,38(1):123～124.

[6] SH/T 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.

[7] 陆德民.石油化工自动控制设计手册[M].北京:石油化学工业出版社,2000.

TQ056.1

B

1000-3932(2016)03-0324-03

2015-05-22(修改稿)