石油化工仪表系统的防雷措施

单益平

浙江防雷安全检测有限公司 浙江 海盐 330043

引言

现阶段，石油化工产业数量的增加，自动化仪表设备被广泛应用于石油化工生产中，并发挥了重要的作用，为石油化工各项生产工作的顺利进行提供了可靠保障，成为石油化工产业的不可缺少的设备之一。但是，自动化仪表在使用中会受到雷电效应的影响，仪表系统遭到雷击后会发生系统崩溃或紊乱的现象，在一定程度上影响其所控制机组的正常运转，阻碍生产各项工作的顺利开展。对此，为了消除雷电效应所带来的影响，提升仪表系统工作的效率，应对防雷工作展开深入的研究[1]。

1 雷击带来的恶劣影响

1.1 直接被击中带来的影响

仪表系统或其他有关电路一旦遭到雷击，很可能会损坏自带的传感器模块，甚至击穿电子电路板。石油化工仪表系统受到电流直接雷击时，会有电流导入大地，产生很大的磁场，致使磁场将普通的信号传输线路和重要的装置连接，使这些重要装置遭到严重损坏。

1.2 感应雷击出现的情况

如果静电感应现象发生，即闪电来临时，地面上的物体会产生大量电荷，尤其是复杂物体产生的电荷比较大。当电荷积累到一定程度时，就会发生放电现象，此时，它将会进入到仪表中，破坏仪表。另外，电磁脉冲会产生脉冲辐射，电磁波向外辐射，从而产生感应电流和感应电动势，进而使设备发生故障，仪表、设备或计算机等控制系统也可能会受到损坏或出现故障，进而引发安全事故[2]。

1.3 过电压及反击电流

在仪表系统金属管道等被雷电雷击之后，将会导致相关部位产生瞬间的电压过高现象，过高电压会给管道和线路的各部门带来不良影响，致使仪表系统遭到高电位的攻击，从而给系统的正常运行造成破坏或干扰。此外，当仪表系统的防雷装置在接闪时，瞬时过高电流将被引入接地装置，然而会因为地面的电阻过高，在二者相遇时，而导致局部电位立即升高，影响到与此点缺乏安全距离的仪表系统接地体，最终发生严重的放电现象，使仪表系统或电气遭受电流的强行攻击。

2 石油化工仪表系统的防雷现状

石化行业有一定的生产模式和相应的生产控制系统，被称为DCS控制系统，此系统结构中仪表设备较多，属于石油化工企业生产流程总指挥部，其运行状况直接影响着整个石油化工企业的生产和运行。但是这种控制系统有一定的弊端，本系统中有一些仪表和电源设备，容易受到环境的影响，尤其是遇到雷电时，会产生颠簸。经分析，一旦智能仪表与现场仪表受到雷电干扰或损坏，将会严重影响网络部分及变送器的工作，加之这些设备互联互通，将会导致整体瘫痪，使整个控制系统出现故障，严重的会强制整个生产项目停止。据我国数据分析表明，由于此系统遭受雷电的入侵和损失非常严重，因此在国内石化行业中，仪表系统的防雷措施非常重要。该系统的设备和结构也有待改进[3]。

3 防雷措施

石油化工产业中对仪表系统的防雷保护目的很明确，并且根据不同的具体情况，采取的防雷措施也是不尽相同的，应该确定合适的防护方案和标准进行适宜的防护措施，既经济又能有效减少因为雷电的影响而造成的不必要的经济损失。这里介绍的是仪表系统的综合防雷工程[4]，如图1所示。

图1 综合防雷图示

3.1 接闪

利用防雷装置，可防护直接雷击，在设计时，需让现场仪表的控制系统和储油罐一致。在均压中，发生雷击时，路径产生暂态电位，金属物体与道路刚度之间存在暂态电位差，而且该电位差大于金属物体和道路刚度之间的绝缘强度，则会放电，在击穿过程中对仪表设备造成损坏，同时，还会产生电磁脉现象，干扰仪表的正常运行[5]。

3.2 引下线进行分流均压

从以上雷电对仪表设备的影响可以看出，雷电通过时，会产生很高的瞬时电压。同时，仪表设备工作时，电流流过的地方电位会很高，容易形成一定的电位差。虽然设备会有绝缘层，但如果电位差超过绝缘层的承受程度，也会产生击穿电压，在这种情况下，电流强度非常高，流过仪器会破坏仪器的正常工作。因此，为避免这一现象的发生，必须设置引下线，分压分流，避免高压强电的影响[6]。

3.3 等电位接地保护

等电位接地保护主要是指对过电流产生的瞬时过高电位问题进行有效保护，其应用原理是将现场仪表系统中的系统结构和各种类型的金属物体在控制室与仪表系统的部件进行连接，再将现场和室内系统的接地保护线相连，在控制室内仪表系统与现场仪表系统之间构造出一个连续性的电气环境，保证这两个系统的点位保持同样的状态，与地电位相等，进而解决系统过电流通过传输路径击穿金属物体的问题[7]。

3.4 屏蔽

仪表系统的屏蔽防护主要是针对系统中大量的集成电路、半导体器件和信号电缆等易受雷电电磁脉冲的影响，造成系统设备故障或损坏。防雷措施主要用于抵抗电磁脉冲。防雷措施有3种：控制室屏蔽、现场屏蔽和线路屏蔽。控制室屏蔽是指将控制室设置为不开窗的封闭式建筑结构，将建筑各加固结构的交叉点连接起来，然后焊接在金属门框上，使控制室成为有开口的笼式屏蔽结构。此外，控制室内壁应设置环形保护接地，防止雷击对控制室仪表设备造成破坏；现场屏蔽是在现场仪表箱上加一个金属盖或直接将箱或盖与接地系统连接，以免损坏仪表设备；线路屏蔽是指电力线和信号线可以采用有金属屏蔽层的线路作为电缆，对有屏蔽层的线路进行多点接地，或让首段和末端接地[8]。

3.5 合理布线的措施

物理学上众所周知，当电流流过导线时，会产生一定的磁场。如果导线或传输电缆混合在一起或彼此靠近，这些磁场的影响就会相互扩散。因此，在石油化工仪表系统的结构规划中，应合理布线，强弱电缆应分开敷设在不同的管道中，各种电线或电缆尽量不出现架空的情况，尽量放入相应的埋地管道中，这样合理的布线可以避免一些直击雷的防护，减少对石化仪表设备正常工作的影响[9]。

3.6 电涌保护

为仪表系统的外部环境设计浪涌防护措施，并与仪表系统的内部防雷措施相协调，防止仪表被雷击损坏。目前，浪涌保护主要有两种，即电源电涌保护和信号电涌保护。电源电涌保护是指将仪表系统的供电方式转换为双向供电方式。单向使用不间断电源，将电池与主机相连，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电的系统设备，而另一路采用独立市电，在一路出现问题时，另一路也可以单独支撑系统工作。信号电涌保护分为室内系统和室外仪表两部分的保护，但成本较高，室内可以使用电涌保护器和保险丝共同保护，室外需要对贵重的仪表加设保护器[10]。

4 强化石油化工仪表系统防雷技术未来的发展

石油化工仪表系统防雷措施的实施，对整个石油化工的发展影响很大，结合目前我国石油化工产业体系的发展和仪表系统防雷措施的应用，对石油化工行业的仪表系统的仪表设备的防雷的技巧和方法上有所建议和创新。总结石油化工的发展趋势和仪表的系统结构，发现石油化工产业在整个生产设备上，根据防雷的相应原则进行的设计，主要从控制室、现场仪表或者是仪表的信号和电源线等，综合发现需要建筑、计算机、电气、自控等各个专业的合同协作共同完成。在今后的石油化工产业结构中，防雷策略要不断地从各个角度来深入挖掘，在仪表系统的结构上进行优化，也采用招标工程的手段与建筑工程一起在施工的时候就对防雷工程做一个完整而且详细的策划，并且结合防雷过程中遇到的难题进行图纸的优化，力求在石油化工产业的仪表系统的防雷策略更加的优化，最大限度地规避或者是杜绝因为疏忽或者是施工的原因造成的自然灾害，影响到石油化工产业正常的经济效益和发展。也要从技术领域不断改进防雷措施，加强石油化工仪表系统防雷措施重要性的认识[11]。

5 结束语

随着科学技术的快速发展，如今的石油化工产业仪表系统大部分都是采用比较先进的仪表设备，为了保证这些先进的仪表设备能够长期的使用，并安全运行，做好仪表系统的防雷工作，严格执行安全生产的管理规定，采取具体的防雷措施极为必要。石油化工企业也要重视仪表系统的防雷问题，正确实施防雷措施，规避因为雷击而产生的损失，提高企业的经济效益。在雷雨天气时，石油化工企业要做好防雷防电的工作，进行防雷设施的基础性建设，不断增强员工的防雷意识。仪表系统受雷电影响很大。石化企业应制定科学有效的防雷体系，应对雷击。因此，石化企业主要从等电位接地保护、接闪、分流、屏蔽、合理布线和浪涌保护等方面完善防雷措施，以达到防雷的目的。