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地凯防雷:石油化工仪表系统的防雷隐患分析及防雷技术的应用研究

地凯防雷:石油化工仪表系统的防雷隐患分析及防雷技术的应用研究


雷电是一种自然现象,它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力,雷电威胁着人类的生命安全,常使建筑、电力、电子、通信和航空、航天等诸多部门遭受严重损坏,随着微电子设备的广泛应用及高新技术的迅猛发展,由雷击引起的灾害事故正呈现上升趋势。

近年来,石油化工企业的规模、数量不断扩大增加,仪表系统向网络化、智能化方向发展。对于石油三种控制系统的防雷保护,仪表设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点,一旦仪表设受到直接雷击或其附近区域发生雷击,会威胁仪表设备的正常工作和安全运行。如果防护不当,轻则使仪表设备工作失灵,重则使仪表设备永久性损坏,严重时还可能造成人员伤亡、生产事故。因此,现代石油化工仪表系统的设计必须高度重视防雷的设计。

石油化工仪表系统防雷现状分析

DCS控制系统是石化企业生产过程控制的指挥中心,它的一举一动都影响着石化企业的生产,也是一个复杂的弱电控制系统,如图所示,因此容易受到外部的干扰,特别是雷电浪涌的入侵对控制系统的影响很大:一方面可造成仪表设备的损坏,另一方面也可造成DCS系统故障,严重时可能造成整个生产装置的停车,石化企业每年因DCS及仪表系统受雷电侵入而造成的损失很大,因此DCS及仪表系统的二次防雷就显得很重要。

国内一般的石化企业,在设计时基本上仅考虑到供配电系统的雷电感应防护,但是对DCS及控制系统的防雷保护却很少见或者极不完善。石油化工企业生产装置的DCS控制系统及常规的仪器仪表系统均属于微电子设备,极易遭受雷击损坏,使控制系统瘫痪,造成装置停车,经济损失重大。

造成事故的主要原因有两个方面:一是由雷电感应造成的,二是由地电位反击造成的。目前常采用的防雷措施是分流法,就是在仪表系统的信号或通讯回路以及系统的供电电源部分采用浪涌保护器SPD(Surge Protective Device),用以限制瞬态过电压和分走浪涌电流。但一个SPD只能为回路的某部分提供保护,若果所有回路及I/O通道都装SPD,成本及系统故障率将大幅上升,因此石油化工企业只是针对一些相对重要的场合部分的使用SPD,保护仅局限于现场仪表或控制室DCS、PLC等,没有真正实现仪表系统的整体防雷

石油化工企业仪表系统防雷技术

石油化工企业仪表系统防雷工程师一个系统的工程,对于侵入仪表系统雷害的治理措施主要包括:直击雷防护、等电位连接、屏蔽、规范的综合布线、SPD保护、合理的接地系统六个部分组成。这些措施必须综合运用,才能达到仪表系统的有效防护。

1、直击雷防护

石油化工仪表系统防雷的第一道防线是直击雷防护,最经济、最有效的方法是避雷针避雷带、避雷网)法。仪表系统控制室一般布置在非爆炸危险区域,若控制室为独立的建筑物,则按照《建筑物防雷设计规范》相关规定采用屋顶设避雷带,经引下线接至地下网的防雷系统;若控制室和生产装置在同一建筑物内,则防直击雷的要求应连同生产装置的特点来综合确定和设计。避雷引下线的位置要与引入控制室的管道和电缆隔开一段距离,以减小对它的电磁感应。现场仪表系统的防雷,应根据周围的储油罐等设备的实际情况做出相应的设计。

2、等电位连接

为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电,可将所有现场仪表的所有金属外壳、构架、生产装置的金属设备、设施、仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起,并与仪表控制室的防雷接地系统相连接,形成完善的等电位连接。

3、接地

仪表系统接地是为防止危及人身和设备的安全而设,减少系统内设备受到的入侵雷电浪涌冲击作用;提供低阻抗接地故障电流的返回通道;对可能积聚在设备上的静电提供低阻抗泄漏通道;为仪表系统提供低阻抗的公共信号参考点,以使系统受到的干扰最小。

由于仪表控制系统属于弱电系统,为尽量减少干扰,其接地往往采用独立地网系统,与建筑物的防雷接地网、电气系统的接地网分开,此种做法减少了正常情况下系统受到的干扰,但建筑物或电气系统遭受雷击,可能导致仪表系统设备内外的高电位差,引起设备损坏。采用联合地网(即将仪表控制系统接地网、建筑物防雷接地网及电气系统的接地网合理的整合为一个统一的地网),可有效解决电位反击的问题,同时也降低了接地网的接地电阻,减少电磁干扰,有利于控制及仪表系统的防雷

4、SPD保护

完全屏蔽的房间也不能避免因各种进出房间的线缆所引入的雷电波入侵,虽然通过联合接地和屏蔽技术能有效降低雷电对弱电系统的影响,但可能进入系统的雷电浪涌仍会很大,有可能超过系统设备的耐压水平,因此对系统进行协调配合的SPD防护,来有效分流,以弥补联合接地和屏蔽的不足,提高防雷保护可靠性。

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