长输管道储运自动化仪表设备防雷技术应用

冯涛

摘 要：随着我国经济的飞速进步，石油化工工业的发展速度也越来越快，自动化的程度在不断增强，其中，自动化仪表在石油化工中所发挥出的作用越来越大，但是由于受到雷击事故的破坏，导致机组停运的问题经常发生，因此如何实现仪表的防雷是当前一项重要的工作。本文对雷电事故的发生原因和侵入仪表的途径进行了简单的分析，重点阐述了如何有效预防雷击对仪表的破坏。

关键词：长输管道；自動化仪表；防雷

自动化仪表设备在石油化工工业中发挥着不可替代的作用，由手动控制逐渐变为自动化控制，但是仪表也有一定的弱点，例如绝缘强度低、电压耐受能力差等，导致由雷击而引发的事故经常出现，严重影响了仪表的正常运行，因此必须要采取科学有效的方法预防雷击对仪表产生的破坏，杜绝雷击事故的发生。

1.雷电事故发生的原因

在原油开始运输之前，其自身有等量的正负离子，并且为中性；在石油运输的过程中，原油同管壁二者之间不断产生摩擦而出现静电荷，同一极性的离子，被管道吸附住，导致贴近管壁低流处的原油中包含了过剩的异性离子；当原油流动时，异性离子同原油中的自由离子分离开，从而产生电荷。

由于异性电荷具有自然相吸的特点，因此与其对应的极性电荷就会向着原油运输的方向进行传导。产生电荷的原因同流速、离子的含量以及原油的面积有着直接的关系，流速越快、管道越长，其静电产生的速度也就越快。由于雷电包含了高电荷云团，云团在地球表面形成了静电场，电场会在设备、油罐的感应出相反的电荷，同时会跟随云团进行移动，雷击会使电荷中和，进而导致强电流流向雷击点。

2.雷电侵入仪表的途径

2.1雷电直击

雷电直接击中自动化仪表设备，对设备产生严重的破坏。

2.2雷电感应

防雷设备或金属架构接闪时，在引下线中会通过电流，对附近的电缆产生电磁感应；或者闪电的放电形成电磁场，电磁场通过电阻、电容在设备上感应出电压，通过电缆等介质直接通入仪表系统，对仪表造成严重的干扰。

2.3雷电反击

控制系统是单独接地的，如果变送器周围的设备受到雷电击中之后，由于地电位的浮动，导致变送器和控制系统之间的地电位差距巨大，足以把仪表击穿。

3.仪表的防雷措施

3.1屏蔽

仪表中包含了很多集成电路、电缆、半导体器件，当遭受雷击时，瞬态电磁脉冲能够直接导入这些器件上，导致设备适量或损坏，采用屏蔽体来预防电磁脉冲是一种常见的方法，防雷屏蔽主要分为下面几个方面。

（1）现场仪表屏蔽：可以在仪表外罩上金属箱来屏蔽雷击，金属箱要接入防雷接地系统。

（2）控制室屏蔽：控制系统是仪表的核心，对雷电的电磁脉冲非常敏感，因此对控制系统的屏蔽工作是非常重要的。控制室是密封的结构，可以把室内墙壁中的结构钢筋交点处连接，同时与金属门框焊接，形成屏蔽笼，在室内的四周再安置一圈保护接地环，要把屏蔽笼和接地环二者直接进行电气连接。

（3）信号线、电源线屏蔽：为了避免雷电在信号线、电源线上感应出瞬态过电压波，要使用代用金属屏蔽层的线路；线路的屏蔽层沿线路要多点接地，一方面能提高安全的程度，另一方面也有效的抑制了低频的干扰。

3.2接闪

石油化工工业在室外建立了很多设备，例如贮罐、换热器、料仓等，这些设备之间都是使用管线连接到一起的，必须在设计的过程中考虑到防雷问题。对于一些管道、较厚的密闭容器以及金属构架，两接地点之间的距离要小于30米，如果必须大于30米就要增加接地点，其冲击接地的电阻不能超过30Ω；这样做的目的就在于要管道、容器和构架自身来承担引下线的功能，同接地装置二者之间形成防雷装置，对于壁较厚和设备和管道，遭受雷击之后损伤不大。仪表装置在构架中，因此受到了一定的保护。

对于电缆来讲，由于范围较大，有些区域的电缆桥架处于装置区外，极容易受到雷击，可以采用安装避雷针的方法，把电缆置于避雷针的保护范围之内，但需要特别注意的是，避雷针同桥架之间要有一定的距离，避免二次雷击的问题出现。另外高处的仪表也极容易受到雷击的损坏，因此尽可能不把仪表安置在高处，如果必须安装就要安装仪表箱，同时具备良好的接地，也可以安装避雷针。

3.3电涌

为了更好的避免雷电对仪表的破坏，还需要采用电涌保护，电涌保护要在外部防雷的基础上，同内部防雷措施项目配合。所谓电涌保护就是保护设备不受到雷电电涌的破坏，电涌是指瞬态电冲击，如果不采取有效的方法进行控制，就会极大的损坏设备。

（1）电源电涌保护：为了更好的提高供电的可靠性，通常仪表是采用双路供电，也就是对于双路供电负载一路采用UPS，另外一路采用独立的稳压市电或UPS，对于单路交流供电的负载采用UPS方案，当一路供电出现问题时，能够向两外一路供电。

（2）信号电涌保护：信号电涌保护分为两种，分别为室内系统保护和室外仪表保护，由于成本等因素，对于室外比较特殊的仪器、室内容易遭受雷击的仪表都要配置电涌保护器，对于其它回路中要采用保险丝限流。

3.4合设接地

当前仪表系统的接地有两种，分别为浮地和多点接地。

（1）浮地：仪表的工作地同建筑的接地系统断开，接地系统中的电磁干扰就不会进入仪表中，地电位对仪表也就不会产生影响。

（2）多点接地：仪表、DCS、PLC等设备的工作接地同保护接地断开，优点在于能够就近接地，但是如果雷电波通过接地进入系统，对电路也会造成极大的损坏。

这两种接地方式的防雷效果都非常不好，所以要把保护地、工作地、防雷地连接到一起，同时接入防雷接地系统，这种方法称为合设接地系统，能够消除接地点中的电位差，有效控制接地点的放电现象。

4.总结

通过上述分析能够看出，雷击事故对自动化仪表设备来讲破坏力非常大，因此必须要采取有效的办法预防雷击，要对生产装置加以优化，要从现场仪表、电源线等多个角度进行思考，在施工和验收阶段要严格依照相关标准进行验收，保证设备运行的安全性，提高仪表的导体导电能力，尽最大的可能避免雷击事故的发生。

参考文献：

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