爱劳防雷技术交流资料油气输送工程技术交流.ppt

Welcome,石油化工系统的 雷电防护,爱 劳 企 业 集 团 介 绍,1. 公司简介 Corporate Brief 北京爱劳高科技有限公司注册成立于 1990 年 1 月 18 日 武汉爱劳高科技有限责任公司注册成立于1993年4月21日； 武汉爱劳自动化有限责任公司注册成立于1997年5月30日； 北京爱劳电气设备安装有限公司注册成立于2002年11月25日。,公司简介,1. 公司简介 Corporate Brief 北京爱劳高科技有限公司(防雷市场营销与管理） 武汉爱劳高科技有限责任公司（防雷产品研发与制造） 武汉爱劳自动化有限责任公司（电站自动化产品产品研发与制造） 北京爱劳电气设备安装有限公司（从事防雷工程，具有甲级设计与甲级施工资质）,公司简介,公司简介,2. 组织结构 Organizational Structure 集团组织结构 Group,公司简介,3. 人员结构 Personnel Structure 目前公司现有员工228名，以博士生7人，硕士生15人为主组成的技术开发队伍，是高科技企业的灵魂；100%大学本科生组成的高素质专业销售和技术服务队伍开拓着广阔的市场。,Sales and Marketing Management Manufacture R&D,技术人员情况介绍,解广润-公司首席技术顾问 Prof Xie Guangrun -Chief Technical Consultant 教授，博士生导师。 国务院学位委员会学科评议组成员，国防科工委国防设备安全组成员，全国高校电力类教材编审委员会副主任，三峡工程论证组专家，中国电力大百科全书过电压分支主编，中国电机 工程学报编委，中国电机工程学会高级会员，湖北消防协会副理事长，第49届国际电工会议中国政府代表，国家电力公司电网专家。,Introduction of Technical Staff,公司简介,技术人员情况介绍,Introduction of Technical Staff,公司简介,解广润-公司首席技术顾问 Prof Xie Guangrun -Chief Technical Consultant 教授，博士生导师。 有科研成果21项，在国内外发表过论文92篇，出版著作、教材30种。获国务院特殊津贴。 中国第一位电机研究生 中国第一位电机博士导师 中国第一任防雷国家标准主编 半导体少长针消雷装置（SLE）发明人。,公司简介篇,4.机构分布 Branches 总部设在首都北京，下设北京、成都、沈阳、上海、深圳、武汉六个办事处，形成覆盖全国的销售网络。 With its headquarters in the capital of China, Arrow has six branch offices in Bejing, Chengdu, Shenyang, Shanghai, Shenzhen, Wuhan respectively, which formed a large sales network that covers the whole country.,5.参与编写的国家标准,National Standard / Trade Standard/ Technical specification that we participate in Compiling,公司简介,6.拥有的专利证书,Patents,公司简介,6.拥有的专利证书,Patents,公司简介,7.获得的产品资质及通过的各项实验,研究与开发篇,Qualifications of Product and Experiments Passed,8.拥有的防雷工程资质,公司简介,9.已加入国际、国内的防雷组织,公司简介,美国防雷协会（LPI） 常务理事会员 中国防雷协会 常务理事会员 防雷与接地中国教育部工程研究中心 合作企业,10.国际资质-CE、UL、ROHS认证,公司简介,11.质量管理资质-ISO9001认证,公司简介,12.拥有先进的测试设备,公司简介,100KA冲击电流实验室 150kV冲击电压试验室,12. 公司产品介绍,直 击 雷 防 护 产 品 Direct Lightning Protection Products,电 源浪涌防 护 产 品 Power Line Protection Products,天 馈 系 统 保 护 产 品 Antenna and feeder line Protection Products,信 号 线 路 保 护 产 品 Data Line and Signal Protection Product,高 效 防 腐 降 阻 接 地 极 系 列 Earthling Rods,公司简介,AR限流避雷针 阻止高层建筑物上行先导的产生 具有普通避雷针的引雷作用并将雷电流导入大地的特点 限制急剧上升的雷击电流,有效降低雷电流的幅值和陡度,减少雷电感应引起的二次效应 雷电通流能力强 具有自身恢复功能,寿命长 防水、防腐、防污闪 可配雷电计数器 抗风能力强,可抗45m/s的风力 安装方便,免维护,12. 公司产品介绍,公司简介,专利号：ZL 03 2 54679.3,DSOP-I200/CM 采用B、C两级组合方式，用于第一级电源防雷器，通流大、残压低 冲击电流（10/350s）最大为100KA 采用箱体结构，抗雷电冲击电动力强 具有劣化、损坏指示器 模块内配有热熔和过流的自动脱离装置 有模块工作状态遥信接点 雷电计数器（可选） 阻燃、抗腐蚀 外形尺寸：440x350x130mm,公司简介,12. 公司产品介绍,专利号：ZL 03 2 54679.3,12. 公司产品介绍,公司简介,12. 公司产品介绍,公司简介,ERP-I-003垂直防腐接地极,冲 击 通 流 容 量：100kA 冲击电流耐受密度 ：1500kA/m2,专利号：ZL 200720085504.3,12. 公司产品介绍,公司简介,SRP系列水平防腐接地极产品,专利号：ZL 02278411.X,12. 公司产品介绍,公司简介,专利号：200710169063.X,12. 公司产品介绍,公司简介,专利号：200710169009.5,12. 公司产品介绍,公司简介,专利在申请中,12. 公司产品介绍,公司简介,12. 公司产品介绍,公司简介,12. 公司产品介绍,公司简介,专利号：200820065612.9,12. 公司产品介绍,公司简介,13. 工程业绩介绍,公司简介,西昌卫星发射中心,青藏铁路,三峡大坝,13. 工程业绩介绍,公司简介,中央电视台,北京电视台（新）,上海东方明珠电视塔,13. 工程业绩介绍,公司简介,英国SHELL,新加坡科技局,13. 工程业绩介绍,公司简介,某 油 库,石油化工系统 雷电防护,目 录,第一部分、雷电及产生过程 第二部分、雷电危害 第三部分、雷电对油气输送管线的危害 第四部分、站场雷电灾害 第五部分、事故分析 第六部分、目前防雷设计存在的问题 第七部分、油气管道防雷设计,第一部分 雷电及产生过程,一、雷云,一大块雷云同极性的总电荷可达数百库，每个电荷中心的电荷约为0.110C 510km的高度主要是正电荷的云层,15km的高度主要是负电荷的云层 雷云中平均场强约为150kV/m 雷云放电大部分是在云间或云内进行的 对地雷击90%左右是负极性的,二、上行雷和下行雷,下行雷由云向地面发展 雷云对地的电位可高达数千万伏到上亿伏 雷云下面地表的电场一般为1040kV/m 当云中电荷密集处的场强达到25003000kV/m时就会发生先导放电 上行雷由地面向云发展 当地面有高耸的突出物时，不论正负雷云都有可能先出现由突出物上行的先导 地面突出物愈高，产生上行先导所需的地面雷云电场愈小 曾对上行先导的雷电流进行过直接测量，其值在50600A范围内，平均约为150A 可能发展上行先导的估计条件,三、雷电放电过程,先导放电 通道电阻很大 通导中无强烈热游离 电流只有100A左右 放电发展困难，平均走50m停50s，为毫秒级过程,主放电 地面电荷快速上升 强烈中和形成游离，使通道电阻迅速减小 电流突增，达数十安到数百千安 放电极快，为微秒级过程 伴随有雷鸣和闪光,四、负雷云下行雷的放电光学照片及电流 变化,五、雷电参数（一）,雷电流波形,波头 2.6s 波长 40s,雷电流极性,由雷云流到大地的电荷的极性,六、雷电参数（二）,雷电流幅值 I=100kA P=7.3% I=88kA P=10% I=50kA P=27% 雷电流上升陡度 落雷密度() =0.07/ ( 百公里 )2 /雷暴日,雷暴日 少雷区：20天 多雷区：20天，40天 高雷区：40天，60天 强雷区：60天,第二部分 雷电危害,一、雷害的种类及防范措施,雷害的种类 直击雷害 感应雷害 侵入波雷害,雷电的防护措施 直击雷的防护：避雷针（线） 感应雷的防护：屏蔽 侵入波的防护：浪涌保护器 （压敏电阻） （气体放电管） （齐纳二极管）,直击雷 线路雷电波侵入 雷电感应 电力系统操作过电压,二、雷电的侵入途径,防雷装置地上高度hx处的电位：U = IRi+ L0h 按照第一类防雷建筑物的防雷措施，建筑物防雷设计规范GB50057-94： 雷电流幅值I=200kA；引下线单位长度电感 L0=1.69H/m；接地装置冲击接地电阻Ri=2； 雷电流陡度 = kA/s =20kA/s； 假设高度h=30m，则 U=IRi+L0h =2001032 + 1.6910-63020109 = 400+1014 =1414(kV) 即使接地装置的接地电阻Ri= 0， U = L0h = 1.6910-63020109 = 1014 (kV) 单位长度电压 =1014kV/30m=33.8kV,三、地电位反击,按照第一类防雷建筑物的防雷措施，建筑物防雷设计规范GB50057-94： 独立避雷针及其接地装置至被保护物或与之有联系的管道、电缆等金属物之间应保持一定距离。 避雷针上的高电位uA可击穿空气间隙Sa而将高压位传递到被保护物（人或设备）上。 避雷针接地装置上的高电位uB可击穿土壤反击到被保护物的接地装置上，使被保护物的地电位升高。 地上部分： 当hx5Ri时，Sa0.4（Ri+0.1hx）； 当hx5Ri时，Sa0.1（Ri+hx） 地下部分： Se0.4Ri 一般情况下，Sa，Se3m。,三、地电位反击,当雷击避雷针或杆塔时，如果有人站在地面上而用手去接触塔身或引下线时，作用在人的手和脚间的电压（称为接触电压）可达很高的数值，会危及人的生命。 由于雷电流在地中扩散时会在地面沿半径各点形成不同的电位，当人在附近行走时，人的两脚间将会有电压作用（称为跨步电压），对人也有危险。 DL/T6201997规定：“避雷针及其接地装置与道路或出入口的距离不宜小于3m”。,四、接触电压、跨步电压对人身的危害,结论：雷击避雷针，雷电流入地处的地电位升高，引下线周围空间形成强烈的电磁脉冲。雷击点附近的通讯线路、信号控制线路、射频传输线路会通过反击和电磁耦合的方式，形成暂态过电压，并以雷电波的形式沿线路传播，危害电子设备。 金属开口环的开口处出现过电压击穿;在易燃易爆场所，引起火灾。,雷击避雷针时，附近导线会产生感应过电压 避雷针上各点（N点）的电位 L0=1.69H/m，h=20m，R=10，I=200kA，t=10s， 沿针体存在的高电位引影响下，其附近的线路上的 静电感应过电压 uj = uN 同时针附近的金属开口环的开口处有电磁感应过电压 uci = M = 0.2c(ln ) 当a=b=1m，c=10m， I=200kA时， uci = 0.2c(ln ) = (0.210ln2)200/10 27.8(kV),六、直击雷的电磁效应,LPZ0区内的磁场强度： i0 雷电流，第三类防雷建筑物取100kA； Sa 雷击点与屏蔽空间之间的平均距离 (m) ； LPZ1区内的磁场强度从H0减为H1： H1 = H0 / 10SF/20 (A/m) SF 屏蔽系数(dB) 电子设备所用大规模集成电路块，工作电压不到10V，工作电流只有数毫安或微安，对这种雷电的电磁感应十分敏感。 实验表明：当雷电流形成的磁感应强度达2.410-4T（2.4G）时，使电子设备发生永久性损坏；磁感应强度降至0.0710-4T（0.07G），能造成误动作。,雷击点的雷电流为100kA时： Sa = 83m内，磁感应强度超过 2.410-4T（2.4G）； Sa = 860m内，磁感应强度可达0.0710-4T（0.07G）,七、建筑物附近落雷时的电磁感应,第三部分 雷电过电压对石化设施的危 害,对管道的危害,一、直击雷对管道的危害,直击雷对管道的危害原理,一、直击雷对管道的危害,土壤中的冲击电位分布,一、直击雷对管道的危害,PE防腐管道的冲击耐压水平,冲击电流对埋地管道PE保护层的损坏实图 电流24kA，直径23mm,冲击击穿电压为90kV,一、直击雷对管道的危害,典型案例,2007年8月23日上午10时，中石化南宁管理处所属黎塘南宁支线输油管道在距末站3kM处（邕宁县五合镇境内）发生一起因管道腐蚀穿孔而导致的漏油事故,二、工频电位对管道的危害,土壤中的工频电位分布,PE防腐管道的工频耐压水平,二、工频电位对管道的危害,工频耐压为57kV,3层PE绝缘管道经56kA/0.1s的工频电弧烧蚀后的照片 深度3mm，直径约5cm,三、高压架空线路对地埋管线的影响,雷击架空线路 雷电通过杆塔入地击穿接地体与管道之间的土壤破坏防腐层 因雷电而引起的工频短路管道防腐层破坏、管道灼伤 其它原因一起线路短路 引起管道防腐层破坏、管道灼伤,高压架空线包括： 高压交流架空线、高压直流架空线、电气化铁路线,四、直流高压系统对管线的影响,高压直流运行方式 高压直流输电系统采用2线1地运行方式，正常地线中只有不平衡电流 特定的情况下，“+”或“-”单极运行，此时通过大地回流 直流对金属的腐蚀 日本电气学会的研究成果：1安培的直流电流持续由金属流至电解质，一年内将损耗9公斤的铁，10公斤的铜，34公斤的铅，或3公斤的铝 单极运行及不直流平衡电流对地下管线的影响 500kV直流单极运行，负荷为500MVA时，通过大地的电流为1kA 地下的回流引起管线严重腐蚀 阴极防腐系统不能正常运行,五、电气化铁路杂散电流对管线的影响,交流供电的电气化铁路杂散电流 引起管道防腐 强制电流阴极防腐不能正常工作 直流供电的铁路、城市轨道对地埋管线的腐蚀,对储罐的危害,一、雷击罐体、浮顶,罐壁与浮顶出现电位差，存在间隙时会放电,二、雷击附近构筑物或空中云间放电,罐壁与浮顶出现电位差，存在间隙时会放电 半径83m范围内微电子设备造成永久性损坏,三、静电场放电,雷云静电场突然消失在罐体上引起的感应过电压， 存在间隙时会放电,对石化生产装置的危害,雷电对石化生产装置的危害,直击雷对装置的直接侵害 雷电对供电线路的侵害 雷电电磁波对仪表设备的侵害 地电位反击对仪表设备的侵害,对阀室的危害,雷电对阀室的危害,直击雷对放空管和建筑物的侵害 雷电对供电线路的侵害 雷电电磁波对仪表设备的侵害 地电位反击对仪表设备的侵害,第四部分 站场雷电灾害,一、雷害事故类型,停车 仪表工艺系统微电子设备损坏 雷电接闪后的二次效应的危害 火灾,二、起火的后果,起火后不可能短时间扑灭 只能被动地采取措施 放出底部温度低的油 对起火油罐、装置进行冷却 对周边油罐、装置进行冷却防止事故扩大,三、国内外雷击起火事故,广东茂名炼油厂事故： 1976年5月31日，广东茂名炼油厂北山油罐区111圆罐和116 方罐因雷击起火。 1995年8月3日,茂石化北山罐区125外浮顶金属原油罐遭受雷 击着火。 秦皇岛油库事故： 1976年7月28日，雷击使容积为3万立方米的8油罐起火； 1979年夏季，容积为3万立方米的10油罐因雷击起火； 1989年7月17日，雷击使容积为2万立方米的1油罐雷击起火。,1979年3月31日，南京炼油厂318油罐雷击起火。 1981年4月18日，新加坡S石油公司一个容积为5.8万立方米 的石油罐因雷击起火，燃烧了15个小时。 1984年9月2日1时23分，辽河油田某集油站因雷击击中两个 100立方米的固定钢油罐起火燃烧。 1987年7月，日本北海道航空自卫队千岁基地3200立方米航 空油罐因雷击起火爆炸。 1987年8月24日，辽宁省绥中输油站一个5000立方米原油罐 因雷击起火爆炸。 1989年6月26日，锦西炼油厂001原油罐因雷击发生爆炸起火。,1989年8月12日，黄岛油库5 油罐因雷击起火爆炸，烧毁了 5个罐，损失原油3.6万吨。 2006年4月28日，马来西亚柔佛港内油库3座油罐遭雷击起火。 2006年7月15日，惠州市东江电力公司储存1080吨的1油罐 遭雷击起火。 2006年8月7日，仪征输送站16原油储罐遭雷击起火。 07年5月24日浙江镇海储备库47罐（10万立方）遭雷击起火 。 07年6月24日浙江镇海储备库47罐（10万立方）遭雷击又一次起火。 07年7月7日浙江平湖白沙湾3罐（10万立方）遭雷击起火。,辽阳石化1998年雷害 1998年8月13日一天，雷暴天气就给辽阳石化造成了较大的损害：有的设备停运，局部通讯中断，调度受阻，仪表失灵，中断供电，发生火情。调查统计结果表明该次雷暴87%生产装置是因雷电电磁脉冲感应损伤所致。 （1）聚酯厂：PTA装置两台射线液位表内线路板损坏；DCS系统调度通信网一台转换计算机接口损坏。芳烃装置火炬回收系统PLC控制系统插板损坏，引起压缩机停运。污水系统水计量表楼内终端三块线路板损坏。 （2）炼油厂：东油品车间罐组两台液位显示仪线路板损坏；PT100温度变送器线路板损坏。,辽阳石化1998年雷害 1998年8月13日一天，雷暴天气就给辽阳石化造成了较大的损害：有的设备停运，局部通讯中断，调度受阻，仪表失灵，中断供电，发生火情。调查统计结果表明该次雷暴87%生产装置是因雷电电磁脉冲感应损伤所致。 （3）动力厂：调度通讯系统5个单位的调度台受损，通讯中断。动力厂调度室一台计算机，三台显示器线路板损坏。梅花岭变电所2#主变纵差保护两次动作，造成两次中断供电；梅花岭井群微机失灵。54#变电所北井群线路跳闸一次。B15变电所西井群线路跳闸一次；东井群线路跳闸两次；乙进线跳闸一次。 （4）热电厂：电厂西区一台66KV刀闸绝缘子被击碎。 （5）尼龙厂：U86#装置顶部一个水封槽三次起火，消防队两次出动消防车灭火。,铜陵港华燃气公司天然气加气母站雷击 2007年月7日下午5时左右，正在运营的铜陵港华燃气公司天然气加气母站遭遇雷击，造成加气设备严重损坏，致使不少天然气车辆无法正常加气。该天然气加气母站为铜陵市唯一一座天然气加气站，经过专业技术人员紧急抢修，至8日下午6时，加气设备修复，天然气加气母站恢复正常供气。 2004年8月26日9时氮氢气压缩机放空管雷击着火 正值雷雨天气，厂内设备运行正常。忽然一声雷鸣过后，厂内巡视检查工人发现厂区内8号4M20-75/320型氮氢气压缩机放空管着火。厂消防救援队在最短的时间内赶到着火现场，在消防救援队和闻讯赶来的厂干部及职工的共同努力下，扑灭了着火，没有酿成重大火灾。,2008年6月3日中石化茂名分公司2#乙烯裂解装置雷击起火,2008年6月3日18:29110KV外电网榭烯北线架空线遭受雷击，发生A相接地短路故障，引起乙烯北变一路电源失电。 失电导致裂解炉及急冷系统的压力超高，达到0.59 MPa，超过了裂解炉出口管线的设计压力（0.35 MPa），导致2#裂解炉出口膨胀节失稳泄漏着火，发生火灾事故。,黄岛油库89年雷击事故,1989年8月12日9时55分，与青岛市区相隔4海里的黄岛油库末站的原油罐群因雷击发生爆炸起火。这场事故造成5个油罐报废，4万吨原油燃烧，直接经济损失1401万元，19人死亡，74人受伤。,消防人员救火场面,国家领导人亲临现场,仪征输油站着火事故,06年月日中午时分左右，中国石化管道公司南京输油处仪征输油站万方号原油储罐遭雷击起火。着火点多达5处。,马来西亚柔佛港内油库着火,2006年4月28日，马来西亚南部柔佛州新山市东南约20多公里处的柔佛港内储油区的油库28日遭雷雨电击而起火，至少有5座储油罐着火。,第六部分 存在的问题,一、雷电防护标准滞后现有技术，防护不完备,在石化系统建设中引用的标准多数为20年前的标准，这些标准由于当时时间的局限性，导致其不能满足新兴石化装备正常运行的需要，如： 长输油气管道系统的雷电防护在2010年前未列入相关标准，所以导致： 管道因雷击而腐蚀漏油、漏气。 阀室因雷击而停运或爆炸起火 储罐因雷击而起火,一、雷电防护标准滞后现有技术，防护不完备,在石化系统建设中引用的标准多数为20年前的标准，这些标准由于当时时间的局限性，导致其不能满足新兴石化装备正常运行的需要，如： 炼化装置的控制仪表雷电防护要求未在标准进行规范相关标准 随着超大规模集成电路的广泛引用，使得通信仪表设备的耐压能力逐渐下降，即抵御雷电感应侵袭的能力逐渐降低，所以需要对其进行完善的防护，而现有的标准中对仪表的防护确没有明确的固定，从而导致大量的仪表设备为安装雷电防护装置，一遇雷电侵袭，便不能正常工作，其结果是轻者影响正常生产，重者会引起火灾或爆炸等人身伤亡事故。,二、没有统一的设计、施工、维护管理制度,石油化工系统往往是一个由多个子系统组成的复杂系统，同时各子系统的雷电防护有没有统一的设计、施工与维护制度，因而当发生雷电事故时，各子系统间会相互推卸责任，从而难以找到问题的根源，难以得出根本解决问题的方法，从而在防雷改造不断的同时，雷电灾害事故也依然不断。,三、非专业甲级资质的企业进行设计与施工,在石化系统中，雷电防护的施工往往由土建或电气安装公司来承担，由于这些企业没有甲级设计、施工资质，由于其员工对雷电理论，特别是石化系统易燃易爆场所的了解缺失，往往会按照普通场所和供电线路（集中参数）的思维模式来看待雷电波（高频、快速变化，应按分布参数来考虑安装方案），从而即便是实施了雷电防护工程，但其防护作用往往形同虚设，甚至还会带来副作用。,第七部分 石化系统防雷设计,一、防雷设计理念系统性、整体性,限流限制直击雷的雷电流幅值和上升率（di/dt） 均压改善冲击电压的分布，降低电位差 分流采用多条接地引下线分别泄放雷电流 屏蔽防止雷电电磁波入侵 接地防雷措施的基础 保护电源及信号回路安装SPD,二、引用标准,GB 50074-2002 石油库设计规范 GB 50183-2004 石油天然气工程设计防火规范 GB 50251-2003 输气管道工程设计规范 GB 50253-2003 输油管道工程设计规范 GB 15599-1995（2009）石油与石油设施雷电安全规范 GB 5005794(2000) 建筑物防雷设计规范 GB 50343-2004 建筑物电子信息系统防雷设计规范 GB 50174-93 电子计算机房设计规范 SY/T0007-1999 钢质管道及储罐腐蚀控制工程设计规范 SH/T3081-2003 石油化工仪表接地设计规范 AS/NZS 4853:2000 金属管道电危害 NACE RP0177-