（大气物理学与大气环境专业论文）石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术的应用研究.pdf

摘要 根据大量雷击案例的分析，石化企业雷击事故主要集中在储罐区和电子信 息系统中。为此，本文重点讨论了石化企业储罐区和电子信息系统雷电防护技 术和方法。 论文主要有五部分，第一部分简要介绍了石化企业雷电危害情况。第二部 分对石化企业现有的几种防雷方法进行了分析，归纳出石化企业的雷击隐患， 主要包含规范引用不恰当、直击雷防护不合理、雷击电磁脉冲防护不到位和控 制系统防护不足。在此基础上，提出石化企业各部位和设施雷电防护的思路。 论文第三部分重点讨论了石化企业大型罐区的雷电防护。按照油品的闪点 将储罐防雷划分为三级，引用了几种改进大型储罐区的直击雷防护的方法，如 取消油罐本体上端的避雷针，采用独立避雷针保护储罐区。对储罐区防雷电感 应做了简要的阐述。特别建议改造储油罐密封结构，做好储罐的密封。 论文第四部分对石化企业信息系统的雷电防护进行了重点研究，指出要采 取有效拦截、完善的等电位连接、合理的接地系统、全面的屏蔽、适当的s p d 保护等多种技术进行综合防护，并分析了5 例控制系统雷击事故。 论文第五部分以齐鲁石化炼油厂为例，分析了炼油厂雷电防护系统存在的 问题，然后提出了系统防护改进措施。 论文最后部分是总结与展望。总结出4 条技术对策，一是合理运用标准， 不断完善行业规范；二是油库选址前进行雷击风险评估，采用先进的工艺；三 是建立雷击报警和惰性气体随机保护系统；四是采用合理的防雷装置和方法。 对于石化企业的防雷，充分应用接闪、分流、均压、接地、屏蔽等多种技术措 施，并且与电气、建筑、自控等专业人员协同合作来实现。 关键词：石化企业，雷击，防雷 a b s t r a c t o nt h eb a s i co fs t u d i n gm a n yl i g h t n i n gs t r i k ei nt h ep e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s ，g e t t h ec o n c i s i o nt h a tt h el i g h t n i n gs t r i k em a i n l yh a p p e n e di nt h el a r g e rs t o r a g et a n ka n d i n f o r m a t i o ns y s t e m t h e r e f o r et h i st e x tc a r r yo nar e s e a c ht h a ti sh o wt ow o r kw e l l t h el i g h t n i n gp r o t e c t i o no fl a r g e r s t o r a g et a n ka n di n f o r m a t i o ns y s t e m i nt h e p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s t h i st e x tc o n t a i n sf i v ep a r t sm a i n l y t h ef i r s tp a r ti n t r o d u c e ds i t u a t i o ns i m p l yo f t h el i g h t n i n gh a z a r d si nt h ep e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s t h es e c o n dp a r t a n a l y s i s s o m em e t h o d s e x i s t i n g i nt h e p e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e s ，i n d u c et r o u b l eh i d d e no fl i g h t n i n gs t r k e c o n t a i n sq u o t i n gs t a n d a r d sn o t s u i t a b l e ，t h ep r o t e c t i o no fd i r e c ts t r o k en o tr e a s o n a b l e ，t h ep r o t e c t i o no fl i g h t n i n g e l e c t r o m a g n e t i s mp u l s en o ti np l a c ea n dp r o t e c t i o no fc o n t r o ls y s t e mn o ts u f f i c i e n t p u tf o r w a r dt h eb a s i c m e t h o do f e a c hp a r t sf o rl i g h t n i n gp r o t e c t i o n so fp e t r o c h e m i c a l e n t e r p r i s e so nt h ef o u n d a t i o n t h et h i r dp a r td i s c u s s e dt h ep r o t e c t i o nm e t h o d sm a i n l yo fl a r g e rs t o r a g ei n p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s d i v i d i n g t h r e ec l a s s i f i c a t i o nf o rl i g h t n i n gp r o t e t i o no f s t o r a g et a n ka c c o r d i n gt ot h ef l a s hp o i n to f t h eo i l ，s u c ha sc a n c e lt h el i g h t n i n gr o di n t h eo i ls t o r a g e ，a d o p ta ni n d e p e n d e n tl i g h t n i n gr o dt op r o t e c t i o no i ls t o r a g ea r e a , e l a b o r a t i n ga b r i e fp r o t e c t i o no fl i g h t n i n gr e s p o n d ，i m p r o v et h es e a ls t r u c t u r eo i l c a n ， m a k et h ef i r s ta n ds e c o n ds e a lw e l lo fo i l c a n t h ef o u r t hp a r tc a r r yo nar e s e a r c ha n di n v e s t i g a t eo fl i g h t n i n gp r o t e c t i o nf o r t h ei n f o r m a t i o ns y s t e mo fp e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s ，p o i n to u tt h a ti tc a nl l s e e f f e c t i v e l yi n t e r c e p t ，c o m p l e t ee q u i p o t e n t i a lb o n d i n g ，r e a s o n a b l e g r o u n d i n g ，c o m p r e h e n s i v es h i e l d i n g ，a n da p p r o p r i a t es p dp r o t e c te t c v a r i o u s t e c h n i q u e st e c h n i q u ef o rc o m p r e h e n s i v ep r o t e c t i o na n da n a l y z e df i v eal i g h t n i n g i i s t r i k eo fc o n t r o ls y s t e m t h ef i f t hp a r tt a k et h eq i l up e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e sf o re x a m p l e ，a n a l y z e dt h e p r o b l e me x i s t i n g i nt h el i g h t n i n gp r o t e c t i o ns y s t e mo ft h eo i lr e f i n e r y ，t h e np u t f o r w a r dt h ei m p r o v e m e n tm e a s u r eo ft h es y s t e mp r o t e c t i o n t h ee n dp a r ti ss u m m a r ya n do u t l o o k t a l l yu pf o u rt e c h n i q u ep l a n s ，o n ei sa d o p t t h es t a n d a r d ss u i t a b l e ，p e r f e c tp r o f e s s i o nn o r mc o n t i n u o u s l y ；t h es e c o n di sc h o o s e a d d r e s sb e f o r ea no i ld e p o tt og ol i g h t n i n gr i s kv a l u a t i o n ，a d o p ta d v a n c e dc r a f t ；t h e t 址r di sb u i l du pat h u n d e re a r l yw a m i n ga n dap r o t e c ts y s t e mw i t hs l o t ha i r r a n d o m ；t h e f o u r t hi s a d o p t r e a s o n a b l e p r o t e c t i o n d e v i c ea n d m e t h o d u s i n g c a t c h t i n g ，d i v i d i n g ，b o n d i n g ，g r o u n d i n g ，s h i e l d i n g e t c v a r i o u s t e c h n i q u em e a s u r e ，a n d w o r kt o g e t h e rw i t hp e o p l et h a tk n o w se l e c t r i c i t y ，b u i l d i n g ，a u t o r e g u l a t i o nb yp r o f e s s i o n e t c c a r r yo u tt h el i g h t n i n gp r o t e c t i o no f t h ep e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s k e y w o r d ：p e t r o c h e m i c a le n t e r p r i s e s ，l i g h t n i n gs t r i k e ，l i g h t n i n gp r o t e c t i o n i i i 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以“求实、创新 的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他入或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名：圣z 邀 日期：翘：箜 学位论文使用授权声明 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：曼! 奎盔， 日 期：型：! ： 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 第一章绪论 大气中常常发生强烈闪光伴有巨大隆隆爆炸声的现象，这就是人们常说的雷电现象 u l ，据有关部门统计，全世界范围内每年约有十亿次雷暴发生，平均每小时发生2 0 0 0 次 雷暴。就整个地球而言，每秒钟就有3 0 1 0 0 次闪电，每天会有8 0 0 万次闪电，全球每年 因雷击而死亡的人数达上万人，每年因雷击造成的损失在1 0 以美元以上u 1 。2 0 世纪末， 联合国组织的国际减灾十年活动中，把雷电灾害列为最严重的十大自然灾害。我国也是雷 电灾害频繁发生的地区，每年发生的雷电灾害有近万次，造成的人员伤亡3 0 0 0 4 0 0 0 人， 直接经济损失达几十亿到上百亿元人民币。 1 1 石化企业雷灾情况 雷电对人类的生活和生产活动产生巨大的影响，雷电威胁着人类的生命安全。从某种 意义上说，社会越发达，雷击对人们的威胁就越大。近年来，我国石油化工企业数量增加、 规模不断扩大，石化企业装置密集复杂，石化企业d c s 控制室、仪器仪表和配电系统等现 代化设备装置，普遍存在绝缘强度低、过电压耐受能力差和抗电磁干扰能力差等弱点，一 旦受到直接雷击，石化企业损失惨重，甚至企业附近发生雷击，其造成的雷击过电压和脉 冲磁场，通过辐射耦合等途径到达电子设备，也经常影响该企业的电子设备和电气控制系 统的正常运行，甚至损坏生产装置。石油化工企业由雷击引起的灾害事故正呈现上升趋势。 雷击对石油化工企业造成的直接和间接损失不可估量，如1 9 7 6 茂名石化的1 1 1 号、1 1 6 号原油罐遭雷击，1 9 7 9 年的南京炼油厂3 1 8 号油罐雷击起火，而1 9 8 9 年6 月锦西油库、7 月秦 皇岛油库、8 月黄岛油库石油罐相继遭雷击爆炸起火，1 9 8 9 年全国运行的1 7 0 0 座大小不等的 非金属油罐，共有8 次雷击事故瞳1 。仅以黄岛油库事故为例，大火共燃烧1 0 4 d 、时，烧毁原 油3 6 万吨，烧毁油罐5 座，整个老罐区已无修复价值。事故造成直接经济损失3 5 4 0 万元，其 中油库损失9 4 0 万元；在救火过程中，有1 9 人牺牲，7 8 人受伤。这样巨大的损失和人员伤亡， 新中国成立以来在石油系统尚属罕见，而事故对人们心理上的打击和影响更是难以估量。 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 石化企业频遭雷击受到国内外相关部门的高度重视，国外大型石化企业基本上都考虑 了较全面的雷击防护措施，国内起步较晚，自9 0 年代以来石化企业的雷电防护也逐渐受到 人们的重视，各大企业都把防雷工作编入企业的规章制度中，但是还存在这样那样的问题。 因此，做好石油化工企业的雷电防护，对保证人民生命和国家财产不受损失有着重要 的意义。石化企业防雷相对其它场所要更加重要和困难，石油化工装置存在易燃易爆介质 的危险场所中，其操作压力高、装置规模大，更增加了其危险程度；装置的主要部分露天 化，其塔、罐、容器、泵和管线等绝大部分在室外，有的塔高大于1 0 0 m ；装置自动化程度 高，采用电子计算机和大量电子仪表。由于石油化工装置具有这些特点，不同的雷击会对 装置的不同部位带来危害，所以对各个系统进行不同的设防，才能对雷电灾害起到有效的 防护作用。 1 2 本文的主要内容 对于石化企业的雷电防护，以往石化行业系统科研人员进行了一些研究，但由于石化 行业的特殊性和复杂性，只是对雷电防护问题进行了局部研究，采取了一些局部措施，而 综合有效的防雷技术研究的方法实施较为鲜见。近几年气象系统防雷科研人员对石化企业 的防雷进行了相关的研究，如娄仁杰1 等对石化企业防雷防静电现状作了较详细的论述， 姜正勇h 1 等提出了雷电对石油炼化企业的危害与应对措施，彭筱虹啼1 对大型油库的防雷设计 审核过程进行详细分析、周正东拍1 等讨论了雷电防护技术在化工企业的应用，次丹玉珍口1 阐述石油库防雷设计。另外，石油部门也专门召开石化系统防雷研讨会，对加强石化企业 的雷电防护工作、促进石化企业的雷电防护研究，都取得了一定的效果。根据近三十年石 化系统大量雷击案例阳 9 1 的分析，石化企业雷击事故主要集中在储罐区和电子信息系统中。 为此，本文重点讨论了石化企业储罐区和电子信息系统雷电防护技术和方法。 本文共分六部分，第一部分为绪论，讲述石化企业雷电灾害情况。由于闪电的电磁脉 冲无孔不入地从空间各方面侵袭各种现代科技设备，所以现代的防雷措施必须采取全方位 的防护，层层设防，综合治理，把防雷工程看作一个系统工程引。 第二部分对石化企业防雷现状和隐患进行了分析，提出石化企业防雷的基本思路。当 2 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 前石化企业防雷系统中接地、屏蔽、等电位连接措施不到位的问题比较突出，应统一认识， 因此，在石化企业的防雷设计中要注意坚持系统防雷原则，通过采取接闪、传导、分流、 接地、屏蔽、等电位连接等多种技术措施【1 0 1 ，达到综合治理的效果。 第三部分重点研究了石化企业大型储罐区防雷方法，第四部分详细分析和研究了石化 企业信息系统的雷电防护技术； 第五部分结合一个实例来阐述石化企业的雷电防护方法；本文最后对石化企业的雷电 防护技术进行了总结。 由于石化企业的复杂性，要做好石化企业的雷电防护，首先要正确区分石化企业各个 场所的防雷等级，石化企业防雷等级的准确划分是合理选择防雷设施的重要出发点，通过 对石化企业防雷装置的正确选择和设置，可以减少石化企业防雷工程难度和工程投资，达 到事半功倍的效果。 3 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 第二章石化企业防雷现状和隐患分析及防护思路 石化企业多因自己的易燃易爆化学物品而处于爆炸危险环境，石化企业的建筑物、构 筑物和其他设施遭受雷击后，会导致设备损坏，甚至引起爆炸，如青岛黄岛油库“8 1 2 ” 雷击起火就是个典型的例子：但是，石化企业防雷设计还存在较多的缺陷，如何发现隐患 并做好石化企业的防雷设计，避免和减轻雷电对石化企业的危害是至关重要的。本章旨在 对石化企业防雷措施的现状和存在的问题进行分析，并针对石化企业各个场所提出防护思 路。 2 1 石化企业防雷现状分析 王祥n 对石化企业的防雷措施有深入的分析，目前国内主要采用避雷针、避雷针加屏 蔽网、避雷针加屏蔽网再加覆土层等方法。 2 1 1 避雷针 自1 7 4 9 年富兰克林提出避雷针以来，至今已有2 5 9 年的历史。避雷针的原理是利用自 身的高度使雷电电场发生畸变，从而将雷电吸引于自身，达到避雷针保护范围内的被保护 对象免遭直接雷击的目的。 但是，避雷针在防雷过程中会产生一定的负面效应，即二次效应。避雷针接闪的瞬间 有很大的雷电流通过，接地装置和引下线的电位很高，形成感应过电压和地电位反击，造 成所谓的“感应雷”，进而可能对被保护物产生危害，增加雷击概率。另外，如果接地引下 线焊接不牢，在其搭接处会产生火花，雷电流也会将接地引下线与相距1 2 m 以外的导体 之间的空气击穿而产生放电火花，还会在接地引下线附近的金属开口环处产生火花，这三 种火花会造成火灾爆炸事故。所以，避雷针不宜用来保护易燃易爆物品及弱电设备。 因此，要按照基于现代科学技术的规范标准来安装适当的避雷针，尽量发挥其对直击 雷的防护作用，最大限度地减少其负面效应带来的危害。 4 南京信息工程大学硕士论文 石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 2 1 2 避雷针加屏蔽网 对于非金属石油罐，其防雷措施可在采用独立避雷针的基础上加屏蔽网。屏蔽网采用 直径不小于由8 衄的圆钢或截面不小于2 4 衄4 衄的扁钢做成，网格不应大于6 r e x 6 m ，屏 蔽网高出罐项不小于0 3 m ，在油罐的呼吸阀、量油孔等金属附件处，应局部高出上述附件 o 5 m ，屏蔽网的所有交叉点必须保持电气连接，其接触电阻不应大于o 0 3 q 。 油罐上加装金属屏蔽网的目的是防止产生电磁，可以减少一定的电磁感应。 2 1 3 避雷针加屏蔽网再加覆土层 电磁感应是避雷针遭雷击产生的，当强大的雷电流通过避雷针时，对其附近的导体所 形成的回路会因磁场感应产生如式2 1 所示的感应电压： 铲2 1 0 ：扬。蚂) 忆】鲁 ( 2 - 1 ) 式中u 。一回路感应电压；i c _ 一分支导体上流过的雷电流；式中a - ，a 2 一感应回路的长 和宽；a 广载流导体与感应回路之间的距离。由此式可见，感应过电压与雷电流的大小和 变化速度成正比，与雷击处的距离成反比，要想屏蔽这一感应过电压是很难做到的。 避雷针加屏蔽网再加覆土层是一种综合防雷措施，比单独使用避雷针会有更好的防雷 效果。它不仅能够防护直击雷，而且对于雷电感应的防护也有一定的作用。因此，经常用 于非金属油罐的防雷。如某油库8 个钢筋混凝土石油罐，都装有独立的避雷针，罐顶装l o m xl o m 的钢筋屏蔽网格，还覆盖了o 5 的土层。 目前，石油管理部门为了增加自身的防雷能力，最大限度地使用金属油罐n 4 3 ，限制使 用非金属油罐。因此，以后的油罐越来越多都是金属的，其防雷主要采用避雷针的科学使 用和安装。 2 2 石化企业雷击隐患分析 2 2 1 石化企业防雷设计规范引用不恰当 石油化工户外装置与民用建筑物有很大不同，因此，石化企业的防雷设计和防雷分类 不能简单的按g b 5 0 0 5 7 9 4 建筑物防雷设计规范( 2 0 0 0 版) “2 来设计和分类，如果在石 5 南京信息工程大学硕士论文 石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 油化工户外装置防雷设计中，还是引用该规范作为设计依据，则明显不符合设计要求。 石油化工户外装置，主要按照g b 5 0 0 5 8 - 9 2 爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 n 3 3 、g b 5 0 1 6 0 9 2 石油化工企业设计防火规范( 1 9 9 9 版) n 制、g b 5 0 0 7 4 - - 2 0 0 2 石油库设 计规范n 印以及s h 3 0 9 7 2 0 0 0 石油化工静电接地设计规范n 6 1 来进行防雷、防静电的设 计和防雷的分类。石化企业包含生活区和生产区和办公区，如建( 构) 筑物防雷类别划分主 要依据建筑物防雷设计规范防雷分类，从这些规范中可以看出分类的原则：一是要依据爆 炸性气体的环境，按爆炸性混合物出现的频繁程度和持续时间来分区：二是要根据易燃物 质的泄出量释放的爆炸性气体、混合物浓度、易燃液体的沸点、爆炸下限、闪点、通风量 等等来确定爆炸危险区域的范围；三是要根据爆炸性粉尘环境，对粉尘爆炸危险介质和危 险程度及本身性质的不同进行分类。 孙旭光等n 卜删对于石化企业的防雷进行了清楚分类阐述，有些设计单位在设计说明中 往往根据建筑物的危险度和爆炸火灾危险环境的分区来分类，而忽视了建筑物使用性质和 建筑物年预计雷击次数在划分中的重要作用。在初步设计防雷、防静电设计说明中表述为 “爆炸和火灾危险环境为二类防雷建筑，其余均为三类防雷建筑”，这明显不符合建筑物 的防雷分类要求，有些设计单位不了解项目所在地的雷暴活动规律特征，不经雷击风险评 估，就在说明中表述防雷类别，很不恰当。 对于石化行业来讲，其分区主要是根据潜在爆炸环境可能出现的概率和持续时间来进 行划分。正常情况下，爆炸性气体混合物连续地或长期地存在的场所，属于0 区爆炸危险； 正常情况下，爆炸性气体混合物可能出现的场所，属于1 区爆炸危险；正常情况下，爆炸性 气体混合物不可能出现的场所，仅仅在不正常情况下短时间存在的场所，属于2 区爆炸危险。 石化厂区内的建筑物、构筑物大体有泵房、变配电室、控制室、一般性办公楼等。这 些可以根据建筑物防雷设计规范n 2 3 来进行分类和设计，根据其重要性、使用性质、发 生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为第三类防雷建筑物。如某大型石油化工企业 的原油泵房，当该泵房遭雷击时可致工厂停电，造成巨大经济损失和人员伤亡，则应划为 第一类防雷建筑物；如其石油库的卸油泵房，平时间断操作，虽也可能因雷击造成经济、 人员伤害，但可能性要比原油泵房发生雷击的可能性少得多，则将其划为第二类防雷建筑。 6 南京信息工程大学硕士论文 石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 变配电室是为整个厂区供电的重要建筑，但若该变配电室属大型石油化工联合企业供电专 用，且一旦停电就会造成巨大经济损失和人员伤亡，则应划为第l 类防雷建筑物：若停电后 造成的损失较小，无人员伤亡，则可划为第二类防雷建筑。控制室是整个厂区的重要部位， 对现场仪表数据的采集处理和设备的远程控制都起着非常重要的作用。其分类方法同上。 厂区办公楼是一般性工业建筑，应归为第三类防雷建筑物。 2 2 2 直击雷防护设置不合理 1 、接闪器 接闪器设置不合理会导致建筑物出现保护盲区，使建筑物部分暴露在直击雷危险区。 随意设置避雷针的现象很严重。据调查，一些化工装置和储罐不论存放什么样的物体，一 律安装了避雷针，如一个储罐旁不仅安装了独立避雷针，而且罐体上也安装了避雷针，未 按建( 构) 筑物的防雷等级选取合适的接闪器，避雷针高度有时候也是很随意，选取的滚 球半径不合理，导致避雷针不能完全保护建筑物。按照滚球法计算的保护范围，对油罐而 言，避雷针高于滚球半径时，已无任何扩大保护半径的作用。实践证明，完全依赖于避雷 针的作用，忽视其他环节，往往会带来灾祸。 一些突出的管道、设备未设防雷保护或存在保护盲区，如放散管、呼吸阀、排风管等。 这种情况是较常见的，如某厂加氢重整装置p s a 厂房上的氢气压缩机放空管多次被雷电引 燃，经实地测算，该放空管并不能受到厂房及周围避雷针的保护，仍处于雷击暴露区内。 所以在考虑直击雷防护时，不仅仅要将建筑物置于接闪器的保护下，还要将突出的放散管、 呼吸阀、排风管等置于接闪器的保护下。 2 、引下线 引下线连接接闪器和接地装置，是建( 构) 筑物接闪后，疏导雷电流的主要路径，而 在调查中发现，引下线的设置主要存在以下几个问题： ( 1 ) 引下线的截面积、数量和间距不合要求。经常见到有些建筑物的引下线只有寥寥 几根，间距也过大，与标准的要求不相符。 ( 2 ) 未考虑引下线与进出建筑物的电缆线之间的安全距离。当建筑物接闪后，雷电流 从引下线流人大地时，会在引下线周围形成很强的电磁场，此时如电缆线距离过近，将会 7 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 感生出雷电过电压，导致设备损坏。 3 、接地装置设置混乱 接地装置是整个防雷系统的基础，雷击产生的电流最终都要通过接地装置泄放到大地 中，接地系统的好坏直接影响整个防雷系统的防护能力。一些石化企业接地装置混乱，集 中表现在以下几点： ( 1 ) 存在多个接地网，没有实现共用接地 石化企业中信息接地、电气接地和防雷接地不共网的情况较普遍。究其原因，一是在 设施的多次改造中，接地网重复建设，且未统一连结成一个整体。二是一些设备制造厂家 常常要求其设备独立接地，装置区的电子设备机壳和工作接地采用分别接地的做法，机壳保 护地和地网相连工作地专门建造，i e c 标准不提倡采用任何一种所谓的分开的、独立的、绝 缘的、专用的、静止的、信号的、计算机的或其他这类的不正确的大地接地体作为设备接 地导体的一个连接点。三是工程技术人员没有“共地”的意识，人为的将不同系统的接地 分开。从防雷保护角度，无论是电气接地、信息接地( 仪表接地) 和防雷接地都应该共用一 个接地网。如果不是这样，系统遭受雷击时，不同接地之间的电位差将高达几千甚至上万 伏，极易发生放电，造成设备损坏。 ( 2 ) 接地装置未做环状接地 爆炸危险环境的接地装置应为环状。但实际上，这经常被忽略，导致接地网未达到相 关技术要求。 2 2 3 雷击电磁脉冲防护不到位 防雷击电磁脉冲主要有以下问题： 1 、屏蔽措施不到位，建筑物没有构成有效的电磁屏蔽空间。“屏蔽”，最简单地讲， 就是把雷电电磁脉冲屏蔽在被保护物体之外，也是重要的防雷技术措施之一。常见的问题 有：金属门窗框架、屋顶金属表面、钢筋混凝土等大金属构件未形成等电位连接，不能在建 筑物防雷区上形成格珊形大空间屏蔽；进出建筑物的电缆管线、桥架、屏蔽电缆的屏蔽层 没有在防雷区的交界处做等电位连接和两端接地：建筑物内的金属构件未与接地装置就近 连接。 8 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 2 、等电位连接不规范。等电位连接是将防雷保护区内的金属物体连接起来，构成一个 等电位体，避免雷击时各金属物体形成电位差，放电损坏仪器设备的一种防雷技术措施。 调查发现，等电位连接不规范的情况非常突出，首先，设计人员和施工人员对等电位连接 的作用认识不清；其次，只注意了建筑物内部设备的等电位连接，忽视了外部进入建筑物 的等电位连接，如管道、屏蔽电缆等金属管线。 2 2 4 控制及仪表系统防护不足 一般的石化企业，对供配电系统都有一定的雷电感应防护，但是对d c s 及控制系统的 防雷保护却极为少见或者极不完善。石油化工企业生产装置的d c s 控制系统及常规的仪器 仪表系统均属于微电子设备，极易遭雷击损坏。造成事故的主要原因有两个方面：是由 雷电感应造成的，二是由地电位反击所造成的。为了消除这一隐患，g b 5 0 0 5 7 9 4 建筑物 防雷设计规范( 2 0 0 0 年版) n 2 3 与i e c 标准规定d c s 控制系统及常规的仪器仪表系统必须 进行等电位连接、屏蔽和s p d 保护，而检查中发现采取相关措施进行保护的较为少见。 2 3 石化企业防雷思路 石油化工装置防雷设计对保障装置的安全是十分关键的。防雷设计只有根据不同的保 护对象，进行有针对性的设防，才能对雷电灾害起到有效作用。石化企业防雷主要涉及到 以下几个方面，生产装置( 各种装置和管道等) ，建筑物，构筑物，大型储罐区，控制和 仪表系统，供电系统。 2 3 1 石油化工生产装置的防雷 石油化工户外装置的防雷是石化企业防雷的重心，因为在这个方面由于雷击造成的事 故危害极大，其防雷设计主要依据是石油库设计规范n 5 1 和爆炸和火灾危险环境电力 装置设计规范t x 3 。 首先要对其进行防雷分区，防雷分区的主要目的，是确定该部分装置所处的外部环境， 为防雷保护选型时提供参考依据。原则上具有0 区、l 区和1 0 区的爆炸危险环境或建筑物可 划为第一类防雷建筑物：具有2 区爆炸危险环境( 或建筑物) 可划为第二类防雷建筑物；不属 于第一、二类防雷建筑物的，属于第三类防雷建筑物。在应用上述分类原则进行防雷区域 9 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 分类时，要考虑装置的生产特点、重要性以及发生雷电事故的可能性和后果等因素。 各个部分分类确定后，就可以采取相应的措施，如根据石油库设计规范n 5 1 ，工艺 装置的防雷，工艺装置内的塔、容器为金属材料时，其顶板厚度大于或等于4 衄时，可不设 避雷针保护，但必须做防雷接地。当遇遇雷击时，装置本身可作为引下线，接地宜采用扁 钢或圆钢，在装置周围对称布置。另外，储存可燃气体、液化烃、可燃液体的钢罐必须设 防雷接地，并应符合其他相关的规定。 2 3 2 石化企业建( 构) 筑物防雷 石油化工装置中的建( 构) 筑物主要有：泵房、成品库、压缩机房、挤压造料厂房、办 公综合楼、仪表控制室等，这部分建筑物的防雷设计遵照国家标准建筑物防雷设计规范 n 2 1 ，首先对各建筑物进行防雷分类，按照防雷分类，第一类防雷建物要对直击雷、感应雷、 雷电波浸人进行设防；第二类防雷建筑物要对直击雷、感应雷、雷电波侵人及雷电反击进 行设防。另外，不论哪类防雷建筑物，只要建筑物内有计算机、电子信息设备，都要对雷 击电磁脉冲进行设防，在建筑物防雷设计规范g b 5 0 0 5 7 9 4 n 2 1 中，对各类防雷建筑物的 不同雷害防护措施都有详细规定。 2 3 3 石化企业供配电系统的防雷 石化企业其供电部分一般分两部分，一部分为发、变电站，一部分为电气设备供电线 路。 发、变电站雷害的主要来源有三方面：雷直击导线或设备。避雷针落雷时产生的 感应过电压。雷电波倾入目前发、变电站的直击雷防护主要依靠传统避雷针，雷电波侵 入的保护主要靠阀式避雷器来实现。理论分析和运行经验表明，对发、变电站形成最大威 胁的是靠近发、变电站的一段进线受雷击时，由于绕击或反击所形成的雷电波侵入。因此 必须加强进线端的防雷保护。对1 l o k v 线路来讲，应该全线加装避雷线，在发、变电站附近 2 k m 长的进线段应采取更加有效的防护直击雷措施，加大其耐雷水平妇。 对于低压配电系统，其一般采用双回路供电，两段供电回路间采用母联开关，正常情 况下，各自对自身负载供电，故障或检修时，可切换母联开关，采用一路对所有设备供电， 因此其防雷保护需对两个回路均安装防雷保护器。另一部分为仪表供电线路，电气供电线 1 0 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 路将电源送到仪表控制室，然后由仪表车间的人员进行分配、布线，给各个控制柜及现场 仪表供电，其防雷保护主要采取屏蔽和安装过电压保护器等方法。 2 3 4 石化企业仪表及控制系统的防雷 石化行业主要存在以下三种控制系统：p l c 控制系统( 可编程逻辑控制器，主要处理开 关量，是三种控制系统中发展最早最成熟的) ，d c s 控制系统( 集散控制系统，集中操作管 理，分散控制系统) ，f c s 控制系统( 现场总线，是基于p l c 或d c s 的基础上发展出来的新型 控制系统) 。对于三种控制系统其防雷保护，无论是p l c 控制系统还是d c s 、f c s 控制系统， 其i 0 模块及现场仪表的保护均只与控制仪表的类型、电压、所处环境有关，与控制系统本 身无关。而仪表设备普遍存在绝缘强度低、过电压耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点， 一旦仪表设备受到直接雷击或其附近区域发生雷击，雷电过电压和脉冲电磁场会通过供电 线、仪表信号线、电缆汇线槽、穿线管等途径到达仪表设备，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等生产事故。因此，现代石油化工仪表系统必须高度重视防雷的设 计。 综上所述，根据对石化企业防雷现状和隐患的分析及大量石化企业雷击事故案例分析， 得出石化行业雷电防护重点在于大型储罐区和电子信息系统，因此，本文主要对这两方面 进行研究。 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 第三章大型储罐区防雷技术应用研究 大型储罐为储存石油产品的容器，保证其安全运营非常重要，影响大型储罐安全运营 的因素很多，雷击是其中最重要的一种外部因素。因此，对做好大型储罐防雷保护有着十 分重要的意义，对大型油罐的雷电防护，应通过认真细致研究，采取相应的防雷方法。 3 1 大型储罐区防雷等级划分 大型储罐在石油库中属于最关键的设施，如何做好大型储罐的雷电防护，首先要了解 储罐的容量等级、油品火灾危险性和储罐的防雷等级。 3 1 1 油库的容量等级 油库根据总容量( t v ) 的大小，可以分为五个等级n 5 1 ，如表3 1 所示。 表3 - 1 油库的容量等级划分 等级总容量 i v ( m 3 ) 一级 二级 三级 四级 五级 1 0 0 0 0 0 t v 3 0 0 0 0 t v 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 i v 3 0 0 0 0 1 0 0 0 t v 2 0 0 甲苯 1 煤油 2 7 4 5 3 1 3 油品的火灾危险性分类 根据文献n 司，储罐中的油品的火灾危险性按照油品是闪点分为甲、乙、丙三大类，如 表3 3 列出。 表3 3 油品的火灾危险性分类 3 1 4 油罐的防雷等级划分 石油工业的建筑防雷等级划分，对可燃气体和闪点为4 5 。c 以下易燃液体的开式储罐和 建筑物属一级。对于闪点为4 5 。c 以下带有呼吸阀的可燃液体储罐，壁厚小于5 m m 的密闭金属 容器和可燃液体密闭储罐属于二级。对于闪点大于4 5 c 具有呼吸阀的可燃液体储罐，闪点 为4 5 。c 以下但壁厚大于5 m m 的密闭金属容器属于三级，这类储罐无爆炸危险。 1 3 南京信息工程人学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 3 。2 大型储罐区直击雷防护研究 3 2 1 直击雷防护基本方法 油罐的防雷，应根据其等级采取相应得防雷技术和安全措施。一般说来，石油库库容 越大，输油和倒罐作业频率越高，事故的几率也越高，事故的损失和社会影响也越重，工 程设计标准也就应定的高一些。 根据前面对储罐防雷的分类，可分别采取不同的措施。属于一级防雷的储罐，可装独 立的避雷针，接地电阻不大于1 0q 。属于二级防雷的储罐，可安装独立的避雷针，从节省 金属材料和成本的角度考虑，可在罐顶上装设避雷针，接地电阻不大于1 0q 。在山区建设 储罐其接地电阻很难达到要求时，可以采用独立避雷针的方式，接地电阻可降低到3 0q 。 属于三级防雷的储罐，油品闪点高，雷电作用的时间很短，雷电火花不能点燃油品而造成 火灾事故，不需要设置避雷针，仅作接地即可，如对柴油等闪点在6 0 c 以上的油品储罐就 可以采取如此做法。 由于油罐放空管挥发气体，雷雨天气极易造成雷击起火。因此，油库可燃气体放空管 必须设防直击雷装置，且放空管直击雷保护范围应高于管口一定的水平和垂直距离，油库 可燃性气体放空管防直击雷装置的保护范围应高于管1 ：3 2 m ，同时要求防直击雷装置距管口 的水平距离大于3 m 。 根据石油库设计规范n 研要求，储存甲类和乙a 类油品的地上储罐应采用二次密封装 置的浮顶油罐或内浮顶油罐。储存甲、乙、丙a 类油品的固定油罐、卧式油罐，在其通气管 上必须安装阻火器及呼吸阀，当油罐项板有一定厚度，油罐又作了良好接地，油罐对自身 具有防护能力，可以用油罐自身做接闪器，这类油罐不应该装设避雷针。 油罐必须做环形防雷接地，接地点不应少于两处，其间弧形距离不宜大于3 0i l l ，这样 可以起到更好的泄流效果。接地体距罐壁的距离应大于3m ，防雷接地、防静电接地和电气 设备接地宜共用同一接地装置接地电阻不应大于4 q ，必要时可添加人工接地极，在距罐体 5 m 的地方，水平接地体为闭合环形，以罐体中心为圆心，采用4 r a m x 4 0m m 的镀锌扁钢， 埋深l m ，环形水平接地网。在储罐每个引下线旁，均匀埋设两根长2 5n l ，直径为5 0 m m 的 镀锌钢管作为辅助接地极，以增强雷电流的泄流效果及均衡雷电环境下的地电位。 1 4 南京信息工程大学硕士论文石油化工企业防雷隐患分析及防雷技术应用研究 l 、浮项油罐的防雷安全 由于浮顶上的密封严密，浮项上面的油气很少，一般都达不到爆炸下限，即使雷击着 火，也只发生在密封圈不严处，容易扑灭，故不需设置避雷针。浮顶油罐采用2 根截面不小 于2 5 咖2 的软铜线将金属浮顶与罐体进行电气连接，是为了导走复盘上的感应电荷和油品传 到金属浮盘上的静电荷。对于内浮顶油罐，浮盘上没有感应电荷，只需导走油品传到金属 浮盘上的静电荷。因此，钢质浮盘油罐连接导线用截面不小于1 6 衄2 的软铜线，铝质浮盘油 罐连接导线用直径不小于1 8 衄的不锈钢钢丝绳就可以了。铝质浮盘用不锈钢钢丝绳，主要 是为了防止接触点发生电化学腐蚀，影响接触效果，造成火花隐患。 2 、覆土油罐的防雷保护 对于覆土油罐，国内外不少资料都写明“凡覆土厚度在0 5 m 以上者，可以不考虑防雷 措施”。特别是德国规范，经过几次修改，还是规定覆土油罐不需要进行任何的专门防雷。 这是因为油罐埋在土里，受到土壤的屏蔽作用。当雷击油罐项部的土层时，土层可将雷电 流疏散导走，起到保护作用，故不可再装设避雷针。但其呼吸阀、阻火器、量油孔、采光 孔等，一般都没有覆土层，故应做好良好的电气连接并接地。 3 、金属油罐的防雷安全要求 0 区危险级的储罐及场所必须采取独立的直击雷防护装置，如避雷针或架空避雷网，其 接地电阻 5 q 。1 区危险级的储罐，可在罐项安装直击雷防护装置，其接地电阻 1 0q 。 当储罐的顶板厚度 3 0 m ，其直 击雷防护装置接地电阻1 0 q ，其防感应雷接地电阻3 0 q ，罐体的防雷接地接地电阻 1 0q 。 4 、非金属油罐的防雷安全要求 非金属油罐应装设独立的防直击雷装置。独立防雷装置与被保护物的水平距离3 m 。 若独立防雷装置采用的是避雷网时，其网格、 6 m x 6 m ，引下线不少于两根，沿四周均 匀或对称布置，间距 5 0 m 时，可不设接地装 置；当其洞外部分不埋地或埋地长度 l o o m ， 冲击电阻 4 欧姆， 否则另外做防雷接地网。 5 2 2 屏蔽接地工程 考虑到炼油厂属第一类防雷建筑物，其直接雷击的防护措施必须符合相关防雷施工规 范，其信息系统的重要性和使用性质确定雷电防护等级为b 级。在炼油厂区d c s 楼至催化 车间信号线路的原有屏蔽措施未达到设备电磁环境要求的情况下，应采用双层屏蔽，在原 有屏蔽槽外再做一层屏蔽盒。技术要求为： ( 1 ) 外层屏蔽盒采取等电位跨接，连接处当其过渡电阻大于o 0 3q 时，连接处要用金属 线跨接。屏蔽槽每隔1 2 米引下接地，接地电