天然气场站的防雷电

天然气场站的防雷电天然气场站的防雷电 雷电是一种常见的大气放电现象 由于雷电释放的能量相 当大 它所产生的强大电流 灼热的高 温 猛烈的冲击波 剧 变的静电场和强烈的电磁辐 射等物理效应给人们带来了多种危 害 目前全国已 建成的天然气长输管道横贯东西南北 沿线场 站 阀室密布 管线所经地域地理位置差异巨大 有的 地方 雷雨频繁 很容易受到雷电的影响 一旦遭受 雷电袭击 损失 难以估量 后果难以想象 所以 做好天然气场站 沿线阀室 和阴保间的防雷电 须 臾不可小视 1 雷电对天然气场站的影响雷电对天然气场站的影响 1 1 雷电对仪表控制系统的影响 雷电从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种 对仪表控 制系统可能产生的危害分为下列几种 1 直接雷击 雷电直接击中现场仪表设备或与 之连接的 管路 通常会损坏仪表的传感器模件并且 可能损坏变送器的控 制主板 雷电流在沿仪表支架 流入大地的过程中 产生强大的 感应磁场 能通过 信号传输线路耦合到控制室设备 损坏控制 设备 2 感应雷击 一种是静电感应 当雷云来临 时 地面物 体尤其是导体聚积大量电荷产生放电 放电电流若进入现场仪 表和用电设备 将造成设备损坏 另一种是电磁脉冲辐射 雷 电流在其通道周围的空间产生电磁场 向外辐射电磁波 耦合 到控 制室的控制设备以及各类金属导体上 产生感应电 动势 或感生电流 将造成设备故障或损坏 甚至使 控制系统失灵 3 雷电过电压侵入 直接雷击或雷电感应都可 能使导线 或金属管道产生过电压 过电压沿各种金 属管道 电缆槽 电 缆线路就可能将高电位引入仪 表控制系统造成干扰甚至损坏 4 反击 防雷装置接闪时 强大的瞬间雷电流 通过引下 线流入接地装置 由于大地电阻的存在 雷电电荷不可能快速 向大地泄放 因而会引起局部 地电位上升 可能成百上千伏 如果仪表控制系统 的接地体与该点没有足够安全距离 它们之 间就会 产生放电 造成反击电流 可直接击穿在用电器的 绝 缘部分 对控制系统产生干扰乃至破坏 1 2 雷电对管道的影响 场站工艺管道的地面部分及跨越管道 相对于 整个埋地管 道而言都是优良的接闪器 当管道附近 上空即将产生雷电时 其下方大面积的地面形成一个静电场 埋地管道也同大地一样 表面感应出相反 的电荷 当电荷积累到一定程度而又具备了放 电条件时 会出现一次强烈的放电过程 此时 云地电荷迅速 消失 地电荷变为零 但是 由于 pe 三层优良的绝缘性能 管道感应电荷的泄放速度很慢 一旦发生管道的局部放电 其 他部位的感应电荷也将随之对地消散 于是在管道内形成一股 强大的电流 对于绝缘层电阻较低的管道 电流会通过绝缘 层 的漏点大量消散 不会产生大的破坏力 而对于 绝缘层性能很 好的管道 当这种浪涌不能通过绝缘 层本身的漏点快速泄放入 地时 管道上绝缘或接触 不良的部位就产生高电压 引起二次 放电 这就是 输气管道设备 设施遭受雷电破坏的主要原因 金 属管道本身是一个良导体 很容易成为较大的直击 雷电的 泄放通道而发生雷击现象 此外 管道阴极保护设备 防蚀电源也经常遭 受雷电的袭 击 受损的组件主要为放电管 电容 集成电路 保险丝等 最严重的可以将设备的主板 烧毁 阴极保护设备通过阴极电缆 和零位接阴电缆 与管道直接连通 是管道上直击雷和感应雷所 产生 的雷电电流最方便和直接的泄放通道 如果雷电击 中设 备就会很容易对管道造成危害 2 天然气场站雷电防护措施天然气场站雷电防护措施 一个完善的防雷工程应包括 外部防雷装置 接闪器 引下线和接地装置 承接 50 以上的雷电流并将其泄入大地 采用等电位连结 屏蔽 防闪络技术和装置 阻塞雷电波 沿金属导线和空间电 磁场入侵的途径 电涌保护 利用某 些元件的非 线性特性 组成电涌保护器 spd 并将其连结在 配电 和信号线路中 将累计产生的过电压和过电流通过 spd 泄入大地 这 3 个系统缺一不可 下面以仪表控 制系统为例 进行介绍 治理侵入仪表控制系统雷电危害的措施主要包括接闪 分 流 均压 接地和屏蔽等 这些措施必须综合运用 才能真正 达到仪表系统的防雷 2 1 接闪 直接雷击的防护主要由建筑物的防雷装置实现 现场仪表 系统的防雷 应和周围输气设备的防雷措施一起设计 2 2 均压 当雷击发生时 在雷电瞬态电流所经过的路径 上将会产生 瞬态电位升高 使该路径与周围的金属 物体之间形成瞬态电位 差 如果这种瞬态的电位差 超过了两者之间的绝缘耐受强度 就会导致介质的 击穿放电 这种击穿放电能直接损坏仪表设备 也 能产生电磁脉冲 干扰仪表系统的正常运行 为了消除雷电 瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电 可以将所有现场仪 表的金属外壳 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 并且 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 2 3 接地 目前国内仪表系统接地主要有两种措施 浮地 多点接地 1 浮地 浮地是指仪表的工作地与建筑物的接 地系统保 持绝缘 这样建筑物接地系统中的电磁干 扰就不会传导到仪表 系统中 地电位的变化对仪表系统也无影响 但由于仪表的外 壳要进行保护接地 当雷电较强时 仪表外壳与其内部电子电 路之间可能出现很高的电压 将两者之间绝缘间隙击穿 造成 电子线路损坏 2 接地 接地是指仪表 plc 等设备的工作接地与保护 接地分开 这种接地方式的突出优点是可以就近接地 接地线 的寄生电感小 但是如果较强 的雷电波通过保护地进入系统 电子电路同样会因 承受高压而损坏 由于以上两种接地方式都不能满足防雷电的需 要 因此 可以考虑将保护地与工作地相连接 并 且接入防雷电接地系统 问题就可以解决了 2 4 屏蔽 由于仪表系统大量采用半导体器件 集成电路 和传递信号 电缆 由雷击产生的瞬态电磁脉冲可以 直接辐射到这些元器件 上 也可以在电源或信号线 上感应出瞬态过电压波 沿线路侵 入电子设备 使 电子设备工作失灵或损坏 利用屏蔽体来阻挡 或衰 减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施 1 控制室屏蔽 控制室内的控制系统是仪表系统的心脏 对雷电产生的电磁脉冲十分敏感 需要特别注意其屏蔽问题 仪表控制室应是封闭结构 将房屋墙壁中的结构钢筋交点处进 行电气连接 在室内沿墙壁四周再做一圈保护接地环 接入防 雷地 并做好有效的电气连接 2 现场仪表屏蔽 现场仪表可采用金属的仪表 箱实现防 雷屏蔽 仪表箱要与其它现场的金属设施 实现等电位连接 并 接入防雷接地系统 3 信号线和电源线屏蔽 为了防止雷电电磁脉 冲在信号 或电源线路上感应出瞬态过电压波 所有 的信号线及低压电源 线都应采用有金属屏蔽层的电 缆 就瞬态过压防护而言 需要 信号线或电源线的 屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首 末两 端接地 当采用多点接地后 各接地点之间的屏蔽 层沿 线路之间形成回路 低频干扰电流的电磁场可 能会有一部分透 过屏蔽层 在电缆的护套回路产生 低频干扰 这就要求屏蔽层 沿线路只能采取单点接 地 为了防止由多点接地所产生的低频 干扰 可将 电缆穿入金属管内或采用双屏蔽电缆 将金属管或 双屏蔽电缆的外屏蔽层进行多点接地 金属管内或 双屏蔽电缆 的内屏蔽层可以采用一端接地 这样既 保证安全 又有利于抑 制低频干扰 2 5 分流 分流是防雷的有效措施 其方法就是在仪表控制系统的信 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 用以限制瞬态过电压和浪涌 电流 一个 spd 只能为回路的某 部分提供保护 由 于设备回路太多 不可能在每个设备回路中 都使用 spd 而是必须有选择地在重要回路和系统电源回路 中 安装 spd 或避雷器 为了达到仪表系统 阴保系统以及阀室设备的 防雷电效果 要对整个生产装置根据等电位连接的 原则加以设计 从控制室 阴保系统 现场仪表 仪表信号和电源线等多方面综合考虑 采用接闪 分流 均压 接地 屏蔽等多种措施 需要电气 建筑 自控等专业协同合作来实现 除了考虑系统 安全性以外 还要考虑投资的成本与运行的经济性 2 6 加强防雷电的管理 一是按规定设置防雷电 静电装置 并对其进行定期检测 检修 保证接地完好有效 接地电阻符合要求 保证阀门 法 兰用金属线跨接且可靠接地 法兰连接间电阻应小于 0 03 对地电阻