石油化工仪表系统的防雷

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摘要论述雷电对仪表系统所造成的危害，分析了石油化工仪表系统的现状及应采取的防雷办法。关键词仪表系统防雷联合接地屏蔽前言雷电是一种自然现象，它能释放出庞大的能量、具有极壮大的破坏能力，雷电要挟着人类的生命安全，常使建筑、电力、电子、通信和航空、航天等诸多部门蒙受严峻损坏，随着微电子设备的普遍应用及高新技术的迅猛进展，由雷击引发的灾害事故正呈现上升趋势。最近几年来，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、智能化方向进展。石化行业主要存在以下三种控制系统：PLC控制系统（可编辑逻辑控制器，主如果处置开关量，是三种控制系统中进展最先最成熟的），DCS控制系统（集散控制系统，集中操作管理，分散控制系统），FCS控制系统（现场总线，是基于PLC或DCS得基础上进展出来的新型控制系统）。对于三种控制系统的防雷保护，其I/O模块及其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，而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周围区域发生雷击，雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、仪表信号线、电缆汇线槽、穿线管等途径抵达仪表设备，要挟仪表设备的正常工作和安全运行。若是防护不妥，轻则使仪表设备工作失灵，重则使仪表设备永久性损坏，严峻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需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进程控制的指挥中心，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，专门是雷电浪涌的入侵对控制系统的影响专门大：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，严峻时可能造成整个生产装置的停车，石化企业每一年因DCS及仪表系统受雷电侵入而造成的损失专门大，因此DCS及仪表系统的二次防雷就显得很重要。现场仪表 I电气模拟盘DCS控制系统国内一般的石化企业，在设计时大体上仅考虑到供配电系统的雷电感应防护，可是对DCS及控制系统的防雷保护却很少见或极不完善。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，极易蒙受雷击损坏，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，二是由地电位还击造成的。目前常采用的防雷办法是分流法，就是在仪表系统的信号或通信回路和系统的供电电源部份采用浪涌保护器SPD(SurgeProtectiveDevice),用以限制瞬态过电压和分走浪涌电流。但一个SPD只能为回路的某部份提供保护，若果所有回路及1/O通道都装SPD，本钱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份的利用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办法主要包括：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份组成。这些办法必需综合运用，才能达到仪表系统的有效防护。一、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、最有效的方式是避雷针(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，则依照《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肯定和设计。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，应按照周围的储油罐等设备的实际情形做出相应的设计。二、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、金属设施连接在一路，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、屏蔽石油化工仪表系统大量采用半导体器件、集成电路和传递信号的电缆，由雷击产生的瞬态电磁脉冲能够直接辐射到这些元器件上，也能够在电源线或信号线上感应出瞬态过电压波，沿线路侵入电子设备，是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的能量传播是一种有效的防护。仪表系统的防雷屏蔽主要包括三个方面：控制室屏蔽、现场仪表屏蔽、信号线和电源线屏蔽。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。仪表控制室应是无窗的封锁结构，将衡宇墙壁中的结构钢筋交点处电气连接，并与金属门框焊接，组成一个带门开口的屏蔽笼（法拉第笼），在室内沿墙壁周围再做一圈保护接地环（接入防雷地），接地环与屏蔽笼进行有效的电气连接。2）现场仪表屏蔽现场仪表可采用金属的仪表箱（罩）实现防雷屏蔽，仪表箱（罩）要与其他现场的金属设施实现等电位连接，并接入防雷接地系统中。3）信号线和电源线屏蔽为了避免雷电电磁脉冲在信号或电源线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。就瞬态过电压防护而言，需要信号线和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头接地。多点接地容易产生低频干扰，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多点接地，金属管内或双屏蔽电缆的内屏蔽层可采用一端接地，如此既保证安全，又有利于抵制低频干扰。对外部电缆要采用金属材质走线槽，并采用双层屏蔽和接地办法：I/O电缆、电源电缆、通信电缆在室外的敷设部份应在双层屏蔽的前提下尽可能采用埋地方式，尤其是在进控制室前大于15米的距离内。4、接地仪表系统接地是为避免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，为尽可能减少干扰，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形下系统受到的干扰，但建筑物或电气系统蒙受雷击，可能致使仪表系统设备内外的高电位差，引发设备损坏。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），可有效解决电位还击的问题，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。五、 SPD保护完全屏蔽的房间也不能避免因各类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专门大，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，提高防雷保护靠得住性。六、 合理布线合理布线可改善电磁环境，有利于仪表系统的防雷。各类传输线混杂布放，不仅彼此干扰，而且当雷电波进入其中一条通道时，其他线缆会同时受到感应。因此，应将强电线缆和弱电线缆分开敷设在强电竖井和弱电竖井内，有利于保护和防雷安全。各类线缆应尽可能避免架空敷设，穿管埋地，远离防直击雷装置，以减少感应电磁脉冲对传输线的影响。4.结束语为达到石油化工仪表系统的防雷，要对整个生产装置按照等电位连接的原则加以设计，从控制室、现场仪表、仪表信号和电源线等多方面综合考虑，采用直击雷防护、等电位连接、屏蔽、规范的综合布线、SPD保护、合理的接地等多种办法，需要电气、建筑、自控等专业协同合作来实现，同时要考虑到系统的安全性、投资的本钱及运行的经济性。参考文献一、