石油化工仪表系统防雷策略及实现

牛瑞庆

摘要：随着石油化工企业的快速发展，雷电对石油化工仪表系统的影响日益凸显。文章通过对仪表系统防雷策略的研究，从工程设计的角度探讨如何实现仪表系统的防雷工程。

关键词：石油化工仪表，雷暴日，防雷，接地

一、雷电对仪表系统的危害

仪表系统由现场仪表和室内仪表组成，而控制系统通过复杂的弱电信号完成的控制。因此，仪表系统容易受到强电的干扰，特别是雷电产生的强电磁效应。一方面可造成现场仪表的损坏，另一方面由于雷电的强电磁效应产生的电涌的冲击对很可能会造成控制系统故障，造成大范围生产装置的停车。从安全方面看，室内仪表的二次防雷相较于现场仪表的防雷显得更为重要。

二、仪表系统防雷的实施

在工程设计上，首先要确定的是是否要考虑实施防雷工程。由于雷击是一个低概率事件，提高防护雷击的概率会让经济成本增加，而且即使如此也無法做到万无一失。石油化工规范中根据年平均雷暴日来划分了雷电活动区。雷暴日是指听到一次及以上雷声的天数。根据被保护的目标的重要程度结合地区的年平均雷暴日确定该地区的雷电防护等级。在年平均雷暴日超过20天的重要装置推荐实施防雷工程，超过40天的应实施防雷工程。

三、仪表系统防雷的工程方法

仪表系统的防雷工程是一项系统工程，应根据防护目标的具体情况、风险和投资条件，采用综合防护的方法，经济有效地防护和减少事故发生的损失。仪表系统的综合防雷工程如下图所示。

通过示意图可以看出，仪表系统的防雷是有外部防雷措施和内部防雷措施组成。外部防雷措施主要包括接闪器、引下线、接地装置、建筑物屏蔽等。内部防雷措施主要有信号线路和供电线路的防护，通过电线电缆和机柜的屏蔽、等电位连接和接地、合理布线、配备浪涌保护器等。

1.直击雷防护

防雷工程首先要考虑的是直击雷的防护。对于仪表系统而已主要是控制室的防雷和现场仪表的防雷。控制室建筑物的防雷应根据《建筑物防雷设计规范》第一类防雷建筑物的规定采取防雷措施。方法是采用接闪网方式，并在控制室的外墙四角设置多根引下线接入地下防雷接地系统。现场仪表通常只有高处安装的仪表会受到直击雷的威胁，而就算是安装在高处的仪表往往很难成为生产装置区域的至高点。不过在罐区等空旷场所，现场仪表被安装在罐顶的高点的可能性较大，应考虑直击雷的防护。由于直击雷对钢板的损坏很小，对于一般仪表保护箱的钢板厚度而言可以忽略，因此对于可能遭受直击雷的现场仪表应加保护箱来避免其成为接闪器，并对保护箱进行接地。

2.等电位接地

仪表系统防雷工程的接地系统是由接地装置和接地连接系统构成，同样分为室内和室外两部分。室内接地系统是针对于控制室的。室外接地系统则针对现场仪表、现场机柜和分析小屋等。接地装置一般由电气专业设置并与电气专业共用，接地连接方式一般采用等电位连接方式。所谓等电位连接是指将现场仪表、现场机柜等的外壳、构架、管道、控制室内仪表设备、组件等金属设施连接在一起，使各个物件之间具有近似相等的电位。通过等电位连接的方式最终连接共用的防雷接地装置。这样当雷电对仪表设备产生影响出现过电压和过电流时，不会因为各物件之间电位差过大而破坏绝缘层发生放电现象，而通过多根引下线接地分散了过电流，从而使仪表设备得到保护。

3.屏蔽

由于石油化工仪表多是电子元件，因此当雷电发生时产生的电磁脉冲会使仪表电路或信号线路产生瞬时过电压如果进入仪表设备会造成仪表损坏。仪表系统的防雷屏蔽主要在控制室屏蔽、现场仪表屏蔽和仪表线缆屏蔽三方面。

1）控制室屏蔽

石油化工工厂的控制室多采用钢筋混凝土结构，很多机柜间和控制室还采用了抗爆结构。这是有利于防雷屏蔽的。将控制室建筑物的金属构件如钢筋、门等进行等电位连接并接地，就可以形成可靠的屏蔽笼。而室内仪表都安装在封闭的金属机柜中，将机柜的门、顶、底等活动部件进行有效的保护接地即可。

2）现场仪表屏蔽

现场仪表绝大多数均为金属外壳，对金属外壳进行接地就可形成有效屏蔽。当现场仪表有可能成为接闪器时应加仪表保护箱并对保护箱接地。

3）仪表线缆屏蔽

仪表线缆一般为计算机用软线缆，均要求穿镀锌钢管作为保护管。铠装电缆则不需要穿保护管但是在一般工程设计中由于成本原因并不常见。因此不考虑铠装电缆。当仪表线缆穿保护管敷设时应确保钢管与仪表、钢管与钢管、钢管与仪表槽盒之间有良好的电气连接。仪表槽盒不推荐使用树脂材质等绝缘材质，建议采用全封闭钢板结构，并保持全程电气连接。绝缘材质就算里面设有金属丝其可靠性大大不如钢板结构。对保护钢管和仪表槽盒至少应进行两端接地形成仪表线缆的外屏蔽层。仪表线缆应采用屏蔽电缆，并在接线末端对电缆的内屏蔽层接地，形成内屏蔽层。当采用多芯电缆时，备用芯线应在接线末端进行绝缘处理。如此，可对仪表线缆进行有效的防护。

当线缆穿线管或槽盒进控制室时应尽量在15米外采用埋地方式进入控制室。

4.浪涌保护器

就算屏蔽做的很好也不能完全杜绝雷电浪涌的入侵。就算雷电浪涌已经被接地和屏蔽削弱，其还是有可能对仪表设备造成损坏。浪涌保护器可为应对雷电浪涌入侵站最后一道岗。通过在现场仪表侧和控制室侧分别设置浪涌保护器可以对雷电浪涌进行有效分流，以弥补屏蔽和接地的不足。

控制室侧仪表应全部设置浪涌保护器，仪表控制系统是仪表系统的心脏，其防雷的可靠性必须保证，不可被忽略或取消。而现场仪表是否设置浪涌保护器则众说纷纭。从规范的要求来看，安装在现场的安全仪表、变送器、电信号执行器、电子开关均应设置浪涌保护器，热电偶、触点开关和从电气来的机泵信号可不设浪涌保护器。浪涌保护器基本分为信号类、直流电源类和交流电源类，应根据信号类型选型，不可配备错误。然而全部设置浪涌保护器的话会造成成本的增加，现场仪表的价格也越来越便宜更换十分方便，很多业主都不采用现场侧的浪涌保护器或者只是针对性的使用浪涌保护器。在这里还是要建议业主在资金充足时应尽量保证现场侧的浪涌保护器，就算不全设置也应对安全仪表设置，这是工厂安全的保障。

5.合理布线

对于合理布线并没办法明确要求，毕竟每个设计人员都有各自的布线方法。当至少应保证强电线缆与弱电线缆的隔离，远离防直击雷装置，以减少电磁脉冲对线缆的影响。

四、结束语

综合防护是共识的防雷方针，仪表防雷系统都是建立在电气专业的防雷工作的基础上的。因此，仪表防雷系统是需要多专业的配合完成的。防雷工程的实施应从经济性和安全性综合考虑。

参考文献

[1]石油化工仪表系统防雷设计规范，SH/T3164-2012。

[2]胡艳，石油化工仪表系统中的防雷策略探讨，科技创新与应用，2013，24：92～93。

[3]孙培刚，论石油化工仪表系统的防雷体系，科技与企业，2013，08：234～235。

[4]王维宁，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，现代企业教育，2012，08：307～308。