化工企业化工装置设备防雷设计

刘贻彬

摘 要：化工企业装置规模大，易燃易爆，且部分自动化设施拥有大量电子仪器，极易遭受雷击。结合实际工作经验，介绍了不同化工装置的防雷设计要求和规定，重点阐述了其设计中应注意的事项，以供相关人员参考。

关键词：化工企业；化工装置；接地系统；防雷设计

中图分类号：TQ086.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.01.091

化工企业的环境极为特殊，其装置布置密集，管道、塔、罐等设施大部分建于室外空旷地段，遭受雷击的概率比一般建筑物要高，雷击带来的危害性也更大，严重情况下还会导致起火甚至爆炸，对企业经济和员工的生命安全影响极大。雷击给化工企业带来的危害主要表现在：雷击引起短路等电力故障，造成火灾或者爆炸，引起导线过热融化或者放电，形成的磁场或者雷电流会干扰化工企业电子元件及线路，出现控制系统失控等现象。在实际工作中，由于遭受雷击而导致化工设备损坏、油库燃烧、爆炸等雷击灾害的现象均出现过，因此，对化工企业装置进行防雷设计，意义重大。

1 建筑物内化工装置的防雷设计

无论是草甘膦，还是有机硅单体生产装置，均被布置于厂房建筑物内，没有超出建筑物，在建筑物的防雷保护范围内。这些装置的防雷设计相对简单，按照《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）做好建筑物的防雷设计即可。

特别指出，要准确划分化工装置的防爆区域。根据工艺专业提供的条件，判断化工装置的释放源级别，再根据释放源级别判定其防爆区分区。当装置布置在0区、1区、20区、21区时，要重点对待，按照第一类或第二类防雷建筑物要求进行防雷设计。

笔者所在的公司拥有多台精馏塔装置，其中有几台精馏塔设备安装在15 m高的混凝土框架建筑物内，所有化工装置的高度均没有超过建筑物，而基础平面上的卧式储罐也在该建筑物的防雷保护范围内，因此，该类化工装置的防雷设计可按照《建筑物防雷设计规范》要求进行。通过工艺危害分析，判定该化工装置所处的环境属于2区爆炸危险环境，因此，需按照第二类防雷建筑物进行防雷设计。

2 建筑物屋顶化工装置的防雷设计

因工艺流程要求，经常会出现塔、换热器等设备布置在超出屋顶平面处，超出的化工装置往往不在建筑物的防雷保护范围内。为此，可采取将化工装置直接作为避雷针或者在屋顶附设避雷针的措施。

该建筑物9 m、12 m的平面上均布置有化工设备，其中2台计量罐布置在12 m的平面上，1座塔和1只储罐设备布置在9 m的平面上，超出了建筑物屋顶平台。在对此类化工装置进行防雷设计时，可将设备本体作为接闪器，然后通过引下线与建筑物接地系统有效连接。另外，也可在屋顶平台附设接闪器，使化工设备处于接闪器的保护范围内。具体可参照以下两点：①金属设备。当金属设备厚度满足表1所示的要求时，可以将设备本体作为接闪器。一般化工企业钢制设备的壁厚均超过4 mm，可以将设备本体作为接闪器，但是接地点不能少于2处，且沿塔体均匀分布，引下线的间距不应超过18 m。如果引下线的间距超过18 m，就要增设引下线，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10 Ω，且引下线与设备接地板有效连接。②非金属设备。当超出建筑物屋顶平面的设备为非金属设备时，需要在建筑物屋顶附设避雷针作为接闪器，使非金属设备处于避雷针的保护范围内。

3 放空管、排放装置的防雷设计

由于管道设计规范要求放空管、排放装置等高于建筑物，因此，一般情况下，这些装置不在建筑物的防雷保护范围内。鉴于此，可对安装在高空的放空管、呼吸阀和自然通风管等采取防直击雷和雷电感应的措施。

当连续（间歇）排放易燃易爆气体、蒸汽或粉尘时，放空管应高出20 m（10 m）范围内的操作平台或建筑物屋顶3.5 m以上。此时，应安装避雷设施，使放空管的管垂直高度（ha）和水平距离半径（r）在防雷接闪器的保护范围内，具体情况如图1所示。

当有管帽时，接闪器的保护范围应按照表2确定，使管帽以上和管口水平处的空间处于接闪器的保护范围之内；当无管帽时，接闪器的保护范围应为管口上方半径为5 m的半球空间，接闪器与雷闪的接触点应设置在上述空间外。当排放易燃易爆气体、蒸汽或粉尘，但是排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧等情况时，接闪器仅可保护到管帽，无管帽时仅可保护到管口。当排放非可燃气体时，放空管应高出邻近的操作平台2.2 m以上，其防雷设计应符合如下规定：金属排放管可作为接闪器与放空管附近的防雷装置连接；非金属排放管应装设接闪器，接闪器仅可保护到管帽，无管帽时仅可保护到管口。

该化工企业主厂房结构为框架结构，层高12 m，屋顶为彩钢棚顶，屋顶钢板厚度满足直接作为接闪器的防雷要求。大部分化工设备布置在建筑物内，但是厂房外一侧布置有一台烘干设备配套尾气吸收设备。该设备本体及其放空管均为PP非金属材质，放空管标高17.5 m，超出建筑物屋顶5 m。虽然该放空管排放的气体大部分为普通空气，没有可燃气体，但必须设置接闪器。另外，考虑到该装置靠近建筑物，因此在建筑物上附设接闪器，接闪器保护到管口即可，对管口四周垂直高度最小值（ha）、水平距离最小值（r）无要求。

4 罐区及其他露天静止设备的防雷设计

中小型化工企业的罐区存放的物料一般为易燃易爆物料，为了方便卸车，罐区布置在空旷场地，附近没有建筑物提供防雷保护，因此罐区的防雷设计不容忽视。在对灌区进行防雷设计时，需要注意以下几点：①露天金属罐体的壁厚大于或等于表1所示的最小值，同时罐顶呼吸阀装有阻火器时，可将罐体作为接闪器，不需要另装设接闪器。此外，必须做好罐体的接地措施，且接地点不得少于2处，两接地点的间距不得超过18 m，每根引下线的冲击接地电阻不应大于10 Ω。当罐体壁厚小于表1所示的最小值时，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐处于防雷保护范围内。②当露天罐顶的呼吸阀没有安装阻火器时，不能仅将罐体作为接闪器，而应在罐顶装设接闪器，且接闪器的保护范围应符合放空管、排放装置防雷设计的规定。③非金属储罐存放易燃易爆物质时必须设置接闪器，使储罐及突出罐顶的呼吸阀等排放装置均处于接闪器的保护范围之内，接闪器的保护范围应符合放空管、排放装置防雷设计的规定。④埋地储罐一般不安装防雷设施。当覆土层厚度小于0.5 m或者储罐的呼吸阀等排放装置露出地面时，应采取局部防雷措施，接闪器的保护范围应符合放空管、排放装置防雷设计的规定。⑤浮顶罐和内浮顶罐可不装设接闪器，将罐体本身作为接闪器，同时将浮顶与罐体用两根截面不小于25 mm2的软铜线连接电气。

5 户外架空金属管道的防雷设计

要防止雷电波侵入户外架空金属管道，比如，可以在输送易燃易爆气体或液体管道进出建筑物口处做好防静电接地措施；在不同爆炸区域的边界、管道分支处及直线管道50～80 m处设置防静电接地。对户外架空氢气管道除采取上述措施外，还应每隔20～25 m设置防雷电感应接地。输送易燃易爆气体或液体管道架空水平附设时，当两管间净距小于100 mm时，每隔20～30 m应用金属线跨接，净距小于100 mm的交叉管道也应用金属线跨接。此外，管道连接处（法兰、阀门等）也应用金属线跨接。

6 结束语

总之，随着化工企业自动化水平的提高，技术人员应注重不同化工装置类别的特点，制订各种合理、有效的防雷方案，采取最经济又不会影响到装置正常运行的防雷措施，以最大限度地保证化工企业的安全。

参考文献

[1]王玉生，刘寿先.原油浮顶油罐防雷设计探讨[J].石油规划设计，2008（03）.

[2]苗济国.石油化工厂控制室防雷设计的探讨[J].石油化工自动化，2002（03）.

〔编辑：刘晓芳〕