石油化工仪表系统的防雷

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1、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阐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措施。关键词仪表系统防雷联合接地屏蔽1.前言雷电是一种自然现象，它能释放出巨大的能量、具有极强大的破坏能力，雷电威胁着人类的生命安全，常使建筑、电力、电子、通信和航空、航天等诸多部门遭受严重损坏，随着微电子设备的广泛应用及高新技术的迅猛发展，由雷击引起的灾害事故正呈现上升趋势。近年来，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、智能化方向发展。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

2、辑控制器，主要是处理开关量，是三种控制系统中发展最早最成熟的），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得基础上发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附近区域发生雷击，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、穿线管等途径到达仪表设备，威胁仪表设备的正常工作和

3、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、生产事故。因此，现代石油化工仪表系统的设计必须高度重视防雷的设计。2.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过程控制的指挥中心，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，特别是雷电浪涌的入侵对控制系统的影响很大：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，严重时可能造成整个生产装置的停车，石化企业每年因DCS及仪表系统受雷电侵入而造成的损失很大，因此D

4、CS及仪表系统的二次防雷就显得很重要。国内一般的石化企业，在设计时基本上仅考虑到供配电系统的雷电感应防护，但是对DCS及控制系统的防雷保护却很少见或者极不完善。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，极易遭受雷击损坏，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，二是由地电位反击造成的。目前常采用的防雷措施是分流法，就是在仪表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（SurgeProtectiveDevice），用以限制瞬态过电压和分

5、走浪涌电流。但一个SPD只能为回路的某部分提供保护，若果所有回路及I/O通道都装SPD，成本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分的使用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。3.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措施主要包括：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分组成。这些措施必须综合运用，才能达到仪表系统的有效防护。1、直击雷防护石油化工仪表系统防雷的

6、第一道防线是直击雷防护，最经济、最有效的方法是避雷针（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，则按照《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确定和设计。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，应根据周围的储油罐等设备的实际情况做出相应的设计。2、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

7、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可以直接辐射到这些元器件上，也可以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

8、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闭结构，将房屋墙壁中的结构钢筋交点处电气连接，并与金属门框焊接，构成一个带门开口的屏蔽笼（法拉第笼）