石油化工仪表雷电及电涌防护200906G

1、石油化工仪表系统的雷电及电涌防护2009年6月1内容提要1.0 概述2.0 石化系统的环境特征3.0 雷电及雷电事故概述4.0 石化 防雷体系5.0 雷电事故剖析6.0 石化系统SPD的设置7.0 结束语21.0概述： 随着我国国民生产的快速发展，石化系统的大型石化企业及石油储存设施的自动化水平的不断提高，电脑监控系统、电脑管理系统、数据传输应用越来越普遍，跟随而来的仪表系统雷电事故不断增加。如压力变送器、流量变送器、温度变送器、光导液位变送器、信号报警器、电视监控摄像机等等。发生雷击损坏事故较多，占石化系统雷击事故近90左右，所以石油化工的防雷，主要是仪表系统设备的防雷。 3遵循标准爆炸和火

2、灾危险环境电力装置设计规范GB5005892建筑物防雷设计规范GB5005794（2000版）石油库设计规范GB500742002汽车加油加气站设计与施工规范GB50156200242 石化系统的环境特征：石化生产装置的环境特征： 石化生产装置大都是高温、高压连续生产的装置 石化生产装置生产的原料和成品大都属于易燃易爆物质， 石化生产装置建构筑物:大都由塔、罐容器、加热炉、空压机泵房、生产装置机泵及众多的金属管道将其相互连接组成。具有高温、高压连续生产的性质， 52.1 防爆区域划分分区定义 根据现行标准GB50058-92爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 爆炸危险区域级别是根据爆炸性气体混

3、合物出现的频繁程度和持续时间来划分的：0区：连续出现或长期出现爆炸性混合物气体的环境。I区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境。II区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境或即使出现也仅是短时存在的爆炸性气体混合物的环境。 62.2石化生产装置防爆级别1、石化生产装置生产的原料和成品大都属于易燃易爆物质，装置区绝大部分是级爆炸危险区，少数属0级、级爆炸危险区。在爆炸危险区安装使用的仪器、仪表、电气设备都应该采用与爆炸气体相适合，与爆炸危险区相对应的防爆型产品，才能确保安全。72.3石化仪表系统设备的弱点： A.仪表系统设备大部分是集成电路构成,而其间隔很小。很小的过电压都会造成

4、反击闪络。集成电路中的电源及信号线路。常具有微型支持结构。这些支持结构受到电涌的冲击时，会变得过热而弯曲变形，使得本应该相互隔绝的线路相互接触，就形成了内部短路而导致集成电路失效。 B.电子系统工作电压一般较低，一般是3、5、12、24伏等。由于石化电子系统要求具有长期稳定运行的特点，任何超出工作电压、电流的冲击（如雷电过电压），都有可能导致电子系统误动作或永久性破坏。 82.4 电涌电压对石化电子系统设备的不良影响：A.干扰效应：使信号数据丢失，大于0.07高斯时不能正常工作 B.提前老化效应：未到使用年限就不能用了 C.毁坏效应： 2.4高斯使信号设备损坏不能工作 (设备线路版烧毁)92.

5、5 冲击电涌的来源： 电涌是指电路中突然出现的瞬间过电压或过电流现象。它产生于直接雷击；间接雷击”云闪”； 雷击电磁感应:在仪表电源线及信号线上的感应电涌；雷击静电感应；供电电压波动：公用电网的负荷投切、电源开关的通或断而引起的电压或电流的急剧变化、电磁场干扰等都会产生电涌。 103.0雷电及雷电事故概述 雷电放电的特点是：放电电压高于1500kV，电流幅值大（5330kA），波幅变化快，波过程时间短（20400s左右），频率可达到25100kHZ。 雷电放电的规律是：当主放电形成以后，往往会发生重复雷击放电，一般重复雷击放电23次，有少数雷击可高达3040次。我国最多记录达到重复放电42次。

6、 113.1雷电事故形成的特征： 雷电热效应：在雷击点产生很高的温度，使金属熔化，可燃物质燃烧。 雷电的电效应：产生过电压，过电流，损坏设备及人畜伤亡。雷电机械力效应：电动力使建筑物击毁，树木折断。124.0 石化 防雷体系 外部防雷体系：截闪； 引下线分流； 均压（等电位连接） 接地。 内部防雷体系：电磁封锁（屏蔽）； 合理布线； 安装SPD(电涌保护器)。 134.1石化装置雷电防护区划分 雷电防护区按下图规定划分：14雷电防护区划分规定 直击雷非防护区（LPZoA）：本区所有物体及建筑物完全暴露在外部分雷装置的保护范围之外，可能会遭受直接雷击且雷击电磁场均未得到任何屏蔽或衰减。直击雷防护

7、区（LPZoB）：本区内的各类物体匀处在外部防雷装置的保护范围之内，不可能遭受到大于所选定滚球半径相对应的雷电流的直接雷击，但本区内雷击电磁场未得到任何屏蔽，属充分暴露在直击雷防护区内。15雷电防护区划分规定第一屏蔽（防护区（LPZ1）：本区内的各种物体不可能遭受直接雷击。流经各类导体的雷电流已经分流，比（LPZoB）区减少，且由于建筑物有屏蔽措施，本区内的雷击电磁场得到初步的衰减。第二、三屏蔽防护区（LPZ2、LPZ3）：为进一步减小雷击电流及电磁场强度而引入的后续防护区，一般指建筑物内专设的屏蔽室或设备屏蔽的外壳等。164.2 石化仪表系统雷电防护等级划分按社会经济和安全重要程度仪表系统分

8、类第一类：安全等级评级SIL3级，事故伤亡人数超过3人，事故经济损失大于1000万元第二类：安全等级评级SIL2级，事故伤亡人数超过1-3人，事故经济损失20-1000万元第三类：安全等级评级SIL1级，事故无伤亡员，事故经济损失大于50-200万元注：上述SIL为安全等级174.2 石化仪表系统雷电防护等级划分按仪表系统重要与当地年平均雷暴日d/a 评估仪表系统雷电防护等级第一类:20 d/a以上为一级防雷, 20 d/a以下为二 级防雷。第二类:20 d/a以下为三级防雷， 21-40 d/a为二级防雷， 41 d/a以上为一级防雷。 第三类:21-40 d/a以下为三级防雷， 41-60

9、d/a为二级防雷， 60 d/a以上为一级防雷。184.3 仪表控制室的防雷措施 按建筑物防雷设计规范GB50057 94（2000版） 第一类建构筑物的规定，采取防感应雷措施。接闪器应采用避雷网（带）保护，不设避雷针。网格尺寸应不大于5m5m或6m4m。且引下线应不少于二根，其间距不应大于12m。194.4 等电位接地系统 仪表系统的接地分防雷接地、静电接地、保护接地、屏蔽接地、工作接地（逻辑接地）等，其目的是保证仪表系统安全平稳的运行。 20等电位接地系统4.4.1 仪表控制室的防雷接地，应围绕建筑物作环型闭合接地装置，每一引下线的接地电阻不应大于10。4.4.2 仪表控制室防雷击电磁脉冲

10、屏蔽的规定：仪表控制室的四面墙、顶、底六面应设防雷电磙脉冲的屏蔽网，网格尺寸按最近雷击点计算确定。当仪表控制室设置在建筑物底层时,底面不设屏蔽网。21仪表控制室接地等电位系统的规定：4.4.3 仪表系统的等电位连接、由总等电位连接与局部等电位连接组成。其目的是防止因电位差过大而产生反击损坏仪器仪表。 22仪表控制室接地等电位系统的规定：4.4.4 仪表系统的工作的频率小于3000KHZ，且房间的面积12m2时应采用S型等电位结构，当采用S型等电位连接网络时，基准点（ERP）到各设备的连线应采用大于10KV，1.2/50S耐压水平的绝缘线。4.4.5 仪表系统的工作频率大于300KHZ，房间的面

11、积12m2时，应采用M型等电位结构。或延伸式等电位结构。23仪表控制室接地等电位系统的规定：4.4.6 仪表接地系统中的接地汇流排（ERP），应保持和建筑的防雷接地及大电流、高电压（10KV及以上）的电气设备接地之间有10m以上的安全距离，不能满足要求应用开关型SPD连接，并应加强对高电位反击的防护。4.4.7 当仪表设备防电磁干扰较弱时，仪表设备应选用金属铠装屏蔽电缆，屏蔽层一端接地，铠装电缆两端金属铠装接地。应在环形接地装置及屏蔽网处作接地连接。4.4.8 仪表系统的低压供电系统（380220伏）必须采用TNS系统，当电力系统采用TNC系统时，在仪表用电系统电源侧中性线（N）作重复接地，然

12、后N线与PE线分开。保证系统低压供电接地系统为TNS接地方式。24现场仪表电涌保护器(SPD)配置测控信号选型参考125现场仪表电涌保护器(SPD)配置测控信号选型参考226电涌保护器（SPD）的配置原则 A防雷等级为一级的区域和仪表室应实施仪表防雷工程。B防雷等级为二级的区域和仪表室宜实施仪表防雷工程。C防雷等级为三级的区域和仪表室可实施仪表防雷工程。当信号电缆在地面上敷设水平距离大于100米，垂直距离大于10米时，现场仪表和控制室仪表两端宜设SPD。27电涌保护器（SPD）的配置原则 在上述距离符合的情况下，下列地点可不设SPDA热电偶现场端。B触点开关现场端。C配电间及电气控制室来的机泵

13、信号。285.0 雷电事故剖析1：1 贵州省遵义某石油库3000米3覆土隐蔽罐, 由于雷击引起反击,造成位于罐顶上部钢质操作室内的油气爆炸着火.2山西太原某加油站雷电事故:某雷雨天,突然一生爆炸声,罐室盖板跳起又落下,油罐接地处火苗燃烧.3.四川航空部某厂油库,输油管线进泵房未接地,每次外部打雷,管线法兰连接处都有火花发生.295.0 雷电事故剖析2：4 黄岛油库特大雷击火灾事故分析: 黄岛油库五号罐为石砌非金属距形48X72m2半地下油罐,事故发生时,油罐正以每小时1500t的速率进油,1989-8-12,为雷雨天, 上午8时一声巨响,五号罐爆炸起火.305.0 雷电事故剖析3：5. 石家庄

14、炼油厂氢压机厂房雷电损害 约2003年氢压机厂房曾四次因雷击造成停产.2004年加装法国提前放电避雷针后,事故仍未避免.增加合理布线及电磁屏蔽措施后,改善.315.0 雷电事故剖析4： 6 仪征输油站06年8月7日该站16原油罐雷击着火情况分析 油气与空气混合物存在:事故发生时，16罐是以2000立方米小时的速度出油，浮盘缓慢下降，罐体内壁上不可避免地会悬挂少量原油，其挥发出的轻组分与空气形成爆炸性混合物。若油罐密封不严密，存在泄漏现象，当 雷击火花存在时,引起原油罐着火。 325.0 雷电事故剖析5：7 神华煤液化现场火灾系统雷击事故： 神华煤液化工程于2008年6月10日、2008年8月8日先后发生火灾报警设备遭雷击大面积损坏事故（同时也有部分电视机、网络办公设备计算机等损坏）。两次事故共计造成7块200型及3块500型联网卡、3块200主版、12手动报警按钮损坏。以及消防站内广播分配盘暂时性死机 主机板的电容器烧毁；联网板接口部分的二极管、三极管、光耦、电容等器件烧毁、线路板烧糊；手动报警按钮的稳压二极管、电阻烧毁。 336.0 仪表系统供电电源的SPD选择石化生产装置的仪表系统供电电源，一般由生产装置的低压母线提供