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    儀表系統防雷 | 儀表及控制系統防雷工程設計

    來源:www.fivebrowns.com 發布時間:2021年05月29日    點擊次數:30次

    中國是雷電多發國家,石油化工工廠儀表及控制系統(以下簡稱儀表系統)的雷擊事故是流程工業工廠的重大自然災害之一。雷電頻繁發生區域的石油化工工廠幾乎每年都受到雷擊的影響,每年都有雷電造成儀表系統的損壞,導致裝置停工、停產的事件。每次因雷擊造成儀表系統損壞的直接經濟損失就達幾萬到幾十萬元,造成停產或減產維修的經濟損失多達數百萬元,有的雷擊甚至造成人員傷害。

    儀表系統的電子化、集成化、計算機化和網絡化增加了對雷電的敏感性和易損性,使雷電侵入的影響增大。不但南方地區、沿海、沿江、山地等嚴重雷電危害區域的工廠的儀表系統經常因雷電襲擊而損壞,就連北方雷暴日較少的一些地區的工廠也時常發生雷電損毀儀表系統的事件。儀表及控制系統的雷電防護工程(以下簡稱儀表防雷工程)是石油化工工廠重要的防災減災工程。


    1、雷電對儀表系統的危害

    雷電對儀表系統的損壞有兩種途徑:直擊雷電流和電磁感應電流。

    直擊雷是直接擊中建筑物、大地、設施或設備等實際物體的雷電。對儀表系統就是直接擊中儀表本體或信號線路的雷電。中等強度的直擊雷電流約為10~80kA。

    電磁感應電流是線路附近區域的直擊雷電流的電磁感應在線路上產生的沖擊電流,也稱為雷電電涌。電涌電流強度根據實際情況而異,約為幾十到幾百安培。線路上的直擊雷電流或雷電電磁感應產生的電涌會沿線路向兩端流動,損壞測量儀表和信號接收儀表。

    工廠建(構)筑物的雷電防護雖然能防止建筑物內和設備及框架下的儀表遭受直擊雷,但不能阻擋雷電電磁感應在儀表內部和線路上產生的電涌。另外,建筑物雷電防護范圍之外區域的儀表及線路仍然受到直擊雷的威脅。


    2、儀表防雷工程的確定

    由于雷擊和雷電的發生是小概率隨機事件,其物理量是不可測量的,所以不能準確、清晰地定量確定,只能采用評估的方法。


    2.1 定量評估方法

    常采用的雷電損壞經濟風險評估的方法有兩種:當不設置雷電防護工程時,雷擊事件造成儀表系統損壞導致裝置生產的綜合經濟損失大于防雷工程投資價值時,應實施儀表防雷工程;雷擊事件造成裝置生產的綜合經濟損失大于可容忍經濟損失或預計風險大于可容忍風險時,應實施儀表防雷工程,使預計風險小于可容忍風險。

    定量評估方法比較復雜,工程上難以操作。由于雷擊事件是不確定的概率事件,所有的定量評估方法都有不確定性。不同的標準規范有不同的評估方法,各自采用了不同的簡化方法?;痉椒ㄖ皇歉鶕纂娀顒映潭群捅槐Wo系統的重要程度確定雷電防護等級,按雷電防護等級確定實施防雷工程。

    石油化工儀表系統雷電防護等級的確定方法:控制系統中任1臺控制器或任1組I/O模件損壞可能造成裝置生產事故的可能綜合經濟損失與被保護系統的重要程度參考分類見表1所列。


    被保護系統的重要程度參考分類

    雷電防護等級可根據表2中被保護系統的重要程度分類和年平均雷暴日確定。


    綜合評估法雷電防護等級

    裝置所在地區的年平均雷暴日數值可查詢當地氣象部門的資料,但年平均雷暴日并不能反映不同季節不同時期的雷擊次數,也不能反映區域雷擊密度和雷電強度,也就不可能準確地預測或評估雷電活動程度。期待將來氣象部門能夠記錄并提供更有意義的雷電活動數據。

    一級防護等級應當實施儀表防雷工程,二級防護等級也適宜實施儀表防雷工程。

    在中心控制室及裝置制高點附近可以設置雷電測定裝置和雷電預測裝置,積累廠區雷電活動資料。


    2.2 定性評估方法

    儀表防雷工程可根據下列情況之一確定,只要有一種條件成立,即應實施儀表防雷工程。

    1) 發生過危及安全生產的雷擊損害事件的工廠區域。

    2) 根據GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》設置了雷電防護的建筑物,內部裝有電子設備的,特別是連接室外信號線路的。

    3) 當建設區域曾經出現單日雷擊次數大于N次/d或150 kA以上雷電流強度的雷擊次數多于1次/年時;雷擊次數及雷電流強度可根據當地氣象部門資料或自行測定結果確定。

    4) 投資方、保險方或主管責任方可以根據主觀意愿確定是否實施儀表防雷工程(自行承擔風險、損失和責任)。這也是符合IEC標準提到的防災減災原則之一的。


     3、儀表防雷系統基本原理和方法

    3.1基本原理

    儀表防雷的基本原理是限流、限壓、限能。設法將雷電流在到達儀表之前就大部分泄放入地,并將殘余雷電流產生的電壓限制在小于儀表能夠承受的范圍內,使儀表不受雷電損害。由于雷電持續時間較短,殘余的雷電流不會對信號造成有效干擾。


    3.2防雷工程設計原則

    儀表防雷工程的設計應根據防護目標的具體情況,確定合適的防護范圍,采用綜合的防護方法,保護儀表系統不受雷擊損害,降低雷擊事件的風險,符合防災減災的投資條件,經濟有效地防護和減少儀表系統雷擊事故造成的生產和經濟損失。


     3.3工程方法

    儀表防雷工程方法:設置電涌防護器,儀表系統接地,信號電纜的屏蔽,儀表設備的屏蔽。儀表防雷工程采取的每一種方法都是有效的,但都不能代替其他方法,若想得到良好的防護效果,就需要采取全部方法,不可片面地忽略某一種或幾種方法。

    SH/T 3164—2012《石油化工儀表系統防雷設計規范》根據石油化工儀表系統和工程建設的特點,制定了行之有效的儀表防雷工程方法,簡化了一些不確定的概念和難以實施的方法。例如:沒有用到雷電防護區的概念和某些不切實際的防雷方法。


    防雷工程設計

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