石油化工仪表系统的防雷的设计

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  • 一、前 言

    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、智能化方向迅猛发展,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,一旦仪表设备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。

    二、石油化工仪表系统防雷的回顾

    国内目前在设计石油化工仪表系统时,基本上没有考虑防雷问题,但国外在这方面已经有了近20 年的研究和使用经验。国内一些石油化工厂常常因为遭受雷击,使控制系统瘫痪,造成装置停车,经济损失巨大。于是,采取了一些补救的防雷措施,主要是采取分流法,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(Surge ProtectiveDevice),用以限制瞬态过电压和分走浪涌电流。但一个SPD 只能为回路的某部分提供保护;例如,一个安装在DCS 控制室的SPD只能对DCS的卡件通道提供保护;一个安装在现场变送器输出的SPD只能对变送器提供保护。如果所有的I/O通道都装SPD,成本将大幅度上升;再则,如果每个回路都增加两个SPD的话,由于SPD本身也会出现故障(在生产实践中已证明了这一点),仪表系统的故障率将会大大增加。

    因此,国内某些石油化工厂也只能在一些相对重要的场合部分地使用SPD,保护也只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。

    三、雷击对仪表系统的危害形式

    雷击从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种,对仪表系统可能产生的危害形式划分为下列几种:

    1. 直接雷击

    雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路,通常会损坏仪表的传感器模件并且可能损坏变送器的电子线路板。雷电流在沿仪表支架流入大地的过程中,产生强大的感应磁场,能通过信号传输线路耦合到控制室DCS 等电子设备内,损坏DCS 等电子设备。

    2. 感应雷击

    (1)静电感应。当雷云来临时,地面物体,尤其是导体聚积大量电荷产生放电,放电电流若进入现场仪表和用电设备,造成设备损坏。

    (2)电磁脉冲辐射。雷电流在其通道周围的空间产生电磁场,向外辐射电磁波,耦合到控制室的计算机、仪表和现场仪器仪表,以及各类金属导体上,产生感应电动势或感生电流,造成设备故障,损坏以致控制系统失灵。

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