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燃气场站自动控制系统防雷保护

时间:2022-09-08 12:57:09 来源:西南石油大学电气信息学院 作者:甘皓天

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本文链接: https://www.universitychina.net/edu/lunwen/20220908/124884.html

1 引言

燃气设备和管网是保证城市可靠供气的重要设施。它们输送可燃介质,分布广泛,涉及千家万户的燃气安全。所以要特别注意防雷。在燃气设备和管网的设计、施工和运行中,应当采取相关措施,避免和减少雷击造成的损害。自动防雷系统的危害原理主要分为直击雷、雷电感应、反向电流、过电压侵入等危害因素。雷电感应分为静电感应和脉冲电磁辐射。直击雷的破坏率最高,破坏程度也更大。雷害原理主要与雷电流和电流产生的强电磁场干扰有关。自动控制系统的防雷措施主要包括直击雷保护技术、接地保护技术和浪涌保护技术。

2 雷击对自动控制系统的危害原理

2.1 过电压侵入

直击雷电和感应雷电均会在金属设备表面产生过电压,过电压在电势差的作用下向仪表设备内部流入,仪表设备内部在过电压的高电位影响下,测量功能失效,电路遭到破坏。

2.2 反击电流

当雷电电流通过防雷装置的引下线进入接地装置时,由于大地本身具有一定的电阻,强电流无法流入大地并在短时间内释放,导致接地装置与大地接触位置的电位急剧上升。当周围接地装置靠近该点时,较高的电位差会产生较大的逆流,直接击穿周围电气设备的绝缘装置,影响自动控制系统的正常运行。

2.3 直击雷电

当现场智能化仪表或者与其相连接的电缆等线路被雷电直接击中时,仪表设备内部的电路板、传感元件等模块会遭受不同程度的损坏。雷电电流沿着仪表连接管流向大地时,形成高强度的感应磁场,通过仪表电缆传输至控制室,破坏控制室内的控制装置。

2.4 雷电感应

雷电云形成时,地面导电设备表面的大量电荷会聚集在一起产生静电感应,当电荷达到一定程度时就会放电。当放电电流流入智能电表时,设备内部的电子元件会被损坏。雷电通过电磁感应产生强电磁场,向周围辐射电磁波。控制室的控制装置、计算机、电路和智能仪表受到电磁波的影响,产生感应电流,对仪器设备造成不同程度的损坏,甚至造成自动控制系统瘫痪。

3 防雷击危害的措施

2.1 高压场站和阀室防雷击

对于露天设置的高压站场和阀室,应注意管道与设备之间的静电桥接和接地设计,关键设备应单独进行静电处理。由于它们设置在露天,不适合气体积聚,雷电火花引起爆炸的风险相对较小。高压站和阀室有两种类型:位于站室内的站和位于室外的站。高压站场和阀室设置在站房内,应采用建筑物上的避雷网(带)或避雷针或其混合物组成的避雷器,放空嘴外5m的半球形(如有管帽,管帽上方距离为2.5m)应置于避雷器的保护范围内;在条件允许的情况下,避雷针可用作避雷针,或根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160—1999 第 8.2.2 条“当工艺装置中露天布置的塔架和容器的屋顶厚度等于或大于4mm时,不需要避雷针保护,但必须提供防雷接地”,因为雷电产生的热能可以穿透厚度小于4mm的钢板,但厚度大于4mm的板。气体排放管通常为略正压力。被雷击后,喷嘴处的残余气体可能会点燃,但不容易引发事故。当释放的气体量较大时,建议在站外设置单独的放空区,并在放空喷嘴处设置阻火器。通风管应通过绝缘法兰或绝缘接头与站场工艺管道分开,并设置防雷接地。

2.2 阴极保护绝缘体的防雷击

为减少埋地燃气钢管的腐蚀,除管道外壁的绝缘涂层外,还将采用阴极保护辅助管道的防腐,并采用绝缘法兰或接头将埋地管道与地面工艺管道隔开,以保证埋地管道的负电位。在雷击的高电压下,有时绝缘法兰或接头的绝缘层会断裂,从而损坏恒电位仪和阴极保护系统。因此,最好使用绝缘法兰(故障后易于更换),或者采用耐雷击的绝缘接头。

2.3 仪表和自动控制系统的防雷击

仪表自动控制系统由精密仪表和电路组成,防雷能力弱。高感应电流或电势会损坏电子元件,并导致整个自动控制系统瘫痪。在自动控制系统的设计和安装过程中,应在线路上安装电涌保护器,以确保电涌与系统隔离。在线仪表(如涡轮流量计和体积校正器)应考虑防雷接地导体的安装方法。建议不要直接搭接在金属管上。与流量计连接的两端金属管最好用绝缘法兰连接,加防雷跳线,并设置外部金属箱屏蔽,以确保防雷效果。

4 结论

防雷原理主要包括引雷入地、设备等电位连接、电流分流等。由于附在建筑物上的燃气管道大部分不是由建筑物的设计单位整体设计的,而是由燃气专业设计院单独设计的,所以附在建筑物上的一般燃气管道并没有纳入建筑物的整体防雷系统,燃气管道的防雷往往被忽视。在雷击频繁的地区,燃气设备和管网的防雷是燃气设计和施工中应特别注意的问题。只有采取有针对性的措施,加强日常防雷接地检测,才能有效防止雷电对燃气系统的危害。随着天然气工业技术的不断进步,天然气加气站的处理和计量设备正朝着自动化、网络化和智能化的方向发展。站内各种智能设备通过电缆连接供电和数据传输,不能承受过大的电流和电压,绝缘强度低。当智能仪器本身或周围遭受雷击时,雷电产生的高强度电流、电压和电磁场会通过线路、电缆、电力线等不同路径传递到仪器设备上,影响设备的正常运行。天然气站应配备相应的防雷、防浪涌等保护措施。如果保护措施失效,智能仪表可能无法正常工作,测量数据可能无法正确显示。严重时会造成设备严重损坏,甚至发生工人伤亡和安全生产事故。因此,天然气站必须在正确评估雷电对自动控制系统危害程度的基础上,设计合理的防雷措施,确保站场正常安全生产。

参考文献

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[2] GB50057-94 建筑物防雷设计规范[S].

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[4] 韦泽尚. 天然气装置区仪表自控系统防雷接地分析与探讨[J]. 建筑工程技术与设计, 2017, 000(023):4896-4896.

[5] 张剑锋, 屠明刚. 加强天然气输气站防雷质量安全的技术措施[J]. 中国石油和化工标准与质量, 2016, 36(17):66-67.

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责任编辑:高永锋

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