天津市昊永化工工程有限公司 天津 300300
摘要：石油化工工业生产中，由于原材料和成品的易燃易爆性，对石油化工仪器的防雷和防静电等方面的安全保护提出了较高的要求，石油化工仪表是进行石油化工生产监测和测量的电子敏感元件，当受到雷击时，如果没有较为有效的接地系统，将会对仪表造成严重的损坏，因此研究石油化工仪表防雷接地系统设计方法，对提高石油化工仪表的防雷安全性，提高仪表和生产过程的安全性方面具有积极重要的意义，相关的系统设计方法研究受到人们的极大重视汗幻。
关键词：化工仪表；防雷接地；设计；分析
1导言
随着化工企业的规模不断扩大，仪表系统向网络化、智能化方向发展，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。随着石油化工行业的高速发展，石化企业无论是在规模还和数量上都在不断地增加，现代科学技术的快速发展，也推动着仪表体系更新换代的速度不断加快，仪表系统的智能化、网络化取得了巨大成绩.然而，石油化工仪表系统所存在的普遍过压和过流、耐受能力差、绝缘强度低，对电磁干扰敏感的弱点等等，影响了仪器仪表系统的正常工作。加强仪表设备必要的防雷保护措施，防止因雷击而导致仪表设备的工作失灵，损害仪表设备的安全运行，保证石化企业安全生产具有积极意义。
2雷击危害形式
雷击从形式上可分为直接雷击与感应雷击和雷电过电压侵入、反击这四种形式，可能产生的危害形式划分为下列情况。
2.1直接雷击
雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路，它的特点是能量大，伴有强大的冲击电流、炽热的高温、猛烈的冲击波通常会损坏仪表的传感器模块并且可能损坏变送器的电子线路板。直接雷击是化工仪表设备或系统管路直接受到雷电打击，导致电子线路板、传感器模件的损坏，从而影响到仪表系统的计算机系统。直接雷击可能伴随着火灾和其他方面的影响，对工作人员和社会造成严重威胁，在防雷策略方面必须要加强直接雷击的预防。
2.2感应雷击
感应雷击又分为静电感应和电磁脉冲辐射。静电感应是当雷云来临时，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:电磁脉冲辐射是雷电流在其通道周围的空间产生电磁场，向外辐射电磁波，藕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。雷雨放电产生的电磁感应或静电感应作用会是地面物体生产较多电荷，在化工仪表的尖端带电设备中电荷集中的现象更严重。设备上几类的电荷达到一定程度就会自行放电，仪表系统会因为此电流而被破坏，导致仪表系统无法正常运行。此外，感应雷击产生的电磁脉冲还存在脉冲辐射，作用在仪表系统就会形成感应电动势和感应电流，干扰和破坏电线槽、电缆电线和金属管道等设备，使其出现故障而无法正常运行。
2.3雷电过电压侵入
直接击雷或雷电感应都可能使导线或金属管道产生过电压，此雷电过电压沿各种金属管道、电缆槽、电缆线路就可能将高电位引入仪表系统，造成干扰和破坏。
2.4地电位反击
防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速向大地泄放，必然会引起局部地电位上升(可能上百千伏)，如果仪表控制系统的接地体与该点没有足够安全距离，它们之间就会产生放电，造成反击电流，会对仪表控制系统产生干扰乃至破坏。
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3石油化工仪表防雷现状
石油化工产业DCS系统是一套兼有生产模式和生产控制系统，这个系统在当前的石化生产中应用较为广泛，系统中的仪表设备较多，可以说是整个石化工业生产流程的总指挥部，因此，能否保证这套系统正常运行也是关乎石化企业的生产和运行的关键。石化DCS控制系统包含了电源、仪表等设备，在遭遇雷电时，现场仪表和智能仪表变化产生相应的雷电干扰，有可能会发生因雷电损害网络和变送器的设备工作，而这些设备之间由于是相互的连通，一旦发生相互干扰就会导致仪表设备的整体瘫痪，严重的会导致整个控制系统发生故障，整个生产工程会被迫停工。
4接地作用和分类
根据接地作用的不同可将接地分为三类，即静电接地、工作接地和保护接地。保护接地。主要是避免人员在接触带电设备时不受到电力伤害。正常生产过程中，设备外壳不会带电，但受到长时间运行和工作环境影响下可能出现电线绝缘层破裂等情况二带电，人员接触则会触电，在保护接地作用下，人员接触到带电设备后，电流会快速传递到大地而减轻人员伤害。工作接地。主要包括本安仪表系统接地、屏蔽接地和信号回路接地上方面，本安仪表系统内的主要构成是安全栅和本安仪表。隔离室安全栅电路结构具有较好的隔离效果而不需要单独进行接地设计，齐纳栅结构限制电量是通过限压二极管、限流电阻和快速熔断器实现，现场使用中需要接地来防止电势差。屏蔽接地的主要作用是防电磁干扰，一种是通过电缆桥架、保护管接地来保持其电位与装置电气接地网相同。另一种为信号屏蔽电缆接地，一般是将控制室内的信号屏蔽层连接到地面。在信号系统未采取隔离措施的情况下，一般的处理方式按照直流电源采用负极接地。信号系统又隔离措施的情况下不需要单独的信号回路接地。静电接地。无处不在的静电可能会影响到生产安全，甚至损坏仪表和整个系统，造成恶劣影响，在防雷接地设计中要做好防静电接地。静电接地电阻一般不超过100Ω，如果是专业电气设备，设计接地时要按照对应说明书进行。防静电接地也可与其他接地系统共用。
5仪表接地系统的设计
接地系统的构成主要包括三个部分：接地电极、接地铜排和接地导线。在接地导线的选用中，一个重要的参数就是其截面积，应更具线路段的不同选用对应的截面积。通常情况下，接地连线截面积是1到2.5mm2，接地干线截面积从10到25mm2，接地总干线截面积从16到50mm2。接地导线的数量长度和连接部位都会影响到截面积的选取。在接地系统的设计方面，最基本的原则是将保护接地与工作接地设置为同一接地点，避免产生电位差。如果是特殊性仪表，需要根据工作环境和使用状况制定合理的隔离措施。一般情况下，控制柜和仪表盘同时有工作接地和保护接地，应分开进行接线。按照相关要求，将信号回路接地、屏蔽接地和本安仪表接地接入接地铜排，为了实现更好的接地效果，可选用更低的电阻值以保证其功能，这也是在接地设计安装质量中的一个重要影响因素。安装仪表系统时使用的接地电阻包括接地电阻和连接电阻两类，在设计具体的仪表控制系统接地时，要同时把握接地电阻和连接电阻的数量和大小。接地所用的连接电阻是总线板与接地端之间的电阻值，一般情况下不超过1Ω。对于仪表小节点系统，通常保证电阻不超过4Ω。阻值会受到接地线连接方式、长度以及截面积的影响，设计过程中要考虑此方面的影响。
6结论
在化工生产过程中，仪表系统的稳定和安全能为生产控制提供准确的数据基础，能有效反映当前的生产情况，具有很重要的意义。良好的防雷接地设计能大幅排除仪表系统受到的干扰，因此在设计阶段要予以重视，同时，在生产过程中还需要做好定期维护和检查，分析运行中的偶然事件并制定科学的应对措施，以此来保障化工生产的安全和高效。
参考文献
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论文作者:张鹏宇
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/4
标签：仪表论文; 系统论文; 防雷论文; 设备论文; 雷电论文; 过电压论文; 石油化工论文; 《防护工程》2019年第4期论文;