梁太平

摘要：科技的進(jìn)步，促進(jìn)人們對能源需求的增多。天然氣能源已經(jīng)成為推動(dòng)我國社會(huì)發(fā)展的主要能源類型之一，為我國社會(huì)生產(chǎn)做出了不小的貢獻(xiàn)。在天然氣集輸站場運(yùn)行的過程中，智能化程度較高的儀表經(jīng)常會(huì)因?yàn)槭艿嚼讚粢蛩氐挠绊懺斐蓳p害，從而影響輸氣生產(chǎn)設(shè)備的正常使用。為了保證天然氣能源使用過程的安全性，就必須解決雷擊對儀表系統(tǒng)的影響和損害，并提出相應(yīng)的防雷擊措施，增強(qiáng)天然氣儀表系統(tǒng)的安全性。本文就天然氣集輸站場自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷展開探討。

關(guān)鍵詞：天然集輸站 自動(dòng)化儀表系統(tǒng) 防雷策略

引言

伴隨著國內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，我國對于天然氣的采集，以及天然氣的輸送需求變得越來越大;目前天然氣集輸站場也要求天然氣的計(jì)量和監(jiān)測設(shè)備向著自動(dòng)化、智能化、以及網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和數(shù)據(jù)自動(dòng)采集。但是智能化的儀表經(jīng)常會(huì)因?yàn)槔讚粢蛩氐挠绊懺斐蓳p害，輕微的影響會(huì)使得儀表無法正常、穩(wěn)定地工作，導(dǎo)致集輸站場無法正常運(yùn)行;嚴(yán)重的還會(huì)造成不同程度的人員傷亡或爆炸事故。所以想要確保天然氣集輸站自動(dòng)化儀表系統(tǒng)能夠正常工作，就必須要做好相應(yīng)用的防雷設(shè)計(jì)。

1天然氣集輸站場現(xiàn)狀

天然氣集輸站場內(nèi)通過智能儀表設(shè)備實(shí)現(xiàn)天然氣工況的自動(dòng)監(jiān)測和壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)，并實(shí)時(shí)上傳天然氣集輸場站的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

天然氣集輸站場天然氣的貿(mào)易計(jì)量也采用智能流量設(shè)備自動(dòng)計(jì)量，它通過對天然氣的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行測量和分析后最終算出體積流量用于貿(mào)易結(jié)算;天然氣集輸站場內(nèi)的智能化儀表設(shè)備為天然氣集輸站的穩(wěn)定運(yùn)行和自動(dòng)計(jì)量工作帶來了不少便利也體現(xiàn)了它的重要性。所以天然氣集輸站內(nèi)的智能儀表設(shè)備的要求是精準(zhǔn)高和穩(wěn)定性強(qiáng)。

2雷擊對智能儀表系統(tǒng)的危害形式

2.1直接雷擊

雷電直接擊中現(xiàn)場儀表設(shè)備或與之連接的管路，通常會(huì)損壞儀表的傳感器模件并且可能損壞變送器的電子線路板。雷電流在沿儀表支架流入大地的過程中，產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)磁場，能通過信號傳輸線路耦合到控制室電子設(shè)備內(nèi)，損壞電子設(shè)備。

2.2感應(yīng)雷擊

2.2.1靜電感應(yīng)

所謂的靜電感應(yīng)到來的時(shí)候，所在區(qū)域的所有地表物體（尤其是一些體積大的導(dǎo)體）能夠積取著大量的電荷，當(dāng)飽和的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的放電現(xiàn)象。如果在這個(gè)放電的過程當(dāng)中，電流竄入到現(xiàn)場儀表或者所現(xiàn)所使用的設(shè)備當(dāng)中，那么就會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞的問題。

2.2.2電磁脈沖輻射

電子脈沖輻射也是造成天然氣現(xiàn)場儀表系統(tǒng)損傷的主要因素，是指通過雷擊電流在空間內(nèi)產(chǎn)生的電磁場不斷的向外輻射電磁波，輻射范圍較廣，會(huì)直接影響輻射范圍內(nèi)的計(jì)算機(jī)、儀表系統(tǒng)等各種電子設(shè)備。尤其是材質(zhì)屬于金屬導(dǎo)體的電子設(shè)備，受電磁波的影響最大。電磁脈沖輻射對電子設(shè)備的損害原理是當(dāng)電磁波輻射在各類金屬導(dǎo)體上之后，就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢或者感生電流。屬于金屬導(dǎo)體的電子設(shè)備承受不了感應(yīng)電動(dòng)勢和感生電流的沖擊，從而造成電子設(shè)備的故障和損壞。最嚴(yán)重的后果是由于導(dǎo)致某一金屬導(dǎo)體的工作失靈，從而影響整個(gè)儀表系統(tǒng)的工作失效。

2.3雷電過電壓侵入

直擊雷或雷電感應(yīng)都可能使導(dǎo)線或金屬管道產(chǎn)生過電壓，該雷電過電壓沿各種金屬管道、電纜槽、電纜線路可能將高電位引入儀表系統(tǒng)，造成干擾和破壞。

2.4反擊

防雷裝置接閃時(shí)，強(qiáng)大的瞬間雷電流通過引下線流入接地裝置，由于大地電阻的存在，雷電電荷不能快速向大地泄放，必然會(huì)引起局部地電位上升（可能上百千伏），如果儀表控制系統(tǒng)的接地體與該點(diǎn)沒有足夠安全距離，它們之間就會(huì)產(chǎn)生放電，造成反擊電流，可直接擊穿用電器的絕緣部分，會(huì)對儀表控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾乃至破壞

3天然氣自動(dòng)化儀表系統(tǒng)防雷的主要措施

3.1接閃

實(shí)際上，雷擊損害屬于自然災(zāi)害，同時(shí)也屬于外來因素對儀表系統(tǒng)的侵入損害。所以，解決這種侵入損害的有效治理措施就是通過外接、導(dǎo)流等措施的綜合應(yīng)用，才能真正做到對儀表系統(tǒng)的防護(hù)。接閃是防雷的主要措施之一，這種措施是通過儀表系統(tǒng)所屬的建筑物防雷裝置來實(shí)現(xiàn)的。在保護(hù)儀表系統(tǒng)的同時(shí)，也保護(hù)了周圍的油罐等高危設(shè)施。所以，在前期設(shè)計(jì)的過程中也會(huì)將現(xiàn)場儀表系統(tǒng)和周圍的高危設(shè)施進(jìn)行融合接洽設(shè)計(jì)，從而起到現(xiàn)場整體防護(hù)的效果。

3.2均壓

當(dāng)雷擊發(fā)生時(shí)，在雷電瞬態(tài)電流所經(jīng)過的路徑上將會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電位升高，使該路徑與周圍的金屬物體之間形成瞬態(tài)電位差。如果這種瞬態(tài)的電位差超過了兩者之間的絕緣耐受強(qiáng)度，就會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)的擊穿放電，該種擊穿放電能直接損壞儀表設(shè)備，也能產(chǎn)生電磁脈沖，干擾儀表系統(tǒng)的正常運(yùn)行。為了消除雷電瞬態(tài)電流路徑與金屬物體之間的擊穿放電，可以將所有現(xiàn)場儀表的所有金屬外殼、構(gòu)架，生產(chǎn)裝置的金屬設(shè)備，儀表控制室內(nèi)的設(shè)備、組件和元件的金屬外殼、金屬設(shè)施連接在一起，并且與儀表控制室的防雷接地系統(tǒng)相連接，形成完善的等電位聯(lián)結(jié)。

3.3接地

接地主要有兩種措施：浮地、多點(diǎn)接地。（1）浮地。是指儀表的工作地與建筑物的接地系統(tǒng)保持絕緣，這樣建筑物接地系統(tǒng)中的電磁干擾就不會(huì)傳導(dǎo)到儀表系統(tǒng)中，地電位的變化對儀表系統(tǒng)也無影響。但由于儀表的外殼要進(jìn)行保護(hù)接地，當(dāng)雷電較強(qiáng)時(shí)，儀表外殼與其內(nèi)部電子電路之間可能出現(xiàn)很高的電壓，將兩者之間絕緣間隙擊穿，造成電子線路損壞。（2）多點(diǎn)接地。是指儀表、PLC等設(shè)備的工作接地與保護(hù)接地分開，這種接地方式的突出優(yōu)點(diǎn)是可以就近接地，接地線的寄生電感小。但是如果較強(qiáng)的雷電波通過保護(hù)地進(jìn)入系統(tǒng)，電子電路同樣會(huì)因承受高壓而損壞。由于以上兩種接地方式都不能滿足防雷的需要，因此，可以考慮將保護(hù)地與工作地相連接，并且接入防雷接地系統(tǒng)，問題就可以解決了。

3.4屏蔽

儀表系統(tǒng)的防雷屏蔽是由控制室、現(xiàn)場儀表、以及信號線與電源線屏蔽這三個(gè)部分構(gòu)成。（1）控制室屏蔽?？刂剖易鳛閮x表系統(tǒng)的核心，它對雷電形成的脈沖相當(dāng)敏感，因此必須要在墻壁內(nèi)進(jìn)行鋼筋交點(diǎn)處電氣連接，以此來構(gòu)建出一個(gè)帶開口的屏蔽籠，然后再把接地環(huán)與之相連接，以達(dá)到屏蔽的效果。（2）現(xiàn)場儀表屏蔽。為了防止雷電給現(xiàn)場儀表造成破壞，儀表可以運(yùn)用金屬儀表箱來實(shí)現(xiàn)防雷的目的，將儀表箱的保護(hù)殼以及所有的金屬設(shè)備進(jìn)行等電位連接后，再將其并入到防雷接地系統(tǒng)當(dāng)中。（3）如果想要避免雷電形成的電磁脈沖，或者電源線路引起瞬態(tài)過電壓波，應(yīng)當(dāng)要將所有的信號線與低壓電源線換成金屬屏蔽層的電纜。如果要解決多點(diǎn)接地引起的低頻干擾，可以把電纜穿入金屬導(dǎo)管當(dāng)中，或者可以使用雙屏蔽電纜，這樣就能夠確保信號線和電源線的屏蔽效果。

3.5設(shè)置電涌保護(hù)器

電涌保護(hù)器是保護(hù)儀表不受雷電電涌電流的沖擊，減少儀表損壞的有效措施之一;需要給重要的現(xiàn)場智能儀表和控制系統(tǒng)的進(jìn)線側(cè)設(shè)置電涌保護(hù)器;當(dāng)智能儀表受雷擊產(chǎn)生過電壓時(shí)，電涌保護(hù)器可以起到分流和限壓的效果，能有效防止過大的電流與電壓對設(shè)備產(chǎn)生損害。

但電涌保護(hù)器的設(shè)置只是防雷工程的一部分，不應(yīng)以設(shè)置電涌保護(hù)器來代替防雷工程，所以智能設(shè)備運(yùn)行前還需要確保防雷、接地和屏蔽系統(tǒng)安全可靠。

結(jié)語

天然氣能源給我國社會(huì)發(fā)展提供了新的路徑，也影響了我國社會(huì)資源的生產(chǎn)方式。在天然氣的使用過程中，一定要注意各種各樣的能夠?qū)μ烊粴鈨x表系統(tǒng)造成威脅的因素。雷擊因素已經(jīng)成為影響天然氣正常工作的主要因素之一。除了上述的幾種解決措施之外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中還可通過加裝避雷針、增加儀表間的接地裝置等方式最大程度的避免雷擊天氣對天然氣自動(dòng)化儀表系統(tǒng)的損害，保證天然氣儀表系統(tǒng)正常運(yùn)行，保證工作人員的人身安全。

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