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雷电对石油化工企业有哪些危害及如何设计防雷方案?

万邦智慧     2020-12-30     486

 摘要:石油化工企业的很多原料和产品具有易燃易爆的特点,因此,雷电对石油化工企业的危害性比较大。本文分析了雷电对石油化工企业生产危害的原理和途径,为科学采取防雷措施提供参考。

引言

石油化工是各行各业发展的基础,是工业发展的动脉。石油化工行业的生产装置大都高温、高压连续生产,且生产原料都属于易燃易爆产品,形成了易遭雷电危害的生产环境。对于石化行业来说,雷电造成的危害如果不及时控制,会造成难以估计的损失,造成工业控制系统的瘫痪导致生产停顿,其经济损失难以估量。本文就此做出了深入的分析并提出建议。

1、石油化工企业的组成

罐区及泵区。这是石油化工企业的常规组成部分,罐区用来储存各种生产原料及产品,罐体之间、罐体与泵区之间通过管道连接。泵区通常与罐区组合在一起,用于将罐体内的物质,用机泵将罐内物质输送至生产场所,或抽离罐体进行运输。

生产装置区。这是石油化工企业的核心组成部分。生产装置的组成比较复杂,不同的工艺流程,所需要的装置千差万别。生产装置内发生着各种化学反应或物理反应,在这个过程中,涉及到各种易燃物质,生产过程中可能产生各种易燃气体,或者需要排放易燃废气。

烟囱和火炬。这是化工企业的显著标志。烟囱是作为加热设施的排烟通道,火炬用于排放燃烧各种易燃气体。通过压缩机气柜等设施,使火炬的气压始终比外界空气压力大。

管架。管架用于管道输送或作为户外电缆桥架的安置场所。管道用于生产区和储存区之间的物质输送,电缆桥架用于配电设施与用电设施之间的电能输送。

生产控制室。控制室用于对生产过程进行控制,内部存在大量的微电子设备,用于控制各个设备的起动、停车、工作状态的监视、危险状态报警以及罐区内各个罐体的液位、温度监视等。

污水处理厂。石化企业在生产过程中,一般会产生大量的工业废水,这些废水必须经过处理达标后,才能排放。

消防泵房。内部有消防泵等消防设施。

变配电所。由于一些大功率设备用电需要,石化企业一般均自设变电所,从公共变电站至少引两路高压线,进入变电所。经变电所变压后,出现给各个区的分配电室,由分配电室出线至各用电设备。

装卸车设施。由装卸平台、储罐、管道、计量等设施组成。

2、石油化工企业的生产和环境特点

2.1生产装置大都由金属制成

石油化工生产中的反应塔、框架、储存罐、仪表、管道、电缆等各种设备都是用金属制成。可以说,石油化工生产中的装备是由良好的导电体组成的。

2.2设施高温高压、原料易燃易爆

石化生产装备中的加热炉、空压机泵房、罐容器等装置大都处于高温、高压连续生产中,此外,石化生产装置生产的石油化工原料、半成品、成品以及各种辅助材料大都属于易燃易爆物质,且会伤害人类或破坏环境。

2.3电子设施广泛应用

现在的石化产业生产和控制过程中广泛应用电子产品,例如DCS、UPS、PLC等电子产品已经在石化企业广泛应用,这使得该行业自动化程度逐步提高,对劳动力的依赖度下降,增加了工艺的可控性,但由于电子设备中有大量的集成电路,而集成电路承受静电压的能力很低,对防雷提出了更高的要求,特别是大规模集成块,容易受雷电过电压的侵害,防雷、防静电尤其重要。

2.4生产过程高度连续性

石化生产是一个连续生产的过程,装置开始投料后将不断地投料,各生產工序紧密相连,一个工序或者一台设备发生故障,都会造成装置的停车甚至发生重大事故。因此,石油化工企业对危害的化解能力较弱,重点在于防御。

3、雷电对石油化工企业的危害及分析防护

3.1雷电过压力的传播分析

直接雷击和感应雷击是雷电危害的两种主要形式,也是雷电对石化企业主要的危害方式。直击雷过电压产生的原因是由于地面物体直接被雷击中,强大的电流经过该物体阻抗泄入大地,并在物体上产生较高的电压降。

感应过电压的产生是因为雷云临近地面物体时,在地面物体上由于静电效应集聚大量的电荷,集聚在物体上的电荷在雷云上的电荷在雷云放电之后被释放产生的过电压。雷电点化工设备造成极大危害,使仪表设备或管路被直接击中,导致仪表失灵,进而对变送器的各种电子线路板造成严重的损害。此外,雷电流会流入仪表支架产生强大的感应磁场,从而对DCS等电子设备造成极大的危害。

3.2雷电产生的危害效应及其分析

雷电过电压产生的危害效应主要有机械效应、热效应和电磁效应。机械效应是雷电电流产生的磁场,能够产生举得电动力,会对电路设备的支持部分造成机械损坏,且易造成人员伤害,热效应能够产生强大电流,其热量能够烧毁设备、熔断线路、引发爆炸和火灾;雷电产生的电磁效应其过电压能够击穿电子器件、电气绝缘、开关跳闸等。

3.2.1直击雷

直击雷是指接闪击于建(构)筑、其他物体、大地或外部防雷装上,产生电效应、热效应和机械力者。直击雷可能使建筑物受损、人员伤亡,也可能造成设备损坏而停产。发生直击雷时,闪电通道的高温,可能引燃周边的易燃物质从而引起爆炸等事故。防范直击雷的原则,一是利用接闪器控制雷击点,将雷击引离需要保护的物体或空间,二是将雷电流安全散入大地,在这个过程中,要避免对周围金属物或系统造成反击危险,要求要有低的接地电阻,引下线应短直,电感值要小,以降低引下线及接地装置上的电压。

直击雷可对石化企业内的所有建(构)筑物造成危害,主要表现为击毁、击坏建(构)筑物或设备。尤其对罐区、户外生产装置区、装卸站设施等危险区域危害更大,因为雷电通道的高温可直接点燃或引爆这些区域内的危险物质,因此在这些区域,必须要控制雷击点,将雷击点控制在安全空间。利用金属罐体。金属装置本身作为接闪器时,必须满足相关防雷规范的要求,当不满足要求,应设接闪器保护。

3.2.2闪电效应

静电感应。由于雷雨云底部带净电荷,当雷云位于某一地域时,由于静电场的作用,该地域上的金属导体会感应出与雷雨云底部电荷性质相反的电荷。当雷云主放电时,雷雨云底部电荷被中和掉,金属导体上的感应电荷失去束缚,变成可以自由移动的电荷,如果没有及时就近泄入地中,就会产生很高的点位,击穿与附近金属物之间的空拿起间隙,与附近金属物火花放电。若有可燃物质充斥于这些空间中,火花可能引燃或引起爆炸,造成严重后果。

电磁感应。由于闪击是持续时间为毫秒或微秒级的脉冲波,在极短的时间内,雷电流从零升至几十甚至上百千安,又在极短的时间内,从几十甚至上百千安降至零,因此雷电流抖度很大。近环路上的感应电压是与雷电抖度成正比的。

此感应电压可能因为导体过热,或因为环路不通畅而发生火花放电,若有可燃物质充斥于这些空间中,火花可能引燃或引起爆炸,造成严重后果。

闪电感应对石化企业的危害,主要表现为对危险场所的危害。如,当管道因静电感应出大量电荷时,若管道未接地或者接地电阻过大,或管道连接处过度电阻过大,导致静电泄放入地不畅,则有可能对附近物体放电,若这时有可燃气体或液体,则可能引燃这些物质。再如,相邻管道之间若环路面积过大,则有可能因为电磁感应在管道之间感应出过大的电压,此电压可能击穿管道,管道内若有可燃气体或液体,则非常危险。因此,规定平行敷设的管道,间距小于100mm时,应每隔不大于30m跨接一次,以减小感应环路面积,从而减小感应电压。

3.2.3雷电波侵入

雷电波侵入实质上是一种高电压的脉冲波,可能由雷电直接击中管道线路引发,也有可能由于雷电感应管道线路而引发。当雷电波沿着管线侵入室内时,高电压可能会对沿线的设备或人员造成反击。

由于石化企业的特殊性,厂区内管道。电缆桥架等分布众多,且大多数为架空敷设,这些管道线路很多都通入室內,若闪电直接击中这些管道线路或者雷电在这些管道线路上感应出过电压,则过电压就将沿着这些管线侵入建筑内,造成与这些管线连接的设备损坏,或人员解除这些管线,因触电压而伤亡。若在管线入户前接地(带电导体通过SPD间接接地)则能明显降低侵入室内的脉冲电压,从而降低危险。

4、结语

石油化工企业由于自身的特殊性,极易造成雷电灾害,目前石化企业的防雷工作中还存在很多问题,应该加强企业的安全管理和防雷技术的开发,使得防护体系更加规范化、科学化,从而使得雷电对石化企业的危害降到最低。


  简介:许献忠

(作者单位:青海省格尔木市气象局)

5、联系万邦科技,获取石化行业的防雷解决方案


来源:互联网
采摘:www.wanponsmart.com

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