雷電對石油化工企業(yè)有哪些危害及如何設(shè)計防雷方案？
引言
石油化工是各行各業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，是工業(yè)發(fā)展的動脈。石油化工行業(yè)的生產(chǎn)裝置大都高溫、高壓連續(xù)生產(chǎn)，且生產(chǎn)原料都屬于易燃易爆產(chǎn)品，形成了易遭雷電危害的生產(chǎn)環(huán)境。對于石化行業(yè)來說，雷電造成的危害如果不及時控制，會造成難以估計的損失，造成工業(yè)控制系統(tǒng)的癱瘓導(dǎo)致生產(chǎn)停頓，其經(jīng)濟損失難以估量。本文就此做出了深入的分析并提出建議。
1、石油化工企業(yè)的組成
罐區(qū)及泵區(qū)。這是石油化工企業(yè)的常規(guī)組成部分，罐區(qū)用來儲存各種生產(chǎn)原料及產(chǎn)品，罐體之間、罐體與泵區(qū)之間通過管道連接。泵區(qū)通常與罐區(qū)組合在一起，用于將罐體內(nèi)的物質(zhì)，用機泵將罐內(nèi)物質(zhì)輸送至生產(chǎn)場所，或抽離罐體進行運輸。
生產(chǎn)裝置區(qū)。這是石油化工企業(yè)的核心組成部分。生產(chǎn)裝置的組成比較復(fù)雜，不同的工藝流程，所需要的裝置千差萬別。生產(chǎn)裝置內(nèi)發(fā)生著各種化學(xué)反應(yīng)或物理反應(yīng)，在這個過程中，涉及到各種易燃物質(zhì)，生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生各種，或者需要排放易燃廢氣。
煙囪和火炬。這是化工企業(yè)的顯著標(biāo)志。煙囪是作為加熱設(shè)施的排煙通道，火炬用于排放燃燒各種。通過壓縮機氣柜等設(shè)施，使火炬的氣壓始終比外界空氣壓力大。
管架。管架用于管道輸送或作為戶外電纜橋架的安置場所。管道用于生產(chǎn)區(qū)和儲存區(qū)之間的物質(zhì)輸送，電纜橋架用于配電設(shè)施與用電設(shè)施之間的電能輸送。
生產(chǎn)控制室。控制室用于對生產(chǎn)過程進行控制，內(nèi)部存在大量的微電子設(shè)備，用于控制各個設(shè)備的起動、停車、工作狀態(tài)的監(jiān)視、危險狀態(tài)報警以及罐區(qū)內(nèi)各個罐體的液位、溫度監(jiān)視等。
污水處理廠。石化企業(yè)在生產(chǎn)過程中，一般會產(chǎn)生大量的工業(yè)廢水，這些廢水必須經(jīng)過處理達標(biāo)后，才能排放。
消防泵房。內(nèi)部有消防泵等消防設(shè)施。
變配電所。由于一些大功率設(shè)備用電需要，石化企業(yè)一般均自設(shè)變電所，從公共變電站至少引兩路高壓線，進入變電所。經(jīng)變電所變壓后，出現(xiàn)給各個區(qū)的分配電室，由分配電室出線至各用電設(shè)備。
裝卸車設(shè)施。由裝卸平臺、儲罐、管道、計量等設(shè)施組成。
2、石油化工企業(yè)的生產(chǎn)和環(huán)境特點
2.1生產(chǎn)裝置大都由金屬制成
石油化工生產(chǎn)中的反應(yīng)塔、框架、儲存罐、儀表、管道、電纜等各種設(shè)備都是用金屬制成。可以說，石油化工生產(chǎn)中的裝備是由良好的導(dǎo)電體組成的。
2.2設(shè)施高溫高壓、原料易燃易爆
石化生產(chǎn)裝備中的加熱爐、空壓機泵房、罐容器等裝置大都處于高溫、高壓連續(xù)生產(chǎn)中，此外，石化生產(chǎn)裝置生產(chǎn)的石油化工原料、半成品、成品以及各種輔助材料大都屬于易燃易爆物質(zhì)，且會傷害人類或破壞環(huán)境。
2.3電子設(shè)施廣泛應(yīng)用
現(xiàn)在的石化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和控制過程中廣泛應(yīng)用電子產(chǎn)品，例如dcs、ups、plc等電子產(chǎn)品已經(jīng)在石化企業(yè)廣泛應(yīng)用，這使得該行業(yè)自動化程度逐步提高，對勞動力的依賴度下降，增加了工藝的可控性，但由于電子設(shè)備中有大量的集成電路，而集成電路承受靜電壓的能力很低，對防雷提出了更高的要求，特別是大規(guī)模集成塊，容易受雷電過電壓的侵害，防雷、防靜電尤其重要。
2.4生產(chǎn)過程高度連續(xù)性
石化生產(chǎn)是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，裝置開始投料后將不斷地投料，各生產(chǎn)工序緊密相連，一個工序或者一臺設(shè)備發(fā)生故障，都會造成裝置的停車甚至發(fā)生重大事故。因此，石油化工企業(yè)對危害的化解能力較弱，重點在于防御。
3、雷電對石油化工企業(yè)的危害及分析防護
3.1雷電過壓力的傳播分析
直接雷擊和感應(yīng)雷擊是雷電危害的兩種主要形式，也是雷電對石化企業(yè)主要的危害方式。直擊雷過電壓產(chǎn)生的原因是由于地面物體直接被雷擊中，強大的電流經(jīng)過該物體阻抗泄入大地，并在物體上產(chǎn)生較高的電壓降。
感應(yīng)過電壓的產(chǎn)生是因為雷云臨近地面物體時，在地面物體上由于靜電效應(yīng)集聚大量的電荷，集聚在物體上的電荷在雷云上的電荷在雷云放電之后被釋放產(chǎn)生的過電壓。雷電點化工設(shè)備造成極大危害，使儀表設(shè)備或管路被直接擊中，導(dǎo)致儀表失靈，進而對變送器的各種電子線路板造成嚴重的損害。此外，雷電流會流入儀表支架產(chǎn)生強大的感應(yīng)磁場，從而對dcs等電子設(shè)備造成極大的危害。
3.2雷電產(chǎn)生的危害效應(yīng)及其分析
雷電過電壓產(chǎn)生的危害效應(yīng)主要有機械效應(yīng)、熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)。機械效應(yīng)是雷電電流產(chǎn)生的磁場，能夠產(chǎn)生舉得電動力，會對電路設(shè)備的支持部分造成機械損壞，且易造成人員傷害，熱效應(yīng)能夠產(chǎn)生強大電流，其熱量能夠燒毀設(shè)備、熔斷線路、引發(fā)爆炸和火災(zāi)；雷電產(chǎn)生的電磁效應(yīng)其過電壓能夠擊穿電子器件、電氣絕緣、開關(guān)跳閘等。
3.2.1直擊雷
直擊雷是指接閃擊于建（構(gòu)）筑、其他物體、大地或外部防雷裝上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力者。直擊雷可能使建筑物受損、人員傷亡，也可能造成設(shè)備損壞而停產(chǎn)。發(fā)生直擊雷時，閃電通道的高溫，可能引燃周邊的易燃物質(zhì)從而引起爆炸等事故。防范直擊雷的原則，一是利用接閃器控制雷擊點，將雷擊引離需要保護的物體或空間，二是將雷電流安全散入大地，在這個過程中，要避免對周圍金屬物或系統(tǒng)造成反擊危險，要求要有低的接地電阻，引下線應(yīng)短直，電感值要小，以降低引下線及接地裝置上的電壓。
直擊雷可對石化企業(yè)內(nèi)的所有建（構(gòu)）筑物造成危害，主要表現(xiàn)為擊毀、擊壞建（構(gòu)）筑物或設(shè)備。尤其對罐區(qū)、戶外生產(chǎn)裝置區(qū)、裝卸站設(shè)施等危險區(qū)域危害更大，因為雷電通道的高溫可直接點燃或引爆這些區(qū)域內(nèi)的危險物質(zhì)，因此在這些區(qū)域，必須要控制雷擊點，將雷擊點控制在安全空間。利用金屬罐體。金屬裝置本身作為接閃器時，必須滿足相關(guān)防雷規(guī)范的要求，當(dāng)不滿足要求，應(yīng)設(shè)接閃器保護。
3.2.2閃電效應(yīng)
靜電感應(yīng)。由于雷雨云底部帶凈電荷，當(dāng)雷云位于某一地域時，由于靜電場的作用，該地域上的金屬導(dǎo)體會感應(yīng)出與雷雨云底部電荷性質(zhì)相反的電荷。當(dāng)雷云主放電時，雷雨云底部電荷被中和掉，金屬導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷失去束縛，變成可以自由移動的電荷，如果沒有及時就近泄入地中，就會產(chǎn)生很高的點位，擊穿與附近金屬物之間的空拿起間隙，與附近金屬物火花放電。若有可燃物質(zhì)充斥于這些空間中，火花可能引燃或引起爆炸，造成嚴重后果。
電磁感應(yīng)。由于閃擊是持續(xù)時間為毫秒或微秒級的脈沖波，在極短的時間內(nèi)，雷電流從零升至幾十甚至上百千安，又在極短的時間內(nèi)，從幾十甚至上百千安降至零，因此雷電流抖度很大。近環(huán)路上的感應(yīng)電壓是與雷電抖度成正比的。
此感應(yīng)電壓可能因為導(dǎo)體過熱，或因為環(huán)路不通暢而發(fā)生火花放電，若有可燃物質(zhì)充斥于這些空間中，火花可能引燃或引起爆炸，造成嚴重后果。
閃電感應(yīng)對石化企業(yè)的危害，主要表現(xiàn)為對危險場所的危害。如，當(dāng)管道因靜電感應(yīng)出大量電荷時，若管道未接地或者接地電阻過大，或管道連接處過度電阻過大，導(dǎo)致靜電泄放入地不暢，則有可能對附近物體放電，若這時有可燃氣體或液體，則可能引燃這些物質(zhì)。再如，相鄰管道之間若環(huán)路面積過大，則有可能因為電磁感應(yīng)在管道之間感應(yīng)出過大的電壓，此電壓可能擊穿管道，管道內(nèi)若有可燃氣體或液體，則非常危險。因此，規(guī)定平行敷設(shè)的管道，間距小于100mm時，應(yīng)每隔不大于30m跨接一次，以減小感應(yīng)環(huán)路面積，從而減小感應(yīng)電壓。
3.2.3雷電波侵入
雷電波侵入實質(zhì)上是一種高電壓的脈沖波，可能由雷電直接擊中管道線路引發(fā)，也有可能由于雷電感應(yīng)管道線路而引發(fā)。當(dāng)雷電波沿著管線侵入室內(nèi)時，高電壓可能會對沿線的設(shè)備或人員造成反擊。
由于石化企業(yè)的特殊性，廠區(qū)內(nèi)管道。電纜橋架等分布眾多，且大多數(shù)為架空敷設(shè)，這些管道線路很多都通入室內(nèi)，若閃電直接擊中這些管道線路或者雷電在這些管道線路上感應(yīng)出過電壓，則過電壓就將沿著這些管線侵入建筑內(nèi)，造成與這些管線連接的設(shè)備損壞，或人員解除這些管線，因觸電壓而傷亡。若在管線入戶前接地（帶電導(dǎo)體通過spd間接接地）則能明顯降低侵入室內(nèi)的脈沖電壓，從而降低危險。
4、結(jié)語
石油化工企業(yè)由于自身的特殊性，極易造成雷電災(zāi)害，目前石化企業(yè)的防雷工作中還存在很多問題，應(yīng)該加強企業(yè)的安全管理和防雷技術(shù)的開發(fā)，使得防護體系更加規(guī)范化、科學(xué)化，從而使得雷電對石化企業(yè)的危害降到較低。
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生產(chǎn)控制室。控制室用于對生產(chǎn)過程進行控制，內(nèi)部存在大量的微電子設(shè)備，用于控制各個設(shè)備的起動、停車、工作狀態(tài)的監(jiān)視、危險狀態(tài)報警以及罐區(qū)內(nèi)各個罐體的液位、溫度監(jiān)視等。
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消防泵房。內(nèi)部有消防泵等消防設(shè)施。
變配電所。由于一些大功率設(shè)備用電需要，石化企業(yè)一般均自設(shè)變電所，從公共變電站至少引兩路高壓線，進入變電所。經(jīng)變電所變壓后，出現(xiàn)給各個區(qū)的分配電室，由分配電室出線至各用電設(shè)備。
裝卸車設(shè)施。由裝卸平臺、儲罐、管道、計量等設(shè)施組成。
2、石油化工企業(yè)的生產(chǎn)和環(huán)境特點
2.1生產(chǎn)裝置大都由金屬制成
石油化工生產(chǎn)中的反應(yīng)塔、框架、儲存罐、儀表、管道、電纜等各種設(shè)備都是用金屬制成。可以說，石油化工生產(chǎn)中的裝備是由良好的導(dǎo)電體組成的。
2.2設(shè)施高溫高壓、原料易燃易爆
石化生產(chǎn)裝備中的加熱爐、空壓機泵房、罐容器等裝置大都處于高溫、高壓連續(xù)生產(chǎn)中，此外，石化生產(chǎn)裝置生產(chǎn)的石油化工原料、半成品、成品以及各種輔助材料大都屬于易燃易爆物質(zhì)，且會傷害人類或破壞環(huán)境。
2.3電子設(shè)施廣泛應(yīng)用
現(xiàn)在的石化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)和控制過程中廣泛應(yīng)用電子產(chǎn)品，例如dcs、ups、plc等電子產(chǎn)品已經(jīng)在石化企業(yè)廣泛應(yīng)用，這使得該行業(yè)自動化程度逐步提高，對勞動力的依賴度下降，增加了工藝的可控性，但由于電子設(shè)備中有大量的集成電路，而集成電路承受靜電壓的能力很低，對防雷提出了更高的要求，特別是大規(guī)模集成塊，容易受雷電過電壓的侵害，防雷、防靜電尤其重要。
2.4生產(chǎn)過程高度連續(xù)性
石化生產(chǎn)是一個連續(xù)生產(chǎn)的過程，裝置開始投料后將不斷地投料，各生產(chǎn)工序緊密相連，一個工序或者一臺設(shè)備發(fā)生故障，都會造成裝置的停車甚至發(fā)生重大事故。因此，石油化工企業(yè)對危害的化解能力較弱，重點在于防御。
3、雷電對石油化工企業(yè)的危害及分析防護
3.1雷電過壓力的傳播分析
直接雷擊和感應(yīng)雷擊是雷電危害的兩種主要形式，也是雷電對石化企業(yè)主要的危害方式。直擊雷過電壓產(chǎn)生的原因是由于地面物體直接被雷擊中，強大的電流經(jīng)過該物體阻抗泄入大地，并在物體上產(chǎn)生較高的電壓降。
感應(yīng)過電壓的產(chǎn)生是因為雷云臨近地面物體時，在地面物體上由于靜電效應(yīng)集聚大量的電荷，集聚在物體上的電荷在雷云上的電荷在雷云放電之后被釋放產(chǎn)生的過電壓。雷電點化工設(shè)備造成極大危害，使儀表設(shè)備或管路被直接擊中，導(dǎo)致儀表失靈，進而對變送器的各種電子線路板造成嚴重的損害。此外，雷電流會流入儀表支架產(chǎn)生強大的感應(yīng)磁場，從而對dcs等電子設(shè)備造成極大的危害。
3.2雷電產(chǎn)生的危害效應(yīng)及其分析
雷電過電壓產(chǎn)生的危害效應(yīng)主要有機械效應(yīng)、熱效應(yīng)和電磁效應(yīng)。機械效應(yīng)是雷電電流產(chǎn)生的磁場，能夠產(chǎn)生舉得電動力，會對電路設(shè)備的支持部分造成機械損壞，且易造成人員傷害，熱效應(yīng)能夠產(chǎn)生強大電流，其熱量能夠燒毀設(shè)備、熔斷線路、引發(fā)爆炸和火災(zāi)；雷電產(chǎn)生的電磁效應(yīng)其過電壓能夠擊穿電子器件、電氣絕緣、開關(guān)跳閘等。
3.2.1直擊雷
直擊雷是指接閃擊于建（構(gòu)）筑、其他物體、大地或外部防雷裝上，產(chǎn)生電效應(yīng)、熱效應(yīng)和機械力者。直擊雷可能使建筑物受損、人員傷亡，也可能造成設(shè)備損壞而停產(chǎn)。發(fā)生直擊雷時，閃電通道的高溫，可能引燃周邊的易燃物質(zhì)從而引起爆炸等事故。防范直擊雷的原則，一是利用接閃器控制雷擊點，將雷擊引離需要保護的物體或空間，二是將雷電流安全散入大地，在這個過程中，要避免對周圍金屬物或系統(tǒng)造成反擊危險，要求要有低的接地電阻，引下線應(yīng)短直，電感值要小，以降低引下線及接地裝置上的電壓。
直擊雷可對石化企業(yè)內(nèi)的所有建（構(gòu)）筑物造成危害，主要表現(xiàn)為擊毀、擊壞建（構(gòu)）筑物或設(shè)備。尤其對罐區(qū)、戶外生產(chǎn)裝置區(qū)、裝卸站設(shè)施等危險區(qū)域危害更大，因為雷電通道的高溫可直接點燃或引爆這些區(qū)域內(nèi)的危險物質(zhì)，因此在這些區(qū)域，必須要控制雷擊點，將雷擊點控制在安全空間。利用金屬罐體。金屬裝置本身作為接閃器時，必須滿足相關(guān)防雷規(guī)范的要求，當(dāng)不滿足要求，應(yīng)設(shè)接閃器保護。
3.2.2閃電效應(yīng)
靜電感應(yīng)。由于雷雨云底部帶凈電荷，當(dāng)雷云位于某一地域時，由于靜電場的作用，該地域上的金屬導(dǎo)體會感應(yīng)出與雷雨云底部電荷性質(zhì)相反的電荷。當(dāng)雷云主放電時，雷雨云底部電荷被中和掉，金屬導(dǎo)體上的感應(yīng)電荷失去束縛，變成可以自由移動的電荷，如果沒有及時就近泄入地中，就會產(chǎn)生很高的點位，擊穿與附近金屬物之間的空拿起間隙，與附近金屬物火花放電。若有可燃物質(zhì)充斥于這些空間中，火花可能引燃或引起爆炸，造成嚴重后果。
電磁感應(yīng)。由于閃擊是持續(xù)時間為毫秒或微秒級的脈沖波，在極短的時間內(nèi)，雷電流從零升至幾十甚至上百千安，又在極短的時間內(nèi)，從幾十甚至上百千安降至零，因此雷電流抖度很大。近環(huán)路上的感應(yīng)電壓是與雷電抖度成正比的。
此感應(yīng)電壓可能因為導(dǎo)體過熱，或因為環(huán)路不通暢而發(fā)生火花放電，若有可燃物質(zhì)充斥于這些空間中，火花可能引燃或引起爆炸，造成嚴重后果。
閃電感應(yīng)對石化企業(yè)的危害，主要表現(xiàn)為對危險場所的危害。如，當(dāng)管道因靜電感應(yīng)出大量電荷時，若管道未接地或者接地電阻過大，或管道連接處過度電阻過大，導(dǎo)致靜電泄放入地不暢，則有可能對附近物體放電，若這時有可燃氣體或液體，則可能引燃這些物質(zhì)。再如，相鄰管道之間若環(huán)路面積過大，則有可能因為電磁感應(yīng)在管道之間感應(yīng)出過大的電壓，此電壓可能擊穿管道，管道內(nèi)若有可燃氣體或液體，則非常危險。因此，規(guī)定平行敷設(shè)的管道，間距小于100mm時，應(yīng)每隔不大于30m跨接一次，以減小感應(yīng)環(huán)路面積，從而減小感應(yīng)電壓。
3.2.3雷電波侵入
雷電波侵入實質(zhì)上是一種高電壓的脈沖波，可能由雷電直接擊中管道線路引發(fā)，也有可能由于雷電感應(yīng)管道線路而引發(fā)。當(dāng)雷電波沿著管線侵入室內(nèi)時，高電壓可能會對沿線的設(shè)備或人員造成反擊。
由于石化企業(yè)的特殊性，廠區(qū)內(nèi)管道。電纜橋架等分布眾多，且大多數(shù)為架空敷設(shè)，這些管道線路很多都通入室內(nèi)，若閃電直接擊中這些管道線路或者雷電在這些管道線路上感應(yīng)出過電壓，則過電壓就將沿著這些管線侵入建筑內(nèi)，造成與這些管線連接的設(shè)備損壞，或人員解除這些管線，因觸電壓而傷亡。若在管線入戶前接地（帶電導(dǎo)體通過spd間接接地）則能明顯降低侵入室內(nèi)的脈沖電壓，從而降低危險。
4、結(jié)語
石油化工企業(yè)由于自身的特殊性，極易造成雷電災(zāi)害，目前石化企業(yè)的防雷工作中還存在很多問題，應(yīng)該加強企業(yè)的安全管理和防雷技術(shù)的開發(fā)，使得防護體系更加規(guī)范化、科學(xué)化，從而使得雷電對石化企業(yè)的危害降到較低。
淺談熱鍍鋅護欄的焊接工藝技術(shù)
日立熒光光譜儀的維護與修復(fù)說明，大家知道嗎？
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