雷电对天然气处理厂的影响及其防护措施

【摘要】雷电是一种强烈的大气放电现象，其形成高压电、冲击波、高温、变化的静电场以及高强电磁辐射等会干扰天然气处理厂的设备、管道的正常运行并且对它们有一定的损害。该文主要分析雷电对管道系统以及仪表控制系统的影响，以次给出相应具体的防护措施。

【关键词】雷电 天然气处理厂 防护

1 雷电影响天然气处理厂

1.1 仪表控制系统受雷电影响

从作用的形式上来说雷电对仪表控制系统潜在能产生地危害可以分为下面几种情况：

（1）直接雷击。仪表控制系统及与其相连的管道被雷电直接击中，通常会造成传感器的模件与变送器的主板破坏。雷电的电流导进地下的时间段，能产生强烈地感应磁场，经过耦合作用损坏控制仪器。

（2）感应雷击。其一为电磁脉冲的辐射，雷电的电流在它的周围区域形成电磁场，同时向外有电磁波辐射，并且在耦合的作用下，使处理厂的控制仪器与各种金属导体产生感应电势或电流，使得系统的故障或者失灵。其二为静电感应，雷云出现时刻，因为静电感应的作用使得地面的物体的表面会积累许多的电荷，当条件满足时便会形成放电，而放电的电流如果进到处理厂的仪表和用电仪器，就会使设备有损害。

（3）雷电的过电压进入。设备的导线或着天然气的管道被直接雷击或者雷电感应时，也许使其产生过电压，也许通过电缆的线路、天然气的管道、电缆的桥架等导体把高电位导入仪表的控制系统，并对它造成干扰或破坏。

（4）反击。当防雷装置接闪，强烈的瞬时雷电的电流由引下线进入接地设备，因为大地有电阻，雷电的电荷不能迅速泄放于大地，所以会造成局部的地电位升高，形成放电，引起反击的电流，这可击穿正工作电器绝缘的地方，使控制系统有干扰或破坏。

1.2 雷电影响管道

天然气处理厂的地面或架空天然气钢质管道，由于良好的导电性能，使其成为天然的接闪器。当管道上方出现雷雨云，其下面造成一面积较大地静电场，埋地的管道在这静电场里，反电荷从表面感应出来，聚集到相当的程度而且达到放电条件时，就会发生强烈的放电过程。但由于管道的三层PE或聚氯乙烯防腐层具有良好绝缘的性能，管道的感应电荷泄放较慢，当管道产生局部的放电，另外地方感应电荷同时也会对地释放，这样有强大电流形成于管道中。相对绝缘层的低电阻管道，电流会由绝缘层漏点普遍消散，破坏力不大；但管道绝缘性很好的话，若浪涌未能由绝缘层漏点迅速向地泄放，那么管道的绝缘或者接触不良位置便会形成高电压，导致二次放电，输气的管道设施、装置有雷电损坏的原因便是这些。金属的管道是良导体，易变成巨大直击雷电地泄放的通道引起雷击的现象。

另外，管道地阴极保护装置、防蚀电源常常有雷电袭击，破坏的部分大体是保险丝、放电管、集成电路、电容等。

2 对天然气站的雷电防护办法

天然气站防护措施有：①外部的防雷设施（接地设备、接闪器及引下线）能将大部分的雷电的电流导入大地；②采用防闪络设施、屏蔽、等电位的连结，阻挡雷电波顺着电磁场与金属导线侵入的途径；③电涌的保护，运用一些元件非线性的特性，构成电涌的保护器（SPD）进而将它装在配电与信号线中，把积累形成的过电压及过电流由SPD导入大地。此三系统都不可缺。

2.1 接闪

利用天然气处理厂建筑、设备的避雷装置来实现，厂内仪表系统的防雷设计，应与周边输气管道、设备防雷处理同时进行。

2.2 均压

雷击期间，瞬时电流在它的路径上形成瞬时电位的升高，同周围的金属导体之间产生瞬时的电位差，若超出它们间的绝缘层的耐受强度，便会形成击穿放电，导致仪表设备的直接破坏，由此形成电磁脉冲，同时会干扰仪表正常的运行。为消除雷电击穿放电现象，可以将处理厂所有金属装置、管道、仪表等同防雷接地设备相接，产生完美等电位的连接。

2.3 接地

现在国内的仪表接地有两种方法：多点接地及浮地。

（1）浮地，表示仪表运行和建筑物接地没有导体相连，那么建筑物的接地系统电磁的干扰便不能传到系统里，地电位变化也不会对系统有影响。然而因为仪表外壳需接地，若有较强的雷电，仪表外壳同它内部的电子电路间也许形成很高电压，击穿两者之间的绝缘间隙，使电子线路破损。

（2）接地，表示自控仪表、PLC等设施的工作接地和保护接地分开。该接地方法的优点为可就近来接地，且寄生的电感小。然而若系统中有较强雷电波由保护地侵入，电子电路也会由于承受高压受到破坏。

上述接地方式不能满足防雷电要求，将保护地和工作地相连，同时接入防雷电的接地系统，便可解决问题。

2.4 屏蔽

因为仪表系统使用传递信号的电缆、半导体的器件以及集成的电路较多，通过雷击形成瞬时电磁脉冲能直接辐射该类元器件，同时能在信号线及电源上感应出瞬时过电压波，顺着线路导入电子设备，这样电子设备便会失灵甚至破损。运用屏蔽体去阻塞及衰弱电磁脉冲为一类有效防护方式。

（1）控制室的屏蔽。作为控制室内的控制心脏，仪表系统对于雷电形成的电磁脉冲特别的敏感，应特别注意它的屏蔽情况。仪表控制室通常为封闭的结构，使房屋的墙壁里地结构钢筋相交处电气连接，使室内顺着墙壁周围再做一层保护的接地环，同时做好有效电气的连接。

（2）现场的仪表屏蔽。现场的仪表能运用金属仪表箱来实现防雷的屏蔽，仪表箱需同其它的现场金属的设施形成等电位的连接，同时接入防雷的接地系统。

（3）信号线与电源线的屏蔽。在电源及信号线上雷电的电磁脉冲要不感应出瞬时的过电压波，全部信号线同低压电源线需采用铠装的电缆。对于瞬时过压的防护，信号线与电源线间的屏蔽层顺着线路来多点接地或者至少需在线路首、末接地。若使用多点的接地，每个接地点间屏蔽层顺着线路产生回路，一些低频的干扰电流形成的电磁场可能穿透屏蔽层，电缆护套的回路中便会形成低频的干扰，所以需屏蔽层顺着线路只能单点的接地。要使多点的接地不形成低频的干扰，需运用双屏蔽的电缆或在金属管内穿入电缆，把双屏蔽电缆或者金属管外屏蔽层多点的接地，金属管里或者双屏蔽的电缆内屏蔽层能运用一端的接地。那么既保证了安全，又能抑制低频的干扰。

2.5 分流

把浪涌保护器（SPD）装在仪表的控制系统通讯或者信号回路与系统电源的部分，限制浪涌电流和瞬态过电压。一个SPD只能为回路提供局部保护，由于构成设备的回路比较多，所以只能在系统电源的回路以及部分重要的回路里装备避雷器或者SPD。

3 结论

为了使阀室设备、仪表系统与阴保系统有防雷电的效果，需对整体的生产装置通过等电位的连接原则来设计，从现场仪表、阴保系统、控制室、电源线和仪表信号等多方面综合研究，运用均压、接闪、分流、屏蔽与接地等各种措施，使自控、建筑、电气等专业协同的合作完成，不止要考虑系统的安全性，还需考虑投资成本以及运行经济性。

[1] 高素萍.智能建筑的几种有效防雷接地技术措施[J].低压电器，2005，03