叶向东石油化工仪表系统防雷设计-讲稿01-091012-p

1石油化工仪表系统防雷工程设计叶向东中国石化工程建设公司石油化工仪表系统防雷工程设计规范—概述z名称–石油化工仪表系统防雷工程设计规范z立项–根据中国石化工程建设公司的建议–中国石油化工集团公司工程建设部、中国石油化工集团公司自控设计技术中心站立项–中国石化工程建设公司组织并主编z编制–主编单位：中国石化工程建设公司z宗旨–编制一篇明确、实际、可遵循、实用的工程设计规范2石油化工仪表系统防雷工程设计规范—概述z有关防雷的设计标准规范–目前国内还没有相同标准，也没有可以采用的同类国际标准。规范的编写参考了国际和国内其他行业相关标准和规范–GB50057《建筑物防雷设计规范》–GB50343《建筑物电子信息系统防雷设计规范》z本规范的编制和引用原则–对已有的标准规范，均不再重复规定，应执行相应的专业规范–凡由其他专业完成的工程，均不在本规范的规定范围，应执行相应的专业规范。–仪表系统雷电防护工程（简称防雷工程）是一项综合工程，特别是电气系统的防雷工程（包括等电位和接地工程）对仪表系统的雷电防护工程特别重要，需要多专业配合共同完成–仪表系统防雷工程是在建筑物防雷工程和供电系统防雷工程的基础上实施的，有些工程内容是交叉的，凡涉及到这两类工程的，均应执行相应的专业规范石油化工仪表系统防雷工程设计规范—概述z分清工程范围z分清专业范围z分清标准规定范围z避免重复规定z避免争论中的问题z规定具体的工程实施方法z针对石油化工行业特点z采用专业规范的语言、词汇3石油化工仪表系统防雷工程设计规范—概述z范围–仪表系统防雷工程的设计方法–雷电防护分级–易燃易爆危险环境中现场仪表的防雷–等电位接地系统的设计–电涌防护器的选择–电缆的屏蔽和敷设–以及现场总线系统的防雷等内容z适用于石油化工企业新建及扩建项目的仪表及自动控制系统的现场仪表和控制室类仪表及控制系统的防雷工程、储运系统及公用工程的仪表及控制系统及关联设备的防雷z适用于石油化工企业易燃、易爆危险环境下现场仪表的防雷，也适用于非易燃、易爆危险环境下现场仪表的防雷z适用于石油化工应用中，国内产品的国外用户（如果用户没有提供相应的防雷规范），也适用于从国外引进的仪表系统（当引进方或制造商没有提供相应的防雷规范）z不适用于石油化工企业中的工业电视监控系统和自动火灾报警系统。z本石油化工仪表及自动控制系统的防雷工程规范，填补了目前国内其他相关规范一部分没有涉及和解决的范围z规定了基金会现场总线FF和ProfibusPA两种现场总线的防雷石油化工仪表系统防雷工程设计规范—概述z本规范的行文–简明、实用为宗旨，明确基本概念，编制便于执行的工程设计规定–没有论证和论述雷电防护理论，也没有过多地说明所规定的设计方法的根据–力图避免涉及有争议的理论及方法，对于无法回避的问题，仅规定了通用的、可行的工程方法–注重操作和执行z由于仪表系统防雷工程设计方法的复杂，对于交错条款的分布和规定（例如：接地连接、电涌防护器的设置、电缆的屏蔽等），统一集中在某一章节或分散在各章节分别规定的方式各有利弊z统一集中在某一章节的编制体系便于综观整体概念，易于比较，但不利于应用z分散在各章节分别规定的方式易于阅读和理解，利于应用，但略显杂乱和重复z采用相对集中，适当分散的编写方式4石油化工仪表系统防雷工程设计规范z《规范》共分为12章z1范围z2术语z3雷电防护等级z4控制室建筑物防雷设计z5仪表系统防雷工程方法z6等电位接地系统的设计z7控制室仪表系统的防雷z8电涌防护器的设置z9现场仪表的防雷z10本质安全系统的防雷z11电缆的敷设和屏蔽z12现场总线系统的防雷防雷工程的设计原则z防雷工程的设计应根据防护目标的具体情况，综合考虑雷击事件的风险和投资条件，确定合适的防护范围和目标，采用适宜的防护方案，经济有效地防护和减少仪表系统雷击事故的损失z石油化工仪表系统雷电防护等级分为三个等级z仪表系统防雷工程的设置–防雷等级为一级的区域和控制室应实施仪表系统防雷工程–防雷等级为二级的区域和控制室宜实施仪表系统防雷工程–防雷等级为三级的区域和控制室可实施仪表系统防雷工程z可按下述两种方法进行分级–雷击风险评估法–综合分级法：按社会和经济重要程度以及当地年平均雷暴日确定防护等级53雷电防护等级z雷电防护等级–先根据被保护系统的社会、经济和安全的重要程度分类–再根据分类和雷电活动区分级z雷电活动区z雷电活动区是根据年平均雷暴日的数量划分的。年平均雷暴日的数量，应根据装置所在地区的气象部门提供的数据确定z雷电活动区分为：–少雷区：年平均雷暴日在20天及以下的地区；–多雷区：年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区；–高雷区：年平均雷暴日大于40天，不超过60天的地区；–强雷区：年平均雷暴日超过60天的地区3雷电防护等级z系统的重要程度分类z被保护系统的社会、经济和安全的重要程度的参考分类见下表。具备三项评价因素之一，即属于该分类z系统的社会、经济和安全的重要程度参考分类z注：SIL为安全等级50～200万元无SIL1级第三类200～1000万元1～3人SIL2级第二类超过1000万元超过3人SIL3级第一类事故可能综合经济损失事故可能伤亡人数安全等级的评价评价因素之一社会、经济和安全重要程度分类63雷电防护等级z仪表系统雷电防护分为三个等级。防雷工程应按照雷电防护等级设置z用被保护系统的重要程度结合当地年平均雷暴日数量（综合评估法）分级见下表z综合评估法雷电防护等级表一级二级三级——————第三类一级一级二级三级第二类一级一级一级二级第一类60以上41～6021～4020及以下年平均雷暴日d/a仪表系统的雷电防护等级社会、经济和安全重要程度分类3雷电防护等级z关于地区雷暴日等级的划分，没有统一的规定。各行业根据实际情况需要，对地区雷暴日等级制定本行业的划分标准z根据石油化工仪表系统的防雷情况，制定所采用的地区雷暴日等级z雷电活动区的划分关系到防雷工程设计，是确定雷电防护等级的重要依据之一z在评价雷电活动程度的概率时，还应综合考虑装置所处的局部区域的雷电活动情况、地理环境、建（构）筑物形式等因素z注意：年平均雷暴日不能表达雷电强度的大小z鉴于石油化工工厂的情况和仪表系统雷电防护工程设计的特点，归纳并统一了雷电防护工程方法，没有用到雷电防护区的划分7雷电防护的必要性和经济合理性z采用雷电防护等级确定防雷工程的必要性和经济的合理性z雷电防护程度的分级称为雷电防护等级（LPL），用于描述防护目标的防护需要，以及防雷工程的防护程度。zIEC对雷电防护的必要性和经济合理性采用了类似安全系统的方式z将损失分为–社会价值损失：人身伤害、公众服务、文化遗产–经济价值损失z对应的风险z雷电防护的必要性–当社会价值损失风险之和大于可容忍风险时，应当采取防雷措施，使风险降低到小于可容忍风险的程度z雷电防护的经济合理性–未采取雷电防护措施时，经济损失的价值CL–采取雷电防护措施后，仍然存在的经济损失的价值CRL–雷电防护措施CPM–当CRL+CPMCL时，雷电防护措施的经济是合理的雷电防护的必要性和经济合理性z由于雷击事件是自然界的非重复性随机事件，对于某一局部区域（例如：某一工厂区）的年雷击次数和雷击强度的分布是没有规律和数学模型的z雷击事件是分散、随机、不可重复、不可再现的，自然界的雷击现象不可能遵从目前的任何一种数学模型和预测方法z雷击现象的研究是基于对自然现象的观察、统计，远没有达到了解和掌握其规律的程度z人们试图利用统计学的一些方法预测和评估雷击事件，准确率是很低的zIEC提出的评估方法过于复杂，根本无法遵循，各种变量、参数的量化、赋值难以实现，很多系数、概率值都可能受到质疑z就像用一把直尺来测量一块不规则形状的石头，难以做到8仪表系统防雷工程的设计方法z综合防护是共识的防雷方针，仪表防雷同样是综合防护工程，是由多专业配合完成的z仪表系统防雷工程是在建筑物防雷工程和供电系统防雷工程的基础上进行的，有些工程内容是交叉的，应执行相应专业的规范z建筑物防雷，应由电气专业负责，应符合电气专业的标准规范–外部雷电防护措施包括接闪器、引下线、分流、接地装置和控制室的屏蔽等–控制室的建筑物，应考虑雷电的分流，按相应规范布置引下线z内部雷电防护措施有信号线路的防护和供电线路的防护–供电线路的雷电防护应由电气专业负责–电线电缆的屏蔽、机柜的屏蔽、等电位连接、合理布线、装备雷电电涌防护器等z仪表系统防雷仅是防雷系统工程的一部分z仪表系统防雷的基本方法是各种方法的有机结合，不可片面地忽略或强调某一种或几种方法4控制室建筑物防直击雷的设计z控制室建筑物防直击雷装置由建筑专业和电气专业按GB50057《建筑物防雷设计规范》及电气专业有关规范进行设计z按GB50057昀高类别--第一类防雷建筑物，采用防雷网的方式，不设避雷针z避雷网格尺寸不应大于5×5m²或6×4m²。避雷网引下线间距不应大于12mz控制室建筑物属于石油化工工厂的重要核心建筑之一，对安全程度要求较高z既安全可靠，又便于设计，不会使防雷工程增加多少投资，是可行的z建筑物的金属构件、门窗框架及建筑钢筋等应进行等电位连接z石油化工工厂的控制室建筑物多采用钢筋混凝土结构。集中控制室、现场控制室和机柜室建筑物还采用抗爆结构，这是有利于防雷屏蔽的z本规范不规定控制室的专用电磁屏蔽z仪表系统设备的安装位置距建筑物外墙的内壁距离z抗爆结构建筑物，仪表系统设备安装位置距建筑物外墙的内壁距离95仪表系统防雷工程的设计方法z综合防雷工程：–建筑物–供配电防雷工程–仪表系统防雷工程z贯穿《仪表系统防雷工程设计规范》全篇的基本方法–1）等电位连接；–2）信号电缆的屏蔽与接地；–3）仪表设备的屏蔽与接地；–4）合理布线；–5）设置电涌防护器5仪表系统防雷工程的设计方法z雷击事件的对仪表系统的危害和造成的后果是严重的，特别是在强雷击危害区域，石油化工仪表系统的防雷尤其显得重要z无论是建筑物防雷还是信息系统防雷，现有的防雷技术还不能做到完全防护，有些防雷技术还在探索和研究z雷击事件是低概率事件，提高防护概率是要付出经济成本的，技术上也做不到万无一失z规定了应实施防雷工程的场合，但是，是否应当或必须实施防雷工程是很难明确量化和界定的z对于电涌防护器的设置也是如此–应当恰当地设置电涌防护器–严格避免滥用–防止不合适的选型z易燃易爆危险环境–现场仪表，以及相关的仪表系统的防雷应考虑环境的特殊性–避免或减少现场仪表和仪表系统的雷电事故的损害–应考虑避免雷电对易燃易爆危险环境的影响和破坏105仪表系统防雷工程的设计方法z石油化工场所防雷特点–石油化工工业场所分为一般工业环境和易燃易爆危险环境–按仪表安装地点分为控制室内环境和室外现场环境（包括自然环境、敞开式和半敞开式环境）–安装在易燃易爆危险环境中的现场仪表有隔爆型、本质安全型以及其他防爆类型。不同防爆类型的仪表，防雷特点及方法也有所不同–控制室内安装的与本质安全相关的仪表系统，防雷工程同样应当考虑本质安全仪表系统的结构特点和相应的方法z避免成为接闪设备–无论是现场仪表还是控制室仪表，都应在电气专业的直击雷防护范围内–现场仪表应避免成为接闪设备仪表系统的防雷工程原则z防雷工程的设计应根据防护目标的具体情况，综合考虑雷击事件的风险和投资条件，确定合适的防护范围和目标，采用适宜的防护方案，经济有效地防护和减少仪表系统雷击事故的损失。z综合考虑雷电可能造成的损失和防雷工程投资，采取合适的仪表系统内部防雷措施z对防护目标的理想防护措施是：–将防护目标放置在接地良好的、有足够厚度的、导电良好的屏蔽体内，并在入口处作适当的等电位连接z这种防护能够防止：–雷电流的穿透、电磁场的入侵、雷电流的热效应、电动力效应、对内部产生过电压及火花z防止雷电火花和跨步电压的有效方法是：绝缘或等电位连接115仪表系统防雷工程的设计方法z等电位连接–厂区、装置区、现场爆炸危险区域以及控制室的建筑物区域内，必须将所有金属设备、部件、结构的金属导体，用导体相互连接起来，形成等电位体，使其电势（电压）均衡，并接地–防止雷电流经过路径产