论文部分内容阅读
摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。天然气能源已经成为推动我国社会发展的主要能源类型之一，为我国社会生产做出了不小的贡献。在天然气集输站场运行的过程中，智能化程度较高的仪表经常会因为受到雷击因素的影响造成损害，从而影响输气生产设备的正常使用。为了保证天然气能源使用过程的安全性，就必须解决雷击对仪表系统的影响和损害，并提出相应的防雷击措施，增强天然气仪表系统的安全性。本文就天然气集输站场自动化仪表系统防雷展开探讨。
关键词：天然集输站 自动化仪表系统 防雷策略
引言
伴随着国内工业化进程的不断深入，我国对于天然气的采集，以及天然气的输送需求变得越来越大;目前天然气集输站场也要求天然气的计量和监测设备向着自动化、智能化、以及网络化方向发展，实现自动控制和数据自动采集。但是智能化的仪表经常会因为雷击因素的影响造成损害，轻微的影响会使得仪表无法正常、稳定地工作，导致集输站场无法正常运行;严重的还会造成不同程度的人员伤亡或爆炸事故。所以想要确保天然气集输站自动化仪表系统能够正常工作，就必须要做好相应用的防雷设计。
1天然气集输站场现状
天然气集输站场内通过智能仪表设备实现天然气工况的自动监测和压力自动调节，并实时上传天然气集输场站的运行数据。
天然气集输站场天然气的贸易计量也采用智能流量设备自动计量，它通过对天然气的各项数据进行测量和分析后最终算出体积流量用于贸易结算;天然气集输站场内的智能化仪表设备为天然气集输站的稳定运行和自动计量工作带来了不少便利也体现了它的重要性。所以天然气集输站内的智能仪表设备的要求是精准高和稳定性强。
2雷击对智能仪表系统的危害形式
2.1直接雷击
雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路，通常会损坏仪表的传感器模件并且可能损坏变送器的电子线路板。雷电流在沿仪表支架流入大地的过程中，产生强大的感应磁场，能通过信号传输线路耦合到控制室电子设备内，损坏电子设备。
2.2感应雷击
2.2.1静电感应
所谓的静电感应到来的时候，所在区域的所有地表物体（尤其是一些体积大的导体）能够积取着大量的电荷，当饱和的时候就会产生强烈的放电现象。如果在这个放电的过程当中，电流窜入到现场仪表或者所现所使用的设备当中，那么就会导致设备出现设备严重损坏的问题。
2.2.2电磁脉冲辐射
电子脉冲辐射也是造成天然气现场仪表系统损伤的主要因素，是指通过雷击电流在空间内产生的电磁场不断的向外辐射电磁波，辐射范围较广，会直接影响辐射范围内的计算机、仪表系统等各种电子设备。尤其是材质属于金属导体的电子设备，受电磁波的影响最大。电磁脉冲辐射对电子设备的损害原理是当电磁波辐射在各类金属导体上之后，就会产生感应电动势或者感生电流。属于金属导体的电子设备承受不了感应电动势和感生电流的冲击，从而造成电子设备的故障和损坏。最严重的后果是由于导致某一金属导体的工作失灵，从而影响整个仪表系统的工作失效。
2.3雷电过电压侵入
直击雷或雷电感应都可能使导线或金属管道产生过电压，该雷电过电压沿各种金属管道、电缆槽、电缆线路可能将高电位引入仪表系统，造成干扰和破坏。
2.4反击
防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速向大地泄放，必然会引起局部地电位上升（可能上百千伏），如果仪表控制系统的接地体与该点没有足够安全距离，它们之间就会产生放电，造成反击电流，可直接击穿用电器的绝缘部分，会對仪表控制系统产生干扰乃至破坏
3天然气自动化仪表系统防雷的主要措施
3.1接闪
实际上，雷击损害属于自然灾害，同时也属于外来因素对仪表系统的侵入损害。所以，解决这种侵入损害的有效治理措施就是通过外接、导流等措施的综合应用，才能真正做到对仪表系统的防护。接闪是防雷的主要措施之一，这种措施是通过仪表系统所属的建筑物防雷装置来实现的。在保护仪表系统的同时，也保护了周围的油罐等高危设施。所以，在前期设计的过程中也会将现场仪表系统和周围的高危设施进行融合接洽设计，从而起到现场整体防护的效果。
3.2均压
当雷击发生时，在雷电瞬态电流所经过的路径上将会产生瞬态电位升高，使该路径与周围的金属物体之间形成瞬态电位差。如果这种瞬态的电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度，就会导致介质的击穿放电，该种击穿放电能直接损坏仪表设备，也能产生电磁脉冲，干扰仪表系统的正常运行。为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电，可以将所有现场仪表的所有金属外壳、构架，生产装置的金属设备，仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起，并且与仪表控制室的防雷接地系统相连接，形成完善的等电位联结。
3.3接地
接地主要有两种措施：浮地、多点接地。（1）浮地。是指仪表的工作地与建筑物的接地系统保持绝缘，这样建筑物接地系统中的电磁干扰就不会传导到仪表系统中，地电位的变化对仪表系统也无影响。但由于仪表的外壳要进行保护接地，当雷电较强时，仪表外壳与其内部电子电路之间可能出现很高的电压，将两者之间绝缘间隙击穿，造成电子线路损坏。（2）多点接地。是指仪表、PLC等设备的工作接地与保护接地分开，这种接地方式的突出优点是可以就近接地，接地线的寄生电感小。但是如果较强的雷电波通过保护地进入系统，电子电路同样会因承受高压而损坏。由于以上两种接地方式都不能满足防雷的需要，因此，可以考虑将保护地与工作地相连接，并且接入防雷接地系统，问题就可以解决了。
3.4屏蔽
仪表系统的防雷屏蔽是由控制室、现场仪表、以及信号线与电源线屏蔽这三个部分构成。（1）控制室屏蔽。控制室作为仪表系统的核心，它对雷电形成的脉冲相当敏感，因此必须要在墙壁内进行钢筋交点处电气连接，以此来构建出一个带开口的屏蔽笼，然后再把接地环与之相连接，以达到屏蔽的效果。（2）现场仪表屏蔽。为了防止雷电给现场仪表造成破坏，仪表可以运用金属仪表箱来实现防雷的目的，将仪表箱的保护壳以及所有的金属设备进行等电位连接后，再将其并入到防雷接地系统当中。（3）如果想要避免雷电形成的电磁脉冲，或者电源线路引起瞬态过电压波，应当要将所有的信号线与低压电源线换成金属屏蔽层的电缆。如果要解决多点接地引起的低频干扰，可以把电缆穿入金属导管当中，或者可以使用双屏蔽电缆，这样就能够确保信号线和电源线的屏蔽效果。
3.5设置电涌保护器
电涌保护器是保护仪表不受雷电电涌电流的冲击，减少仪表损坏的有效措施之一;需要给重要的现场智能仪表和控制系统的进线侧设置电涌保护器;当智能仪表受雷击产生过电压时，电涌保护器可以起到分流和限压的效果，能有效防止过大的电流与电压对设备产生损害。
但电涌保护器的设置只是防雷工程的一部分，不应以设置电涌保护器来代替防雷工程，所以智能设备运行前还需要确保防雷、接地和屏蔽系统安全可靠。
结语
天然气能源给我国社会发展提供了新的路径，也影响了我国社会资源的生产方式。在天然气的使用过程中，一定要注意各种各样的能够对天然气仪表系统造成威胁的因素。雷击因素已经成为影响天然气正常工作的主要因素之一。除了上述的几种解决措施之外，在实际生产过程中还可通过加装避雷针、增加仪表间的接地装置等方式最大程度的避免雷击天气对天然气自动化仪表系统的损害，保证天然气仪表系统正常运行，保证工作人员的人身安全。
参考文献
[1]于海龙.天然气集输站场自动化仪表系统防雷分析[J].石化技术，2019，26（07）：288-289.
[2]文科，蒋彬.天然气装置区仪表自控系统防雷接地分析与探讨[J].科技与企业，2019（07）：232.
[3]周建华.天然气集输站智能仪表防雷分析[J].石油化工自动化，2018，50（03）：73-75.
关键词：天然集输站 自动化仪表系统 防雷策略
引言
伴随着国内工业化进程的不断深入，我国对于天然气的采集，以及天然气的输送需求变得越来越大;目前天然气集输站场也要求天然气的计量和监测设备向着自动化、智能化、以及网络化方向发展，实现自动控制和数据自动采集。但是智能化的仪表经常会因为雷击因素的影响造成损害，轻微的影响会使得仪表无法正常、稳定地工作，导致集输站场无法正常运行;严重的还会造成不同程度的人员伤亡或爆炸事故。所以想要确保天然气集输站自动化仪表系统能够正常工作，就必须要做好相应用的防雷设计。
1天然气集输站场现状
天然气集输站场内通过智能仪表设备实现天然气工况的自动监测和压力自动调节，并实时上传天然气集输场站的运行数据。
天然气集输站场天然气的贸易计量也采用智能流量设备自动计量，它通过对天然气的各项数据进行测量和分析后最终算出体积流量用于贸易结算;天然气集输站场内的智能化仪表设备为天然气集输站的稳定运行和自动计量工作带来了不少便利也体现了它的重要性。所以天然气集输站内的智能仪表设备的要求是精准高和稳定性强。
2雷击对智能仪表系统的危害形式
2.1直接雷击
雷电直接击中现场仪表设备或与之连接的管路，通常会损坏仪表的传感器模件并且可能损坏变送器的电子线路板。雷电流在沿仪表支架流入大地的过程中，产生强大的感应磁场，能通过信号传输线路耦合到控制室电子设备内，损坏电子设备。
2.2感应雷击
2.2.1静电感应
所谓的静电感应到来的时候，所在区域的所有地表物体（尤其是一些体积大的导体）能够积取着大量的电荷，当饱和的时候就会产生强烈的放电现象。如果在这个放电的过程当中，电流窜入到现场仪表或者所现所使用的设备当中，那么就会导致设备出现设备严重损坏的问题。
2.2.2电磁脉冲辐射
电子脉冲辐射也是造成天然气现场仪表系统损伤的主要因素，是指通过雷击电流在空间内产生的电磁场不断的向外辐射电磁波，辐射范围较广，会直接影响辐射范围内的计算机、仪表系统等各种电子设备。尤其是材质属于金属导体的电子设备，受电磁波的影响最大。电磁脉冲辐射对电子设备的损害原理是当电磁波辐射在各类金属导体上之后，就会产生感应电动势或者感生电流。属于金属导体的电子设备承受不了感应电动势和感生电流的冲击，从而造成电子设备的故障和损坏。最严重的后果是由于导致某一金属导体的工作失灵，从而影响整个仪表系统的工作失效。
2.3雷电过电压侵入
直击雷或雷电感应都可能使导线或金属管道产生过电压，该雷电过电压沿各种金属管道、电缆槽、电缆线路可能将高电位引入仪表系统，造成干扰和破坏。
2.4反击
防雷装置接闪时，强大的瞬间雷电流通过引下线流入接地装置，由于大地电阻的存在，雷电电荷不能快速向大地泄放，必然会引起局部地电位上升（可能上百千伏），如果仪表控制系统的接地体与该点没有足够安全距离，它们之间就会产生放电，造成反击电流，可直接击穿用电器的绝缘部分，会對仪表控制系统产生干扰乃至破坏
3天然气自动化仪表系统防雷的主要措施
3.1接闪
实际上，雷击损害属于自然灾害，同时也属于外来因素对仪表系统的侵入损害。所以，解决这种侵入损害的有效治理措施就是通过外接、导流等措施的综合应用，才能真正做到对仪表系统的防护。接闪是防雷的主要措施之一，这种措施是通过仪表系统所属的建筑物防雷装置来实现的。在保护仪表系统的同时，也保护了周围的油罐等高危设施。所以，在前期设计的过程中也会将现场仪表系统和周围的高危设施进行融合接洽设计，从而起到现场整体防护的效果。
3.2均压
当雷击发生时，在雷电瞬态电流所经过的路径上将会产生瞬态电位升高，使该路径与周围的金属物体之间形成瞬态电位差。如果这种瞬态的电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度，就会导致介质的击穿放电，该种击穿放电能直接损坏仪表设备，也能产生电磁脉冲，干扰仪表系统的正常运行。为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电，可以将所有现场仪表的所有金属外壳、构架，生产装置的金属设备，仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起，并且与仪表控制室的防雷接地系统相连接，形成完善的等电位联结。
3.3接地
接地主要有两种措施：浮地、多点接地。（1）浮地。是指仪表的工作地与建筑物的接地系统保持绝缘，这样建筑物接地系统中的电磁干扰就不会传导到仪表系统中，地电位的变化对仪表系统也无影响。但由于仪表的外壳要进行保护接地，当雷电较强时，仪表外壳与其内部电子电路之间可能出现很高的电压，将两者之间绝缘间隙击穿，造成电子线路损坏。（2）多点接地。是指仪表、PLC等设备的工作接地与保护接地分开，这种接地方式的突出优点是可以就近接地，接地线的寄生电感小。但是如果较强的雷电波通过保护地进入系统，电子电路同样会因承受高压而损坏。由于以上两种接地方式都不能满足防雷的需要，因此，可以考虑将保护地与工作地相连接，并且接入防雷接地系统，问题就可以解决了。
3.4屏蔽
仪表系统的防雷屏蔽是由控制室、现场仪表、以及信号线与电源线屏蔽这三个部分构成。（1）控制室屏蔽。控制室作为仪表系统的核心，它对雷电形成的脉冲相当敏感，因此必须要在墙壁内进行钢筋交点处电气连接，以此来构建出一个带开口的屏蔽笼，然后再把接地环与之相连接，以达到屏蔽的效果。（2）现场仪表屏蔽。为了防止雷电给现场仪表造成破坏，仪表可以运用金属仪表箱来实现防雷的目的，将仪表箱的保护壳以及所有的金属设备进行等电位连接后，再将其并入到防雷接地系统当中。（3）如果想要避免雷电形成的电磁脉冲，或者电源线路引起瞬态过电压波，应当要将所有的信号线与低压电源线换成金属屏蔽层的电缆。如果要解决多点接地引起的低频干扰，可以把电缆穿入金属导管当中，或者可以使用双屏蔽电缆，这样就能够确保信号线和电源线的屏蔽效果。
3.5设置电涌保护器
电涌保护器是保护仪表不受雷电电涌电流的冲击，减少仪表损坏的有效措施之一;需要给重要的现场智能仪表和控制系统的进线侧设置电涌保护器;当智能仪表受雷击产生过电压时，电涌保护器可以起到分流和限压的效果，能有效防止过大的电流与电压对设备产生损害。
但电涌保护器的设置只是防雷工程的一部分，不应以设置电涌保护器来代替防雷工程，所以智能设备运行前还需要确保防雷、接地和屏蔽系统安全可靠。
结语
天然气能源给我国社会发展提供了新的路径，也影响了我国社会资源的生产方式。在天然气的使用过程中，一定要注意各种各样的能够对天然气仪表系统造成威胁的因素。雷击因素已经成为影响天然气正常工作的主要因素之一。除了上述的几种解决措施之外，在实际生产过程中还可通过加装避雷针、增加仪表间的接地装置等方式最大程度的避免雷击天气对天然气自动化仪表系统的损害，保证天然气仪表系统正常运行，保证工作人员的人身安全。
参考文献
[1]于海龙.天然气集输站场自动化仪表系统防雷分析[J].石化技术，2019，26（07）：288-289.
[2]文科，蒋彬.天然气装置区仪表自控系统防雷接地分析与探讨[J].科技与企业，2019（07）：232.
[3]周建华.天然气集输站智能仪表防雷分析[J].石油化工自动化，2018，50（03）：73-75.