石油石化系統防雷方案

石油石化屬于易燃易爆場(chǎng)所，石油石化通常設在城區開(kāi)闊地帶或郊區、山區、鄉村、高速公路等到道路邊的開(kāi)闊地帶，容易遭受雷擊，而且石油石化所占面積一般很大，雷電防護存在一定難度。一旦遭受雷擊起火點(diǎn)燃爆炸性氣體或粉塵的混合物，輕則生設備損壞，造成經(jīng)濟損失，重則造成人員傷亡，產(chǎn)生惡劣的社會(huì )影響。其次，石油化工系統既有強電設備、又有大量弱電控制設備和通訊設施，包括電源系統、控制系統、通信網(wǎng)絡(luò )系統、接地系統等，易受雷電過(guò)電壓侵害。

一、石油石化防雷措施現狀

1.1石油石化目前已配置常規的防雷保護裝置和接地系統。石油石化大多采用傳統防雷接地，接地材料大多用角鋼或鍍鋅鋼材作垂直接地體，部分石油石化防雷改造時(shí)會(huì )增加普通模塊，埋地作水平接地體；

1.2石油石化通信系統大多為戶(hù)外架空電纜線(xiàn)引入室內，很多未安裝專(zhuān)用電涌保護器作雷電防護；

1.3石油石化電源系統采用220V/380V（一部分是10KV經(jīng)變壓器）外接電源，電力線(xiàn)路采用架空明線(xiàn)至站區附近埋地敷設引入建筑，大部分總配電柜配有普通浪涌保護器，各分配電箱基本沒(méi)有浪涌保護器；

1.4石油石化一般采用避雷帶、避雷針作為直擊雷防護，避雷帶所用材料大多是鍍鋅圓鋼、避雷針一般采用傳統材質(zhì)，只具備引雷導流功能；

1.5石油石化靜電釋放措施一般采用普通的防靜電球，基本沒(méi)有語(yǔ)音提示和LED顯示屏；

二、石油石化遭受雷電危害事件及原因分析

據統計，全球平均每年因雷電災害造成的直接損失超過(guò)10億美元，死亡人數在3千人以上，這個(gè)數據的統計還不包括我國。我國每年因雷擊造成的人員傷亡約有3000人至4000人，財產(chǎn)損失在50億到100億元人民幣。

2.1典型雷電災害

2.1.1橫店石油儲庫7．13特大雷擊火災事故

原因分析：從當時(shí)的天氣情況看，該地區正處于強烈發(fā)展的強對流區內，雷電活動(dòng)頻繁，武漢中心氣象臺雷達回波已證實(shí)當時(shí)該油庫遭到強烈雷擊4組地網(wǎng)間連接不良，互相同存在明顯電位差，達不到均壓要求該罐避雷針高7m，為法蘭盤(pán)連接，但均已銹蝕，由于避雷針是以罐體作為引下線(xiàn)的，這樣罐頂油氣外泄時(shí)，正好處在引雷入地的避雷針下，當雷擊產(chǎn)生電火花時(shí)易引起燃燒。

2.1.2浦東高橋上海煉油廠(chǎng)遭雷擊2萬(wàn)噸油罐起火

原因分析：起火原因是油罐密封膠圈滲漏出的油氣與空氣混合被雷擊中引起燃燒。

2.1.3黃島油庫爆炸事故

原因分析：

由于該庫區遭受對地雷擊產(chǎn)生感應火花而引起油庫爆炸。

2.1.4汝州市石油石化雷電觸發(fā)事故

原因分析：沒(méi)有提前做出雷電預判，對雷電強度不能做出正確的判斷，進(jìn)而忽視雷電危害的程度繼續作業(yè)，導致造成3死3傷的事故發(fā)生。

2.2普通雷電災害

2000年9月20日，陜西米脂縣城區加油中心卸油的油罐車(chē)、儲油罐遭雷擊，引起爆炸，損失40萬(wàn)元。

2000年4月5日，陜西新橋石油石化的加油機和計算機被雷電擊壞，損失2萬(wàn)元。

2000年7月24日8時(shí)前，上海營(yíng)口路石油石化遭雷擊，雷電流強度達-36.0KA，擊壞20KA電源避雷器、2個(gè)加油泵馬達。

2000年7月25日15:15時(shí)，上海紀王石油石化遭雷擊，雷電流強度達到-24.1KA，擊壞20KA電源避雷器、讀卡機線(xiàn)路板等設備。

1999年8月12日，上海浦東有2個(gè)石油石化遭雷電侵襲，加油機電腦損壞。

2000年7月25日，位于上海周浦鎮的公共石油石化遭雷擊，擊壞加油泵馬達。

1998年6月17日中午，12點(diǎn)15分左右某石化分公司氣體車(chē)間球罐區水罐上避雷針和罐裝場(chǎng)地分別落雷。造成球罐操作室儀表多臺損壞，辦公大樓內的程控交換機損壞，嚴重影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

某石化分公司98年10月26日的丙烷車(chē)間操作室儀器儀表雷電損壞事故。

茂名石化公司97年4月19日的西罐區裝車(chē)臺計算機控制系統雷電損壞事故。

2000年長(cháng)嶺煉油廠(chǎng)的DCS控制系統的雷電損壞事故等。

2001年某石化分公司有機合成廠(chǎng)雷災事故，造成大面積微電子設備損壞。

2001年８月２６日凌晨４時(shí)左右，廣東省高州市根子鎮和豐石油石化遭雷擊起火，燒掉汽油、柴油近２０噸，３個(gè)容量為１０噸的儲油罐被燒變形，油庫頂燒塌，加油機及一大批附屬設施被燒毀。

2002年全國上報雷電事故3372起，其中石油石化的雷電事故74起，占雷電事故2.2%，74起石油石化雷電事故的直接經(jīng)濟損失168.38萬(wàn)元。

2.3事故原因總結

石油石化場(chǎng)所防雷接地材料腐蝕嚴重，不能及時(shí)排除損壞；電氣設備和電子系統的浪涌保護器損害程度沒(méi)有實(shí)時(shí)有效監管和保護措施；各設施等電位連接電位差過(guò)大的預警提示；電路、通訊線(xiàn)路防雷設施故障的預警提示；雷電臨近沒(méi)有提前預警和閃電定位能力以及避雷防范措施的有效選擇。

三、石油石化防雷減災可行性方案

3.1設計思路

3.1.1智能全局設計思路

各石油石化點(diǎn)和油庫通過(guò)本站智能防雷系統終端向總控平臺提供防雷設施性能和雷電預警信號等信息傳輸，實(shí)現總控平臺對各省、市、縣的油庫和石油石化的防雷保護以及安全隱患的全面了解，實(shí)現遠程在線(xiàn)監管，并對防雷保護設施出現故障或有雷電預警信號回傳的石油石化或油庫進(jìn)行及時(shí)、合理的搶修和防范措施的指令下達。各石油石化點(diǎn)自身也形成局部智能防雷系統并與總控平臺同步實(shí)施在線(xiàn)監測功能，監測接地電阻、用電線(xiàn)路、電源和信號防雷器、接閃裝置、引下線(xiàn)和雷電峰值等設備的使用情況和性能安全情況。

3.1.2智能預警設計思路

配備場(chǎng)磨式電場(chǎng)儀的升級換代產(chǎn)品新型雷電預警閃電定位系統，該系統能準確的探測35公里（22英里）范圍內云地閃、云內閃和云間閃的雷電放電情況，并在閃電開(kāi)始前20分鐘提前對第一次雷擊發(fā)出潛在的頭頂閃電警告（基于無(wú)線(xiàn)電的檢測系統不可能進(jìn)行這種早期預警）。提醒相關(guān)人員提前進(jìn)行合理的防范措施，啟動(dòng)驅雷器抑制雷云充電至放電擊穿水平，削弱了雷云下行先導的發(fā)展速度及強度，阻礙雷云放電通道建立，隨著(zhù)風(fēng)的飄散可能雷電去尋找另一個(gè)目標，或云內閃，或云間閃，或隨風(fēng)飄散，實(shí)現非引雷入地防雷。

3.1.3接地材料和SPD使用設計思路

棄用傳統接地材料采用目前先進(jìn)的、高導流、強防腐、使用年限長(cháng)的零歐復合接地體JIT-DSJ和耐腐蝕碳纖維復合接地體，再配備高效降阻劑制作接地網(wǎng)更有效的降低土壤電阻提高導流效果延長(cháng)使用年限。采用智能防雷器加后備保護器配套使用，串聯(lián)在SPD回路上，有效甄別雷電流和工頻續流，在雷電大流沖擊下不脫扣，在工頻小電流時(shí)能及時(shí)脫扣，防止SPD在工頻小電流狀態(tài)下起火燃爆。

3.2使用設備功能簡(jiǎn)述

3.2.1監控平臺

監控平臺具備快速部署特征，集工業(yè)控制電腦、網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器為一體，可支持 RJ45 或 GPRS 與服務(wù)器通訊，可支持 RS458 或無(wú)線(xiàn)與采集終端通訊，本平臺是一體化的結構由主機、液晶顯示器、觸摸屏合為一體，穩定性好，可與其他總控兼容使用。

3.2.2智能防雷系統

本系統采用JLT-ELP-1型智能終端箱。采用先進(jìn)的嵌入式工控機平臺，配備專(zhuān)制軟件，與雷電峰值檢測器、雷擊環(huán)境檢測器、數據采集器、接地電阻在線(xiàn)檢測儀、防雷環(huán)境預警監控箱等防雷監測基礎信息采集模塊無(wú)縫結合，再配以顯示器的人機對話(huà)的界面， 構成了防雷環(huán)境監控預警系統局域網(wǎng)平臺，并可通過(guò)以太網(wǎng)、GPRS組網(wǎng)構建防雷環(huán)境遠程預警系統。

3.2.3雷電預警監測

配備JLT-storm4.0新型閃電定位儀，能精準的做出雷電預警信號。在一個(gè)探測系統內同時(shí)實(shí)現本地和遠程雷電探測的功能。用于實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測該地區的雷電活動(dòng)的變化頻率。JLT-storm4.0先進(jìn)的檢測原理使其能夠監測局部強電場(chǎng)強度和帶電降水的存在，可以在閃電開(kāi)始前20分鐘并能夠靈敏的偵測到電場(chǎng)的強度，提醒作業(yè)人員及時(shí)停止或暫停室外作業(yè)，進(jìn)入安全地帶避雷，防止雷擊傷害。例如關(guān)閉易受攻擊的設備和操作流程等活動(dòng)。與場(chǎng)磨式設備相比，JLT-storm4.0具有許多顯著(zhù)優(yōu)勢，包括更大的探測范圍，沒(méi)有活動(dòng)部件，從而延長(cháng)壽命并降低服務(wù)成本，最重要的是降低了誤報率。

3.2.4雷電峰值監測

雷電峰值檢測器使用羅氏線(xiàn)圈作為雷電流采樣傳感器，可對瞬間雷電流進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。通過(guò)高速采集芯片，多點(diǎn)多時(shí)間段采 集涌電流的變化率，應用專(zhuān)門(mén)的積分檢測檢測電路實(shí)現雷電數據的采集（雷電極性、雷擊次數、雷擊峰值或雷擊發(fā)生時(shí)間等），將數字顯示雷電流的峰值等參數呈現給用戶(hù)或科研機構。

3.2.5智慧用電火災監測

根據國家標準GB14287.2-2014、GB14287.3-2014開(kāi)發(fā)的，能夠獨立實(shí)現對配電剩余電流、導線(xiàn)溫度等火災危險參數進(jìn)行監控和聲、光報警。也可連接適配的電氣火災監控設備組網(wǎng)使用。是一款采用液晶顯示的獨立式小型探測器。自帶一組RS485通訊接口，支持Modbus-TRU協(xié)議。同時(shí)自帶一路繼電器輸出，2路開(kāi)關(guān)量輸入。具有體積小，集顯示、通訊、報警、地址編碼于一體的組合式電氣火災監控探測器。

3.2.6智能信號防雷監控

根據目前通訊、控制系統實(shí)際使用維護中不中斷或者中斷時(shí)間盡量短的要求，在現有SPD基礎上增加遠程監測并切換到備用線(xiàn)路功能的新產(chǎn)品，為業(yè)界首創(chuàng )專(zhuān)利產(chǎn)品。產(chǎn)品信號線(xiàn)路設計主備線(xiàn)路，主線(xiàn)路為電涌保護線(xiàn)路，產(chǎn)品正常時(shí)信號經(jīng)保護線(xiàn)路進(jìn)行保護，當出現電涌損壞SPD導致信號通訊中斷時(shí)，可以智能將線(xiàn)路切換到可用線(xiàn)路上，確保通訊正常。

3.2.7智能SPD防雷監測

集成了主動(dòng)能量配合電涌保護器組、雷擊環(huán)境監測模塊、SPD前端智能保護模塊，實(shí)現對感應雷擊的多重保護，是新穎防雷技術(shù)組合應用設備?？蓪纂?、電網(wǎng)環(huán)境、防雷器三大類(lèi)數據集中采集管理。一體化的智能型電源防雷箱應用將極大地簡(jiǎn)化對配電設施防雷的配置安裝，有效地將直擊雷和感應雷的雷電數據保留和管控，建立可追溯的防雷環(huán)境智能化預警監控平臺。

3.2.8智能接地電阻監測

JLT-JDY接地電阻監測儀專(zhuān)為監測接地引下線(xiàn)的連接狀況、回路接地電阻、金屬回路聯(lián)結電阻而精心設計制造的。在不影響防雷接地效果和設施的正常運行下，采用穿心式的非接觸測量方式在線(xiàn)檢測電阻值，無(wú)需自檢、實(shí)時(shí)檢測、采用RS232、RS485 有線(xiàn)通信或GSM 無(wú)線(xiàn)通信傳輸數據，實(shí)現遠程在線(xiàn)監測。

3.2.9驅雷器

利用金屬多短針形成的似尖端效應，使電暈場(chǎng)驅雷器周?chē)沫h(huán)境電場(chǎng)遠高于被保護目標物，但低于傳統避雷針，從而使被保護物體處于相對安全的狀態(tài)。當雷云電場(chǎng)達到一定閾值時(shí)，驅雷器放電針和離子艙產(chǎn)生高達30mc/s電暈離子流，在驅雷器及其被保護物體上方形成電暈離子層。覆蓋保護目標上的電暈離子層抑制上行先導的始發(fā)，減弱下行先導的下行速度，從而使上下先導不能對接，形不成雷電通道和雷擊，更大程度地保護目標物不被雷擊。同時(shí)電暈離子層離子在雷云電場(chǎng)作用下不斷向上擴散，與雷云電荷相互作用，使云-地極板等效為漏電壞電容，有效抑制雷云充電至放電擊穿水平，削弱了雷云下行先導的發(fā)展速度及強度，阻礙雷云放電通道建立，隨著(zhù)風(fēng)的飄散可能雷電去尋找另一個(gè)目標，或云內閃，或云間閃，或隨風(fēng)飄散，實(shí)現非引雷入地防雷。

3.2.10浪涌保護器

采用智能信號和電源防雷器加后備保護器，能有效防止雷擊等因素產(chǎn)生的感應過(guò)電壓、過(guò)電流現象和其它瞬間浪涌電壓對系統或設備造成永久性損壞或瞬間中斷等危害。

3.2.11靜電釋放裝置

石油石化配備智能防暴人體靜電釋放器能合理有效控制人體靜電釋放，延長(cháng)人體靜電釋放時(shí)間，降低瞬間人體靜電釋放能量，能夠使人體靜電安全釋放。并配備智能語(yǔ)音提示和LED液晶顯示直觀(guān)了解人體靜電釋放情況，并與智能終端對接在線(xiàn)監測靜電釋放接地狀況。

3.2.12接地材料

零歐復合接地體，體積密度小，本體密度只有銅的1/5；電阻率小，導電性比一般非金屬礦高近一百倍，勝過(guò)一個(gè)良好的金屬導體（純銅等）；防腐性能好，壽命長(cháng)，可使用壽命達 50 年以上。零歐復合接地系統的構件經(jīng)高溫電解而成，所有有害雜質(zhì)全部排出，化學(xué)性質(zhì)不活潑，無(wú)污染、不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑，對周邊的土壤不會(huì )改變，適應很多特殊高要求環(huán)境。

耐腐蝕碳纖維復合離子接地體：具有耐腐蝕，具有良好的耐腐蝕性，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類(lèi)和溶劑都有較好的抵抗能力；導電好：碳含量95%，導電性能非常好；無(wú)污染，對土壤和環(huán)境沒(méi)有污染；易施工：深度大于凍土層或大于國家規范就可以，垂直接地；重量輕、強度高：其重量?jì)H為鋼材的1/4，鋁材的2/3，其強度是硬質(zhì)聚氯乙烯的十倍，絕對強度大大超過(guò)鋁材，達到普通鋼材的1.7倍。

四、石油石化傳統防雷和現代智能防雷對比

傳統防雷現代智能防雷監控管理無(wú)智能化智能防雷系統有效實(shí)現全局監控管理，形成總部與各站點(diǎn)共同防雷效果使用年限采用鍍鋅材料，使用壽命3—5年采用自主研發(fā)的新型材料使用壽命在50年以上，強耐腐蝕、強導電、無(wú)污染雷電預警通過(guò)天氣預報或本地氣象部門(mén)的信息為依據，不能精確知道雷電出現的具體時(shí)間和地點(diǎn)無(wú)智能預警效果采用新型預警閃電定位系統，實(shí)現自動(dòng)自我監測功能，能準確的在35公里范圍內探測，當有危險雷電閃擊時(shí)能在20分鐘前精確知道閃擊地點(diǎn)并做出是否有帶電降水和強電場(chǎng)到達本站的預警提示安全與隱患消除接地電阻通過(guò)第三方檢測機構進(jìn)行付費年檢，一年兩次檢測。檢測中可能會(huì )出現人為因素。在不影響防雷接地效果和設施的正常運行下，實(shí)時(shí)檢測接地電阻，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信傳輸實(shí)現遠程檢測浪涌保護器電氣和電子設備一般安裝傳統的SPD，使用情況需專(zhuān)業(yè)人員在切斷設備使用的情況下通過(guò)儀器進(jìn)行對比分析給出檢測結果并不能給出使用時(shí)間，更換時(shí)需暫停設備使用。業(yè)界首創(chuàng )專(zhuān)利智能SPD和智能SPD監測系統，在現有SPD基礎上增加遠程監測實(shí)現設備不中斷在線(xiàn)管理，當SPD出現損壞時(shí)有自動(dòng)切換到備用線(xiàn)路的功能，對設備保護更加安全電氣線(xiàn)路部分安裝電氣火災監控設備可與電氣火災監控設備組網(wǎng)使用，也能能夠獨立實(shí)現對配電剩余電流、導線(xiàn)溫度等火災危險參數進(jìn)行監控和聲、光報警。接閃裝置使用傳統避雷針引雷入地采用自主研發(fā)驅雷器，具有驅雷和引雷的二合一功能，首先實(shí)現驅雷的效果，如果雷電強度太大無(wú)法斷開(kāi)雷電通道時(shí)觸發(fā)引雷入地功能，能使雷電危害降到最小的一款產(chǎn)品。

五、對比分析

5.1通過(guò)對比發(fā)現傳統防雷維修和更換頻繁、經(jīng)濟成本高；

5.2通過(guò)對比發(fā)現傳統防雷沒(méi)有全局監控管理功能，本方案設計的智能防雷系統有效實(shí)現全局監控管理，形成總部與各站點(diǎn)共同防雷效果，消除安全隱患，提高對財產(chǎn)和人員的安全保護；

5.2與以往的雷電預警系統相比本方案采用的預警系統能更準確、更快速預知云雷放電情況；

5.3雷電預警后的防范措施更加有效，打破了傳統引雷模式，起到驅雷效果，實(shí)現非引雷入地防雷；

5.4采用智能型浪涌保護器實(shí)現在線(xiàn)監測保護效果，配備浪涌后備保護器更加有效的起到對設備的保護措施；

5.5接地材料采用自行研發(fā)的離子接地極更大的提高了產(chǎn)品的使用效果和使用年限（30年），減少因使用年限和土質(zhì)變化而經(jīng)常更換接地材料的麻煩，節約防雷成本；

5.6智能防爆靜電釋放器，采用的是語(yǔ)音提示和顯示屏數值顯示，使靜電釋放時(shí)更加直觀(guān)化，有利于對人體靜電和油罐車(chē)靜電的危害認識，達到被動(dòng)變成主動(dòng)防范的過(guò)程。

六、結論與建議

6.1通過(guò)傳統防雷和現代智能防雷的對比分析得出如下結論：

6.1.1成本方面：傳統防雷3—5年更新一次，一次大約需要4萬(wàn)元左右，按30年使用計算需要大約40萬(wàn)元左右，而現代智能防雷系統使用壽命最低30年，一套費用大約9萬(wàn)元，相比傳統防雷30年內可節省30多萬(wàn)元的防雷費用支出。

石油石化需要一年兩次現場(chǎng)檢測，工作量大、費用高，大約檢測費用1萬(wàn)元/年，而安裝智能防雷系統的石油石化檢測方便、數據真實(shí)可靠，只需讀取終端數據出檢測報告即可，大大降低人工成本，30年計算可節約20萬(wàn)左右。

以30年算，智能防雷系統比傳統防雷可節約資金50萬(wàn)元。

6.1.2安全和管理方面：傳統防雷基本是被動(dòng)防雷不能實(shí)現全區域智能化防雷管理效果?，F代防雷體現主動(dòng)防雷實(shí)現總監控平臺對局部站點(diǎn)防雷管理的智能化、時(shí)效化、預知化、預防化，并可兼容其他總控平臺實(shí)現資源的合理化配置，智能防雷系統還增加雷電預警功能和驅雷器，大大提高了直擊雷的防護，整體安全上更加有效可靠。

6.2建議

6.2.1建議總部安裝監控平臺和完整的智能防雷終端設備，實(shí)現對全區域石油石化點(diǎn)防雷設備的實(shí)時(shí)管理和雷電預警對策的指令下達。

6.2.2各站點(diǎn)配備智能防雷終端支箱，根據當地氣象和地理情況合理裝配智能防雷系統設備。

6.2.3建議各站點(diǎn)安裝智能雷電預警系統和驅雷器，防患于未然。