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                                          北山油庫罐區監控系統雷擊損壞及整改方案
                                          發布者: 發布時間:2014/2/20 閱讀:787

                                          北山油庫罐區監控系統雷擊損壞及整改方案

                                          瀏覽次數:26 日期:2011年9月23日 17:24
                                          摘要:本文通過對北山油庫雷擊事故進行分析,對油庫灌區監控系統提出了一套經濟合理、切實可行的整改方案。
                                          關鍵詞:油庫 防雷 監控系統
                                          前言
                                              油庫是儲存易燃、可燃油晶的專用場地,是協調原油加工和成品油銷售供應的紐帶。油庫一旦發生火災事故,其后果不堪設想,而灌區監控系統主要通過采集各種具體參數來監控灌區內設備的工作狀態及火災危險。若監控系統遭受雷擊損壞,將嚴重影響灌區正常監測工作的進行,增大危險事故發生的可能性。
                                          1、雷擊事故介紹
                                               北山油庫位于廣東茂名電白電城鎮南海北岸,是全國最大的25萬噸單點泊接卸油系統油庫,共有十二個五萬噸的儲油罐,總儲油量達300萬立方,為一級石油庫。2003年4月7日,北山油庫發生雷擊事故,雷擊造成了大量電子設備損壞,所幸無人員傷亡。據統計,自動監控檢測設備(壓力檢測計、可燃氣體報警器、液位計等)共54塊電子電路板損壞,直接經濟損失達100多萬元,嚴重影響了油庫安全監測的進行。
                                          雷擊事故當天,油庫所在地及周邊地區發生了大型雷暴雨,油庫及周邊地區發生了多起雷擊事故。
                                           
                                          2、雷擊原因分析
                                               油庫已安裝有合格的直擊雷防護措施,遭受雷擊損壞設備沒有發現直擊雷接閃痕跡,所有排除直擊雷損壞的可能。
                                               灌區監控系統如壓力檢測計、可燃氣體報警器、液位計、可編程控制模塊、工控機等均沒有采取防感應雷措施,設備損壞的形式主要為電路板擊穿、燒毀,應為感應雷所致。感應雷入侵的途徑主要有以下幾種:
                                          a、當市電線路遭受直接雷擊時,線路上會產生高達幾十千安甚至上百千安的雷電流脈沖,雷電流沿著供電線路傳播進入控制中心,使設備遭受損壞;
                                          b、當控制中心所在建筑物遭受直接雷擊或附近發生雷擊時,會在控制主機的供電線路上產生數十千安的雷電流,雷電流沿著電源線路入侵設備而造成設備的損壞;
                                          c、當油罐遭受直接雷擊或附近發生雷擊時,會在油罐監控系統的各種信號線路上產生幾千安的雷電流,雷電流沿著信號線路入侵造成線路兩端設備的損壞;
                                          d、埋地或直接進入控制中心的各種金屬管道,當控制中心所在建筑物遭受直接雷擊或附近發生雷擊時,管道上由于靜電感應或電磁感應所產生的高達上萬伏的高電位沿著金屬管道進入室內引起反擊而造成設備的損壞。
                                           
                                          3、油罐區監控系統簡介
                                          3.1 油罐區監控系統組成
                                              油罐區信號系統方框圖如圖一所示,現場壓力、溫度、流量、油罐液位、可燃氣體濃度、火焰探測信號、超限報警信號等數據通過傳輸電纜接控制室可編程序控制器,由一臺工控機控制現場各泵、閥。
                                           
                                          圖一
                                          3.2現場儀表介紹
                                          3.2.1 溫度變送器
                                              溫度變送器是將測溫元件(熱電偶或熱電阻)所測得的微弱信號(電阻或電壓信號)放大、線性校正并轉換成與溫度呈線性關系的4~20mA直流信號,遠傳給控制室儀表作指示、記錄、調節。組成各種檢測,控制系統。
                                          3.2.2 雷達液位計
                                              雷達液位計是一種非接觸式微波變送器,天線將微波脈沖發送向目標面,然后將接收到的回波的時間差加以處理得出了該容器中的液位或料位的高度。對于四線制儀表,其中一對線接24VDC電源,另一對為正比于液位的4-20mA信號。
                                          3.2.3 紅外火焰探測器   
                                           圖二                 采用硅光電池作為探測元件,將紅外或可見光信號轉變為電信號,通過處理轉變成4-20mA標準直流電流信號輸出。
                                          3.2.4 紫外火焰探測器
                                              采用紫外光敏管作為探測元件,將紫外光信號轉變為電信號,通過處理轉變成4-20mA標準直流電流信號輸出。
                                          3.2.5 壓力變送器
                                              擴散硅式變送器:介質壓力作用在敏感膜片上。分布于敏感膜片上的電阻組成惠斯登電橋,利用壓阻效應實現壓力量向電信號的轉換,再通過電子線路將敏感元件上產生的毫伏信號進行檢測、放大和處理成為工業所需的標準信號。
                                              陶瓷電容式變送器:介質壓力直接作用于陶瓷膜片上,使測量膜片產生位移。膜片位移產生的電容量通過電子線路進行檢測、放大和處理成為工業所需的標準信號。         圖三
                                          陶瓷壓阻式變送器:介質壓力直接作用于陶瓷膜片上,使測量膜片產生微小變形。利用壓阻效應使印刷在陶瓷膜片背面有厚膜電阻連接成的惠斯登電橋,實現壓力量向電信號的轉換,通過電子線路進行檢測、放大和處理成為工業所需的標準信號。
                                              根據上述幾種儀表的介紹,可以發現,這些儀表一般均采用直流24V供電,動態參數變換成4-20mA模擬信號。另外,這些儀表往往還組合有高、低限及故障報警,其控制信號是24V電源的開關信號。
                                           
                                          4、整改方案
                                              由于油庫場所的特殊性,加上許多客觀條件的限制(如:不允許中斷生產、中斷信號過長時間等),幾乎不可能嚴格按GB50057-94的全部要求來進行防雷設計和施工。我們通過對整個系統各個部份遭受雷擊的可能性、造成雷擊事故的主要因素、所產生的后果、整改措施的可行性等多方面進行分析,抓住重要部分,提出了如下整改措施。
                                          4.1 控制中心電源線路防雷保護
                                              控制中心電源系統采用TN-S系統,有UPS提供后備電源。針對控制中心設備的重要性及耐過電壓能力低的特點,在電源系統設置四級防護。由于空間的局限性,無法同時滿足四級防護及級與級之間安裝距離的要求,因此在控制中心電源總開關處選用立信品牌專利技術的B+C復合型電源電涌保護器,在同一位置實現第一、二級防護,沖擊放電電流20KA(10/350μs),電壓保護水平(1.2/50μs)Up:2.5KV,主要用來泄放雷電流。在UPS電源前安裝串聯型電源電涌保護器,標稱放電電流20KA(8/20μs),電壓保護水平(1.2/50μs)Up:1KV,進一步限制過電壓。在工控機等設備的用電插座處安裝電源防雷插座,標稱放電電流10KA(8/20μs),電壓保護水平(1.2/50μs)Up:1KV,作為電子設備的電源精細保護。
                                              對于24V直流電源輸出線路,不再采用多級防護,而是在直流電源輸出處安裝直流電源電涌保護器,標稱放電電流10KA(8/20μs),電壓保護水平(1.2/50μs)Up:36V,作為直流電源輸出線路的防護。
                                          4.2 信號線路防雷保護
                                             信號線路主要有兩種:一種為4~20mA的電流信號線路,一種為24V的直流電源開關信號線路。對于4~20mA的電流信號線路,選用立信品牌的額定負載電流小于500mA、損耗比較。<0.1dB)的數據信號浪涌保護器,這樣對數據傳輸的損耗比較小,標稱放電電流5KA(8/20μs),響應時間Ta≤1ns。而對于24V的直流電源開關信號線路,則選用立信品牌的額定負載電流1.5A、插入損耗比較大(<0.2dB)的數據信號浪涌保護器,數據傳輸的損耗稍微大但不影響正常工作且安全性較高,標稱放電電流5KA(8/20μs),響應時間Ta≤1ns。
                                          4.3 線路改造
                                              由于原有系統安裝時沒有過多考慮防雷的要求,所以在布線上存在幾點防雷隱患,主要表現為:a)電源線和信號線存在并排敷設的情況;b)電源線和信號線存在與作為引下線的柱筋并排敷設的情況。在改造過程當中,針對這兩點實施了將電源線與信號線分開敷設,并分別穿屏蔽線槽,將與作為引下線的柱筋并排敷設的線路重新設置敷設路徑等措施。
                                          4.4 屏蔽與等電位
                                              屏蔽大致可分為線路屏蔽與空間屏蔽兩種,由于現場條件的限制,我們主要采用的是線路上的屏蔽,在電源線路和信號線路進入控制中心前分別穿金屬線槽并埋地,埋地長度大于15米,個別難以實現的線路則采用金屬線槽架空引入,所有屏蔽線槽均要求兩端接地。
                                              由于雷電瀉放存在趨膚效應,建筑外層鋼筋瀉放的雷電流通常為建筑內部鋼筋的數倍,而控制中心所在區域跨外部、內部兩個鋼筋區域,因此各鋼筋柱間在雷電瀉放時存在較大的電壓差,這對控制設備、PLC等尤為有害,因此設置均壓帶均衡各鋼筋柱間的電壓。在控制中心內沿墻敷設等電位銅帶一周,銅帶采用-25×4mm紫銅帶,用φ8絕緣子作支撐;在控制中心靠近柱子的角位處,安裝一塊等電位匯流排,規格為100×10mm的紫銅板,長25厘米,開鑿控制中心對角位的兩個建筑物柱子,利用銅鐵接頭與柱筋焊接后,與匯流排連接;將控制中心的所有信號屏蔽線槽與等電位匯流排或等電位銅帶連接。另外,將電源PE線、控制中心內的設備外殼、機架等可導電金屬物體就近與匯流排或銅帶連接,連接線采用6mm²多股銅芯線。
                                          4.5 防爆處理
                                              油庫是個易燃易爆的高危險場所,在進行防雷設計及施工過程當中,每一步都應該考慮防雷產品對油庫安全性的影響,應采用符合油庫相關規范要求的合格產品,在施工過程當中,嚴格按照相關規范進行施工。針對現場情況,我們主要采取了以下幾點防爆措施:
                                          a)       安裝在油庫罐區的浪涌保護器全部采用了標準防爆接線箱,將浪涌保護器安裝在密封的防爆盒內,配以防爆電纜,就近固定在被保護設備旁。
                                          b)       由于油庫灌區不允許焊接,全部安裝采用螺釘連接和軟線跨接的方式;
                                          c)       控制中心總電源處的電源電涌保護器,安裝在防爆電控箱內;
                                          d)       進入防爆現場施工必需穿防靜電工作服,使用防爆工具。
                                           
                                          結束語
                                              油庫灌區監控系統擔負著整個灌區的工作情況及安全狀況的檢察,在油庫的日常運行當中起著重要的作用,在加強油庫本身安全工作的同時對防雷也提出了越來越嚴格的要求,除了應該有完善的外部防雷設施(LPS)之外,還應在做好機房均壓、線路屏蔽等工作的基礎上,根據系統特點選擇適合和有效接地方式,安裝適合此系統線路參數使用的電涌保護器(SPD)方能有效防止雷擊。事實證明,本論文所實施的方案是有效的,從2003年7月整改至今沒有發生雷擊事故,運行狀況良好,而在沒有整改安裝前基本上每年都有1-4次雷擊事故發生。
                                          參考文獻
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                                          [2] GB15599-95《石油與石油設施雷電安全規范》
                                          [3] GB50074-2002《石油庫設計規范》
                                          [4] IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》
                                          [5] GB50343《建筑物電子信息系統防雷技術規范》

                                             
                                             

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