石油化工仪表系统防雷设计

2012-10-211石油化工仪表系统防雷工程设计Designforinstrumentsystemlightningsurgeprotectioninpetrochemicalindustry叶向东中国石化工程建设公司中国石化工程建设公司1石油化工仪表系统防雷工程设计规范z1概述z2防雷工程设置原则z3雷电防护等级雷电防护的经济性与合理性z3雷电防护等级--雷电防护的经济性与合理性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8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22012-10-212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–参编单位：浙江中控技术有限公司z宗旨–编制一篇明确、实际、可遵循、实用的工程设计规范3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规范的编制和引用原则–对已有的标准规范，规范均不再重复规定，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–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，均不在规范的规定范围42012-10-213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–5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、现场仪表和控制室类仪表及控制系统的防雷工程z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规定的范围z规定了基金会现场总线FF和ProfibusPA两种现场总线的防雷62012-10-214石油化工仪表系统防雷工程设计规范—概述z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没有论和论述雷电防护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7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82012-10-215石油化工仪表系统防雷工程设计规范z1概述z2防雷工程设置原则z3雷电防护等级z3雷电防护等级z4雷电防护的经济性与合理性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8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9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–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102012-10-216石油化工仪表系统防雷工程设计规范z1概述z2防雷工程设置原则z3雷电防护等级z3雷电防护等级z4雷电防护的经济性与合理性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8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113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再根据分类和雷电活动区分级z雷电活动区：表征区域内的雷电活动程度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关于地区雷暴日等级的划分，没有统一的规定z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122012-10-2173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，即属于该分类因素之，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社会、经济和安全重要程度分类评价因素之一安全等级的评价事故可能伤亡人数事故可能综合经济损失第一类SIL3级超过3人超过1000万元z注：SIL为安全等级第二类SIL2级1～3人200～1000万元第三类SIL1级无50～200万元133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z定性评估方法z定性评估方法z综合评估法雷电防护等级表社会、经济和安全重要程度分类仪表系统的雷电防护等级年平均雷暴日d/a20及以下21～4041～6060以上第一类二级一级一级一级第二类三级二级一级一级第三类——————三级二级一级142012-10-2183雷电防护等级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地区气象资料是雷电活动的官方统计资料z地区气象资料是雷电活动的官方统计资料z同一地区的不同的区域可能不一样，要考虑区域小气候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确定实施仪表防雷工程，应根据地区雷害程度、装置运行的承受能力以及投资情况综合决策z注意：年平均雷暴日不能表达雷电强度的大小，也难于确定雷击次数和频率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15石油化工仪表系统防雷工程设计规范z1概述z2防雷工程设置原则z3雷电防护等级z3雷电防护等级z4雷电防护的经济性与合理性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8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162012-10-219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zz雷电防护的必要性–当雷电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–当采取防护措施后仍然存在的经济损失+雷电防护投资未采取防护措施的经济损失时，雷电防护措施的经济是合理的z具体计算时多采用平均受雷次数和设备及人员耐受程度来评价17雷电防护的必要性和经济合理性z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评估方法就像用一把直尺来测量一块不规则形状的石头，难以做到z目前国内外没有一个标准可以客观、准确、定量地确定雷电防护的必要性182012-10-2110石油化工仪表系统防雷工程—雷电防护等级z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防雷等级的确定仅给出了定性的决策，做不到准确定量，只能模糊确定z其他标准同样做不到即使定量计算也很难准确z其他标准同样做不到，即使定量计算，也很难准确zIEC62305也不得不规定：管辖权当局可以不经评估而确定实施雷电防护工程，雷电防护等级也由当局确定z防雷工程与防爆工程、安全工程是一样的，都是防灾减灾工程z同样有一个认识过程、适应过程和认同过程，灾害过后采取相应的措施–z防雷工程：防灾收效高，收益投资比高，投资比例和数值低z认识水平、防灾减灾水平、经济发展水平、精细运行程度19石油化工仪表系统防雷工程—仪表防雷工程特点z石油化工仪表系统防雷工程特点z行业特点–z电子信息系统的特点–z仪表系统的特殊性–202012-10-2111石油化工仪表系统防雷工程—仪表防雷工程特点z防灾减灾工程类比–爆炸危险场所------防爆工程–过程安全联锁------安全工程–过程安全联锁------安全工程–火灾------消防工程–可燃气体、有毒气体------环境监测工程–燃烧控制------工业炉安全工程–机械事故控制------机械运行安全工程–危险化学品泄漏------化学品安全工程–施工事故控制------施工安全z自动保护、减灾设施、规章制度、培训教育、事故处理、应急预案21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–雷电防护包括接闪器（截闪器）、引下线、分流、接地装置和控制室的屏蔽等z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–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既安全可靠，又便于设计，不会使防雷工程增