石油化工系统防雷安全讲座

1. 石油化工系统防雷安全讲座 曹和生 国际电工委员会IEC/TC81 65届中国代表 全国建筑物电气装置标准化技术委员会（SAC/TC205）委员 中国气象局防雷标准化委员会委员 全国雷电物理监测和防护技术委员会委员

2. 一.概述 自然灾害中雷电引起的灾害算得上最为严重的灾害之一。这不仅因为雷电发生的频率高，每年重复发生；而且雷电灾害的严重性还表现在它具有巨大的破坏性，它的产生是目前人类无法控制和阻止的。

3. 雷电灾害的特点 • 雷电放电电压高（500万伏以上）； • 闪电电流幅值大（可高达100-300KA以上）； • 电流变化快（闪电电流波形陡度大）； • 放电时间短（约为40微秒）。

4. 雷电破坏作用的表现 • 强大的雷电流； • 灼热的高温； • 猛烈的冲击波； • 剧变的电磁场； • 强烈的电磁辐射等物理效应

6. 雷电的破坏方式 • 直击雷 • 静电感应 • 闪电放电时的电磁感应 • 闪电放电时的电磁波辐射 • 雷电反击 • 雷电波侵入（侵入架空线，无线电天线，天线馈线，电缆外皮和金属管道）

7. 雷电灾害的波及面广泛 • 人和畜遭雷击伤亡；（10500人/年，主要为旅游者和农民） • 森林火灾；（50%以上是由雷击引起的） • 古建筑和民房遭雷击； • 地面储油罐遭雷击起火；（爆炸和火灾危险环境） • 火箭和飞机在空中遭雷击爆炸； • 高压输电线路遭雷击起火跳闸； • 电气和电子设备遭雷击损坏；（计算机，通信设备，气象观测设备，卫星接收设备，雷达导航系统，数据采集控制系统等） 据不完全统计年财产损失达10亿美元以上（不包括间接损失）

8. 雷灾调查总结 所有雷灾事故，无一例外都是由于未按国家防雷规范要求安装防雷装置，或未进行检测维护，或未进行及时整改，特别是在设备更新升级时未及时设计安装防雷装置造成的，都是人们防雷意识淡薄，不重视防雷安全造成的后果。

9. 二.名词术语 • 雷电感应：闪电放电时，在附近导体上产生的雷电静电感应和雷电电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花放电。 • 雷电波侵入：由于雷电对架空线路，电缆线路或金属管道的作用，雷电波即闪电电涌可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。

10. 电气安全等电位与防雷等电位的差别： • 外部防雷装置：防雷装置的一个组成部分，由接闪器，引下线和接地装置组成。 • 等电位连接：将分开的诸金属物体直接用连接导体或经电涌保护器连接到防雷装置上以减小雷电流引发的电位差。

11. 接地 earth；ground 一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的某种较大的导电体。 注：接地的目的是：a.使连接到地的导体具有等于或近似于大地（或代替大地的导电体）的电位；b.引导入地电流流入和流出大地（或代替大地的导电体）。

12. 接地装置 引下线 水平接地体 接地装置形式 垂直接地体 A型接地体（右图） 引下线 水平接地体 B型接地体（右图） 闭合环型接地体（如建筑物自然接地体，人工环型闭合接地体等） 垂直接地体

13. A型接地地网适用场合： • 适用于独立接闪器； • 适用于架空接闪线； B型接地地网适用场合: • 对于裸露的坚硬岩石，建议仅使用B型接地装置； • 对安装有电子系统或存在高火险的建筑物，优先采用B型接地装置。

14. 利用基础内钢筋网作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m。利用基础内钢筋网作为接地体时，在周围地面以下距地面不小于0.5m。 二类防雷建筑物每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合下列表达式的要求： S≥4.24kc2 三类防雷建筑物每根引下线所连接的钢筋表面积总和应符合下列表达式的要求： S≥1.89kc2 式中 S------钢筋表面积总和(m2)

15. 防雷接地电阻值可不计及的要求 第一类：土壤电阻率ρ≤500Ω·m时 R≥5m时无须补加接地体（ R= A/π） 土壤电阻率ρ在500~3000 Ω·m时 11ρ-3600 R≥ 时无须补加接地体 380

16. 防雷接地电阻值可不计及的要求 第二类： ρ≤800Ω·m时，A/π≥5m ρ为800Ω·m至3000Ω·m时， A/π≥（ ρ-550）/50 第三类： ρ≤3000Ω·m时 A/π≥5m或A≥79m2

17. 接地分析（1） IEC62305-3中分： A型（单独的水平/垂直接地体） B型（利用建筑物基础钢筋或围绕建 筑物的环型人工接地体）

18. 接地分析 A型 1.不少于2个接地极 2.在土壤电阻率很低，接地电阻很容易低 于10Ω时，无 其他要求 3.土壤电阻率较高，接地电阻不易达到 10Ω以下时，对各类防雷建筑物的接地体有 一长度要求。

19. 接地分析

20. 三.石油化工系统企业的防雷特点 • 石油化工企业一般都建在靠近海边或江河湖泊地区，而这些地区的落雷频率一般都较大，且强度也较大，因此其防雷压力也相当大； • 石油化工企业的火灾爆炸危险环境区域多而且大； • 石油化工企业的装置高度一般都较高，且周围空旷，雷击风险较大； • 石油化工企业一般都划为二类防雷范围，其滚球半径取45米，引下线间距取18米。

21. 四.防雷设计要求 • 一）户外装置需做防雷设计的设备： • 1）安装在地面上高大耸立的生产设备； • 2）通过框架或支架安置在高处的生产设备和引向火炬的主管道等； • 3）安置在地面上的大型压缩机，成群布置的机泵等转动设备； • 4）在空旷地区的火炬，烟囱和排气筒； • 5）安置在高处易遭受直击雷的照明设施。

22. 二）户外装置可不进行防直击雷设计的设备 • 1）在空旷地区分散布置的水处理场所（重要设备除外）； • 2）安置在地面上分散布置的少量机泵和小型金属设备； • 3）地面管道和管架。

23. 三）防直击雷的接闪器宜利用生产设备的金属实体。三）防直击雷的接闪器宜利用生产设备的金属实体。 • 注：1）用作接闪器的生产设备应为整体封闭，焊接结构的金属静设备，转动设备不应用作接闪器； • 2）用作接闪器的生产设备应有金属外壳，其易受直击雷的顶部和外侧上部应有足够的厚度（钢应≥4mm)； • 3）不在高大设备，框架和大型管架保护范围内的转动设备；不能作为接闪器的金属静设备；非金属外壳的静设备；均应设接闪器。

24. 四）接闪器保护范围的计算 • 1）滚球法：按第二类滚球半径hr=45米 • 2）保护角法（适用高度小于45米的设备）

25. 五）引下线 • 安置在地面上高大耸立的生产设备应利用其金属壳体作为引下线； • 生产设备通过框架或支架安装时，宜利用金属框架作为引下线；（设备与框架电气连接） • 高大炉体，塔体，桶仓，大型设备，框架等应至少设两根引下线，间距不应大于18米； • 在高空布置，较长的卧式容器和管道（送往火炬的管道）应在两端设置引下线，间距18米，超过应增加引下线数量； • 引下线应短而直，截面≥50mm2，厚度4mm； • 利用柱内纵向钢筋时，应用箍筋绑扎或焊接。

26. 六）防雷电感应 • 1）户外装置场所，所有金属设备，框架，管道，电缆保护层（铠装，钢管，槽板等）和放空管，均应连接到防雷电感应的接地装置上；设专用引下线时，钢筋混凝土柱子的钢筋亦应在最高顶层和地面附近分别引出接地； • 2）S≥0.075Kc lx（空间距离）； • 3）不能满足空间距离时应等电位连接； • 4）平行敷设的金属管道，框架和电缆金属保护层等，当其间净距小于100mm时，应每隔30m进行金属连接，相交处净距小于100mm时亦应连接；

27. 七）接地 • 1）利用金属外壳作接闪器的设备，应在金属外壳底部不少于2处接地； • 2）所有零星设备的接闪器引下线均应接地； • 3）冲击接地电阻不应大于10Ω； • 4）接地体各支线长应小于le（有效长度）；le=2√ρ • 5）防雷电感应接地体工频电阻不应大于30 Ω；R∽=ARi • 6）应采用共用接地系统。（ R∽取最小值） 防雷地≤10 Ω，静电地≤100 Ω，工作地≤4 Ω， 信息地≤1 Ω……

28. 放散管，放料口 • 八）户外装置区的排放设施防直击雷 • 1）放空口 3m 排风管，取样口 接闪器 放空口 安全阀，排污口 呼吸阀（不带防爆阻火器） 4--5m

29. 2）可利用金属放空管口作为接闪器，壁厚≥4mm，与附近金属物体进行金属连接。2）可利用金属放空管口作为接闪器，壁厚≥4mm，与附近金属物体进行金属连接。 条件： A）储存闪点低于或等于45℃的可燃液体设备，可能短期或间断达到爆炸危险浓度； B）储存闪点低于或等于45℃的可燃液体设备，由内部超压引起可能达到爆炸危险浓度的安全阀； C）储存闪点低于或等于45℃的可燃液体设备，停工或维修时需短期排放的手动放料口； D）储存闪点低于或等于45℃的可燃液体设备上带有防爆阻火器的呼吸阀； E）在空旷地点孤立安装的排气塔和火炬。

30. 九）装置控制室，户内装置变电所，信息系统 • 1）装于地上钢油罐上的信息系统的配线电缆应采用铠装屏蔽电缆，电缆埋地敷设或穿钢管配线时，其钢管上下两处应与罐体做电气连接并接地； • 2）信息系统的配电线路首末端应装设适配的SPD，信息系统应采用铠装电缆或导线穿金属管埋地敷设或配线，金属外皮、钢管两端接地； • 3）金属管道埋地引入长度≥2√ρ，最小15米，入口处接地，洞外两处接地间距50米，Ri＜20Ω； • 4）电力、信息线缆铠装埋地引入，入口处与油罐、输油管道接地装置连接，若架空转为埋地引入时，长度≥2√ρ，连接处装SPD，Ri≤10Ω • 5）配电系统按GB50057-2010版规范设计

31. 五.防雷技术措施 • 一）炉区 • 1）金属框架支撑的炉体，其框架应接地； • 2）混凝土框架支撑的炉体，应采用柱内主钢筋接地，明敷引下线φ≥10mm； • 3）直接安装在地面上的小型炉子，应在炉体的加强板（筋）上焊接接地连接件； • 4）每台炉子应至少设两个接地点，间距不应大于18米，Ri不应大于10Ω； • 5）接地连接件应安装在框架柱子高出地面450mm的位置； • 6）炉子上的金属构件均应与框架作等电位连接。

32. 二）塔区 • 1）壁厚大于或等于4mm时，应以塔体本身作为接闪器； • 2）塔顶的放空管应在接闪器保护范围内； • 3）引下线不少于两处，间距不大于18米，Ri不应大于10Ω； • 4）与塔体相连的非金属物，当无保护时，应在合适地点安装接闪器； • 5）接地装置宜围绕塔体敷设成环形接地体； • 6）框架金属栏杆应连接成良好的电气通路。

33. 三）静设备区 • 1）封闭式钢制静设备，壁厚大于4mm，本体做接闪器； • 2）封闭式钢制静设备，壁厚小于4mm，应设置接闪器加以保护； • 3）放空管及管口外空间，均应处于接闪器的保护范围内； • 4）静设备引下线不少于两处，间距不大于18米，接地点不少于两处，Ri不应大于10Ω； • 5）接地装置宜围绕静设备敷设成环形接地体； • 6）当静设备近旁有其他引下线或金属塔体时，应将其接地相连，其上端间距满足S≥0.075Kc lx • 7）静设备混凝土框架顶层平面的金属栏杆应连通并接地。

34. 四）机械设备区 • 1）机器设备和电气设备应位于防雷保护区范围内； • 2）机器设备和电气设备安装在同一个金属底板上时，应将金属底板接地； • 3）单独混凝土底座上时，应将二者连接并接地。

35. 五）罐区 • 1）金属罐体应做防直击雷接地，接地点不应少于2处，间距不宜大于30米，并应沿罐体周边均匀布置，引下线的间距不应大于18米。每根引下线的冲击接地地阻不应大于10Ω； • 2）钢制储灌壁厚大于等于4mm，罐顶装有带阻火器的呼吸阀，应用本体做接闪器；若呼吸阀无阻火器时，应在罐顶装设接闪器； • 3）壁厚小于4mm时，应在罐顶装设接闪器； • 4）非金属储罐及呼吸阀应装设接闪器； • 5）覆土储罐当埋层大于或等于0.5米时可不保护，露出地面呼吸阀局部保护；但罐体及罐室的金属构件以及呼吸阀，量油孔等金属附件应做电气连接并接地，R＜10Ω； • 6）浮顶储罐（包括内浮顶），本体接闪，浮顶与罐体应有可靠的电气连接；（可用2根25m㎡软铜复绞线做电气连接）

36. 六）可燃液体装卸站 • 1）露天装卸作业场所，可不装设接闪器，但应将金属构架接地； • 2）棚内装卸作业场所，应在棚顶装设接闪器； • 3）进入装卸站台的可燃液体输送管道应在进入点接地，Ri不应大于10Ω。

37. 七）粉粒料桶仓 • 1）顶部高出框架的金属粉粒料桶仓，当壁厚大于等于4mm时，应利用本体作接闪器，并接地； • 2）非金属桶仓应装设接闪器，使桶仓及呼吸阀均被保护，并接地，网格10m×10m或12m×8m； • 3）接地点不应少于2处，间距18米，均匀布置。

38. 八）框架，管架和管道 • 1）钢框架管架应通过立柱与接地装置相连，接地连接件应焊接在立柱上高出地面450mm处，接地点间距不应大于18米，接地点不应少于2处； • 2）混凝土框架及管架上的爬梯，电缆支架，栏杆应接地，接地间距不应大于18米； • 3）每根管道均应做等电位连接接地，多根管道互连后应再与已接地的管架做等电位连接； • 4）平行敷设的金属管道，其净间距小于100mm时，应每隔30米用金属线连接，交叉点净距小于100mm时，其交叉点应用金属线跨接； • 5）管架上敷设输送可燃性介质的金属管道，在始端、末端、分支处，均应设防雷电感应的接地装置，R∽不应大于30Ω； • 6）进出生产装置的金属管道，在装置的外侧应接地，并应与PE和防雷电感应的接地装置相连接。

39. 九）冷却塔 • 1）自然通风开放式和机械鼓风逆流式冷却塔应将塔顶平台四周金属栏杆连接成良好电气通路，应在塔顶用接闪导线组成金属网格10m×10m或12m×8m，非爆炸危险区20m×20m或24m×16m； • 2）自然通风冷却塔（双曲线塔）应在塔檐上装设接闪器； • 3）机械抽风逆流式或横流式冷却塔应在风筒檐口装设接闪器，塔顶平台金属栏杆连接成良好电气通路，每个风筒至少用2根引下线连至两侧金属栏杆； • 4）屋顶小型机械抽风逆流式冷却塔，若有保护则可不装接闪器； 建筑物 可不装接闪器

40. 5）引下线应对称均匀布置，间距不应大于18米，可利用塔体主筋或柱内钢筋作引下线；5）引下线应对称均匀布置，间距不应大于18米，可利用塔体主筋或柱内钢筋作引下线； • 6）每根引下线Ri不应大于10Ω，非爆炸环境不应大于30Ω，接地装置宜围绕冷却塔敷设成环形接地体； • 7）钢楼梯，进出水钢管应接地·。

41. 十）烟囱和火炬 • 1）钢筋混凝土烟囱，宜在顶部装接闪器，多支接闪杆应连接在闭合环上，接闪杆应高出烟囱口不低于0.5米； • 2）应利用混凝土内的钢筋作引下线，金属爬梯宜作为2根引下线； • 3）高度不超过40米的烟囱可只设1根引下线，超过设2根； • 4）金属烟囱可作接闪器和引下线（火炬）。

42. 十一）户外装置区的排放设施 • 1）安装在高空易受直击雷的放散管，呼吸阀，排放管和自然通风管等应采取防直击雷和防雷电感应措施； • 2）未安装阻火器的放空口应有保护空间（见下图）； 5米 2.5米 有管帽 无管帽 5米

43. 3）放空口长期点火燃烧，可仅保护到管口； • 4）有保护时，可不设接闪器； • 5）有阻火器的放空口，若为金属制可直接作为接闪器与防雷装置相连； • 6）非金属制的放空口应装接闪器，保护到管帽（有帽）或管口（无帽）。

44. 十二）户外灯具和电器 • 安装在塔顶层（高塔，冷却塔）平台上的照明灯，现场操作箱，航空障碍灯等易遭受直击雷的电器设备，宜采用金属外壳； • 配电线路应穿镀锌钢管，镀锌钢管应与电器设备的外壳，保护罩相连，保护用镀锌钢管应就近与钢平台或金属栏杆相连。

45. 六.防雷装置材料规格 • 一）接闪器 • 1）形式：杆，线，网，本体 • 2）材料：热镀锌圆钢或钢管，铜包钢，不锈钢，铜 • 3）规格：杆长1米以下采用φ12mm圆钢 或φ20mm钢管（壁厚≥2.8mm) 杆长1-2米 采用φ16mm圆钢 或φ25mm钢管（壁厚≥3.2mm) 独立烟囱上的杆 采用φ20mm圆钢 或φ40mm钢管（壁厚≥3.5mm) 线 采用φ ≥ 8mm圆钢 或S≥ 50m㎡且d ≥2.5mm扁钢 或S≥ 50m㎡镀锌钢绞线 网 采用S≥ 50m㎡镀锌钢绞线 本体 壁厚d≥4mm

46. 二）引下线 • 1）连接方式：焊接，夹接，卷边压接，螺钉或螺栓连接； • 2）规格：采用φ ≥ 8mm圆钢 或S≥ 50m㎡且d ≥2.5mm扁钢 • 3）引下线宜沿框架支柱敷设，并在地面上1.7米至地面下0.3米一段加机械保护。

47. 三）接地装置 • 1）形式：环形接地体 • 2）材料：热镀锌角钢，钢管，圆钢或扁钢； 区域内人工接地体宜采用同一材质； • 3）规格： 圆钢φ≥16mm（垂直接地体）， φ≥10mm（水平） 钢管φ≥50mm（垂直接地体）， 4×40mm（水平） 角钢50×50×3mm • 4）阴极保护：采用加厚锌钢材料φ≥16mm（垂直） φ≥10mm（水平） 锌层应为高纯锌Zn ≥99.9% 钢芯与锌层接触电阻应小于0.5mΩ

48. 5）ρ与锌层厚度关系 ρ≤20（Ω·m） 水平3mm，垂直5mm ρ=20-50（Ω·m） 水平3mm，垂直3mm ρ≥50（Ω·m） 水平0.1mm，垂直3mm • 6）当采用铜材时，阴极保护应采用外加电流法； • 7）接地连接宜采用放热焊接，当采用普通焊接时应做防腐处理。

49. 新增内容（1） 4.5.6 防接触电压 1 )利用建筑物金属构架和建筑物互相连接的钢筋在电气上是贯通且不少于1 0 根柱子组成的自然引下线，这些柱子包括位于建筑物四周和建筑物内。 2 )引下线3 m 范围内土壤地表层的电阻率不小于5 0 k Ω m。 注： 例如， 采用5 c m 厚沥青层或1 5 c m 厚砾石层的这类绝缘材料层通常符合本要求。 3 )外露引下线， 其距地面2 . 7 m 以下的导体用耐1 . 2 / 5 0μ s 冲击电压1 0 0 k V 的绝缘层隔离， 例如用至少3 m m 厚的交联聚乙烯层。 4 )用护栏、警告牌使接触引下线的可能性降至最低限度。

50. 跨步电压问题（防生命危险） • 可增大土壤表面电阻率来减小通过人体的电流。 • 若有钢筋网的水泥平地，则无跨步电压问题。