石油石化系統(tǒng)防雷方案

石油石化屬于易燃易爆場所，石油石化通常設在城區(qū)開闊地帶或郊區(qū)、山區(qū)、鄉(xiāng)村、高速公路等到道路邊的開闊地帶，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，產生惡劣的社會影響。其次，石油化工系統(tǒng)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(tǒng)、控制系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡系統(tǒng)、接地系統(tǒng)等，易受雷電過電壓侵害。

一、石油石化防雷措施現(xiàn)狀

1.1石油石化目前已配置常規(guī)的防雷保護裝置和接地系統(tǒng)。石油石化大多采用傳統(tǒng)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會增加普通模塊，埋地作水平接地體；

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

1.3石油石化電源系統(tǒng)采用220V/380V（一部分是10KV經(jīng)變壓器）外接電源，電力線路采用架空明線至站區(qū)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(tǒng)材質，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，基本沒有語音提示和LED顯示屏；

二、石油石化遭受雷電危害事件及原因分析

據(jù)統(tǒng)計，全球平均每年因雷電災害造成的直接損失超過10億美元，死亡人數(shù)在3千人以上，這個數(shù)據(jù)的統(tǒng)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：從當時的天氣情況看，該地區(qū)正處于強烈發(fā)展的強對流區(qū)內，雷電活動頻繁，武漢中心氣象臺雷達回波已證實當時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，為法蘭盤連接，但均已銹蝕，由于避雷針是以罐體作為引下線的，這樣罐頂油氣外泄時，正好處在引雷入地的避雷針下，當雷擊產生電火花時易引起燃燒。

2.1.2浦東高橋上海煉油廠遭雷擊2萬噸油罐起火

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(qū)遭受對地雷擊產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：沒有提前做出雷電預判，對雷電強度不能做出正確的判斷，進而忽視雷電危害的程度繼續(xù)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(qū)加油中心卸油的油罐車、儲油罐遭雷擊，引起爆炸，損失40萬元。

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2萬元。

2000年7月24日8時前，上海營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個加油泵馬達。

2000年7月25日15:15時，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、讀卡機線路板等設備。

1999年8月12日，上海浦東有2個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(zhèn)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15分左右某石化分公司氣體車間球罐區(qū)水罐上避雷針和罐裝場地分別落雷。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，嚴重影響生產的正常進行。

某石化分公司98年10月26日的丙烷車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(qū)裝車臺計算機控制系統(tǒng)雷電損壞事故。

2000年長嶺煉油廠的DCS控制系統(tǒng)的雷電損壞事故等。

2001年某石化分公司有機合成廠雷災事故，造成大面積微電子設備損壞。

2001年８月２６日凌晨４時左右，廣東省高州市根子鎮(zhèn)和豐石油石化遭雷擊起火，燒掉汽油、柴油近２０噸，３個容量為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168.38萬元。

2.3事故原因總結

石油石化場所防雷接地材料腐蝕嚴重，不能及時排除損壞；電氣設備和電子系統(tǒng)的浪涌保護器損害程度沒有實時有效監(jiān)管和保護措施；各設施等電位連接電位差過大的預警提示；電路、通訊線路防雷設施故障的預警提示；雷電臨近沒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

各石油石化點和油庫通過本站智能防雷系統(tǒng)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，實現(xiàn)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，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)管，并對防雷保護設施出現(xiàn)故障或有雷電預警信號回傳的石油石化或油庫進行及時、合理的搶修和防范措施的指令下達。各石油石化點自身也形成局部智能防雷系統(tǒng)并與總控平臺同步實施在線監(jiān)測功能，監(jiān)測接地電阻、用電線路、電源和信號防雷器、接閃裝置、引下線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

配備場磨式電場儀的升級換代產品新型雷電預警閃電定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)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（基于無線電的檢測系統(tǒng)不可能進行這種早期預警）。提醒相關人員提前進行合理的防范措施，啟動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，隨著風的飄散可能雷電去尋找另一個目標，或云內閃，或云間閃，或隨風飄散，實現(xiàn)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(tǒng)接地材料采用目前先進的、高導流、強防腐、使用年限長的零歐復合接地體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(xù)流，在雷電大流沖擊下不脫扣，在工頻小電流時能及時脫扣，防止SPD在工頻小電流狀態(tài)下起火燃爆。

3.2使用設備功能簡述

3.2.1監(jiān)控平臺

監(jiān)控平臺具備快速部署特征，集工業(yè)控制電腦、網(wǎng)絡服務器為一體，可支持 RJ45 或 GPRS 與服務器通訊，可支持 RS458 或無線與采集終端通訊，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(wěn)定性好，可與其他總控兼容使用。

3.2.2智能防雷系統(tǒng)

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

3.2.3雷電預警監(jiān)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。在一個探測系統(tǒng)內同時實現(xiàn)本地和遠程雷電探測的功能。用于實時在線監(jiān)測該地區(qū)的雷電活動的變化頻率。JLT-storm4.0先進的檢測原理使其能夠監(jiān)測局部強電場強度和帶電降水的存在，可以在閃電開始前20分鐘并能夠靈敏的偵測到電場的強度，提醒作業(yè)人員及時停止或暫停室外作業(yè)，進入安全地帶避雷，防止雷擊傷害。例如關閉易受攻擊的設備和操作流程等活動。與場磨式設備相比，JLT-storm4.0具有許多顯著優(yōu)勢，包括更大的探測范圍，沒有活動部件，從而延長壽命并降低服務成本，最重要的是降低了誤報率。

3.2.4雷電峰值監(jiān)測

雷電峰值檢測器使用羅氏線圈作為雷電流采樣傳感器，可對瞬間雷電流進行實時測量。通過高速采集芯片，多點多時間段采 集涌電流的變化率，應用專門的積分檢測檢測電路實現(xiàn)雷電數(shù)據(jù)的采集（雷電極性、雷擊次數(shù)、雷擊峰值或雷擊發(fā)生時間等），將數(shù)字顯示雷電流的峰值等參數(shù)呈現(xiàn)給用戶或科研機構。

3.2.5智慧用電火災監(jiān)測

根據(jù)國家標準GB14287.2-2014、GB14287.3-2014開發(fā)的，能夠獨立實現(xiàn)對配電剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)進行監(jiān)控和聲、光報警。也可連接適配的電氣火災監(jiān)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。同時自帶一路繼電器輸出，2路開關量輸入。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(jiān)控探測器。

3.2.6智能信號防雷監(jiān)控

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

3.2.7智能SPD防雷監(jiān)測

集成了主動能量配合電涌保護器組、雷擊環(huán)境監(jiān)測模塊、SPD前端智能保護模塊，實現(xiàn)對感應雷擊的多重保護，是新穎防雷技術組合應用設備。可對雷電、電網(wǎng)環(huán)境、防雷器三大類數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)保留和管控，建立可追溯的防雷環(huán)境智能化預警監(jiān)控平臺。

3.2.8智能接地電阻監(jiān)測

JLT-JDY接地電阻監(jiān)測儀專為監(jiān)測接地引下線的連接狀況、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檢測電阻值，無需自檢、實時檢測、采用RS232、RS485 有線通信或GSM 無線通信傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)遠程在線監(jiān)測。

3.2.9驅雷器

利用金屬多短針形成的似尖端效應，使電暈場驅雷器周圍的環(huán)境電場遠高于被保護目標物，但低于傳統(tǒng)避雷針，從而使被保護物體處于相對安全的狀態(tài)。當雷云電場達到一定閾值時，驅雷器放電針和離子艙產生高達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。同時電暈離子層離子在雷云電場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，隨著風的飄散可能雷電去尋找另一個目標，或云內閃，或云間閃，或隨風飄散，實現(xiàn)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生的感應過電壓、過電流現(xiàn)象和其它瞬間浪涌電壓對系統(tǒng)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，延長人體靜電釋放時間，降低瞬間人體靜電釋放能量，能夠使人體靜電安全釋放。并配備智能語音提示和LED液晶顯示直觀了解人體靜電釋放情況，并與智能終端對接在線監(jiān)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，勝過一個良好的金屬導體（純銅等）；防腐性能好，壽命長，可使用壽命達 50 年以上。零歐復合接地系統(tǒng)的構件經(jīng)高溫電解而成，所有有害雜質全部排出，化學性質不活潑，無污染、不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑，對周邊的土壤不會改變，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；無污染，對土壤和環(huán)境沒有污染；易施工：深度大于凍土層或大于國家規(guī)范就可以，垂直接地；重量輕、強度高：其重量僅為鋼材的1/4，鋁材的2/3，其強度是硬質聚氯乙烯的十倍，絕對強度大大超過鋁材，達到普通鋼材的1.7倍。

四、石油石化傳統(tǒng)防雷和現(xiàn)代智能防雷對比

傳統(tǒng)防雷現(xiàn)代智能防雷監(jiān)控管理無智能化智能防雷系統(tǒng)有效實現(xiàn)全局監(jiān)控管理，形成總部與各站點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、無污染雷電預警通過天氣預報或本地氣象部門的信息為依據(jù)，不能精確知道雷電出現(xiàn)的具體時間和地點無智能預警效果采用新型預警閃電定位系統(tǒng)，實現(xiàn)自動自我監(jiān)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能在20分鐘前精確知道閃擊地點并做出是否有帶電降水和強電場到達本站的預警提示安全與隱患消除接地電阻通過第三方檢測機構進行付費年檢，一年兩次檢測。檢測中可能會出現(xiàn)人為因素。在不影響防雷接地效果和設施的正常運行下，實時檢測接地電阻，通過無線通信傳輸實現(xiàn)遠程檢測浪涌保護器電氣和電子設備一般安裝傳統(tǒng)的SPD，使用情況需專業(yè)人員在切斷設備使用的情況下通過儀器進行對比分析給出檢測結果并不能給出使用時間，更換時需暫停設備使用。業(yè)界首創(chuàng)專利智能SPD和智能SPD監(jiān)測系統(tǒng)，在現(xiàn)有SPD基礎上增加遠程監(jiān)測實現(xiàn)設備不中斷在線管理，當SPD出現(xiàn)損壞時有自動切換到備用線路的功能，對設備保護更加安全電氣線路部分安裝電氣火災監(jiān)控設備可與電氣火災監(jiān)控設備組網(wǎng)使用，也能能夠獨立實現(xiàn)對配電剩余電流、導線溫度等火災危險參數(shù)進行監(jiān)控和聲、光報警。接閃裝置使用傳統(tǒng)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，首先實現(xiàn)驅雷的效果，如果雷電強度太大無法斷開雷電通道時觸發(fā)引雷入地功能，能使雷電危害降到最小的一款產品。

五、對比分析

5.1通過對比發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)防雷維修和更換頻繁、經(jīng)濟成本高；

5.2通過對比發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)防雷沒有全局監(jiān)控管理功能，本方案設計的智能防雷系統(tǒng)有效實現(xiàn)全局監(jiān)控管理，形成總部與各站點共同防雷效果，消除安全隱患，提高對財產和人員的安全保護；

5.2與以往的雷電預警系統(tǒng)相比本方案采用的預警系統(tǒng)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(tǒng)引雷模式，起到驅雷效果，實現(xiàn)非引雷入地防雷；

5.4采用智能型浪涌保護器實現(xiàn)在線監(jiān)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品的使用效果和使用年限（30年），減少因使用年限和土質變化而經(jīng)常更換接地材料的麻煩，節(jié)約防雷成本；

5.6智能防爆靜電釋放器，采用的是語音提示和顯示屏數(shù)值顯示，使靜電釋放時更加直觀化，有利于對人體靜電和油罐車靜電的危害認識，達到被動變成主動防范的過程。

六、結論與建議

6.1通過傳統(tǒng)防雷和現(xiàn)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(tǒng)防雷3—5年更新一次，一次大約需要4萬元左右，按30年使用計算需要大約40萬元左右，而現(xiàn)代智能防雷系統(tǒng)使用壽命最低30年，一套費用大約9萬元，相比傳統(tǒng)防雷30年內可節(jié)省30多萬元的防雷費用支出。

石油石化需要一年兩次現(xiàn)場檢測，工作量大、費用高，大約檢測費用1萬元/年，而安裝智能防雷系統(tǒng)的石油石化檢測方便、數(shù)據(jù)真實可靠，只需讀取終端數(shù)據(jù)出檢測報告即可，大大降低人工成本，30年計算可節(jié)約20萬左右。

以30年算，智能防雷系統(tǒng)比傳統(tǒng)防雷可節(jié)約資金50萬元。

6.1.2安全和管理方面：傳統(tǒng)防雷基本是被動防雷不能實現(xiàn)全區(qū)域智能化防雷管理效果?，F(xiàn)代防雷體現(xiàn)主動防雷實現(xiàn)總監(jiān)控平臺對局部站點防雷管理的智能化、時效化、預知化、預防化，并可兼容其他總控平臺實現(xiàn)資源的合理化配置，智能防雷系統(tǒng)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(jiān)控平臺和完整的智能防雷終端設備，實現(xiàn)對全區(qū)域石油石化點防雷設備的實時管理和雷電預警對策的指令下達。

6.2.2各站點配備智能防雷終端支箱，根據(jù)當?shù)貧庀蠛偷乩砬闆r合理裝配智能防雷系統(tǒng)設備。

6.2.3建議各站點安裝智能雷電預警系統(tǒng)和驅雷器，防患于未然。