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解决方案
煤化工系统整体防雷解决方案
      近年来,由于受国际原油、天然气价格上涨以及国内油气资源不足、石油进口日益啬的影响,加速发展煤化工已成为煤炭和化工行业关注的热点。中国煤焦、煤气化制合成氨等传统煤化工行业均呈现出快速发展的态势,煤炭液化合成油、气化合成醇醚燃料、以及煤化工联产等新型煤化工技术研究与产业化也在启动发展中,中国正在向成为世界最大的煤化工业国家迈进。与此同时,由于煤化工系统是典型的自动化集成系统,各种自动化设备普遍存在绝缘强度低、过电压和过电流耐受能力差、对电磁干扰敏感等弱点,一旦设备受到直接雷击或其附近区域发生雷击,雷电过电压、过电流和脉冲电磁场会通过供电线、信号线、电缆汇线槽、穿线管等途径到达设备,威胁设备的正常工作和安全运行。如果防护不当,轻则使设备工作失灵,重则使设备永久性损坏,严重时还可能造成人员伤亡、生产事故。因此,现代煤化工系统的设计必须高度重视防雷系统的设计。

1、直击雷防护和地网系统

煤化工基地如甲醇生产基地、酸酯生产基地等一般都处于煤矿基地附近,地势平坦空旷,易遭受直击雷的侵袭,煤化工产品的生产属易燃易爆环境,因此对直击雷应作为重点防范对象。直击雷防护依照国家标准GB50057-94《建筑物防雷设计规范》设计和施工,煤化工基地“具有2区或11区爆炸危险环境的建筑物;工业企业内有爆炸危险的露天钢质封闭气罐”属于第二类防雷建筑物,主要采用避雷针、网、带及可靠的接地系统,使得被保护范围内建筑物、设备不受雷击的破坏,给基地提供一个安全可靠的生产环境。
在煤化工基地四周设置多支独立避雷针,其目的是在区域外围形成一道屏障,拦截和吸引雷云。让雷电在区域外围接闪,减少雷电在区域内的接闪几率,将雷电对设备元件的影响降到最低。避雷针的保护范围按照滚球法计算(第二类防雷建筑物滚球半径取45米),在避雷针附近应构筑接地网,并设置引下线与地网可靠连接。如下图所示:
      一个良好的接地系统是保护人身、设备安全、系统稳定工作的重要保证,也是防雷系统的重要基础。特别是在强雷区,一个合理的接地系统能更快的泄放雷电流,降低残压,防止地电位反击事故,有效地降低雷害威胁。在厂区范围敷设环形接地极,连接避雷针,地网的设置可参考地网工程设计。
地网工程设计:
       1、接地体材料的选择:接地体的材料一般采用钢材(角钢、扁钢、圆钢或钢管等),本方法推荐的材料及规格如下:垂直接地体采用50*50*5(mm)等边角钢;水平连接导体采用40*4(mm)扁钢。要求角钢和扁钢进行热镀锌处理。
       2、敷设方法(见下图所示)通常选取d=0.05m;b=0.04m;t=0.2m;a=5m
感应雷防护
       煤化工系统的感应雷防护就是对整个煤化工系统流程中电源系统、各部队自动控制系统、现场仪表、通讯系统以及临近系统的感应雷防护。主要包括各种微电子设备如中控机房设备、现场仪器仪表、办公楼网络机房、卫星通讯设备、监控设备以及其他重要易损坏的设备进行防护,对其电源、信号和天馈线路安装专用防雷器进行过电压防护以及线路屏蔽和机房等电位连接等。
电源系统的感应雷防护
       统计数据资料表明,微电子设备系统80%以上的雷害事故都是因为与系统相连的电源线路上感应的雷电冲击过电压造成的。因此,依据国际电工委员会标准IEC61312《雷电电磁脉冲防护》4.3条和国家标准GB50057《建筑物防雷设计规范》6.4条要求,按照防雷区界面划分对其电源系统进行多级保护,前级防雷器与后级防雷器应按照要求进行能量配合。
       整个电源系统按照功率流向的方向进行防护,低压总配电室(一级配电)设为电源防雷系统的第一级;厂区内各建筑物的大楼分配电(二级分配电)设为电源防雷系统的第二级;厂区内建筑物的楼层配电、网络机房配电、中控室配电、通讯室配电、监控机房、各种在线仪器仪表电源以及其他重要易损设备的电源(三级、四级分配电)设为电源防雷系统的第三级或第四级。
有防爆要求的环境应安装防爆型电源防雷器。所有防雷器均应可靠接地。
信号和天馈系统的感应雷防护
       信号和天馈系统的感应雷防护包括中控机房设备(PLC控制柜、环境监测设备等)、现场仪器仪表(流量计、压力仪、温度测试仪等)、办公楼网络机房(网络交换机、路由器、MODEM、服务器等)、卫星通讯设备(卫星接收机、无线发射机、TES设备等)、程控机房(程控交换机、配线架等)、监控设备(监控机房硬盘录象机、室外摄像头、控制云台)以及其他重要易损坏的设备进行防护。主要措施一般分为线路屏蔽和专用信号、天馈防雷器的安装。
       线路屏蔽方面:信号系统传输线主要使用光纤、双绞线以及同轴电缆。光纤不需要特别的防雷措施,但若室外的铠装光纤是架空的,那么需要将光纤的金属部分接地。双绞线、同轴电缆等容易感应雷电过电压的线路应与电源线路分开敷设在屏蔽线槽中,屏蔽线槽应良好接地;也可穿金属管敷设,金属管应全线保持电气上的连通,并用金属管两端应良好接地。
       专用信号、天馈防雷器的安装(信号、天馈防雷器选型原则参照《专用防雷器选型原则》)

对于程控机房和网络机房,应在电话线和网络信号线进入到交换机架和广域网路由器之前安装信号防雷器;在系统主干交换机、主服务器以及各分交换面、服务器的信号线入口处分别安装信号防雷器。

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