化工行業(yè)電磁流量計防雷技術(shù)規(guī)范與實施指南

一、行業(yè)背景與防雷必要性

   化工行業(yè)因其生產(chǎn)環(huán)境的易燃易爆特性，對電磁流量計的防雷性能提出更高要求。雷擊產(chǎn)生的直擊雷、感應(yīng)雷及雷電電磁脈沖（LEMP）可能導(dǎo)致設(shè)備損壞、數(shù)據(jù)失真甚至引發(fā)安全事故。據(jù)統(tǒng)計，75%的儀表故障源于瞬變過電壓，因此建立完善的防雷體系是保障化工生產(chǎn)安全的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

二、防雷設(shè)計核心規(guī)范

1. 遵循標(biāo)準(zhǔn)體系

• SH/T 3164-2021《石油化工儀表系統(tǒng)防雷設(shè)計規(guī)范》
  明確要求儀表防雷工程采用網(wǎng)型接地結(jié)構(gòu)，控制室儀表防雷接地電阻需≤10Ω，現(xiàn)場儀表接地電阻≤4Ω。

• GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》
  規(guī)定化工裝置區(qū)防雷分類標(biāo)準(zhǔn)，爆炸危險環(huán)境（0區(qū)、1區(qū)）劃為第一類防雷建筑物，需設(shè)置獨立接閃器與引下線系統(tǒng)。

• GB 50257-2014《爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電氣裝置施工及驗收規(guī)范》
  強制要求防爆區(qū)電氣設(shè)備選型與接地系統(tǒng)符合隔爆型、增安型等防爆標(biāo)準(zhǔn)。

2. 防雷等級劃分

三、關(guān)鍵防雷技術(shù)措施

1. 外部防雷系統(tǒng)

• 接閃裝置

• 高塔、料倉等金屬構(gòu)架直接作為接閃器，壁厚≥4mm的儲罐無需額外接閃桿。

• 放空管需安裝阻火器并與接地裝置可靠連接，避免雷擊引燃排放介質(zhì)。

• 引下線與接地

• 采用熱鍍鋅扁鋼（≥40×4mm）構(gòu)建網(wǎng)型接地體，間距≤30m，沖擊接地電阻≤30Ω。

• 接地極埋深≥0.8m，與化工管廊、設(shè)備基礎(chǔ)鋼筋實現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)。

2. 內(nèi)部防雷保護

（1）電源系統(tǒng)防護

• 分級電涌保護

• 一級防護（總配電室）：安裝100kA通流容量的B級SPD（如DEHNport系列），連接至獨立接地極。

• 二級防護（控制室）：采用40kA C級SPD，與一級SPD間距≥10m，避免反射過電壓。

• 接地隔離

• 電源線與信號線分槽敷設(shè)，金屬橋架全程接地，間距≤3m設(shè)置接地連接點。

（2）信號系統(tǒng)防護

• 電纜屏蔽與敷設(shè)

• 信號電纜采用雙層屏蔽結(jié)構(gòu)（鋁箔+銅絲網(wǎng)），外屏蔽層單端接地（控制室側(cè)），內(nèi)屏蔽層兩端接地。

• 埋地電纜穿鍍鋅鋼管保護，架空段使用全封閉鋼板電纜槽，槽體每5m接地一次。

• 電涌防護器選型

• 模擬量信號（4-20mA）選用響應(yīng)時間≤1ns的信號SPD，安裝于儀表端子箱內(nèi)。

• 現(xiàn)場總線（如PROFIBUS）采用專用總線電涌保護模塊，插入損耗≤0.5dB。

（3）本質(zhì)安全系統(tǒng)防護

• 隔爆型設(shè)備要求

• 電纜引入裝置需具備Ex d防爆認(rèn)證，密封墊圈厚度≥2mm，壓緊螺母扭矩符合制造商規(guī)范。

• 備用電池艙需獨立接地，避免與電路形成電位差。

• 接地系統(tǒng)特殊性

• 本安回路接地與防雷接地分開設(shè)置，間距≥5m，防止雷擊電流干擾本質(zhì)安全性能。

四、典型安裝案例分析

案例1：某煉油廠常減壓裝置

• 問題：夏季雷暴導(dǎo)致電磁流量計頻繁故障，數(shù)據(jù)波動超5%。

• 解決方案

1. 改造接地系統(tǒng)：將原單點接地改為網(wǎng)型結(jié)構(gòu)，接地電阻從15Ω降至3Ω。

2. 信號電纜更換為DR2X2.5mm2雙屏蔽電纜，外屏蔽層接控制室地排。

3. 電源側(cè)加裝DEHNport B+C級復(fù)合SPD，響應(yīng)時間25ns，殘壓≤1.5kV。

• 效果：雷擊后設(shè)備完好率100%，測量誤差穩(wěn)定在±0.3%。

案例2：化工園區(qū)污水排放計量站

• 防爆需求：站房位于1區(qū)爆炸危險環(huán)境，需滿足Ex d IIB T4防爆等級。

• 實施要點

• 儀表箱體采用304不銹鋼材質(zhì)，壁厚2.5mm，與接地系統(tǒng)做等電位聯(lián)結(jié)。

• 傳感器信號線穿鍍鋅鋼管埋地敷設(shè)，鋼管深度≥0.7m，兩端做防水密封處理。

• 配置本安防爆型電涌保護器，通過GB3836.4認(rèn)證，故障狀態(tài)下自動斷開電源。

五、運維與檢測要求

1. 定期檢測項目

2. 雷擊后應(yīng)急處理

• 立即斷開電源，檢查SPD是否損壞（觀察窗口是否變紅）。

• 使用兆歐表檢測電纜絕緣，重點排查接地連接點腐蝕情況。

• 對受雷擊影響的設(shè)備進行校準(zhǔn)，確認(rèn)零點漂移是否超限。

六、技術(shù)創(chuàng)新趨勢

1. 智能SPD監(jiān)測：集成溫度傳感器與無線通信模塊，實時上傳劣化數(shù)據(jù)至DCS系統(tǒng)。

2. 動態(tài)接地補償：采用鋅包鋼接地極與降阻劑，適應(yīng)土壤電阻率季節(jié)性變化。

3. 光纖防雷技術(shù)：在超高危區(qū)域使用光纖信號傳輸，徹和底隔離電磁干擾。

七、結(jié)論

       化工行業(yè)電磁流量計的防雷設(shè)計需構(gòu)建“接閃-分流-等電位-屏蔽"四位一體防護體系。通過嚴(yán)格執(zhí)行SH/T 3164、GB 50057等規(guī)范，結(jié)合網(wǎng)型接地、分級SPD、本質(zhì)安全接地等核心技術(shù)，可有效降低雷擊風(fēng)險。企業(yè)應(yīng)建立防雷設(shè)備全生命周期管理機制，確保從設(shè)計、施工到運維各環(huán)節(jié)符合防爆與防雷雙重標(biāo)準(zhǔn)，最終實現(xiàn)安全生產(chǎn)與計量精準(zhǔn)的雙重目標(biāo)。

（注：本文技術(shù)參數(shù)綜合SH/T 3164-2021、GB 50057-2010等標(biāo)準(zhǔn)，具體實施需結(jié)合設(shè)備廠商說明書及環(huán)境風(fēng)險評估報告調(diào)整。）