化工儀表接地技術在工程施工的應用

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摘要:針對化工儀表安全檢查過程中存在的返工現象，該文結合國家標準對接地的要求，以及接地的方式選擇和現場應用要求，通過對化工儀表防雷接地、工作接地、保護接地、防靜電接地的探討分析，提升化工儀表接地安裝施工的規范性和實用性，進一步設備材料節約成本。

關鍵詞:化工儀表;接地技術;安裝施工

安全檢查是近來為工廠安全生產、防止危險事故、消除事故隱患的措施之一。儀表防爆檢查、接地檢查是安全檢查的內容之一。所以，在工程竣工后，因為接地不符合防爆要求造成的返工較多。各類國家標準中對化工儀表接地的要求不盡相同，不同場合、不同防爆區的安裝方式也不同。如何能夠按標準施工，既達到接地的技術要求避免二次返工，又能夠節約設備材料成本是需要探討的問題。本文將針對化工儀表各類接地情況進行分析討論，提升化工儀表接地安裝施工的規范性和實用性。

1化工儀表防雷接地

1．1防雷接地施工要求

現場儀表遭受雷電影響，引起設備元器件擊穿損壞，導致儀表設備無法正常運行。在遭受雷擊的瞬間會有高壓電流，控制系統在此時會造成DCS控制系統的局部電壓過大。發生放電現象，現場儀表因燒壞而無法工作。在國標GB50057－2010建筑物防雷設計規范中，明確要求超高建筑物頂部或邊緣的節日裝飾彩燈、航空信號燈、氣象裝置、電子廣告牌等用電設備應根據建筑物的防雷類別釆取相應的防止電涌侵入的措施。沒有金屬設備外殼或金屬保護罩的設備應處在接閃器的保護范圍內。從配電箱至外圍的供電和信號線路應穿金屬保護鋼管。鋼管的一端應與配電箱和PE線相連;另一端應與設備的金屬外殼和金屬護罩相連，同時以最近距離和屋頂的防雷裝置連接。中間斷開的鋼管在安裝施工時，在兩端應設跨接線［1］。針對這個問題，在煙囪、高塔頂部安裝的氣象儀表裝置和監控裝置，必須進行接地，配套的配電箱、穿線管也要進行接地跨接。接地線應匯入防雷裝置的接地。穿線管的接地跨接方式一般使用8mm或6mm圓鋼進行焊接跨接或使用PE接地線進行螺栓緊固跨接。

1．2電涌保護器對防雷接地的作用

通過電氣設備廠家的儀表設備雷擊試驗和工程實踐充分表明，電涌保護器是保護儀表不受雷電電涌的沖擊，減少儀表損壞和相關損失最有效的措施。其它的防雷措施只能引導雷擊放電，卻不能對設備進行有效保護。電涌防護器在通信基站、航空管理系統、民用廣播通信系統、大型供配電設施應用較為廣泛。在化工儀表的防雷保護中，應用較少。電涌防護器是由非線性開關效應的電流泄放和電壓限制器件組成，是目前行業內唯一一個可以充分保護儀表不受雷擊損壞的防護設備。現場安裝的儀表設備，具有雷擊隱患的變送器、調節閥定位器、電子測量儀表、網絡通信設備或是對雷電電涌敏感承受力差的設備都應加裝電涌保護器。對于機械的開關量信號或熱電偶可以不用加裝電涌保護器。如果在控制室內安裝電涌保護器，應在進入控制柜內后首先連接電涌保護器，再連接二次儀表設備。連接電涌保護器后并不意味著控制柜或儀表設備的外殼保護箱可以不接地。在建筑物高處及頂部、存在雷擊隱患的場合，都應按照接地的標準和施工要求進行可靠的防雷接地。防雷接地加電涌保護器的雙保險，才是保證儀表設備不受雷擊電涌影響的可靠手段。

2防爆區對化工儀表接地的要求

2．1供電電壓對儀表外殼接地的要求

在SH/T3081－2019石油化工儀表接地設計規范中，與己經接地的金屬盤、臺、箱、柜、架等電氣接觸良好，或與其實施了導電連接的儀表和控制系統的外露導電部分可不另外實施保護接地。供電電壓低于36V的現場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱，可以不實施保護接地，但對于可能與高于36V電壓設備接觸的應實施保護接地。非本質安全系統的現場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱應實施保護接地，本質安全系統的現場儀表金屬外殼、金屬保護箱、金屬接線箱可不實施保護接地［2］。儀表與金屬設備接觸良好的概念從工程施工的角度來說，就是連接的部分為焊接或螺栓緊固連接，已經連接良好的不需要再單獨接地。同時供電電壓小于36V的儀表設備可以不接地。如果是非本質安全的儀表，或者供電電壓高于36V的儀表設備，就必須接地。在實際的施工中，儀表盤、柜、箱已經接地的，與之相連的儀表設備無需再次接地。對于供電電壓大于36V的電磁流量計、電動執行器等，就必須使用PE電纜單獨對儀表外殼進行接地。36V是人身安全電壓，并非爆炸性環境的安全電壓，爆炸性環境的接地實施可以本安和非本安進行區分。

2．2爆炸環境中的儀表接地

在GB50257－2014《爆炸和火災危險環境電氣裝置施工及驗收規范》在爆炸危險環境的電氣設備的金屬外殼、金屬構架、安裝在已接地的金屬結構上的設備、金屬配線管及其配件、電纜保護管、電纜的金屬護套等非帶電的裸露金屬部分，均應接地［3］。根據現行國家標準GB50058《爆炸危險環境電力裝置設計規范》的有關規定進行修訂，在爆炸危險環境內的所有電氣設備的金屬外殼，無論是否安裝在已接地的金屬結構上都應接地。為保證人民生命財產安全，將此條列為強制性條文［4］。按照要求，無論是否是本安型電氣設備，都需要對外殼、金屬構架和電纜保護管進行接地，每一臺電氣設備都要接地。電氣設備的接地按照要求進行，那么在電力設備框架內的儀表設備，按照電氣設備的要求進行接地，單獨使用PE電纜接地。在防爆區的電氣儀表設備不認可自然接地，而大多數的儀表標準認可自然接地。同時，GB50257－2014上述要求沒有區分電壓等級，也就是說對于所有電壓等級，在爆炸危險環境的電氣儀表設備的外殼均需接地。無論是從防爆原理和工程實際，該規范的此項規定都明確了必須接地。

3化工儀表保護接地

保護接地就是安全接地，用于控制系統的控制柜、儀表盤的接地，可以保證儀表維護人員的人身安全。儀表的金屬部分和不帶電的金屬元件若出現絕緣不良或損壞的情況，會導致儀表設備外殼會處于帶電運行的狀態。一旦接地保護措施沒有和總地線相連接，會引發儀表維護人員或操作人員接觸金屬外殼而發生觸電人身傷害事故。因為設備中的保護接地的電阻值小于人體本身的電阻值，設備外殼出現的漏電電流會經保護接地而釋放，對人體起到防止觸電的保護作用。控制柜安裝時，柜體底部與金屬底座使用絕緣皮隔開，單獨使用接地電纜匯入控制室的總接地排。每臺控制柜分別單獨進行接地。控制室入口防火門外側安裝人體靜電釋放器，該靜電釋放器和控制室的總接地排相連。儀表橋架內接地排和控制室內接地總排相連。供電電壓大于36V的單臺儀表外殼使用PE電纜單獨進行接地，防止人身傷害。

4化工儀表工作接地

工作接地施工中包括了電纜屏蔽層接地和儀表信號回路的接地。屏蔽層接地通常應用于控制室內，現場單臺儀表屏蔽層不接地，控制室穿線口進行多臺儀表的屏蔽層編織接地，可以有效減少電磁干擾的產生。比如電焊設備、大型機泵和用電設備的高壓干擾等。

5化工儀表的防靜電接地

5．1靜電釋放的危害和防靜電接地的施工

集散控制系統在運行中會產生一定的靜電，這些靜電存在于金屬外殼、金屬支架和電氣元器件上，靜電的釋放將引起控制系統各設備的故障損壞，發生較嚴重的干擾。為了避免靜電釋放對DCS控制系統的運行性能的影響，在工程施工中就要按照施工標準安裝防靜電接地措施，并符合技術要求。防靜電接地的措施主要由防靜電地板、靜電釋放器、工作臺接地、放人體靜電工作手環等所做的防靜電接地。在儀表維護人員檢修控制柜時，人體本身攜帶的靜電會通過工具傳導到儀表設備上，造成干擾和損壞。控制柜的防靜電工作手環，就是為了避免檢修中人體靜電對儀表設備的影響。SH/T3097－2017《石油化工靜電接地設計規范》［5］中5．3．4條款規定:當金屬法蘭采用金屬螺栓緊固時，通常可不另設靜電跨接連接線，但應保證至少有兩個金屬螺栓具有良好的導電接觸面。氫氣、氧氣、液氨、液氫等管道上的法蘭連接處應采用金屬線跨接。跨接電阻應小于0．03Ω。在正常環境情況下，管道法蘭等處的接觸電阻在0．03Ω以下，如果反生螺栓腐蝕生銹或松動，會導致電阻過大，將有可能發生靜電或雷擊火花，發生火災和爆炸事故，為防止管道上法蘭兩端由于連接不良或金屬銹蝕，使接觸電阻增大。

5．2化工儀表法蘭的接地要求

法蘭配套的金屬螺栓及墊片是良好的導體，可實現導電連接。在電磁流量計、質量流量計、渦街流量計、程控閥比較適用，此方式需要考慮環境對法蘭、螺栓材質的腐蝕影響。對于很多現場環境都會采取防腐措施，例如:涂刷防銹漆、鍍鋅、表面處理等。應評估防腐措施對于導電的影響，不可采用去除防腐措施的方法提高導電性能，可以采用通過螺栓實現導電連接的場合如下:(1)非腐蝕環境。例如:干旱地區、非鹽鹵環境地區;(2)耐腐蝕材料的法蘭、螺栓。例如:耐工藝介質腐蝕的不銹鋼;(3)導電的防腐措施。例如:導電的防腐涂層或鍍層。

5．3通過螺母壓接接地片實現等電位連接

通過法蘭配套的螺栓螺母壓接金屬連接片，連接片壓接跨接導線實現導電連接。應采用防腐蝕的金屬配伍或與法蘭螺栓材質相同的連接片。

5．4設置“接地附件”實現導電跨接

在腐蝕環境采取防腐措施的法蘭螺栓連接不能實現導電連接時，建議采用設置專用“接地附件”或過渡連接件的方式。5．5使用螺栓防腐膠對法蘭導電跨接需要關注法蘭螺栓本身的導電，不是所有的法蘭都需要另加導電連接。法蘭連接還應當注意腐蝕問題，需要采取相應的防腐措施。有些標準規范規定的0．03Ω連接電阻不是靜電防護、雷電防護導電跨接的必然需要。靜電電荷流通的電阻是103～106量級，雷電流是數kA量級的。非腐蝕環境，法蘭螺栓連接具有良好導電性時，優先采用螺栓連接實現等電位連接。在某些場合可以采用接地附件的方法進行導電跨接。

6結束語

通過對化工儀表防雷接地、工作接地、保護接地、防靜電接地的探討分析，按照不同的防爆要求進行合理的設計施工，避免出現返工浪費和不合規的二次整改，進一步提升化工儀表接地安裝施工的規范性和實用性，節約設備材料成本。

參考文獻:

［1］中國機械工業聯合會．建筑物防雷設計規范:GB50057－2010［s］．

［2］中國石化工程建設有限公司．石油化工儀表接地設計規范:SH/T3081－2019［s］．

［3］中國電力企業聯合會．爆炸和火災危險環境電氣裝置施工及驗收規范:GB50257－2014［s］．

［4］中國工程建設標準化協會化工分會．爆炸危險環境電力裝置設計規范GB50058－2014［s］．

［5］中國石化工程建設有限公司．石油化工靜電接地設計規范:SH/T3097－2017［s］．

［6］安詩玉．石油化工儀表系統的接地設計［J］．化工管理，2021(09):123－124．

［7］葉向東．儀表及控制系統防雷工程設計［J］．石油化工自動化，2020，56(06):1－9．

［8］丁捍道．化工儀表及控制系統接地技術措施［J］．石化技術，2019，26(11):44－45．

作者：劉景華 單位：河南心連心化學工業集團股份有限公司