危险化工厂的雷电与静电防护

危险化工厂的雷电与静电防护

摘要：本文结合相关雷电、静电理论及最新相关规范，以及在本地生态化工园进行防雷检测、整改设计施工实际工作中的一些经验与体会，阐述了危险化工厂在存储和运输方面存在很大的雷击感应或静电感应安全隐患，对危险化工厂的雷电与静电防护措施进行了具体说明：①根据“爆炸危险场所划分图”分别设置防直击雷，防雷电感应和防雷电波侵入措施；②采取接地、等电位连接两项措施以防雷电感应；③化工厂生产装置要严格接地；④静电接地系统静电接地电阻值不应大于160Ω。专设的静电接地体的对地电阻值不应大于100Ω，在山区等土壤电阻率较高的地区，其对地电阻值也不应大于1000Ω。

关键词：爆炸危险场所；雷电；静电；等电位连接

引言

阜宁位于江淮平原中部，东经119·27〞至119·28〞，北纬33·26〞至33·59〞，我县属北亚热带向暖温带过渡气候，年平均气温14.73℃，年雷暴日数32天，年平均降水量994.1mm，地下水深1.6m。阜宁生态化工园位于阜宁西郊，2003年下半年阜宁生态化工园基本建成后，国内外知名化工企业纷纷落户生态化工园，随着化工行业不断发展，中小型化工厂日益增多，化工厂潜在的雷击、静电感应危险性在增加，2005年秋季该化工园就发生了一起静电感应引发爆炸的安全事件，化工园的安全工作越来越得到相关部门的重视。近两年来，我们加强了园区的防雷安全检测工作，发现存在不少安全隐患。在实际工作中，我们针对危险化工厂区的建筑物、设备存在的隐患，参照相关技术规范采取了有效的防护措施，以达到防雷、消除静电的目的。引申到常见危险化工厂的雷电与静电防护措施，供借鉴参考。

1 加强危险化工厂雷电与静电防护的必要性

目前，生产化工产品的原料有天那水（品种繁多）、白电油、硝化棉、甲醇、铝粉、乙酸异丁酯、硫磺、丙酮、各种生胶、再生胶、油脂有机药品等，且多为多为甲、乙类液体或固体，属于《常用危险化学品的分类及标志》（ GB13690-92）前五类的物品，均属可燃、助燃或易爆物质，这些物质在生产与经营过程中，当建（构）筑物遭受雷击后，会引发大功率雷电放电，形成电火花引起燃烧或爆炸，造成巨大的破坏和人身伤亡。同样化工产品及橡胶制品中的涂胶作业、成型作业及运输途中，都会产生大量的静电荷，其电压可达几万伏，一旦放电，可引燃有机粉尘和化学易燃品，造成火灾和爆炸事故。在电气工程技术中，对化工厂采取必要的防雷、防静电措施不容忽视。

2 危险化工厂区的防雷设施布置

2.1化工企业基本特点

化工原材料大多易燃易爆，火灾、爆炸危险性极大。根据我国的《建筑物防雷设计规范》GB50057－94（2000版）、IEC79－10标准、《石油化工企业设计防火规范》GB 50160—92、《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》GB50058－92和《石油化工静电接地设计规范》SH3097－2000等相关规定，中小型化工厂应属于第二类防雷建筑物。我们可按厂区环境特点绘出“爆炸危险场所划分图”，再按划分图分别设置防直击雷，防雷电感应和防雷电波侵入措施，具体有如下布置。

2.2防直击雷措施

⑴为了保护化工厂内建筑物、设备避免雷击放电形成电火花引起爆炸，需设置接闪器，接闪器由多种设施组合而成，包括独立避雷针与安装在建筑物上的避雷带。避雷针、避雷带保护范围采用“滚球”计算法，其具体计算过程参见《建筑物防雷设计规范》GB50057－94（2000版）附录四。要确保建筑物、设备处于接闪器的保护范围内。

⑵化工厂排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、安全阀、呼吸阀、排风管等的管口外的以下空间应处于接闪器的保护范围内，当有管帽时应按表2.1.1确定;当无管帽时，应为管口上方半径5m的半球体。接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。

表2.1.1:有管帽的管口外处于接闪器保护范围内的空间隔

⑶化工厂可燃气体（蒸汽）的放空管、溶剂罐呼吸阀出口处应设置阻火器。

⑷化工车间、仓库建筑物天面上各种金属设备、构架均应就近与防雷接地装置作可靠等电位连接。

⑸化工溶剂罐（油罐）需装设防直击雷设备

①贮存易燃、可燃物品的油罐，其金属壁厚度小于4mm时，应设防直击雷设施（如安装避雷针）；

②装有阻火器的甲B、乙类可燃液体地上固定顶罐，其顶板厚度大于、等于4mm时，按《石油库设计规范》GB 50074—2002第14.2.3条规定，可不装设防直击雷设备。但在多雷区(注)，当油罐顶板厚度大于、等于4mm时，仍可装设防直击雷设备。

注：多雷区通常指年雷暴日大于40天的地区。

③固定顶金属容器附件(如呼吸阀、安全阀)必须装设阻火器；

④所有金属油罐必须作环型防雷接地，接地点不小于两处，其间弧形距离不大于30米；

⑤罐体装有避雷针或罐体作接闪器时，接地冲击电阻不大于10欧；

⑥浮顶金属油罐可不装设防直击雷设备，但必须用两根截面不小于25mm2的软铜绞线将浮船与罐体作电气连接。其连接点不应小于两处，连接点沿油罐周长的间距不应大于30m；

⑦贮存易燃、可燃油品的非金属油罐应设置防直击雷设施；

⑧丙类液体储罐，可不设避雷针、线，但必须设防感应雷接地；

⑨非金属油罐必须装设阻火器和呼吸阀。油罐的阻火器、呼吸阀、量油孔、人孔、透光孔、法兰等金属附件必须严密并作接地。它们必须在防直击雷装置的保护范围内。

2.3防雷电感应措施

雷电感应的危险在于它可能出现感应出相当高的电压，由此发生火花放电引发爆炸事故。防雷电感应措施是化工厂防雷一个重要环节，主要是采取接地、等电位连接两项措施：

⑴在实际操作中，化工生产车间、存放易燃易爆危险品仓库内利用建筑物柱主筋（需经测试，并接地良好的）设置环形接地汇集排（兼作静电接地干线），为改进电磁、静电环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属构件、设备货架、防静电接地和金属门窗框架均应就近与接地汇集排作可靠等电位连接，但第一类防雷建筑物的独立避雷针及其接地装置除外。见图2.1.2。此环形接地汇集排能起到两种作用：一是当直击雷在避雷针（线）、带接闪后，雷电流漏放入地时，闭合环形接地体的均衡作用，使闭合圈内不受雷电流影响而出现电位梯度现象；二是在此环境的设备在雷电活动过程中所感应到的高电压，其在雷击过后也要对地放电，闭合环形接地体能使其界内电位保持平衡。从而使车间、仓库内设备、金属构架和部件在雷击放电或感应的高电压时，在放电过程中不至于发生击穿而出现电火花现象，从而确保车间、仓库安全。

图2.1.2：一钢筋混凝土建筑物内等电位连接的例子

1──电力设备；2──钢支柱；3──立面的金属盖板；4──等电位连接点；5──用电设备；6──等电位连接带；7──混凝土内的钢筋；8──基础接地体；9──各种管线的共用入口。

⑵为防止电磁感应产生火花，平行敷设的长金属物如管道、构架和电缆外皮等，其相互间净距小于100mm时应每隔20～30m用金属线跨接。净距小于100mm的交叉处及管道连接处（如弯头、阀门、法兰盘等），应用金属线跨接，但长金属物连接处可不跨接。

2.4防雷电波侵入的措施

随着雷电产生的雷击电磁脉冲，以静电感应和电磁感应的方式，通过信号电缆、电源电缆、通信电缆等途径将雷电波引入，会对化工厂内的电子、信息、控制设备（PLC系统、DCS系统等）正常运行造成严重破坏和危害，甚至引起火灾和爆炸。当低压线路全长采用埋地电缆或敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆金属外皮、金属线槽接地；低压架空线应改换一段埋地金属铠装电缆或护套电缆穿钢管直接埋地引人，其埋地长度应符合L≥2 （式中 L —金属错装电缆或护套电缆穿钢管埋于地中的长度(m); 埋电缆处的土壤电阻率(Ω.m)）表达式的要求，但电缆埋地长度不应小于15m。入户端电缆的金属外皮、钢管应与防雷的接地装置相连。在电缆与架空线连接处尚应装设电涌保护器（SPD）。电涌保护器（SPD）、电缆金属外皮、钢管和绝缘子铁脚、金具等应连在一起接地，其冲击接地电阻不应大于10Ω。可燃液体储罐的温度、液位等测量装置，应采用铠装电缆或钢管配线，电缆外皮或配线钢管至少双端与罐体或防雷电感应接地装置作电气连接。化工厂内电子信息系统、弱电控制设备应按照GB50057-94(2000年版)中第六章要求在作好直接、间接损失评估和建设、维护投资预测后，认真分析综合考虑，做到安全、适用、经济，合理设置防雷击电磁脉冲措施，具体可采用屏蔽、接地、等电位连接、合理布线、加装电涌保护器（SPD）等方法。这些措施应联合使用，互相配合，各行其责、缺一不可。国家石油和化学工业局于2000年发布的《仪表系统接地设计规定》（HG/T 20513－2000）对屏蔽电缆的接地，规定一端接地，另一端悬空。但单端接地只能防静电感应，不能防雷击电磁脉冲所感应出的高电压，

所以从防雷的角度上讲，在此情况下，应采用绝缘隔开的双层屏蔽，内层屏蔽仍一端接地，外层屏蔽至少在两端作接地处理。

3 危险化工厂防静电设施布置

3.1化工厂生产装置的接地

化工厂生产装置在防爆区域内的所有金属设备、管道、储罐等都应设置静电接地措施，具有火灾爆炸危险的场所，在生产过程中静电对产品质量有影响的情况下，以及静电危害人身安全的作业区，所有的金属用具及门窗零部件、移动式金属车辆、梯子等均应设计防静电接地。

3.2具体的接地措施

⑴化工厂可燃气体、液化烃、可燃液体的管道在下列部位，应设静电接地设施：进出装置或设施处；爆炸危险场所的边界；管道泵及其过滤器、缓冲器等。

⑵化工厂可燃液体、液化烃的装卸栈台和码头的管道、设备、建筑物、构筑物的金属构件和铁路钢轨等(作阴极保护者除外)，均应作电气连接并接地。

⑶汽车罐车、铁路罐车和装卸栈台，应设静电专用接地线。

⑷在爆炸危险区范围内的转动设备若必须使用皮带传动，应采用防静电皮带。

⑸静电接地干线和接地体应与其它用途的接地装置综合考虑，统一布置。可利用保护接地干线、防雷电感应接地干线作为静电接地干线使用，否则应专门设置静电接地干线和接地体。接地干线和接地体材质宜选用耐腐蚀材料，当选用镀锌钢材时，钢材规格可按表3.6.1选用。

表3.6.1:静电接地支线、连接线的最小规格

注：括号内数字为2类腐蚀环境中用钢材的推荐规格。

⑹静电接地支线和连接线，应采用具有足够机械强度、耐腐蚀和不易断线的多股金属线或金属体，规格按表3.7.1选用。

表3.7.1 :静电接地支线、连接线的最小规格

⑺在生产加工、储运过程中，设备、管道、操作工具及人体等，有可能产生和积聚静电而造成静电危害时，应采取静电接地措施。

⑻接地端子与接地支线连接，应采用下列方式：固定设备宜用螺栓连接；有振动、位移的物体，应采用挠性线连接；移动式设备及工具，应采用电瓶夹头、鳄式夹钳、专用连接夹头或磁力连接器等器具连接，不应采用接地线与被接地体相缠绕的方法。

3.3 静电接地的连接应符合下列要求：

⑴ 当采用搭接焊连接时，其搭接长度必须是扁钢宽度的两倍或圆钢直径的六倍；

⑵ 当采用螺栓连接时，其金属接触面应去锈、除油污，并加防松螺帽或防松垫片。

⑶ 当采用电池夹头、鳄式夹钳等器具连接时，有关连接部位应去锈、除油污。

⑷静电接地系统静电接地3.10静电接地系统的接地电阻值不应大于160Ω。专设的静电接地体的对地电阻值不应大于100Ω，在山区等土壤电阻率较高的地区，其对地电阻值也不应大于1000Ω。

⑸当其它接地装置兼作静电接地时，其接地电阻值应根据该接地装置的要求确定。防雷电感应接地装置可与防静电接地装置联合设置，接地电阻按防雷电感应接地电阻确定。

⑹具体到固定设备、储罐、管道系统、汽车站台与罐车、粉体加工与储运设备、气体与蒸汽的喷出设备、化纤设备和人体静电均应参照《防止静电事故通用导则》（GB12518－90）和《石油化工静电接地设计规范》（ SH3097－2000）中规定设置。

4 结束语

作为化工行业一个重要组成部分的中小型化工厂，虽说在生产条件和设备相对简陋，但其存储和运输方面涉及范围广，而且大多离居民区、非化工工业区很近，一旦因雷击或防静电事故发生火灾和爆炸事故，后果不堪设想。因此，中小型化工厂必须设置符合国家及行业规范中要求的防雷、防静电措施。