化工仪表接地技术在工程施工中思考

2022-09-21 16:45:19 来源:写作指导

摘要:针对化工仪表安全检查过程中存在的返工现象,该文结合国家标准对接地的要求,以及接地的方式选择和现场应用要求,通过对化工仪表防雷接地、工作接地、保护接地、防静电接地的探讨分析,提升化工仪表接地安装施工的规范性和实用性,进一步设备材料节约成本。

关键词:化工仪表;接地技术;安装施工

0引言

安全检查是近来为工厂安全生产、防止危险事故、消除事故隐患的措施之一。仪表防爆检查、接地检查是安全检查的内容之一。所以,在工程竣工后,因为接地不符合防爆要求造成的返工较多。各类国家标准中对化工仪表接地的要求不尽相同,不同场合、不同防爆区的安装方式也不同。如何能够按标准施工,既达到接地的技术要求避免二次返工,又能够节约设备材料成本是需要探讨的问题。本文将针对化工仪表各类接地情况进行分析讨论,提升化工仪表接地安装施工的规范性和实用性。

1化工仪表防雷接地

1.1防雷接地施工要求

现场仪表遭受雷电影响,引起设备元器件击穿损坏,导致仪表设备无法正常运行。在遭受雷击的瞬间会有高压电流,控制系统在此时会造成DCS控制系统的局部电压过大。发生放电现象,现场仪表因烧坏而无法工作。在国标GB50057-2010建筑物防雷设计规范中,明确要求超高建筑物顶部或边缘的节日装饰彩灯、航空信号灯、气象装置、电子广告牌等用电设备应根据建筑物的防雷类别釆取相应的防止电涌侵入的措施。没有金属设备外壳或金属保护罩的设备应处在接闪器的保护范围内。从配电箱至的供电和信号线路应穿金属保护钢管。钢管的一端应与配电箱和PE线相连;另一端应与设备的金属外壳和金属护罩相连,同时以最近距离和屋顶的防雷装置连接。中间断开的钢管在安装施工时,在两端应设跨接线[1]。针对这个问题,在烟囱、高塔顶部安装的气象仪表装置和监控装置,必须进行接地,配套的配电箱、穿线管也要进行接地跨接。接地线应汇入防雷装置的接地。穿线管的接地跨接方式一般使用8mm或6mm圆钢进行焊接跨接或使用PE接地线进行螺栓紧固跨接。

1.2电涌保护器对防雷接地的作用

通过电气设备厂家的仪表设备雷击试验和工程实践充分表明,电涌保护器是保护仪表不受雷电电涌的冲击,减少仪表损坏和相关损失最有效的措施。其它的防雷措施只能引导雷击放电,却不能对设备进行有效保护。电涌防护器在通信基站、航空管理系统、民用广播通信系统、大型供配电设施应用较为广泛。在化工仪表的防雷保护中,应用较少。电涌防护器是由非线性开关效应的电流泄放和电压限制器件组成,是目前行业内唯一一个可以充分保护仪表不受雷击损坏的防护设备。现场安装的仪表设备,具有雷击隐患的变送器、调节阀定位器、电子测量仪表、网络通信设备或是对雷电电涌敏感承受力差的设备都应加装电涌保护器。对于机械的开关量信号或热电偶可以不用加装电涌保护器。如果在控制室内安装电涌保护器,应在进入控制柜内后首先连接电涌保护器,再连接二次仪表设备。连接电涌保护器后并不意味着控制柜或仪表设备的外壳保护箱可以不接地。在建筑物高处及顶部、存在雷击隐患的场合,都应按照接地的标准和施工要求进行可靠的防雷接地。防雷接地加电涌保护器的双保险,才是保证仪表设备不受雷击电涌影响的可靠手段。

2防爆区对化工仪表接地的要求

2.1供电电压对仪表外壳接地的要求

在SH/T3081-2019石油化工仪表接地设计规范中,与己经接地的金属盘、台、箱、柜、架等电气接触良好,或与其实施了导电连接的仪表和控制系统的外露导电部分可不另外实施保护接地。供电电压低于36V的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱,可以不实施保护接地,但对于可能与高于36V电压设备接触的应实施保护接地。非本质安全系统的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱应实施保护接地,本质安全系统的现场仪表金属外壳、金属保护箱、金属接线箱可不实施保护接地[2]。仪表与金属设备接触良好的概念从工程施工的角度来说,就是连接的部分为焊接或螺栓紧固连接,已经连接良好的不需要再单独接地。同时供电电压小于36V的仪表设备可以不接地。如果是非本质安全的仪表,或者供电电压高于36V的仪表设备,就必须接地。在实际的施工中,仪表盘、柜、箱已经接地的,与之相连的仪表设备无需再次接地。对于供电电压大于36V的电磁流量计、电动执行器等,就必须使用PE电缆单独对仪表外壳进行接地。36V是人身安全电压,并非爆炸性环境的安全电压,爆炸性环境的接地实施可以本安和非本安进行区分。

2.2爆炸环境中的仪表接地

在GB50257-2014《爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》在爆炸危险环境的电气设备的金属外壳、金属构架、安装在已接地的金属结构上的设备、金属配线管及其配件、电缆保护管、电缆的金属护套等非带电的裸露金属部分,均应接地[3]。根据现行国家标准GB50058《爆炸危险环境电力装置设计规范》的有关规定进行修订,在爆炸危险环境内的所有电气设备的金属外壳,无论是否安装在已接地的金属结构上都应接地。为保证人民生命财产安全,将此条列为强制性条文[4]。按照要求,无论是否是本安型电气设备,都需要对外壳、金属构架和电缆保护管进行接地,每一台电气设备都要接地。电气设备的接地按照要求进行,那么在电力设备框架内的仪表设备,按照电气设备的要求进行接地,单独使用PE电缆接地。在防爆区的电气仪表设备不认可自然接地,而大多数的仪表标准认可自然接地。同时,GB50257-2014上述要求没有区分电压等级,也就是说对于所有电压等级,在爆炸危险环境的电气仪表设备的外壳均需接地。无论是从防爆原理和工程实际,该规范的此项规定都明确了必须接地。

3化工仪表保护接地

保护接地就是安全接地,用于控制系统的控制柜、仪表盘的接地,可以保证仪表维护人员的人身安全。仪表的金属部分和不带电的金属元件若出现绝缘不良或损坏的情况,会导致仪表设备外壳会处于带电运行的状态。一旦接地保护措施没有和总地线相连接,会引发仪表维护人员或操作人员接触金属外壳而发生触电人身伤害事故。因为设备中的保护接地的电阻值小于人体本身的电阻值,设备外壳出现的漏电电流会经保护接地而释放,对人体起到防止触电的保护作用。控制柜安装时,柜体底部与金属底座使用绝缘皮隔开,单独使用接地电缆汇入控制室的总接地排。每台控制柜分别单独进行接地。控制室入口防火门外侧安装人体静电释放器,该静电释放器和控制室的总接地排相连。仪表桥架内接地排和控制室内接地总排相连。供电电压大于36V的单台仪表外壳使用PE电缆单独进行接地,防止人身伤害。

4化工仪表工作接地

工作接地施工中包括了电缆屏蔽层接地和仪表信号回路的接地。屏蔽层接地通常应用于控制室内,现场单台仪表屏蔽层不接地,控制室穿线口进行多台仪表的屏蔽层编织接地,可以有效减少电磁干扰的产生。比如电焊设备、大型机泵和用电设备的高压干扰等。

5化工仪表的防静电接地

5.1静电释放的危害和防静电接地的施工

集散控制系统在运行中会产生一定的静电,这些静电存在于金属外壳、金属支架和电气元器件上,静电的释放将引起控制系统各设备的故障损坏,发生较严重的干扰。为了避免静电释放对DCS控制系统的运行性能的影响,在工程施工中就要按照施工标准安装防静电接地措施,并符合技术要求。防静电接地的措施主要由防静电地板、静电释放器、工作台接地、放人体静电工作手环等所做的防静电接地。在仪表维护人员检修控制柜时,人体本身携带的静电会通过工具传导到仪表设备上,造成干扰和损坏。控制柜的防静电工作手环,就是为了避免检修中人体静电对仪表设备的影响。SH/T3097-2017《石油化工静电接地设计规范》[5]中5.3.4条款规定:当金属法兰采用金属螺栓紧固时,通常可不另设静电跨接连接线,但应保证至少有两个金属螺栓具有良好的导电接触面。氢气、氧气、液氨、液氢等管道上的法兰连接处应采用金属线跨接。跨接电阻应小于0.03Ω。在正常环境情况下,管道法兰等处的接触电阻在0.03Ω以下,如果反生螺栓腐蚀生锈或松动,会导致电阻过大,将有可能发生静电或雷击火花,发生火灾和爆炸事故,为防止管道上法兰两端由于连接不良或金属锈蚀,使接触电阻增大。

5.2化工仪表法兰的接地要求

法兰配套的金属螺栓及垫片是良好的导体,可实现导电连接。在电磁流量计、质量流量计、涡街流量计、程控阀比较适用,此方式需要考虑环境对法兰、螺栓材质的腐蚀影响。对于很多现场环境都会采取防腐措施,例如:涂刷防锈漆、镀锌、表面处理等。应评估防腐措施对于导电的影响,不可采用去除防腐措施的方法提高导电性能,可以采用通过螺栓实现导电连接的场合如下:(1)非腐蚀环境。例如:干旱地区、非盐卤环境地区;(2)耐腐蚀材料的法兰、螺栓。例如:耐工艺介质腐蚀的不锈钢;(3)导电的防腐措施。例如:导电的防腐涂层或镀层。

5.3通过螺母压接接地片实现等电位连接

通过法兰配套的螺栓螺母压接金属连接片,连接片压接跨接导线实现导电连接。应采用防腐蚀的金属配伍或与法兰螺栓材质相同的连接片。

5.4设置“接地附件”实现导电跨接

在腐蚀环境采取防腐措施的法兰螺栓连接不能实现导电连接时,建议采用设置专用“接地附件”或过渡连接件的方式。

5.5使用螺栓防腐胶

对法兰导电跨接需要关注法兰螺栓本身的导电,不是所有的法兰都需要另加导电连接。法兰连接还应当注意腐蚀问题,需要采取相应的防腐措施。有些标准规范规定的0.03Ω连接电阻不是静电防护、雷电防护导电跨接的必然需要。静电电荷流通的电阻是103~106量级,雷电流是数kA量级的。非腐蚀环境,法兰螺栓连接具有良好导电性时,优先采用螺栓连接实现等电位连接。在某些场合可以采用接地附件的方法进行导电跨接。

6结束语

通过对化工仪表防雷接地、工作接地、保护接地、防静电接地的探讨分析,按照不同的防爆要求进行合理的设计施工,避免出现返工浪费和不合规的二次整改,进一步提升化工仪表接地安装施工的规范性和实用性,节约设备材料成本。

作者:刘景华 单位:河南心连心化学工业集团股份有限公司