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硫酸装置防雷整改的实践与探讨

作时间:2019-10-10 15:58:04   来源:  编辑:

    1概述雷击是“不可抗拒力”的十大自然灾害之一,具有高电压、大电流、窄脉冲、不可预知等特点,给人类生命财产造成很大损失。特别是电子、信息、控制设备迅猛发展的30年,它的成灾率更高、影响更广、损失更巨大。所以雷灾是大家都要面对的一项重要课

    2威顿雷灾情况
    威顿(中国)化工有限责任企业有2套400kt/a硫磺制硫酸装置。其中一期投产于2003年7月,二期投产于2005年9月。2套装置均连续运行至今,其历年雷灾情况如表1。

 

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    一期DCS热电偶和热电阻卡件容易遭雷击,不排除这些卡件端子板防雷设计不好。从历史看,弱电系统是在几年一遇的暴雷情况下,雷害波及面才比较广,但一般不会造成停车。有的年份即使打雷,—台仪表也未损坏。
    二期则非常容易受雷雨天气影响。特别是主风机随机所配3台与调速保护有关的进口仪表,几乎遇雷必坏,并造成停车。当班人员不得不经常冒着大雷大雨处理突发的紧急情况,设备和人员的安全风险都极大。这些进口仪表又比较昂贵,有时并没有因其一发生损坏即采购新件更换,所以主风机又经常处于手动和解除联锁下运行,设备运行缺乏安全保障,装置也因风机速度不能自调而不停波动。总之,二期主风机仪表的雷灾问题成了整个装置的一个心病。

    3相关设计
    1)一期、二期装置正南北向布置,为两个约120m正方形拼接成的长方形,海拔904 ̄907m,年平均气压0.0911MPa,全年雷暴日50d。一期装置总体比二期装置高1.3米左右。
    2)防雷设计。一期、二期装置分别设置配电室,均为中低压(6kV/0.4kV)共用一个配电室,6kV配电中性点不接地,0.4kV低压配电系统采用三相五线制TN-S,均为工业用电二级负荷。一期低压配电未配置抗浪涌保护器;现场进入DCS通道共配置10个左右隔离器,为热电偶控制回路和电动实行头反馈信号所用。二期低压配电五处设置了抗浪涌保护器;现场进入DCS的模拟信号全部设置了隔离器。两套装置电气部分设置了多个接地站,然后联成接地网。
   3)接地电阻值。表2是某次各接地站接地电阻检测结果,其它频次的检测结果大同小异。

 

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    装置每年都请当地气象部门检测防雷设施,均是合格的。4)信号电缆单层屏蔽,热电偶补偿导线没有屏蔽。采用不带屏蔽层的玻璃钢桥架随工艺管廊架空敷设。设计上要求仪表供电电缆与信号电缆相互隔开,实际上混装的也不少。且随着时间的推移,桥架中间的金属隔板早已腐蚀成粉末。DCS系统采用一点接地原则,接地电阻要求小于4fl,不与电气接地相连。要求系统地桩与其他电气地桩或避雷地桩之间的距离大于15m,实际是否做到不详。4实践中的困惑企业的雷击损伤面虽然很广,但较令大家头疼的还是二期透平风机调速保护仪表的防雷问题,大家每每闻雷都惶惶不安。生产人员虽经常反映诉求解决这一问题,但因种种原因拖成了“大案久案”。2011年企业专题会讨论这一问题,虽然会上有不同意见和建议,但较终由笔者负责处理这一事务,
其实自己也是一头雾水,不知先从哪人手:
    1)雷灾是世界性难题。虽有如“智能型大气等离子避雷技术",在2002年联合国组织的国际发明博展会上,获得国际发明持别金奖。但个人仍然认为,多少年来都没有操作性强、适应面广、性价比高、具有突破性的防雷技术产生。
    2)装置都是专业设计院按规范设计,也是正规大型施工单位组织实施。设计或施工虽有差池但也不至于存在严重缺陷。即使有,设计选择本来存在弹性,已施工的隐蔽工程也难以去査证,更难以证明是因它们而导致的雷灾问题。
    3)笔者在接手该项工作以前,二期透平风机505调速器(9907-164)、超速保护器(VOITH/CTO-B45102)、电液转换器(VOITH/DSG-B07112)等已经做过防雷整改,增加了日本爱模企业的抗浪涌保护器(MD7ST、MDHA),直流供电回路和模拟信号回路均有,但似乎没有起到任何防雷作用。
    4)工程应用上有各种防雷抗干扰的设计施工标准,比如国际电信联盟标准(ITU—TK.39)、IEC标准(IEC61662)、国家标准(GB50343—2004)、气象行业标准(QX3—2000)、行业标准(SH3081—2003)..?,是否选择其中一个标准进行实施?以哪种标准中的哪些内容为主进行选择性实施?
    5)无论哪种标准、各种实践经验以及众多厂家的产品及其工程应用,基本都是围绕等电位联接、屏蔽技术、合理布线、防止反击、防雷区划分(LPZ)、电涌保护(SPD)等等开展进行,措施繁多。有甚者如:在建筑物四边墙内安装1.5mm厚钢板屏蔽接地,控制室建筑物顶部采用网状避雷网;采用双层屏蔽电缆;弱电系统间采取等电位接地;尽量用金属桥架,塑料桥架需要屏蔽层;弱电系统的电缆进室前尽量采用埋地方式;根据经验公式和假设计算建筑物和线缆遭直击雷的可能性,评定雷电防护等级,以之实施专门的防雷工程...以上诸多大家基本都没有那样做。对一个已经投人运行的装置而言,要实现不仅仅成本巨大,有些推倒重来肯定也不可行。
    6)—期、二期的烟囱为较高建筑物,高均约79m,两烟囱相距70m。一期烟囱与干吸、转化设施相邻,二期烟囱与主风机房之间隔了焚硫、转化和干吸设施。如果烟囱是较容易招引雷的话,无论直击雷还是感应雷,为什么较容易受伤的是二期主风机的调速保护仪表?一期烟囱的海拔高度比二期的还高1.3m的,所有抗浪涌保护器又从未有动作。

 

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    5整改历程及结果
    较终决定整改的地方还是选择了接地,认为这个是重点、切实可行、性价比高、一举多得,只不过根据实际情况作了因地制宜地处理。实施优化接地措施后有效果但很有限,于是又围绕烟囱优化了其接闪器及接地,钱花的多却几乎无效。较后转向只处理二期主风机的调速保护仪表抗浪涌器,没想到一发即中,不仅“彻底”解决了二期主风机遇雷必跳这个心病,整个装置防雷效果也有了根本性好转,至今已经“无雷灾”运行超过3年。

 

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    6讨论
    1)花钱多不一定防雷效果好。本装置如果按照高标准设计和实施防雷措施,花个几百万都是可能的,但不一定都有效,不排除有的还有反作用。
    2)有学者对目前接地电阻仪测量的结果并不认可。如果接地电阻并不可测,或者是测量误差极大,那就不能以接地电阻仪测量结果为主去评价防雷设施。
    3)像烟囱这样高耸的建筑物又与其它装置紧密相联,是否在防雷设计时保留一定的独立性?如何保留?为了保护装置,设计时到底是选择主动招惹雷还是尽量躲避雷,值得业界思考。
    4)与防雷有关的阐述很多,有的很权威,有的内容要求很苛刻,看起来都很有道理,但哪些较有用、哪些较适合自己却很难辨别,不排除还有许许多多的混淆视听者。威顿企业自制的抗浪涌保护电路也只不过用了几个常规电容和双向钳位二极管,505调速器的输出一套,二期主风机现场柜一套,当然也说不定真正起作用的还是其中的某一个元件。
    5)从威顿企业与雷作斗争的历程说明,复杂的东西要简化有时是很难的,还要和某些权威作斗争。笔者觉得现在业界对防雷技术的演绎有点过了,觉得重点应放在各产品自身防雷设计的改进上,而不是老想着接地,古时候还有绝缘防雷呢。笔者的抗浪涌保护器没有学进口的保护器,完全不去接地。
    6)处理防雷问题如同处理棘手案子,是容易“起点错、跟着错、错到底”的。其实防雷问题有可能很简单,重点和难点在于如何抓住牛鼻子,而不是一定完全地落实标准规范、一味地选用高大上的产品。

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