化工行业电磁流量计防雷技术规范与实施指南

一、行业背景与防雷必要性

   化工行业因其生产环境的易燃易爆特性，对电磁流量计的防雷性能提出更高要求。雷击产生的直击雷、感应雷及雷电电磁脉冲（LEMP）可能导致设备损坏、数据失真甚至引发安全事故。据统计，75%的仪表故障源于瞬变过电压，因此建立完善的防雷体系是保障化工生产安全的关键环节。

二、防雷设计核心规范

1. 遵循标准体系

• SH/T 3164-2021《石油化工仪表系统防雷设计规范》
  明确要求仪表防雷工程采用网型接地结构，控制室仪表防雷接地电阻需≤10Ω，现场仪表接地电阻≤4Ω。

• GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》
  规定化工装置区防雷分类标准，爆炸危险环境（0区、1区）划为第一类防雷建筑物，需设置独立接闪器与引下线系统。

• GB 50257-2014《爆炸和火灾危险环境电气装置施工及验收规范》
  强制要求防爆区电气设备选型与接地系统符合隔爆型、增安型等防爆标准。

2. 防雷等级划分

三、关键防雷技术措施

1. 外部防雷系统

• 接闪装置

• 高塔、料仓等金属构架直接作为接闪器，壁厚≥4mm的储罐无需额外接闪杆。

• 放空管需安装阻火器并与接地装置可靠连接，避免雷击引燃排放介质。

• 引下线与接地

• 采用热镀锌扁钢（≥40×4mm）构建网型接地体，间距≤30m，冲击接地电阻≤30Ω。

• 接地极埋深≥0.8m，与化工管廊、设备基础钢筋实现等电位联结。

2. 内部防雷保护

（1）电源系统防护

• 分级电涌保护

• 一级防护（总配电室）：安装100kA通流容量的B级SPD（如DEHNport系列），连接至独立接地极。

• 二级防护（控制室）：采用40kA C级SPD，与一级SPD间距≥10m，避免反射过电压。

• 接地隔离

• 电源线与信号线分槽敷设，金属桥架全程接地，间距≤3m设置接地连接点。

（2）信号系统防护

• 电缆屏蔽与敷设

• 信号电缆采用双层屏蔽结构（铝箔+铜丝网），外屏蔽层单端接地（控制室侧），内屏蔽层两端接地。

• 埋地电缆穿镀锌钢管保护，架空段使用全封闭钢板电缆槽，槽体每5m接地一次。

• 电涌防护器选型

• 模拟量信号（4-20mA）选用响应时间≤1ns的信号SPD，安装于仪表端子箱内。

• 现场总线（如PROFIBUS）采用专用总线电涌保护模块，插入损耗≤0.5dB。

（3）本质安全系统防护

• 隔爆型设备要求

• 电缆引入装置需具备Ex d防爆认证，密封垫圈厚度≥2mm，压紧螺母扭矩符合制造商规范。

• 备用电池舱需独立接地，避免与电路形成电位差。

• 接地系统特殊性

• 本安回路接地与防雷接地分开设置，间距≥5m，防止雷击电流干扰本质安全性能。

四、典型安装案例分析

案例1：某炼油厂常减压装置

• 问题：夏季雷暴导致电磁流量计频繁故障，数据波动超5%。

• 解决方案

1. 改造接地系统：将原单点接地改为网型结构，接地电阻从15Ω降至3Ω。

2. 信号电缆更换为DR2X2.5mm²双屏蔽电缆，外屏蔽层接控制室地排。

3. 电源侧加装DEHNport B+C级复合SPD，响应时间25ns，残压≤1.5kV。

• 效果：雷击后设备完好率100%，测量误差稳定在±0.3%。

案例2：化工园区污水排放计量站

• 防爆需求：站房位于1区爆炸危险环境，需满足Ex d IIB T4防爆等级。

• 实施要点

• 仪表箱体采用304不锈钢材质，壁厚2.5mm，与接地系统做等电位联结。

• 传感器信号线穿镀锌钢管埋地敷设，钢管深度≥0.7m，两端做防水密封处理。

• 配置本安防爆型电涌保护器，通过GB3836.4认证，故障状态下自动断开电源。

五、运维与检测要求

1. 定期检测项目

2. 雷击后应急处理

• 立即断开电源，检查SPD是否损坏（观察窗口是否变红）。

• 使用兆欧表检测电缆绝缘，重点排查接地连接点腐蚀情况。

• 对受雷击影响的设备进行校准，确认零点漂移是否超限。

六、技术创新趋势

1. 智能SPD监测：集成温度传感器与无线通信模块，实时上传劣化数据至DCS系统。

2. 动态接地补偿：采用锌包钢接地极与降阻剂，适应土壤电阻率季节性变化。

3. 光纤防雷技术：在超高危区域使用光纤信号传输，彻和底隔离电磁干扰。

七、结论

       化工行业电磁流量计的防雷设计需构建“接闪-分流-等电位-屏蔽"四位一体防护体系。通过严格执行SH/T 3164、GB 50057等规范，结合网型接地、分级SPD、本质安全接地等核心技术，可有效降低雷击风险。企业应建立防雷设备全生命周期管理机制，确保从设计、施工到运维各环节符合防爆与防雷双重标准，最终实现安全生产与计量精准的双重目标。

（注：本文技术参数综合SH/T 3164-2021、GB 50057-2010等标准，具体实施需结合设备厂商说明书及环境风险评估报告调整。）