石油化工装置防雷设计标准规范.doc

石油化工装置防雷设计规范

1 总则
2 术语
3 防雷分类
4 通常要求
4.1 厂房房屋类场所
4.2 户外装置区场所
4.3 户外装置区排放设施
4.4 其它方法
5 具体要求
5.1 炉区
5.2 塔区
5.3 静设备区
5.4 机器设备区
5.5 罐区
5.6 可燃液体装卸站
5.7 粉、粒料桶仓
5.8 框架、管架和管线
5.9 冷却塔
5.10 烟囱和火炬
5.11 户外装置区排放设施
5.12 户外灯具和电器
6 防雷装置
6.1 接闪器
6.2 引下线
6.3 接地装置本规范用词说明
附：条文说明
1 总 则
1.0.1 为预防和降低雷击引发设备损坏和人身伤亡, 规范石油化工装置及其辅助设施防雷设计, 特制订本规范。
1.0.2 本规范适适用于新建、改建和扩建石油化工装置及其辅助生产设施防雷设计。
本规范不适适用于原油采集、长距离输送、石油化工装置厂区外油品储存及销售设施防雷设计。
1.0.3 石油化工装置防雷设计除应符合本规范外，尚应符合国家现行相关标准要求。
2 术 语
2.0.1 石油化工装置 Petrochemical plant
炼制原油、加工其衍生物以生产石油化工产品(或中间体)生产装置。
2.0.2 辅助生产设施 Support facilities
配合关键工艺装置完成其生产过程而必需设施，包含罐区、中央化验室、污水处理厂、维修间、火炬等。
2.0.3 厂房房屋 Industrial building(warehouse)
设有屋顶，建筑外围护结构全部采取封闭式墙体（含门、窗）结构生产性（储存性）建筑物。
2.0.4 户外装置区 Outdoor unit
露天或对大气敞开、空气通畅场所。
2.0.5 半敞开式厂房 Semi-enclosed industrial buildings
设有屋顶，建筑外围护结构局部采取墙体，所占面积不超出该建
筑外围护体表面面积三分之一（不含屋顶和地面面积）生产性建筑物。
2.0.6 敞开式厂房 Opened industrial buildings
设有屋顶，不设建筑外围护结构生产性建筑物。
2.0.7 雷击 Lightning stroke
对地闪击中一次电气放电。
2.0.8 直击雷 Direct lightning flash
闪击直接打在建筑物、其它物体、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力者。
2.0.9 雷电感应 Lightning induction
闪电放电时，在周围导体上产生雷电静电感应和雷电电磁感应，它可能使金属部件之间产生火花放电。
2.0.10 雷电波侵入 Lightning surge on incoming services
因为雷电对架空线路、电缆线路或金属管道作用，雷电波，即闪电电涌，可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。
2.0.11 防雷装置 Lightning protection system (LPS)
用来降低雷击生产装置而造成物质损害一个完整系统，由外部防雷装置和内部防雷装置组成。
2.0.12 外部防雷装置 External lightning protection system
防雷装置一个组成部分，由接闪器、引下线和接地装置组成。
2.0.13 内部防雷装置 Internal lightning protection system防雷装置一个组成部分，由等电位连接和/或和外部防雷装置
电气绝缘组成。
2.0.14 接闪器Air-termination system
外部防雷装置组成部分，由接闪杆（避雷针）、接闪线、接闪网等金属构件组成。
2.0.15 引下线 Down-conductor system
外部防雷装置组成部分，用于将雷电流从接闪器引至接地装置。
2.0.16 接地装置 Earth-termination system
外部防雷装置组成部分，用于传导雷电流并将其流散入大地。
2.0.17 接地体 Earthing electrode
埋入土壤中或混凝土基础中作散流用导体。
2.0.18 接地线 Earthing conductor
从引下线断接卡或换线处至接地体连接导体；或从接地端子、等电位连接排至接地体或接地装置连接导体。
2.0.19 等电位连接网络 Bonding network
将全部导电性物体（带电导体除外）相互连接到接地装置一个系统。
2.0.20 接地系统 Earthing system
将接地装置和等电位连接网络结合在一起整个系统。
2.0.21 接地电阻 Ground resistance
接地极或自然接地极对地电阻和接地线电阻总和，称为接地装置接地电阻。接地电阻数值等于接地装置对地电压和经过接地极流入地中电流比值。按经过接地极流入地中工频交流电流求得电阻，称为工频接地电阻；按经过接地极流入地中冲击电流求得接地电阻，称为冲击接地电阻。
4 通常要求
4.1 厂房房屋类场所
4.1.1 石油化工装置厂房房屋类场所防雷设计, 应符合《建筑物防雷设计规范》GB 50057 相关要求。
4.2 户外装置区场所
4.2.1 石油化工装置户外装置区,遇下列情况之一时,应进行防雷设计。
1 高大、耸立(坐地)生产设备；
2 经过框架或支架安置在高处生产设备和引向火炬主管道等；
3 安置在地面上大型压缩机、成群部署机泵等转动设备；
4 在空旷地域火炬、烟囱和排气筒；
5 安置在高处易遭受直击雷照明设施。
4.2.2 石油化工装置户外装置区,遇下列情况之一时,可不进行防直击雷设计。
1 在空旷地域分散部署水处理场所(关键设备除外)；
2 安置在地面上分散部署少许机泵和小型金属设备( 在罐区)；
3 地面管道和管架。
4.2.3 防直击雷接闪器设计,应符合下列要求：
1 应利用生产设备金属实体作为防直击雷接闪器；
2 用作接闪器生产设备应为整体封闭、焊接结构金属静设备；转动设备不应用作接闪器；
3 用作接闪器生产设备应有金属外壳, 其易受直击雷顶部和外侧上部应有足够厚度, 钢制设备壁厚应大于或等于 4mm, 其它金属设备壁厚见表 6.1.5 中厚度 t 值。
4.2.4 易受直击雷击且在周围高大生产设备、框架和大型管架(已用作接闪器)等防雷保护范围之外下列设备, 应另行设置接闪器。
1 转动设备；
2 不能作为接闪器金属设备；
3 非金属外壳静设备。
4.2.5 在确定接闪器防雷保护范围时, 应采取下列方法之一:
1 《建筑物防雷设计规范》GB50057 要求滚球法。此时, 滚球半径取 45m。
2 《雷电防护 第 3 部分: 建筑物物理损坏和生命危险》GB/T21714.3 要求保护角法或直接使用表 4.2.5 中数据。
防直击雷引下线设计,应符合下列要求：
1 高大、耸立(坐地)生产设备应利用其金属壳体作为引下线；
2 生产设备经过框架或支架安置时, 应优先利用金属框架作为引下线；
3 高大炉体、塔体、桶仓, 大型设备、框架等应最少使用两根引下线, 引下线间距不应大于 18m；
4 在高空部署、较长卧式容器和管道（如送往火炬管道）应在两端设置引下线，长度超出 18 m 时应增加引下线数量；
5 引下线应以尽可能直和最短路径直接引到接地体去，应有足够截面和厚度，并在地面以上加机械保护；
6 利用柱内纵向主钢筋作为引下线时，柱内纵向主钢筋应采取箍筋绑扎或焊接。
4.2.7 防感应雷设计,应符合下列要求：
1 在户外装置区场所，全部金属设备、框架、管道、电缆金属保护层(铠装、钢管、槽板等)和放空管口等, 均应连接到防感应雷接地装置上；设专用引下线时，钢筋混凝土柱子钢筋，亦应在最高层顶和地面周围分别引出接到接地线(网)；
3 平行敷设金属管道、框架和电缆金属保护层等,当其间净距小于 100mm 时应每隔 30m 进行金属连接,相交或相距处净距小于 100mm时亦应连接。
4.2.8 防雷接地装置设计,应符合下列要求：
1 利用金属外壳作为接闪器生产设备,应在金属外壳底部分两处接到接地体去；
2 本规范第 4.2.4 条要求另行设置接闪器(针状、线状和网状), 均应有引下线直接接到接地体去；
3 防直击雷用每根引下线所直接连接接地体, 其冲击接地电阻不应大于 10Ω；在接地电阻计算中,每处接地体各支线长度应小于或等于接地体有效长度 le； le 计算和冲击接地电阻换算应根据《建筑物防雷设计规范》GB50057 相关要求实施
4 防感应雷用接地体，其工频接地电阻不应大于 30Ω。
5 防直击雷用接地体应和防感应雷和电力设备用接地体连接成一个整体接地系统。不过,防直击雷用接地体, 其接地电阻应单独按本条第 3 款计算。
4.3 户外装置区排放设施
4.3.1 石油化工装置内安装有多个排放设施, 包含放散管、 排风管、安全阀、 呼吸阀、放料口、 取样口、排污口等等, 其中, 安装在生产设备易受直击雷顶部和外侧上部,并直接向大气排放排放设施(以下称放空口), 应依据排放物料和浓度、排放频率或方法、正常或事故排放、手动或自动排放等生产操作性质和安装位置分别进行防雷保护。
4.3.2 属于下列情况之一放空口, 应设置接闪器加以保护。此时,放空口外爆炸危险气体空间应处于接闪器保护范围内,且接闪器顶端应高出放空口3m,水平距离应远离4m～5m。
1 储存闪点低于或等于 45°C 可燃液体设备, 在生产紧急停车时连续排放, 其排放物达成爆炸危险浓度者(包含送火炬系统管路上临时放空口，但不包含火炬) 。
2 储存闪点低于或等于 45°C 可燃液体贮罐, 其呼吸阀不带防爆阻火器者。
4.3.3 属于下列情况之一放空口, 应利用放空管口(金属制)作为接闪器。此时, 放空管口壁厚应大于或等于表6.1.5中厚度t’值,而且应在放空管口周围将放空管和最近金属物体进行金属连接。
1 储存闪点低于或等于 45°C 可燃液体设备, 在生产正常时连续排放, 其排放物可能短期地或间断地达成爆炸危险浓度者(比如一些大型压缩机专用排风机出风系统) 。
2 储存闪点低于或等于 45°C 可燃液体设备, 在生产波动时,设备内部超压引发自动或手动短时排放, 其排放物达成爆炸危险浓度者 (安全阀等) 。
3 储存闪点低于或等于 45°C 可燃液体设备, 在生产停止或进入维修时短期排放者(手动放料口等) 。
4 储存闪点低于或等于 45°C 可燃液体贮罐, 其呼吸阀带有防爆阻火器者。
5 在空旷地点孤立安装排气塔和火炬。
4.4 其它方法
4.4.1 当出现厂房房屋和户外装置区两类场所混合部署时, 应按
下列标准进行设计:
1 上部为框架下部为厂房部署----按户外装置区要求进行;
2 上部为厂房下部为框架部署----按厂房房屋类要求进行;
3 厂房和框架相拼部署---各自分开进行。
4.4.2 装置控制室、户内装置变电所等, 均应作为厂房房屋类根据《建筑物防雷设计规范》GB50057 要求进行防雷设计。
5 具体要求
5.1 炉区
5.1.1 对于金属框架支撑炉体，炉体框架应用连接件和接地装置相连。
5.1.2 对于混凝土框架支撑炉体，应在炉体加强板（筋） 类附件上焊接接地连接件， 引下线应采取沿柱明敷金属导体或直径大于10mm 柱内主钢筋。
5.1.3 对于直接置于地面上小型炉子，应在炉体加强板（筋）上焊接接地连接件，接地线和接地连接件连接后，沿框架引下和接地装置相连。
5.1.4 每台炉子应最少设两个接地点，且接地点间距不应大于18m。
5.1.5 炉子上接地连接件应安装在框架柱子上高于地面不低于450mm位置。
5.1.6 炉子上金属构件均应和炉子框架作等电位连接。
5.2 塔区
5.2.1 独立安装或安装在混凝土框架内，顶部高出框架钢制塔 体，其壁厚大于或等于 4mm 时，塔体本身应用作接闪器。
5.2.2 安装在塔顶和外侧上部放空管等突出物体，应符合本规范表5.11.2 要求。
5.2.3 塔体作为接闪器时，引下线不应少于两根，并应沿塔体周围均匀部署，引下间距不应大于 18m。引下线应用螺栓和塔体金属底座上预设接地耳相连。
和塔体相连非金属物体或管道，当处于塔体本身保护范围之外时，应在适宜地点安装接闪器加以保护。
5.2.4 每根引下线冲击接地电阻不应大于 10Ω。接地装置宜围绕塔体敷设成环形接地体。
5.2.5 用于安装塔体混凝土框架，每层平台金属栏杆应连接成良好电气通路，并应经过引下线和塔体接地装置相连。引下线应采取沿柱明敷金属导体或直径大于 10mm 柱内主钢筋。利用柱内主钢筋作为引下线时，柱内主钢筋应采取通长焊接或用箍筋连接，并在每层柱面预埋 100mm×100mm 钢板，作为引下线引出点，和金属栏杆或接地装置相连。
5.3 静设备区
5.3.1 独立安装或安装在混凝土框架顶层平面，在其它物体防雷保护范围之外封闭式钢制静设备，其壁厚大于或等于 4mm 时，应利用设备本体作为接闪器。
5.3.2 非金属静设备、壁厚小于 4mm 封闭式金属静设备，当其在其它物体防雷保护范围之外时，应设置接闪器加以保护。
5.3.3 安装在静设备上放空管等突出物体，应符合本规范表 5.11.2要求。
5.3.4 金属静设备本体作为接闪器时，接地点不应少于两处，并应沿静设备周围均匀部署，接地点间距不应大于 18m。引下线应用螺栓和静设备底座预设接地耳相连。
5.3.5 每根引下线冲击接地电阻不应大于 10Ω，接地装置宜围绕静设备敷设成环形接地体。
5.3.7 当金属静设备近旁有其它防雷引下线或金属塔体时，应将静设备接地装置和后者接地装置相连，且静设备和引下线或金属塔体距离应满足本规范第 4.2.5 条 2 款要求。
5.3.7 安装有静设备混凝土框架顶层平面，其平台金属栏杆应被连接成良好电气通路，并应经过沿柱明敷引下线或柱内主钢筋和接地装置相连。
5.4 机器设备区
5.4.1 机器设备和电气设备应在防雷保护区内，避免遭受直击雷击。
5.4.2 机器设备和电动机如安装在同一个金属底板上，应将金属底板接地；安装在单独混凝土底座上或在其它低导电材料制作单独底板上，则应将此二者用接地线连接在一起并进行接地。
5.5 罐区
5.5.1 金属罐体应作防雷接地，接地点不应少于两处，间距不应大于18m，并应沿罐体周围均匀部署。每根引下线冲击接地电阻不应大于 10Ω。
5.5.2 储存可燃物质储罐，其防雷设计应符合下列要求：
1 钢制储罐罐壁厚度大于或等于 4mm，在罐顶装有带阻火器呼吸阀时，应利用罐体本身作为接闪器。
2 钢制储罐罐壁厚度大于或等于 4mm，在罐顶装有没有阻火器呼吸阀时，应在罐顶装设接闪器，且接闪器和呼吸阀距离应满足本规范表 5.11.2 要求。
3 钢制储罐罐壁厚度小于 4mm 时，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐在保护范围之内。罐顶装有呼吸阀（无阻火器）时，接闪器和呼吸阀距离还应满足满足本规范表 5.11.2 要求。
4 非金属储罐应装设接闪器，使被保护储罐和突出罐顶呼吸阀等均处于接闪器保护范围之内，接闪器和呼吸阀距离应满足本规范表 5.11.2 要求。
5 覆土储罐当埋层大于 0.5m 时，罐体应不考虑防雷设施。呼吸阀露出地面储罐，应采取局部防雷保护，接闪器和呼吸阀距离还应满足本规范表 5.11.2 要求。
6 非钢制金属储罐顶板厚度大于或等于表 6.1.5 中厚度 t值时，应利用罐体本身作为接闪器；顶板厚度小于表 6.1.5 中厚度t 值时，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐在保护范围之内。
5.5.3 浮顶储罐（包含内浮顶储罐）应利用罐体本身作为接闪器，浮顶和罐体应有可靠电气连接。浮顶储罐防雷设计应按《石油库设计规范》GB 50074 相关要求实施。
5.6 可燃液体装卸站
5.6.1 露天装卸作业者，可不装设接闪器，但应将金属构架接地。
5.6.2 在棚内进行装卸作业者，应装设接闪器，它保护范围应为爆炸危险1区。
5.6.3 进入装卸站台可燃液体输送管道应在进入点接地，冲击接地电阻不应大于 10Ω。
5.7 粉、粒料桶仓
5.7.1 独立安装或成组安装在混凝土框架上，顶部高出框架金属粉、粒料桶仓，当其壁厚满足表 6.1.5 中厚度 t 值要求时，应利用粉、粒料桶仓本体作为接闪器，并应作良好接地。
5.7.2 独立安装或成组安装在混凝土框架上，顶部高出框架非金属粉、粒料桶仓，应装设接闪器，使粉、粒料桶仓和突出桶仓顶呼吸阀等均处于接闪器保护范围之内，并应接地。接闪导线网格尺寸不应大于 10m×10m 或 12m×8m。
5.8 框架、管架和管线
5.8.1 钢框架、管架应经过立柱和接地装置相连，其连接应采取接地连接件， 连接件应焊接在立柱上高于地面不低于450mm地方，接地点间距不应大于18m。每组框架、管架接地点不应少于两处。
5.8.2 混凝土框架、管架上爬梯、电缆支架、栏杆等钢制构件，应和接地装置直接连接或经过其它接地连接件进行连接, 接地间距不应大于18m。
5.8.3 高度低于9m非金属结构不要求防雷保护或接地。假如高度大于18m，应设置防雷保护。高度在9m∼18m之间非金属结构防雷保护设置，应考虑其它临近结构高度、和可燃性材料距离、损害后果等，是否装设防雷保护按《建筑物防雷设计规范》GB50057相关要求实施。
5.8.4 管线防雷设计应符合下列要求：
1 每根金属管线均应和已接地管架作等电位连接， 其连接应采取接地连接件；多根金属管线可相互连接后，应再和已接地管架作等电位连接。
2 平行敷设金属管道，其间净距小于100mm时应每隔30m进行金属线连接。管道交叉点净距小于100mm时，其交叉点应用金属线跨接。
3 管架上敷设金属输油管道，在始端、末端、分支处和直线段每隔200m∼300m处，均应设置防雷电感应接地装置,其工频接地电阻不应大于30Ω。
4 进出生产装置金属管道,在装置外侧应接地,并应和电气设备保护接地装置和防雷电感应接地装置相连接。

5.9 冷却塔
5.9.1 依据不一样冷却塔形式，防雷设计应符合下列要求：
1 自然通风开放式冷却塔和机械鼓风逆流式冷却塔应将塔顶平台四面金属栏杆连接成良好电气通路，应在塔顶平面用接闪导线组成金属网格，在爆炸危险环境 2 区其网格尺寸小于 10m×10m 或12m×8m，在非爆炸危险区域为小于 20m×20m 或 24m×16m；
2 自然通风风筒式冷却塔（双曲线塔）应在塔檐上装设接闪器；
3 机械抽风逆流式或横流式冷却塔应在风筒檐口装设避雷网，塔顶平台四面金属栏杆连接成良好电气通路，每个风筒最少用二根引下线连至两侧金属栏杆；
4 建筑物顶隶属小型机械抽风逆流式冷却塔，如处于建筑物防雷保护范围之内，则不另装接闪器。
5.9.2 引下线应沿冷却塔建、构筑物四面均匀或对称部署，其间距不应大于 18m。自然通风风筒式冷却塔宜利用塔体主筋作为引下线。其它型式冷却塔能够利用柱内钢筋作为引下线，也可沿柱面敷设圆钢或扁钢作为引下线。
5.9.3 对于划分为爆炸危险环境 2 区冷却塔，每根引下线冲击接地电阻不应大于 10Ω。对于非爆炸危险环境冷却塔，每根引下线冲击接地电阻不应大于 30Ω。接地装置宜围绕冷却塔建构筑物敷
设成环形接地体。
5.9.4 冷却塔钢楼梯、进水、出水钢管应和冷却塔接地装置相连。
5.10 烟囱和火炬
5.10.1 钢筋混凝土烟囱，宜在烟囱上装设接闪器保护。多支接闪杆（避雷针）应连接在闭合环上。
5.10.2 当钢筋混凝土烟囱无法采取单支或双支接闪杆（避雷针）保护时，应在烟囱口装设环形接闪导线（避雷带、线、网），并应对称部署三支高出烟囱口不低于0.5m接闪杆（避雷针）。
5.10.3 钢筋混凝土烟囱钢筋应在其顶部和底部和引下线和贯通连接金属爬梯相连。宜利用钢筋作为引下线和接地体，可不另设专用引下线。
5.10.4 高度不超出40m烟囱，可只设一根引下线，超出40m时应设两根引下线。可利用螺栓连接或焊接一座金属爬梯作为两根引下线用。
5.10.5 金属烟囱应作为接闪器和引下线。
5.10.6 金属火炬筒体应作为接闪器和引下线。
5.11 户外装置区排放设施
5.11.1 放散管、呼吸阀、排风管和自然通风管等应采取防直击雷和防雷电感应方法。
5.11.2 未装阻火器排放爆炸危险气体或蒸气放散管、呼吸阀和排风管等，管口外以下空间应处于接闪器保护范围内：当有管帽时，接闪器保护范围应按表 5.11.2 确定；当无管帽时, 接闪器保护范围应为管口上方半径 5m 半球空间。接闪器和雷闪接触点应设在上述空间之外。表 5.11.2 有管帽管口外处于接闪器保护范围内空间
5.11.3 未装阻火器排放爆炸危险气体或蒸气放散管、呼吸阀和排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长久点火燃烧、一排放就点火燃烧时及发生事故时排放物才达成爆炸浓度通风管、安全阀，接闪器保护范围可仅保护到管帽，无管帽时可仅保护到管口。
5.11.4 未装阻火器排放爆炸危险气体或蒸气放散管、呼吸阀和排风管等，在周围其它接闪器保护范围之内时可不再设置接闪器，应和防雷装置相连。
5.11.5 排放无爆炸危险气体或蒸气放散管、呼吸阀和排风管等，装有阻火器排放爆炸危险气体或蒸气放散管、呼吸阀和排风管等，符合本规范第5.11.3条要求未装阻火器排放爆炸危险气体或蒸气放散管、呼吸阀和排风管等，其防雷设计应符合下列要求：
1 金属制放散管、呼吸阀和排风管等，应作为接闪器和周围生产设备防雷装置相连。
2 在周围生产设备（已作为接闪器）保护范围之外非金属制放散管、呼吸阀和排风管等应装设接闪器，接闪器保护范围可仅保护到管帽，无管帽时可仅保护到管口。
5.12 户外灯具和电器
5.12.1 安装在塔顶层（高塔、冷却塔）平台上照明灯、现场操作箱、航空障碍灯等易遭受直击雷用电设备，宜采取金属外壳；配电线路应穿镀锌钢管，镀锌钢管一端应和用电设备外壳、保护罩相连，另一端宜和配电盘外壳相连，保护用镀锌钢管应就近和钢平台或金属栏杆相连，并连接到接地装置上。无金属外壳或保护网罩用电设备应处于防雷保护范围之内。

1.0.1 长久以来, 石油化工生产装置防雷设计是遵照国家标准《建筑物防雷设计规范》GB 50057 要求进行。不过, 该规范並不包含户外装置设计内容。众所周知, 石油化工生产装置包含有很多户外场所和设施, 全国相关设计单位在进行这部分防雷设计时, 全部是参考中国外多种设计资料(如企业要求)进行。於是防雷设计内容和做法很不一致, 缺乏依据, 是广大设计人员长久以来期望处理问题。本条即为制订本规范关键目标。
1.0.2 本条指出了本规范适用范围, 关键是以原油炼制及其衍生
物加工为主石油化工产品生产装置, 包含炼油、烯烃、化肥、化纤等生产装置。生产特征和石油化工装置相近化工装置，按道理也能够采取本规范，是否能采取则应由化工行业主管部门决定。生产特征和石油化工装置不一样部分(比如煤化工企业煤处理部分), 则应遵守其它相关规范要求。
本条指出了本规范不适用范围, 关键是油田原油采集系统、油品长距离输送系统、石油化工装置厂区外大容量油品储存系统和商业油品销售系统。因为它们全部有相关国家级设计规范,本规范不宜包含。在本规范适用范围中, 实质上还隐含了两方面意思。一是本规范只包含爆炸性气体环境内容;因为在户外极难形成爆炸性粉尘环境, 所以本规范不包含爆炸性粉尘环境内容。二是本规范还包含正常户外环境(不含爆炸性气体环境)内容。