[01076919]油气区雷电安全报警系统的研制

立项背景：1989年黄岛油库因雷击失火，石油系统的油库安装了“消雷器”，加强了防雷，1990年和1994年仪征输油站“消雷器”遭到两次雷击，虽然没有发生火灾，但雷电的强电磁波造成自控仪表大量损坏，致使自控系统失灵，直接经济损失约65万元，防雷问题再次引起了石油系统有关部门的高度重视。随着自控系统在油库的广泛使用，油库即要防直击雷，又要防感应雷，但仍缺少有效的、适应各种情况的防雷措施，因此建立多级雷电报警系统，在雷暴发生之前预警、报警，提供雷暴的有关信息，使技术人员或管理人员及时采取相应的安全措施，权衡经济效益和利益，采取关停设备等措施手段，做到安全生产。通过广泛调研，确定建立以测量地面电场为主的雷电多级安全报警系统。总体思路：雷电活动对石油、化工、火药、电力、微波通讯、工程控制、遥测遥感以及各种高精度仪器仪表的安全运行带来很大威胁，除了建立完整的、科学的防雷保护系统外，建立雷电监测和多级安全报警系统，为生产技术人员和安全监督人员提供关闭设备、停止运行的时机，为安全生产、合理地减少生产成本、权衡经济利益提供可靠的信息，使他们能够正确判断生产运行中应采取的安全措施与方法。该报警系统主要用于油气区(包括油库区、加油站等)的安全生产监测，报警系统主要由电场仪、微机及雷电预报警软件包组成，电场仪测量大气电场的变化，报警系统具有记录、识别、定距、存储、自动报警、统计、分类等功能。根据所测的参数以及保护的目的，设定不同的报警阈值，实现多级预报警。油气区雷电安全报警级别阈值：初级报警1.5kV/m；危险报警4kV/m；雷暴报警8kV/m；持续报警15kV/m；雷暴晚期报警20kV/m、解除报警小于0.5kV/m。技术方案：地面电场可以反映大气电场情况，雷暴时发生云闪或地闪，云中电荷发生变化，引起地面电场的变化，利用测量地面电场可进行雷电报警。现场测试证实了这种方法是可行和可靠的。在测量了各种气候条件下的地面电场，掌握了地面电场的变化规律，确定了各级报警的阈值。由于雷暴时地面电场值随地区和雷电性质有所变化，各领域、部门对防雷、抗电磁干扰要求差异很大，所需报警的监测仪器、各种参数的安全阈值相差也很大，各级报警阈值可根据地区或防护对象，加以调整设置报警阈值。创新点：防雷、避雷的发展已有两百多年的历史，但随着科技的发展，新技术、新方法得到普遍的应用，自控系统、计算机网络、高精度的测试系统已渗透到各行各业，对防雷和抗电磁干扰的要求越来越高，新的防雷理论、防雷方法不断推出，但至今仍缺少有效的、适应各种情况的防雷措施，因此对雷电活动的监测、预警和报警工作就十分必要。由于各领域、部门对防雷、抗电磁干扰要求差异很大，所需报警的监测仪器、各种参数的安全阈值相差也很大，该系统安全预报警的地面电场阈值，可根据不同领域部门对防雷要求保护的目的，设定不同的报警阈值，实现多级预报警。与国内外同类技术比较存在的优缺点：该系统中提出了五级报警，每级电场强度阈值都是经过大量现场测量数据和理论分析综合得到的，这些阈值在现场应用性实验中都得到了较好的证实，同时从理论和实践中也发现这种阈值是随着地区的变化而有所差异，为能够既确保保护区域的安全又能使保护区域内进行正常生产，报警系统应把安全系数选择为一定高度。该课题主要从油库区的安全出发提出报警电场强度阈值，如果应用到其他领域，例如生产自控系统、精密仪器仪表、航空航天发射基地、火药库、弹药库等场所的安全报警，电场强度阈值要选的低一点，以确保保护区域的安全。该预报警系统具有针对性强的特点，通过查新，没有查询到与之相同的预报警系统，专家鉴定为国内领先。经济效益和社会效益：雷电及静电(包括强电磁波)引起的灾害及仪表损坏事故时有发生，雷电的防护就成为需要解决的重要课题。由于雷电的能量是相当大的，气象变化又是非常复杂的，又由于雷击的瞬时性，产生雷击点的偶然性，要做到百分之百的防雷仍有一定困难，更重要的是由于科技的发展，保护区内的计算机、精密仪器灵敏度不断提高，即使在几百米外发生的雷击现象所产生的强电磁波已足以使计算机误操作，精密仪器及工业控制系统失灵，所以当前防雷电灾害的含义，应包括两类：一类是防雷电发生前后及雷电发生中对油气区各种设施所带来的灾害；另一类是生产运行中的防雷，因为绝大多数油库区在生产运行中大量可燃气体溢出油罐，这些气体一旦和空气混合达到可燃气体的敏感体积浓度2.0％-7.0％时，仅需0.2-0.9毫焦的火花能量就足以燃烧，引起火灾，因此及时掌握云层带电情况指导生产运行十分必要。“油气区雷电安全报警系统的研制”能及时反映雷云的活动情况，通过仪器给出测量的具体参数，反应雷云中带电情况，得到发出雷击前后测量值的大小，为生产技术人员和安全监督人员提供关闭设备、停止运行的时机，为安全生产、合理地减少生产成本、权衡经济利益提供可靠的信息，使他们能够正确判断生产运行中应采取的安全措施。调研中发现某油库在两次雷击中自动控制的仪器仪表损失达65万元，仪器损坏的原因仅仅是雷击时产生的强电磁波。报警系统不仅对油气区安全运行有重大意义，而且对邮电、气象、大型计算机操作系统、航天航空发射基地、火药库、弹药库等都有巨大应用价值，由于不同领域对防护电磁波干扰强度差别很大，所以在不同领域中使用时要对报警系统的报警阈值进行修正，预计其经济效益和社会效益都十分巨大。