防雷安全技术科研立项总结报告.docx
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防雷安全技术科研立项总结报告
长城钻探工程有限公司
安全科技项目
总结报告
项目名称:
南美区石油钻井设备防雷安全技术
负责单位:
长城钻探委内瑞拉项目
负责人:
起止年限:
2010.4-2010.12
目录
1.项目介绍3
2.生产现状4
3.研究主要内容5
4.项目具体实施7
5.效果分析9
1.项目介绍
通过对雷电特点的分析,参考相关的防雷技术规范,结合石油井场的实际情况,经过实践论证总结出适应南美作业环境中石油井场的防雷与接地规范,提供了防雷产品的选型及施工注意事项,这样就使得钻井现场的防雷工作在南美地域环境区块有了一套规范的标准程序,保障了安全生产的进行。
首先让我们认识一下雷电的分类及原理特点
根据雷电产生和危害的不同,雷电主要分为直击雷和感应雷和球形雷等。
直击雷声光并发,电闪雷鸣;在南美自然环境中这种雷最为常见。
感应雷则悄然发生,不易察觉,但是是基本避雷防护中很重要的一部分。
球形雷比较少见。
直击雷是带电云层与建筑物、大地之间发生的迅猛放电现象,并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用。
感应雷也称为雷电感应或感应过电压,它分为静电感应雷和电磁感应雷。
静电感应雷是由于带电积云接近地面,特别是在导电凸出物顶部易感应出大量电荷引起的。
它将产生很高的电位。
电磁感应雷是由于雷电放电时,巨大的冲击雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场引起的。
这种迅速变化的磁场能在邻近的导体上感应出很高的电动势。
感应雷引起的电磁能量若不及时泄入地下,可能产生放电火花,引起火灾、爆炸或造成触电事故。
其次雷电有以下的主要特点:
一.瞬间冲击电流大。
其电流高达几万-几十万安培(平均电流3万安培);
二.放电时间短。
整个过程一般不会超过60微秒;一般雷击分为三个阶段,即先导放电、主放电、余光放电。
三.频率高。
雷电流变化梯度大,有的可达10千安/微秒;
四.冲击电压高,强大的电流产生的交变磁场,其感应电压可高达上亿伏。
关于防雷建筑物的分类及采取的措施如下所述:
建筑物按其火灾和爆炸的危险性、人身伤亡的危险性、政治经济价值分为三类。
根据相关规范,井场储油罐应该属于一类防雷建筑物,井架等其他设备属于三类防雷建筑物。
防直击雷主要措施应有接闪器(避雷针、避雷带、避雷网)、均压环、引下线、接地体、等电位等。
感应雷的防护,除要有良好的接地和布线系统(安全距离)外,还要按防护设备的不同情况(电源线、信号线、通信线、馈线等)安装相应避雷器(电源防雷器、信号防雷器等)以及采取屏蔽措施。
现代防雷的技术原则是强调全方位防护,多层设防,综合采用接闪、分流、屏蔽、均压、接地等技术措施,把防雷作为一个系统工程来设计。
2.生产现状
对于石油钻采行业来讲,由于矗立的井架的缘故,最容易引发雷击事故;加之储油罐等安全等级较高设备的存在,井场防雷工作就显得尤为重要,特别是在象南美这种热带雨林气候的地方,雷雨天气可以达到半年。
在以往的生产过程中,虽然没有发生大的雷击伤人或者爆炸事故,但是每年都有不少井队的设备遭到了雷击的破坏,损坏了大量的电子设备及装置,对安全生产造成了很大潜在的威胁。
例如委内瑞拉GW182队、GW106队、GW108队、GW189等队都曾经发生过雷击事件,造成了电控房控制模块,司钻房视频监视系统,营房电脑设备等的损坏。
目前大多数井队的防雷工作存在很多盲目的问题,没有适合地域性严格的措施,有的井队仅仅在油罐区安装了避雷针,而且避雷针的避雷半径和接地电阻都不在规定要求内,多数队伍井架都没有安装避雷针,在避雷针的安装维护方面也存在很多不规范的现象。
因此,有必要就井队避雷做深入研讨,制定一套规范的操作规程,以更好的推进井队安全工作。
雷击事件的危害不仅损害了设备也对现场人员的安全带来了威胁,所以我们要把井场避雷作为一个系统工程来做,才能保证安全生产,同时提高工作人员对于雷击防护的知识学习,保护自己,保护公共财产安全。
3.研究主要内容
此次立项主要是结合南美气候环境和工作环境,对井场的防雷中避雷针的选择和接地连接的要求做了详尽研究。
避雷针的选择和安装位置通过计算可以得到合理的保护范围,接地的要求可以安全地将雷电泻入大地。
达到设备和人员安全。
一.由于高耸的井架是全井场的制高点,在井架顶端安装高性能的避雷针很重要,经过科学计算保护范围,能覆盖大部分井场设备和生活区为宜,同时在高危险区域安装避雷针,进行重复避雷。
所以避雷针的选择尤为关键。
避雷针分为常规避雷针、提前预放电避雷针和特殊避雷针。
常规避雷针可采用直径25mm或40mm的镀锌钢管制作,长度1-2米。
我们采用的避雷针是法国杜尔-梅森自主研发的“Satelit+ESE2500-XL”提前预放电避雷针。
“satelit+”避雷针在传统避雷针的基础上增加了一个主动触发系统,通过一个脉冲变压器和振荡器的结合实现了向避雷针针尖发射高压信号的技术,产生大量的电离子,这种功能使“satelit+”发出的上行先导提前至远离避雷针数十米甚至上百米处与来自雷云的下行先导接闪,从而扩大了避雷针的保护范围。
具体原理如图所示:
它具有的特点是:
(1)在同等高度下,“satelit+”比普通避雷针保护范围大。
(2)由于上行先导和下行先导的会合点远离针尖,因此可有效降低雷闪电流幅值。
(3)双重动作,落雷更准确,减小了雷击点落于非避雷针体的概率。
二.根据防雷接地电阻不得大于10Ω的国家规范要求,可以设置独立的接地坑,接地极就地取材。
由于土壤电阻率的原因调整接地电阻(可采用接地坑浇灌盐水等办法解决),同时可以分布连接多个接地极,使得接地电阻达到十欧姆或者更小。
才能保证雷电释放电流安全泄入大地。
4.项目具体实施
1、材料准备:
名称
规格
数量
接地线
Bv25铜线
100米
接地极
2m/根(铜包钢接地极)
6根
接地卡子
纯铜线卡子
6个
避雷针
Satelit+ESE2500-XL
2个
接地电阻检测仪1
6415(钳形检测法)
1块
接地电阻检测仪2
辅助接地极检测法
1块
工业盐
3袋
2、施工方法及注意事项
一个避雷针应该安装到井架的最高点,另外一个避雷针安装在油罐区制高点,进行二次危险区防护。
安装高度大于最高安全防护点2.5米。
避雷针安装不管是底座焊接还是螺栓固定,必须相当可靠。
有必要在避雷针绝缘子下方再连接上安全链。
避雷下引线与避雷针连接良好并通过单独的线路直接连接到井场的接地总点上,不要单独设置接地点,也不要通过其他接地线路串联到井场的接地总点上去。
接地电阻要经常测量,接地电阻小于10欧姆为正常,现场要配备接地电阻仪用以检测。
(1)目前委内瑞拉各井队井场设备井场设备都要进行接地连接,这样就提高了接地面积,从而降低了接地电阻。
但是还要经常检查整改,以达到设备整体接地的要求;
(2)井场中根据实际在安全位置建立多个接地坑,一个接地坑中可以设置一个到三个接地桩,设备连接完成后根据土壤条件,通过浇灌盐水或者加草木灰的方法将接地电阻降到最低安全值。
(3)引下线采用圆钢时,其直径不应小于12mm;采用扁钢时,其截面不应小100mm,厚度不应小于4mm。
为便于搬家,引下线在井架分段处可用螺栓可靠连接,引下线到钻台面后,用不小于25的铜芯电缆连接到接地极。
安装好的避雷针和接地装置如下图所示:
5.效果分析
该安全科研项目实施以后,取得了很好的效果,半年来的雷雨季节中再没有出现过雷击事故,彻底保证了设备、生产的安全进行。
参照防雷安全的相关国家标准,结合井场实际情况,在完成立项后通过实验和方案论证实施,总结出在南美区域环境中石油钻井防雷技术规范要求。
以供该地域的各个井队采用和借鉴。
1.1井场内主要金属构件应具有可靠防雷接地通道,确保雷电能量的泄放。
1.2石油井场主要金属构件及电气设备外壳应通过总等电位连接的方式来实现可靠接地,重复接地体接地电阻不大于10Ω。
总等电位连接母线,应采取不小于25平方毫米铜芯电缆,总长度不大于150m。
总等电位连接母线应直接接至接地坑接地桩。
1.3为保证接地电阻达到10Ω以下,接地极铜扦子不得小于2米,每个接地坑可设置三根接地极或者更多。
为降低接地电阻,接地坑必须经常性撒盐(或者添加其他降阻剂)和浇水。
2、主机
2.1主机井架为井场最高点,应在天车顶安装避雷针,避雷针的保护范围应按照滚球法计算。
避雷针必须有不小于25平方毫米的铜芯电缆或者镀锌钢管、扁钢做下引线,下引线接至独立的接地极,整体接地电阻不得大于10Ω。
2.2防爆区及其上方区域,应尽量避免金属构件小间隙之间雷击产生火花放电,如有小间隙,应采取等电位连接措施。
3、机房区
3.1井场供电采用TN-C接地保护系统,变压器中性点必须可靠接地。
机房区应单独布置接地坑(接地极),以保证中性点接地良好。
3.2发电机房体应焊接地螺栓,房体应连接至总等电位电缆。
3.3电控房到钻台及司钻房的电缆建议使用屏蔽电缆,屏蔽层可靠接地。
3.4视频监控系统及井场通讯系统必须使用屏蔽电缆,屏蔽层做到可靠接地。
井架上安装的云台、摄像头以及防爆电话、扩音器等设施一律安装在井架内侧。
3.5顶驱电缆屏蔽层必须可靠接地,顶驱电控房房体应连接至总等电位电缆。
4、营房区
4.1营房区应布置等电位连接电缆,连接至独立的接地极(接地坑)。
每根等电位连接电缆不超过100米。
如果生活区比较分散,可分段设置等电位电缆,重复接地。
接地电阻不超过10Ω。
4.2营房区设施(包括营房、生活水罐)都应焊接地螺栓,房体应连接至总等电位电缆。
4.3天线设备的杆体用镀锌钢管,杆体下端必须可靠连接至营房区等电位连接电缆。
5、维护
5.1防雷装置的维护分为周期性维护和日常性维护两类。
5.2周期性维护在每年雷雨季节到来之前,应进行一次全面检测。
5.3日常性维护应每周至少检查一次各处接地电阻,对不达标者及时处理。
5.4对防雷装置应随时进行目测检查,按照产品说明书检查工作状态是否正常。
雷电的防护是一个系统工程,其核心在于良好的接地,即为巨大的雷电能量提供快速的泄放通道。
只要我们掌握这一原则,遵守相关规范,采取相应的避雷措施,雷击的损失是可以降到最低的。
希望我们的实践经验能给各个在南美作业的钻井队伍带来启发,同时预祝我们在工作中能够人定胜天,更加清楚的认识大自然中的雷电,战胜大自然中雷电,在工作中为了保证人身安全,生产安全更能上一个新台阶。
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