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管道法兰静电跨接的必要性-凯发真人版

2022-10-14

爆炸性环境中的静电接地和等电位连接是石化装置安全检查中的重要内容,金属管道法兰连接处的等电位连接的要求和实施方案存在较多争论,正确理解静电、静电接地及等电位连接的要求是做好静电防护和雷电防护工程设计的基础。本文从静电的基本概念着手,分析静电接地和等电位连接的要求,结合工程实践,讨论金属管道法兰连接处等电位连接的几种实施方法,分析了静电防护和雷电防护的不同要求和特点,并提出工程建议。

一、静电的概念

静电是存在于物体表面的电荷,对于观察者是相对静止的。静电可以由物体的分离与接触、附着带电微粒、静电感应和介质极化等过程产生,生产和储运过程中,在物料、设备、人体、管道和构筑物上产生并积累。
静电安全指的是在生产和环境中,不发生因静电放电导致人员伤害、引燃可燃物质、损坏电子设备等造成经济损失的状态和条件。带静电物体上的静电量是静电产生量与消散量动态平衡的相对稳定值,通常只要静电起电的速率小于静电消散的速率,就不会出现静电积聚,为静电安全状态;物体之间保持导电状态可以均衡电荷,避免相互静电放电,为静电安全状态。

二、静电接地电阻

电荷在物体上或物体之间的移动并不需要很低的电阻。为了释放物体上的电荷,通常采用接地的方式,借助于大地的均衡电位,避免静电放电。实验证明物体表面电阻小于1mω 就可以使电荷移动,所以物体的静电接地电阻小于1mω 就能对地释放静电。有关标准规范规定物体静电接地电阻不大于100ω,在山区等土壤电阻率较高的地区,接地电阻值可以放宽到1kω,这对于静电释放来说是很宽裕的。

通常情况下,静电释放电阻不大于1mω 时,静电消散的速率大于静电起电的速率,或者可以释放积聚的静电,起到消除静电的作用。

三、金属管道法兰连接处的等电位连接

金属管道法兰连接处的导电连接实现了等电位,目的是静电防护和雷电防护。

导电连接不同于静电接地,静电接地是为了借助于大地释放静电,取得物体的静电平衡,避免物体的静电积聚。金属管道法兰连接处的等电位连接是为了避免金属管道法兰面间的电荷不均衡,形成电位差,避免因电位差产生静电间隙放电或雷电间隙放电。金属管道法兰连接处的等电位连接应关注连接电阻和电荷导通载流能力两个方面。

四、相关标准的规定

对于金属管道法兰对的等电位连接,不同的标准要求不尽相同,以下为相关标准要求的一些摘录:

1)gb50057-2010《建筑物防雷设计规范》[1]中第4.2.2条规定:对于防雷建筑物的防闪电感应,当长金属物的阀门、法兰盘、弯头等连接处的过渡电阻值大于0.03ω 时,应采用金属导线跨接。不少于5根螺栓连接的法兰在非腐蚀环境下可以不跨接。第二类和第三类防雷建筑物防闪电感应没有以上要求。

2)sh/t3097-2017《石油化工静电接地设计规范》[2]中第5.3.4条规定:当金属法兰采用金属螺栓紧固时,通常可不另设静电跨接连接线,但应保证至少有2个金属螺栓具有良好的导电接触面。

3)hg/t20675-1990《化工企业静电接地设计规程》[3]中第2.7.5条规定:金属法兰使用金属螺栓紧固时,可不另设静电跨接线。在腐蚀条件下,安装前应有不少于2个螺栓的接触面去锈和除油污,并应加装防松螺帽。从实践经验来看,金属螺栓连接的金属法兰之间,单是螺栓相连,已经有足够的静电导通性。在腐蚀条件下的安装要求,目的是保证导通性。

4)gb/t20801.4-2020《压力管道规范工业管道第4部分:制作与安装》[4]中第10.12.1条规定:设计有静电接地要求的管道,当每对法兰间或其他接头间的电阻值大于0.03ω 时,应设置导线跨接。

5)gb501056-2021《汽车加油加气加氢站技术标准》[5]中第13.2.12条规定:在爆炸性环境内的工艺管道法兰两端连接处,应采用金属线跨接。

法兰连接螺栓大于等于5根时,在非腐蚀环境下可不跨接。在 爆 炸 性 环 境 内 的 油 品、液 化 天 然 气(lng)、压缩天然气(cng)和液化石油气(lpg)管道上的胶管和法兰两端的连接处应设置金属导线跨接,目的是为了防止胶管和法兰两端的连接处因接触连接不良(电阻大于0.03ω)而发生静电及雷电火花,从而发生火灾或者爆炸事故。连接螺栓不少 于 5 根 的 法 兰,在 非 腐 蚀 环 境 下 可 不跨接。

6)gb50177-2005《氢气站设计规范》[6]中第9.0.4条规定:氢气站和供氢站内的管道法兰及阀门等连接处,应采用金属导线跨接。在正常环境无锈的情况下,管道接头、阀门、法兰盘等接触电阻均在0.03ω 以下。如果管道接头生锈,会使接触电阻增大。试验表明,螺栓连接的法兰盘之间存 在 生 锈 腐 蚀 时,在 雷 电 流 幅 值 相 当 低(10.7ka)的情况下,法兰盘间也能间隙放电,诱发火灾或者爆炸事故。氢气站如果不经常检查并测试管道接头和法兰盘等处的过渡电阻,一旦接触连接处生锈,则十分危险。因此,规定氢气站和供氢站内的所有管道,包括暖气管及水管法兰盘、阀门接头等处均应采用金属导线跨接。


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