经验 | 法兰静电跨接到底该不该做?

经验 | 法兰静电跨接到底该不该做?
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阅读前思考:

管道为什么需要静电接地?

哪些管道必须接地呢?

静电接地怎么做才是合格的?

管道法兰为什么也要进行静电跨接?

静电跨接的合格标准又是什么呢?

哪些情况下需要做法兰静电跨接呢?

 

最近群里都在讨论这个法兰静电跨接的问题,之所以讨论的很热烈,并不是静电跨接的技术难度,而是静电跨接到底该不该做的问题,多如牛毛的标准规范让我们无所适从,那些具有鲜明个性的专家也让企业深受苦恼。法兰静电跨接的问题为什么这么乱?问题又到底出在哪里呢。今天我们就来探讨一下,关于管道法兰的静电跨接到底该怎么做。

 

在讲这个问题之前,我们需要先了解一下管道的静电接地,只有先读懂了管道的静电接地,才能了解为什么有的管道法兰需要跨接,有的管道法兰不需要跨接。

 
01

 

管道为什么需要静电接地?

 

这个问题我简述一下,主要原因是管道内的物料会积聚电荷,当电荷积聚到一定程度时,会击穿两个导体之间的空气而产生火花,如果此时环境中存在易燃易爆气体的话,就会点燃可燃气体,发生爆燃现象。为了阻止爆燃就需要把管道积聚的电荷及时地引流到大地中,这就是管道静电接地的本质原因。当然具体的放电量的大小、可燃气体的点燃能量、击穿电势的大小等等,不再赘述,可参考具体的技术标准。

 

通过上段内容的描述,很显然并不是所有管道都必须进行静电接地的。

 

那么到底哪些管道必须接地呢?

 

由于静电接地的标准规范实在太多,一一列举过于麻烦,我就直接先写条款内容,然后注明标准规范。具体哪一条款,私下里自己查吧。

 

以下管道需要静电接地:

 

1、爆炸、火灾危险场所内可能产生静电危险的设备和管道,均应采取静电接地措施;

 

 

2、可燃气体、液化烃、可燃液体、可燃固体的管道在下列部位应设静电接地设施:a)进出装置或设施处;b)爆炸危险场所的边界;c)管道泵及泵入口永久过滤器、缓冲器等;

 

 

3、可燃液体、液化烃的装卸栈台和码头的管道,均应做电气连接并接地;

 

 

4、地上或非充沙管沟敷设的工艺管道的始端、末端、分支处以及直线段每隔200m~300m处,应设置防静电接地装置;
 

5、埋地金属管道可不做防静电接地;

 

 

6、管道在进出装置区及生产厂房处、有爆炸危险的分解处、分支处应做防静电接地,长距离无分支管道应每隔200m~300m接地一次;

 

 

7、输送易燃易爆液体和气体的管道和各种阀门;

 

 

8、生产、输送可燃粉尘的设备和管线;

 

 

9、输送液体石油产品的管路系统的所有金属件,包括护套的金属包覆层应接地,对于金属管路中间的非导体管路段,两端的金属管应分别与接地干线相连。非导体管路段上的金属件应跨接、接地。       

 

上述九项规定分别出自《GB 50160-2018 石油化工企业设计防火标准》、《GB 50074-2014 石油库设计规范》、《SY/T 0060-2017 油气田防静电接地设计规范》、《SH/T 3097-2017 石油化工静电接地设计规范》、《GB 13348-2009 液体石油产品静电安全规程》。

 

在上面列出的共九项的内容中,如果存在以下情况的话,可以不用再做专门的静电接地:       

   

1、当金属导体已与防雷、电气保护、防杂散电流、电磁屏蔽等的接地系统有电气连接时;

 

2、金属管道本身已作阴极保护时;

 

3、当金属导体之间有紧急的机械连接,并在任何情况下金属接触面间有足够的静电导通性时。     

 

上述三项规定分别出自《HG/T 20546-2009 化工装置设备布置设计规定》、《SH/T 3097-2017 石油化工静电接地设计规范》、《HG/T 20675-1990 化工企业静电接地设计规程》。

 

 
02

上面具体讲完了管道静电接地的范围和豁免条件,接下来我们进入第二阶段。

 

静电接地的技术要求,即静电接地该怎么做才是合格的?

 

让我们再次回到本质安全上来,静电接地的主要目的就是把管道积聚的电荷及时地导入大地,电荷的移动就是我们常说的电流,那么静电接地自然希望电流越大就越好,换句话说,静电接地的电阻越小越好,那么具体电阻值达到多少算合格呢?

 

我们先来看看标准是怎么规定的:

 

1、静电导体与大地间的总泄露电阻值在通常情况下应不大于1MΩ。专设的静电接地体的接地电阻值不宜大于100Ω;

 

 

2、金属管道的电阻如果大于1MΩ,需要通过接头特殊接地连接;

 

3、防静电接地的接地电阻,不宜大于100Ω;

 

 

4、静电接地系统的静电接地电阻值通常情况下不应大于1MΩ。每组专设的静电接地体的对地电阻值不宜大于100Ω;

 

 

5、静电接地系统的静电接地电阻值不应大于1MΩ。专设的静电接地体的对地电阻值不应大于100Ω。       

 

上述五项规定分别出自《GB 13348-2009 液体石油产品静电安全规程》、《GB/T 3836.26-2019 爆炸性环境 第26部分:静电危害 指南》、《GB 50074-2014 石油库设计规范》、《SY/T 0060-2017 油气田防静电接地设计规范》、《SH/T 3097-2017 石油化工静电接地设计规范》、《SY/T 7385-2017 防静电安全技术规范》、《HG/T 20675-1990 化工企业静电接地设计规程》。

 

通过刚刚上面的那段文字,大家可以看出国内的静电标准规范是多么的丰富多彩,虽然都是重复性的条款,但好歹没有冲突矛盾的地方。大家看了可能会问1MΩ和100Ω是怎么定的呢?是不是又是哪位专家拍脑袋定出来的呢?这次我可以负责任的跟大家说,这个还真不是拍脑袋定出来的,确确实实是计算出来的,具体怎么算出来的,我就不再细讲了,感兴趣的老铁可以查阅防爆界的标准圣书IEC 60079标准系列第32篇。
 

 
 
03

现在我们正式进入点题环节。

 

管道法兰为什么也要进行静电跨接?其静电跨接的合格标准又是什么呢?

 

从本质原因上来讲,管道法兰之所以需要静电跨接,是因为管道法兰有可能会成为一个静电积聚点,换句话说,管道法兰可能存在绝缘的情况。那么管道法兰在什么情况下会绝缘呢?

 

遗憾的是,这个问题国内标准没有提及,这就导致很多企业在执行标准时内心里其实是充满疑惑的,口服心不服,自然整改的意愿也就大大降低了。其实这个法兰绝缘问题呢,我查阅了国外标准规范后,才弄清楚了,话说回来也是一个历史遗留问题,国外的标准资料是这么说的:在金属管道上所有接头一般不需要采用等电位连接件(静电跨接),只有因为设计原因,没有金属与金属接触时,才宜使用。当采用绝缘垫片及在管道外部刷漆而使螺栓不能与管道由可靠的电气接触时,才可能出现这种情况。

 

上述字体出自《IEC TS 60079-32-1-2013 Explosive atmospheres - Part 32-1: Electrostatic hazards - Guidance》,他的意思就是如果出于设计原因,管道中间某部分需要绝缘的话,这个必须静电跨接了。另外当管道法兰采用绝缘垫片且由于管道刷漆使螺栓不能与管道有可靠的电气接触时,当同时满足这两个条件时,才需要静电跨接。

 

那么我们国内的现状又是什么样呢?

 

由于历史的原因,上了年纪的很多金属管道采用了橡胶或石棉类绝缘垫片且管道法兰一般也都做了防腐,这样的话,的确需要进行静电跨接。但是现在的垫片大部分都是采用了金属缠绕垫,另外管道法兰即使做了防腐的话,与螺栓接触的法兰面防腐层实际上也会被破坏掉了,且在具体的工程实践上,法兰也很少做防腐的,都在裸露在外呈现出锈迹斑斑的褐色,所以这两方面的因素基本上能保证法兰之间的连接出现绝缘的可能性大大降低了。所以我的个人理解就是:如果我们能明确地判断该管道法兰不可能出现绝缘的话,比如采用了金属垫片,法兰未做防腐,采用金属螺栓等,那么完全可以不用再做静电跨接。

 

国内的标准中对于法兰静电跨接的标准条件是怎么规定的呢?又是怎么来判断静电跨接的合格标准呢?

 

我们先来看一下标准都是怎么规定的:

 

1、设计有静电接地要求的管道,当没对法兰接头、螺纹接头或其他接头间电阻值大于0.03Ω时,应设导线跨接;

 

 

2、静电接地安装完毕后,应进行测试,电阻值超过规定时应进行调整;

 

 

3、当每对法兰或螺纹接头间电阻值大于0.03Ω时,应有导线跨接,并应符合国家标准SH3097和设计文件的有关规定;

 

 

4、对金属管路中间的非导体管路段,除需做屏蔽保护外,非导体管路段上的金属件应跨接、接地;

 

 

5、静电接地安装完毕后,应进行测试,电阻值超过规定时应进行检查与调整,并应填写《管道静电接地测试记录》;

 

 

6、在爆炸危险区域内的工艺管道,其金属法兰连接处应跨接,当少于5根螺栓连接时,在非腐蚀环境下可不跨接;

 

 

7、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时,连接处应用金属线跨接。当不少于5根螺栓连接时,在非腐蚀环境下可不跨接。

 

 

8、当金属法兰采用金属螺栓或卡子固定时,一般可不必另装静电跨接线,但应保证至少有两个螺栓或卡子间具有良好的导电接触面;

 

 

9、输油输气管道的法兰连接处,当少于5个螺栓连接时应跨接;

 

 

10、当金属法兰采用金属螺栓或卡子固定时,一般可不必另装静电跨接线,在腐蚀条件下,应保证至少有两个螺栓或卡子间的接触面,在安装前去锈和除油污,以及在安装时加防松螺母。

 

上述五项规定分别出自《GB/T 20801.4-2020 压力管道规范 工业管道 第4部分:制作与安装》、《SH 3501-2011 石油化工有毒、可燃介质钢制管道工程施工及验收规范》、《GB 13348-2009 液体石油产品静电安全规程》、《GB 50235-2010 工业金属管道工程施工规范》、《GB 50074-2014 石油库设计规范》、《SY/T 0060-2017 油气田防静电接地设计规范》、《SH/T 3097-2017 石油化工静电接地设计规范》、《HG/T 20675-1990 化工企业静电接地设计规程》。

 

看了上面的10项标准条款,大家第一时间是不是感到头皮发麻,静电标准的混乱在这里体现的淋漓尽致,重复还在其次,关键还有互相矛盾的地方,这就让企业和专家们不知所从了。

 

在这里我的意见就是抓本质安全,从技术层面上来落实本质安全,而不是从标准层面上去追求形式安全。

 

这是所有包括专家、企业、政府等部门需要共同反思的地方。以前我总感觉老标准都过时了,基本上都采用新标准了,但是在这篇文章里,我感受到了老标准的科学务实的态度,我把上述10项内容分别标记了蓝色和橘色,对于蓝色内容我还是保留自己的看法,不敢苟同,对于橘色内容,尤其是最后一项,这个条款出自1990年发布的《化工企业静电接地设计规程》,而且编制组还专门附带绘制了静电接地图集(CD90B4-88),在这里我看到了80年代老专家们科学务实的严谨作风,现在的新标准很少能写的这么具体了。

 
04

对于管道法兰的静电跨接,我的建议是摒弃形式安全,保证本质安全,具体做法如下,仅供参考:

 

1、金属管道法兰+金属垫片+金属螺栓+非腐蚀环境 ——无需静电跨接;

 

2、金属管道法兰+金属垫片+金属螺栓+腐蚀环境(螺栓大于4根)——无需静电跨接;

 

3、金属管道法兰+金属垫片+金属螺栓+腐蚀环境(螺栓少于4根)—— 静电跨接;

 

4、金属管道法兰+非金属垫片+金属螺栓+非腐蚀环境(螺栓大于4根)——无需静电跨接;

 

5、金属管道法兰+非金属垫片+金属螺栓+腐蚀环境——静电跨接。

 

号外!号外!关于静电跨线用什么样的连接线,我的回答只有一句话:“截面积大于等于6mm2的铜芯线或软铜编织线都可以!都可以!都可以!重要的事情说三遍!”

 

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