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放热焊接技术在石油化工企业接地系统中的应用
[内容摘要]结合海南实华炼油化工有限公司海南炼化续建项目的接地工程实例，介绍了放热焊接这种新型接地连接方式在石油化工系统中的应用。
[关键词]铜钢合金接地棒，放热焊接，接地电阻，接触电阻。
一、概述
近年来随着越来越多的外资进入我国的石化行业以及国家经济的飞速发展，原有的各类大型石化企业的改扩建工程日益增多，同时规划和新建了多个大型炼化一体化的工程项目。当前,石化企业的大多数电气设备元器件采用的都是集成电路和微电子电路，对雷电流、干扰信号和故障电流尤为敏感。这就需要有良好的接地系统及时排除干扰信号和泄放故障电流以保障各类设备的正常运行。
二、接地设计方案优化
目前国内接地系统中接地的材料通常采用钢材，形式上多为扁钢和角钢，它存在使用寿命短、维护费用高和接地电阻不稳定的缺点。一般而言，3～5年接地材料就会受到比较严重的腐蚀，特别是加灌了降阻剂的地区的接地材料就更容易被腐蚀，并且通过测量工频接地电阻往往不易检测出来，需要频繁的检查和维护，部分腐蚀严重的地方使用8～10年后就需要重新改造接地系统，造成了资源的严重浪费。
在许多采用TN-S的系统中，都需要检测零序电流作为发生接地故障保护时的判据，而传统接地方式接地的材料--钢材的导电率（0.7x107）要远远低于铜材的导电率（1.56x107），经过长期使用后，性能更会大幅度下降，这样对于接地故障保护的可靠性和时效性都会有很大的影响；随着科技的进步，近年我们郑州凯威防雷科技有限公司逐步推广采用了以铜作为主要接地材料的新型接地方式，用以取代以前的以钢作为接地主体的接地方式，然而连接方式大多采用压接的方式，这种连接方式构成的接地系统相比传统接地系统大大提高了接地系统的使用寿命，但是它也存在着巨大的隐患-压接点的接触电阻过高造成了可靠性的大幅下降。
三、放热焊接技术原理
以铜作为接地的主要材质对接地体之间的连接方式提出了很高的要求，郑州凯威防雷科技有限公司新型的放热焊接方式就非常适用于各种有较高接地要求的场合。最初的放热焊接工艺是用在制造铸件和修补断裂的铸件，而在有色金属上首次使用这种工艺的是凯斯里工学院（Case institute of Technology，现称西凯斯大学）的查尔斯.卡特威尔博士（Dr. Charles Caldwell），他1938年在“电气铁路公司”任顾问时所开发并命名了CALDWELL铜基放热反应，其原理是用较活泼的金属来还原铜,通过在化学反应中释放的热量将两连接体的接头迅速熔为一体；它是真正的分子焊接，导体不会被破坏并且没有接触面，电解质等不会渗透到导体交界面上导致氧化或随时间老化,导体交界面的整体有效性没有改变。放热焊接工艺一般采用的放热反应公式为3CuO+2Al--->6Cu+Al2O3+热量（2537oC或4600oF），理论上自然界存在的其他较活泼的金属如Mg等也可以作为放热焊材料，放热焊接工艺要求的温度较高，但是不同的放热焊接工艺公司添加了各种不同的添加剂从而使温度在不同程度上有所降低。
由于我国使用放热焊接技术的时间还不长，相关的标准规范也都还未制定发布，但是在国外，尤其在欧美等地区的各种标准规范都直接或间接的提到了放热焊接这一方法。
A． IEEE标准80-1986（1991年版）《交流电变电所接地安全性守则》，该标准认为：放热焊接如正常的话，它就相当各种连接器必须减少额定值使用或者必须通过IEEE标准837-1989所规定的鉴定试验。IEEE标准80的其他几部分在提到接地系统时也都提到了放热焊接。
B． NEC（国家电气规范），根据该规范第250章，放热焊接可以在几种场合采用。由于该规范在正常情况下，只接受“列出”的接地部件。由于放热焊接不是部件，因此规范中明确写出了放热焊接这一名称。参见：第250章81，91，113及115节。
C． BS 6651（1991），该规范中更是明确写出：除CALDWELL放热焊接以外，任何连接点均被视为导电系统上的不连续并容易受到破坏。
采用放热焊接工艺具有以下的优点：
1)焊接点的载流能力（熔点）与导线的载流能力相等,接触电阻值小；
2)因为焊接点是焊接而成的，所以是永久性的，不易老化；
3）焊接是一种永久性的分子结合，不易松脱；
4）焊接点像铜一样不受腐蚀性产物的影响；
5）焊接点能经受反复多次的大浪涌（故障）电流而不易退化；
6）焊接方法简单实用，培训容易；
7）供焊接用的材料很轻，携带方便；
8）进行焊接时，无需外接电源或热源；
9)从外观上便能核查焊接的质量;
10）可用于焊接铜、铜合金、镀铜钢、各种合金钢包括不锈钢材料。
现在的大型石化企业中通信系统的接地网一般都与全厂的接地网构成一个整体，放热焊接方式在数字通信系统中能确保“无燥音”联结。而一般的机械连接会造成电子噪音，连接点的突然变化会造成较高的Ldi/dt电压，这是因为突然的改变会造成与信号电路耦合的脉冲信号，该信号会引起错误数据甚至导致电路的永久损坏。采用放热焊的方式可使其焊接点的分子联结不受腐蚀，不受灰尘和清洁液的影响。
但是放热焊接过程也存在着影响熔接效果的因素:1、焊接时必须采取的最重要的步骤是防止焊接过程中焊接点内水气的产生。因为一个良好的焊点应当表面饱满光亮、无气孔，切开后观察其剖面在一整体无气孔与瑕疵，由于模具、焊粉及被焊接物内均可能吸附水分，因此影响其焊接效果的最主要因素是湿气或水气。2、另一影响焊接效果的因素是模具及被焊接物的清洁程度。如果被焊接物表面有尘土、油脂、氧化物（锈）或其它附着物等必须完全清除并使其洁净光亮后才要进行焊接作业，否则焊点的导电性能与机械性能将受到影响。如果模具内遗留的残渣不完全清除，将造成焊点表面不平滑、不光亮。因此，防止水气产生、清洁被焊接物、清洁模具是影响熔接效果的关键因素。
铜钢合金接地棒是适用于一般场合相对简易的接地极，它是由一定厚度的铜覆盖层覆着到碳钢芯棒上制成的。长度有 1.5m、2.4m 和 3m等几种规格。高强度的钢质内芯便于施工时直接将接地棒打入地下，使施工更加快捷；表面的铜覆盖层可以加强接地棒的导电性和泄流能力，增强电极的防腐，从而使接地系统的接地电阻长期保持稳定，并延长接地系统的使用寿命。铜钢合金接地棒和接地网络内其他接地体的连接采用放热焊接的方式能有效的减少焊接点处的接触电阻值。
四、工程中的实际应用效果
在海南实华炼油化工有限公司海南炼化续建项目的接地工程中，生产装置内采用了共用接地装置，即工作接地、保护接地、防雷接地、防静电接地同时与计算机接地连接，形成一个共用接地网，所以要求接地阻值要小于1Ω。若用常规的镀锌扁钢和角钢进行施工，为了使接地电阻达到要求，必须采取增加接地极数量的方式。而采用以铜包钢接地极、裸铜绞线的接地系统，如果不能有效解决连接点的接触电阻值过大的问题，则无法满足要求。
经反复研究论证，最终决定采用 以铜包钢为接地极、裸铜绞线为接地线的接地系统。接地导线与接地极之间的连接均采用放热焊接方式。这种新型的接地连接方式的基本操作程序非常简便，现场的各类施工人员只需很短的时间就能够熟练得的掌握这种焊接技术。现在全厂的各装置区内接地网基本施工完毕，经过实测接地电阻值约为0.2Ω ，远远小于设计要求。
裸铜绞线和铜包钢接地极的接地系统相对于传统的镀锌钢材接地系统一次性投资增加了许多，但是后期的维护和重复投入则大大减少，因而从经济性上分析可以看出采用放热焊接工艺的新型接地方式一次性投资高于传统接地方式，但是从长远来看其总体投资额和传统接地方式相当。
目前，采用 以铜包钢接地极、裸铜绞线的接地系统已经在石化行业内大量推广采用，而放热焊接技术也已在石化行业被越来越多的采用，从而解决了在共用接地网的施工中接地连接点接触电阻值高，降阻困难，现场施工难度大，接地系统使用寿命短的难题。通过以上的应用实例可以证明，新型的接地方式和放热焊接技术完全可以代替传统接地方式，极具推广和应用价值.
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