務川縣天然氣供氣站雷電災害風險評估

艾世杰，陳林琴，曹 飛

(1.貴州省務川縣氣象局，貴州 務川 564300;2.貴州省金沙縣氣象局，貴州 金沙 551800;3.貴州省普安縣氣象局，貴州 普安 561500)

1 引言

根據相關法律法規(guī)和標準的規(guī)定，雷電災害風險評估一般應在新建建筑物的防雷設計施工之前進行，其目的是使雷電防護設計監(jiān)理在科學的基礎上，避免盲目性，保證防雷工程安全可靠，技術優(yōu)先，經濟合理。本文通過對務川天然氣供氣站的雷電活動規(guī)律進行研究，運用雷電的基本原理和雷電災害風險評估的理論對該供氣站的雷擊損害進行風險計算，從而得出該天然氣供氣站的雷擊風險概率及該供氣站各區(qū)域的雷擊風險值，為主管部門和安監(jiān)部門進行安全監(jiān)督和管理提供了依據。

2 數據采集及分析

2.1 務川縣1961—2010年氣象觀測數據分析

根據50 a務川縣氣象局觀測數據分析表明，務川縣的平均雷暴日數為34.9 d/a，屬多雷區(qū)，雷電主要發(fā)生在4—8月，月平均雷暴日數7～12 d，雷暴日數最多的年份為1983年(62 d);最少年份為1966年(15 d)。11、12、1、2月份少有雷電發(fā)生。8月為雷暴最強月份，月平均雷暴日數12.6 d，當月最高雷暴日數達15 d，出現于1963年。

2.2 貴州省雷電監(jiān)測網數據分析

2.2.1 地閃密度 根據貴州省雷電監(jiān)測網數據，務川縣天然氣供氣工程(以項目中心位置3 km半徑)區(qū)域范圍內雷電流年平均地閃次數168次，地閃密度約為594次/km2·a。(本報告采用該值作為雷電風險計算參數)。

2.2.2 雷電小時 根據貴州省雷電監(jiān)測網的監(jiān)測雷電小時月平均分布規(guī)律，務川縣天然氣供氣工程(以項目中心位置3 km半徑)區(qū)域范圍平均雷電小時為43 h。雷電活動主要發(fā)生在4—8月，月平均雷電小時＞6 h。

2.2.3 正負閃雷電流強度分布及極值

表1 2006—2010年務川縣天然氣供氣工程最大正、負閃強度及平均閃電強度表(kA)

2.2.4 雷電活動日變化 以項目中心位置3 km半徑，地域內地閃主要活躍在15－02時，97%的地閃都發(fā)生在這個時段，03－14時地閃相對較少，約3%的地閃發(fā)生在這個時段。

2.3 場地土壤電阻率的測量

本文中所用的土壤電阻率數值來源于2011年7月18日在務川縣天然氣供氣工程項目所在位置處現場采集的數據，采集當日天氣晴，土壤含水量較少。測量前3 d天氣為陰天，取季節(jié)系數ψ=1.5。土壤層平均土壤電阻率為58.6Ω·m。

3 務川縣天然氣供氣工程勘查概況

3.1 地理位置及參數

貴州務川縣天然氣供氣工程位于務川自治縣新城區(qū)。該地區(qū)場地為山地丘陵緩坡地貌，地勢系以風化剝蝕與坡積形成為主，整個擬建場地比較平整，場地地形地貌條件簡單。場地的北、東、西面均為旱地，場地地層按其成因自上而下分為素填土層、紅粘土層和下伏基巖3部分。

3.2 項目建設內容

務川縣天然氣供氣工程為新建LCNG場站工程，該場站是含有中壓配氣及CNG加氣功能的場站。建設場地地形大致呈矩形，長約936 m，寬約750 m，占地面積約70.2 hm2，呈北東、南西向擺布。該項目建設建筑物主要包括辦公大樓，加氣棚罩，站房，氣化器，LNG儲氣罐，BOG、EAG，水泵房等。

3.2.1 務川天然氣供氣站辦公用房 該站房長21 m、寬8.4 m、高4.2 m，房頂安裝有避雷帶并可靠接地，工頻接地電阻18Ω。

3.2.2 加氣棚 該加氣棚面積為400 m2，棚頂設計有避雷網格，通過四根柱子主體鋼筋作了可靠接地，接地電阻為1.9Ω。

3.2.3 儲氣罐 儲氣罐區(qū)域占地720 m2，儲氣罐高16.2 m，儲氣罐壁厚6.0 mm(不＞4 mm時可不安裝避雷針)，直接用儲氣罐體和裝有阻火器的放散管作接閃器，并作了可靠接地，接地電阻為4Ω，裝有阻火器的放散管對儲氣罐起到了屏蔽作用。

3.2.4 電源 電源進入項目區(qū)前終端桿處采用金屬鎧裝電纜引下，埋地敷設至項目加氣區(qū)總配電箱。項目區(qū)內所有室外電力線路均采用金屬鎧裝電纜直接埋地的方式沿道路敷設，并安裝了三級電涌SPD。

3.2.5 弱電設備 該項目最重要的弱電設備是設置在站房內的LCNG控制柜，控制柜主要功能是通過各種傳感器對現場LNG運轉的儲罐、低溫泵、柱塞泵、增壓器以及售氣機等設備的正常運轉和對相關設備的運行參數進行監(jiān)控，并在設備發(fā)生故障時自動報警并切斷系統(tǒng)。同時，工藝設備的壓力、溫度、流量等參數經傳感器送至控制柜。這些信號送至監(jiān)控系統(tǒng)，顯示工藝設備運行狀態(tài)，確保系統(tǒng)的安全可靠運行。此裝置已安裝了限壓型SPD。

4 項目區(qū)域風險計算

4.1 項目分區(qū)

根據項目區(qū)域內的建構筑物使用功能和位置分布情況，將項目分為以下幾個防雷區(qū)域:儲氣區(qū)(Z1區(qū))、加氣區(qū)(加氣棚)(Z2區(qū))、辦公區(qū)(辦公樓、站房、配電房)(Z3區(qū))。本報告僅 Z1區(qū)、Z2區(qū)、Z3區(qū)做風險評估。

表2 建筑物特性

表3 低壓線路及其內部系統(tǒng)的數據和特性

表4 通訊線路及其內部系統(tǒng)的數據和特性

為了進行等電位連接，低壓線路、通訊線路按照IEC62305－3的要求安裝有SPD，前者有符合IEC62305－4要求的配合的SPD保護，后者沒有。

儲氣區(qū)(Z1區(qū))、加氣區(qū)(Z2區(qū))、辦公區(qū)(Z3區(qū))區(qū)域特征見表5～表7。

表5 區(qū)域Z1(儲氣區(qū))的特性

表6 區(qū)域Z2(加氣區(qū))的特性

4.2 年預計雷擊次數的計算

年預計雷擊次數包括:建筑物的直擊雷年預計雷擊次數ND、雷擊建筑物鄰近區(qū)域的年預計雷擊次數NM、入戶設施直擊雷年預計次數NL、雷擊入戶設施鄰近區(qū)域的年預計雷擊次數NI。其中入戶設施包括:電源線、電話線等金屬線管，年預計雷擊次數見表8。

表8 危險事件的預期年均次數(次/a)

4.3 人身傷亡風險的計算

風險組成評估所需參數見表8，風險計算結果見表9。

表9 不同分區(qū)內風險R1的組成

5 結論

本文根據貴州省務川縣天然氣供氣站所在地地勘資料、雷電監(jiān)測數據和氣象資料等數據，結合該天然氣供氣站的防雷設計方案，采用IEC 62305的評估方法分別對各區(qū)域進行了雷擊風險計算，得出該供氣站儲氣區(qū)(Z1區(qū))風險值為7.76 E－08，加氣區(qū)(Z2區(qū))風險值為4.92 E－07，辦公區(qū)(Z1區(qū))風險值為9.17 E－08，各風險值均＜1.00 E－05，說明貴州省務川縣天然氣供氣站的防雷設計比較經濟、合理，符合要求。

隨著社會的進步和科學的發(fā)展，雷電災害風險評估越來越重要，同時也越來越復雜。在今后的工作中，人們還要對它不斷的進行探索、研究和驗證。

［1］楊仲江.雷電災害風險評估與管理基礎［M］.北京:氣象出版社，2010.

［2］陳渭民.雷電學原理［M］.北京:氣象出版社，2006.

［3］GB50343—2004.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2004.

［4］GB50028－2006.城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2006.