盱眙天然氣公司項目直擊雷防護(hù)設(shè)計

查懷華 徐建春

摘 要：根據(jù)天然氣設(shè)施的一些特有特征、雷電的各種破壞方式以及雷擊可能產(chǎn)生的災(zāi)害和影響，本文主要簡述了天然氣工程項目系統(tǒng)的直擊雷防護(hù)措施，通過這些技術(shù)手段，能大大減少天然氣工程項目發(fā)生雷擊災(zāi)害的概率，確保天然氣工程的各種設(shè)備運(yùn)行正常。由于盱眙天然氣公司工程項目屬于易燃易爆場所，若有雷擊發(fā)生，人員傷亡和財產(chǎn)損失可能可能性較大，因此防雷安全尤為重要。

關(guān)鍵詞：天然氣，直擊雷，防護(hù)設(shè)計

中圖分類號：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 盱眙天然氣公司項目基本資料

1.1 項目當(dāng)?shù)乩纂娀顒忧闆r

盱眙縣多年平均雷暴日數(shù)37.8天，屬于我省雷暴較多的地區(qū)之一。雷暴的產(chǎn)生與局地的氣候變化密切相關(guān)，月分布特征明顯。月雷暴日的統(tǒng)計結(jié)果顯示，月雷暴日的變化特征呈明顯的單峰型，1、2月基本無雷暴發(fā)生，月雷暴日都只有0.17天，3月開始雷暴逐漸增多，而后持續(xù)緩慢增多，7月猛增至峰值，月雷暴日為11.2天，約占全年雷暴的35.33%， 8月略少，月雷暴日約為8天，9月開始雷暴驟減，11、12月則更少，整個冬季雷暴都很少發(fā)生，只有全年1.05%的雷暴發(fā)生在這個時候。

1.2 項目所在地地理地貌

盱眙縣地處北緯32°43′～33°13′、東經(jīng)118°11′～118°54′，總面積2431.9km2。盱眙天然氣公司工程項目位于盱眙縣維橋鎮(zhèn)維橋河?xùn)|側(cè)，地處地勢平原地帶，地理位置為北緯33°00.43′、東經(jīng)118°36.842′，原地為農(nóng)田（水田），前面150 m為S121省道，左、右、后側(cè)均為農(nóng)田（水田），地處空曠，周圍無建（構(gòu)）筑物和其他設(shè)施，土壤電阻率值經(jīng)實(shí)地測量為36.8[1]。

1.3 項目概況

項目建設(shè)調(diào)壓、高中壓調(diào)壓過濾撬、計量、放散、加熱、加臭、清管球接收裝置、辦公樓及輔助用房等配套設(shè)施。站區(qū)分為兩個部分，分別為生產(chǎn)區(qū)、輔助區(qū)。生產(chǎn)區(qū)位于站區(qū)北部，輔助區(qū)位于站區(qū)南部，生產(chǎn)區(qū)和輔助區(qū)用圍墻分隔。

本項目共有建筑物兩座，本區(qū)南部設(shè)置1座輔助用房（1層，30.0 m×8.0 m，高4.0 m，框架結(jié)構(gòu)，主要含變配電間、柴油發(fā)電機(jī)間、維修間等）。輔助區(qū)主要為1座辦公樓（3層，60.0 m×20.0 m，總高10.0 m，框架結(jié)構(gòu)，主要含辦公室、總控室、餐廳、休息室等），總控室設(shè)置在辦公樓一樓西北側(cè)，總控室長10 m，寬8 m，總控室的總面積約為80 m2?？偪厥覂?nèi)有由服務(wù)器、交換機(jī)、路由器等構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)集成系統(tǒng)，過程控制系統(tǒng)（用于實(shí)現(xiàn)對整個裝置的集中監(jiān)視和控制），緊急停車系統(tǒng)（用于事故狀態(tài)下對站區(qū)主要閥門進(jìn)行切斷），燃?xì)庑孤﹫缶到y(tǒng)（用于燃?xì)庑孤﹫缶奥?lián)鎖），安防系統(tǒng)（用于重要部位圖像監(jiān)控，廠站圍墻入侵檢測）[2]。

本區(qū)北部室外生產(chǎn)區(qū)長為120.0 m，寬80.0 m，生產(chǎn)區(qū)有一鋼結(jié)構(gòu)工棚，支柱采用H型槽鋼（寬度200 mm、腹板厚度8 mm、翼緣厚度12 mm），工棚高度為5.0 m，頂部采用彩鋼夾心板（總厚度為150 mm，兩面彩鋼厚度均為0.6 mm）覆蓋，四面為空。鋼結(jié)構(gòu)工棚下主要設(shè)備為1座調(diào)壓計量橇（含過濾器、加熱器、調(diào)壓器、流量計等），1套清管球接收裝置。露天有1座安全放散管（高度為10 m），1座60 m3LNG立式儲罐。進(jìn)氣管道自站區(qū)東側(cè)埋地進(jìn)入本站，工藝裝置區(qū)內(nèi)管道采用溝槽架空敷設(shè)，出氣管道自站區(qū)西側(cè)埋地出本站。管道的連接均采用焊接連接，管道與閥門、過濾器、流量計等附件的連接采用法蘭或焊接連接。

供電接自站區(qū)東北側(cè)路邊10kV市政電網(wǎng)，通信接自維橋鎮(zhèn)通信網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計采用～220V/380V回路，由輔助用房東側(cè)的室外箱式變供電，電源進(jìn)線方式為電纜埋地引入輔助用房內(nèi)的配電柜及控制柜，輔助用房、辦公樓總圖照明回路配電均引自此配電柜，另自備30kW的柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源。另外，自控、通訊、應(yīng)急照明等設(shè)備設(shè)置UPS作為后備電源。室外電力電纜及控制電纜采用鎧裝電纜直埋敷設(shè)，室內(nèi)電力電纜及控制電纜沿電纜溝支架敷設(shè)或穿鋼管暗敷，電纜進(jìn)出建（構(gòu)）筑物處均穿鍍鋅管保護(hù)。

2 防雷分類

建筑物應(yīng)根據(jù)其重要性、使用性質(zhì)、發(fā)生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三類。分別為第一類防雷建筑物，第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物。

建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)的計算公式

雷擊大地的年平均密度按下式確定

式中為年平均雷暴日，根據(jù)盱眙縣氣象臺資料，1983-2013年30年的雷暴日觀測數(shù)據(jù)，盱眙縣的年平均雷暴日為37.8。另外，根據(jù)該項目的地理位置為位于曠野孤立的建筑物，故k取值2。

盱眙天然氣公司工程項目江蘇省閃電定位監(jiān)測網(wǎng)3.5km范圍2011-2016年地閃密度等級范圍圖，取Ng=4.57次/km2a

=2×4.57×0.0141=0.13（次/a）

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》GB50057-2010? 3.0.3第8條規(guī)定，該項目建筑物按二類防雷要求進(jìn)行防雷設(shè)計，站內(nèi)工藝設(shè)備按第二類防雷等級設(shè)計。

3 盱眙天然氣公司項目可能遭受直擊雷電災(zāi)害分析

根據(jù)盱眙天然氣公司建設(shè)項目的特性分析，將其可能遭受到的直擊雷電災(zāi)害情況歸納如下。

雷電直擊辦公樓、輔助用房時瞬間將產(chǎn)生大量熱能，又來不及散發(fā)，以致物體內(nèi)部的水分大量變成蒸汽，并迅速膨脹，產(chǎn)生巨大的爆炸力，造成嚴(yán)重破壞;在雷擊瞬間，能量還會以熱能、機(jī)械能（包括聲波、沖擊波）和電磁能（包括光能）等形式迅速傳播，危及建筑物及內(nèi)部人員和設(shè)備安全。

雷電直擊室外露天設(shè)備時金屬因高溫會熔化，在雷電通道上遇到易燃易爆物質(zhì)時，則會引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故。由于天然氣中主要成分為甲烷，天然氣與空氣的混合物濃度達(dá)到爆炸極限范圍內(nèi)時，遇到明火或高溫即發(fā)生爆炸，一旦爆炸就會釀成事故。

辦公樓、輔助用房或室外露天設(shè)備的防雷裝置遭受直擊雷雷擊時產(chǎn)生高電位反擊，在接閃器、引下線及接地裝置上產(chǎn)生很高的電壓，當(dāng)離建筑物及金屬設(shè)備或金屬管道距離較近時，所產(chǎn)生的高電壓就會將空氣擊穿而對建筑及設(shè)備或金屬管道放電，能損毀設(shè)備，嚴(yán)重時導(dǎo)致人的生命安全可能受到危害。

雷電沖擊波效應(yīng)：由于雷電產(chǎn)生時空氣受熱迅速膨脹，并以超聲波速度向四周擴(kuò)散，其外圍附近的冷空氣被強(qiáng)烈壓縮形成“激波”，這種“激波”在空氣中傳播，使得臨近的辦公樓、輔助用房或室外露天設(shè)備受到破壞，人員受到嚴(yán)重傷害。

4 直擊雷防護(hù)設(shè)計方案

4.1 接閃器和引下線設(shè)計

4.1.1 辦公樓和輔助用房接閃器和引下線設(shè)計

根據(jù)建（構(gòu)）筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，屋面采用混合接閃器，直接利用建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)鋼筋（或金屬板樓面）構(gòu)成“法拉第籠”，達(dá)到防直擊雷的防護(hù)作用。

在辦公樓和輔助用房屋面設(shè)置由避雷帶和避雷網(wǎng)格組成混合型接閃器。避雷網(wǎng)由屋面結(jié)構(gòu)主筋組成，在建筑頂面形成暗設(shè)接閃網(wǎng)格，辦公樓的避雷網(wǎng)格尺寸為10m×10m，輔助用房的避雷網(wǎng)格尺寸為15m×8m，避雷帶及避雷帶支撐架均采用熱鍍鋅圓鋼。材料要求規(guī)格為：避雷帶為φ12mm。支撐架用φ12mm，帶高不低于100mm，避雷帶在建筑物外邊沿或女兒墻上的投影距外邊沿不大于100mm。引下線的要求因為該辦公樓及輔助用房均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此利用柱內(nèi)直徑≥Ф16兩條對角主鋼筋當(dāng)作引下線并通長焊接，辦公樓在橫軸線間距為15m、縱軸線間距為10m設(shè)置引下線;輔助用房在橫軸線間距為15m設(shè)置引下線。所有引下線沿辦公樓及輔助用房四周對稱布置。

4.1.2 露天的工藝裝置區(qū)鋼結(jié)構(gòu)工棚接閃器和引下線設(shè)計

露天的工藝裝置區(qū)直接利用其上方鋼結(jié)構(gòu)工棚作接閃裝置，引下線利用工藝裝置的金屬構(gòu)件。

4.1.3 露天儲罐及安全放散管接閃器和引下線設(shè)計

由于露天儲罐的罐體及頂厚度均大于4mm，可以用頂板作為接閃器，因此露天儲罐不另設(shè)置直擊雷裝置。集中放散管高10m，壁厚6mm，可利用其自身作為接閃器，但管頂需焊出一根直徑16mm熱鍍鋅圓鋼，長度要求伸出管頂1m，放散管在接入阻火器前應(yīng)采用-40x4熱鍍鋅扁鋼作為引下線與接地裝置焊連，引下線利用儲罐的管體和放散管。

4.1.4 站區(qū)路燈接閃器和引下線設(shè)計

站區(qū)內(nèi)路燈燈桿高度為5m，使用金屬燈桿（壁厚6mm）和防爆金屬燈罩（壁厚4mm），可以利用其金屬燈罩作為接閃器，燈桿自身作為防雷引下線。

4.2 接地設(shè)計

根據(jù)復(fù)合式接地網(wǎng)工頻接地電阻計算公式：其中值經(jīng)實(shí)地測量為27.8

輔助用房：

辦公樓：

生產(chǎn)區(qū)：

通過上述計算，所有接地設(shè)計均能滿足要求。

4.2.1 辦公樓和輔助用房接地裝置的設(shè)計

辦公樓和輔助用房采用聯(lián)合接地系統(tǒng);充分利用樁基礎(chǔ)、地梁結(jié)構(gòu)的主鋼筋構(gòu)成接地裝置，樁基礎(chǔ)鋼筋作為垂直接地體，外側(cè)地梁主筋可靠焊接成水平接地體。辦公樓利用地下基礎(chǔ)中主筋（兩條）焊接成10m×10m的接地體，接地電阻小于1Ω;輔助用房利用基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)梁兩條主筋焊接構(gòu)成10m×8m的接地網(wǎng)格，接地電阻小于1Ω。設(shè)置測試端子離地高度300mm以上，規(guī)格為-50×5mm熱鍍鋅扁鋼，做好標(biāo)志。

4.2.2 儲罐、室外設(shè)備及溝槽管道接地裝置的設(shè)計

整個生產(chǎn)區(qū)設(shè)置綜合接地網(wǎng)，接地網(wǎng)由垂直接地體和水平接地體組成的5m×5m網(wǎng)格組成，垂直接地極為∠5mm×50mm×50mm，長度為2.5m熱鍍鋅角鋼，水平接地極規(guī)格采用40×4的熱鍍鋅扁鋼，綜合接地網(wǎng)埋地深度不小于0.6m。接地點(diǎn)圍繞儲罐四周間隔小于30m，且大于等于兩個接地點(diǎn)，就近與綜合接地網(wǎng)可靠電氣連接;室外設(shè)備金屬外殼就近與綜合接地網(wǎng)可靠電氣連接;溝槽管道就近與綜合接地網(wǎng)可靠電氣連接。沖擊接地電阻最佳要1歐姆以下，同時此綜合接地也兼作防雷電感應(yīng)接地和靜電接地。

4.2.3 路燈接地裝置的設(shè)計

燈桿基礎(chǔ)鋼筋與生產(chǎn)區(qū)地網(wǎng)直接可靠連接。

4.2.4 露天的工藝裝置區(qū)鋼結(jié)構(gòu)工棚接地裝置設(shè)計

露天的工藝裝置區(qū)上方鋼結(jié)構(gòu)工棚接地裝置利用生產(chǎn)區(qū)設(shè)置的綜合接地網(wǎng)作為共用接地裝置。

參考文獻(xiàn)

[1] 梅衛(wèi)群，江燕如.建筑防雷工程與設(shè)計[M].第3版.北京：氣象出版社，2009.

[2] 李霞，姜翠宏，趙學(xué)余.防雷工程設(shè)計與實(shí)踐[M].北京：氣象出版社，2009.