成都市中航油成彭管道防雷檢測(cè)技術(shù)研究*

張 雷，張婧雯，王金榮，廖方建，吳 容

（1.中航油彭州管道運(yùn)輸有限公司，四川 成都 610200；2.四川省防雷中心，四川 成都 610072）

由于航空油料易燃易爆的特性，成都輸油管道為機(jī)場(chǎng)供保，為飛機(jī)供油，對(duì)油品質(zhì)量純度要求更高，且大多數(shù)輸氣管線都位于空曠的山頂或平原，容易遭受雷災(zāi)侵害。目前隨著供油技術(shù)不斷提升，閥室中自動(dòng)控制設(shè)備受雷擊電磁脈沖危害越來(lái)越大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，雷擊曾造成都中航油輸油管道3#、6#、8#閥室側(cè)漏系統(tǒng)主板損壞，電動(dòng)垡頭損壞。

目前沒(méi)有針對(duì)航空油料運(yùn)輸管道的防雷檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，防雷檢測(cè)過(guò)程中主要參照的是GB 50057—2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》[1]和GB/T 32937—2016《爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所防雷裝置檢測(cè)技術(shù)規(guī)范》[2]。目前的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)并不能完全適用于航空油料，閥室采用的氧化鋅電涌保護(hù)器也沒(méi)有相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。為保證已建輸油管道正常運(yùn)行，防止雷擊電磁脈沖對(duì)自動(dòng)控制設(shè)備造成危害，使防雷裝置檢測(cè)工作有章可依，做好安全工作，開(kāi)展對(duì)中航油輸油管線的防雷檢測(cè)技術(shù)研究是十分必要的。

1 成都市雷電活動(dòng)基本規(guī)律

利用四川省云地閃監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)2019年成都市雷電活動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，如表1 所示。

表1 成都市雷電活動(dòng)統(tǒng)計(jì)表

由表1 可以看出，2019年成都市共探測(cè)到雷電活 動(dòng)15903 次，其中正閃869 次，負(fù)閃15034 次。雷電初日出現(xiàn)在2019-01-07（成都市簡(jiǎn)陽(yáng)市），閃電強(qiáng)度為﹣31.2 kA；雷電終日出現(xiàn)在2019-12-28（涼山彝族自治州甘洛縣），閃電強(qiáng)度為﹣23.1 kA。雷電活動(dòng)覆蓋全年1—12 月；雷電活動(dòng)明顯集中在4—10 月，共發(fā)生雷電358075 次（占全年雷電總數(shù)的97.7%）；7月為雷電閃擊發(fā)生最多的一個(gè)月，共發(fā)生雷電閃擊132791 次。成都市雷電活動(dòng)放電電流較大，主要集中在20～50 kA 區(qū)間。成都中航油輸油管道位于成都市雷電高發(fā)區(qū)，年平均地閃密度為0.5～3 次/（年·km2），加之項(xiàng)目所在地所處地理位置特殊，因此遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)較大，電子設(shè)備的雷電電磁脈沖保護(hù)需求迫切[3]。

2 閥室防雷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

輸油管道閥室屬于第二類(lèi)防雷建筑物[1]，中航油成彭管道位于成都市雷電高發(fā)區(qū)，加之項(xiàng)目所在地所處地理位置特殊，項(xiàng)目電子信息系統(tǒng)特性雖未滿(mǎn)足GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》4.3.1 中B 級(jí)要求，但根據(jù)項(xiàng)目地理特性、雷電密度分布、易燃易爆性質(zhì)，應(yīng)劃分為B 級(jí)電子信息系統(tǒng)。

2.1 接閃器、引下線防雷檢測(cè)技術(shù)

接閃線（帶）、接閃桿和引下線的材料、結(jié)構(gòu)與最小截面如表2 所示。根據(jù)歷年檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，接閃器、引下線部分主要問(wèn)題出現(xiàn)在未可靠連接、材料規(guī)格不合符規(guī)范要求、敷設(shè)位置不滿(mǎn)足規(guī)范要求等問(wèn)題。因此需嚴(yán)格檢查接閃器、引下線是否滿(mǎn)足表2 要求。應(yīng)檢查接閃器、引下線和接地裝置的焊接固定的焊縫是否飽滿(mǎn)無(wú)遺漏，螺栓固定的應(yīng)備帽等防松零件是否齊全，焊接部分的防腐油漆是否完整。檢查接閃器和引下線上是否附著有電氣和電信線路，如有電氣線路，其帶金屬護(hù)層的電纜或穿入金屬管的導(dǎo)線須直埋于土壤中。檢查電纜的金屬護(hù)層或金屬管是否接地，同時(shí)檢查埋入土壤中的長(zhǎng)度是否在10 m 以上。檢查引下線之間間距，應(yīng)滿(mǎn)足平均間距不大于18 m 的要求，斷接卡應(yīng)在各引下線上于距地面0.3～1.8 m 之間裝設(shè)。直擊雷防護(hù)應(yīng)檢查接閃帶材料規(guī)格是否符合圓鋼大于等于Φ8 mm、扁鋼大于等于4 mm×12 mm 的要求；檢查接閃帶與引下線的連接是否可靠；在遇站房頂有金屬標(biāo)志牌或金屬裝飾物時(shí)，應(yīng)檢查這些金屬物體是否與接閃帶進(jìn)行了可靠的電氣連接；站房頂部的非金屬物是否在防雷裝置的有效保護(hù)范圍之內(nèi)。檢查接閃桿材料規(guī)格是否符合圓鋼大于等于16 mm、鋼管大于等于25 mm 的要求，檢查接閃桿的有效保護(hù)范圍是否符合要求（必要時(shí)應(yīng)采用滾球法進(jìn)行計(jì)算）。

表2 接閃線（帶）、接閃桿和引下線的材料、結(jié)構(gòu)與最小截面

引下為明設(shè)時(shí)，檢查引下線規(guī)格是否符合圓鋼大于等于Φ8 mm、扁鋼大于等于4 mm×12 mm 的要求，兩端與接閃器和接地體是否連接可靠；引下線為暗設(shè)或利用建筑物鋼結(jié)構(gòu)引下時(shí)，檢查引下線規(guī)格是否符合圓鋼大于等于Φ10 mm、扁鋼大于等于4 mm×25 mm的要求，兩端與接閃器和接地體是否連接可靠，必要時(shí)，需查閱該建筑物的隱蔽資料。測(cè)量接地電阻時(shí)應(yīng)對(duì)使用的接地電阻測(cè)試儀進(jìn)行校試，測(cè)量方法采用三級(jí)測(cè)量法。

2.2 接地裝置防雷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

因閥室、站場(chǎng)所處區(qū)域一般位于空曠室外或山頂，四周無(wú)更高建筑物，建筑物內(nèi)部電磁屏蔽措施并不完善，閥室、站房都采用共用接地裝置，電氣系統(tǒng)宜采用M 形網(wǎng)形結(jié)構(gòu)，室內(nèi)應(yīng)設(shè)置等電位連接帶。應(yīng)檢查室內(nèi)電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、功能型接地是否以最短距離與接地基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接，所有設(shè)備接地電阻應(yīng)按50 Hz 電氣裝置的接地電阻確定，不應(yīng)大于按人身安全所確定的接地電阻值4 Ω。利用金屬殼體作為接閃器的設(shè)備，其底部不少于2 處接至接地體。電力線路引入配電室，當(dāng)全線埋地存在困難時(shí)，可采用部分架空線后穿金屬管埋地引入，埋地長(zhǎng)度不小于15 m，埋設(shè)深度不小于0.5 m。進(jìn)出站的電纜金屬外皮或金屬管應(yīng)與接地裝置等電位連接，接地電阻不大于4 Ω。

2.3 室內(nèi)管道、控制設(shè)備防雷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

室內(nèi)管道控制設(shè)備都位于自動(dòng)控制閥室，設(shè)備主要包括消防電源機(jī)柜、三相交流穩(wěn)壓器、閥室RUT、儀表柜、UPS 電源、PLC 機(jī)柜、網(wǎng)絡(luò)機(jī)柜等，管道設(shè)備主要包括室內(nèi)全通徑球閥、通球止回閥、氣液聯(lián)動(dòng)閥、放空管、匯管、溫度變送器、壓力變送器、泄漏檢測(cè)從站傳感系統(tǒng)、泄漏檢測(cè)從站輔件等。

由表1 可以看出，成都市雷電活動(dòng)主要特征為電流強(qiáng)度大，放電電流主要集中在20～50 kA 區(qū)間，因此電氣系統(tǒng)宜采用M 形網(wǎng)形結(jié)構(gòu)。應(yīng)檢查室內(nèi)電子設(shè)備的金屬外殼、機(jī)柜、機(jī)架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設(shè)備防靜電接地、安全保護(hù)接地、功能型接地是否應(yīng)以最短距離與接地基準(zhǔn)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)連接，同時(shí)其過(guò)渡電子不應(yīng)大于0.2 Ω。應(yīng)檢查電子系統(tǒng)的所有外露導(dǎo)電物與建筑物的等電位連接網(wǎng)絡(luò)是否做功能性等電位連接，電子系統(tǒng)不應(yīng)設(shè)獨(dú)立的接地裝置。測(cè)量過(guò)渡電阻需使用等電位測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試。若使用接地電阻測(cè)試儀測(cè)試，則需對(duì)過(guò)渡點(diǎn)進(jìn)行比對(duì)測(cè)試。引入站房的室外電氣線路從配電端到受電端宜全長(zhǎng)采用金屬鎧裝電纜埋地敷設(shè)。其入端的屏蔽層應(yīng)作接地處理，接地電阻應(yīng)小于等于4 Ω。檢測(cè)低壓供電系統(tǒng)的交流工作接地母排電阻、安全保護(hù)接地母排電阻、配電盤(pán)及UPS 外殼接地電阻，其接地電阻均應(yīng)小于等于4 Ω。電子信息系統(tǒng)的電源、信號(hào)線路應(yīng)按要求裝設(shè)與設(shè)備相適配的浪涌保護(hù)器。開(kāi)關(guān)型SPD 與限壓型SPD 之間的線路長(zhǎng)度不宜小于10 m，限壓型SPD 之間的線路長(zhǎng)度不宜小于5 m，長(zhǎng)度達(dá)不到要求應(yīng)加裝退耦元件。檢查SPD 狀態(tài)指示器，應(yīng)與生產(chǎn)廠說(shuō)明相一致，SPD 狀態(tài)指示器應(yīng)處于正常工作狀態(tài)。

通常情況下，熱脫扣指示窗口或劣化指示燈為綠色時(shí)，說(shuō)明工作狀態(tài)基本正常。必要時(shí)需使用電涌保護(hù)器巡檢儀在線檢測(cè)該SPD 的漏電流、絕緣電阻、熱脫扣裝置、啟動(dòng)電壓等指標(biāo)參數(shù)。一般情況下，SPD的漏電流不應(yīng)大于產(chǎn)品標(biāo)稱(chēng)的最大值，若產(chǎn)品未標(biāo)定出漏電流值時(shí)，應(yīng)不大于20μA，絕緣電阻應(yīng)不低于50 MΩ/500 V，啟動(dòng)電壓應(yīng)與產(chǎn)品標(biāo)稱(chēng)值一致，熱脫扣裝置有效。檢查各級(jí)SPD 的連接線應(yīng)平直，其長(zhǎng)度不宜超過(guò)0.5 m，測(cè)試SPD 接地線的接地電阻是否小于等于4 Ω。

2.4 氧化鋅電涌保護(hù)器防雷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

中航油成彭管道在其每個(gè)自動(dòng)閥室管道入戶(hù)處設(shè)置了氧化鋅密封型電涌保護(hù)器，其管道采用恒電位陰極保護(hù)系統(tǒng)，為了防止雷電對(duì)油氣管道的危害，將雷電電流迅速導(dǎo)入到大地中，一般在油氣管道上都會(huì)設(shè)置相應(yīng)的防雷接地設(shè)施。對(duì)于埋設(shè)在土壤中的輸油管道，由于土壤是一個(gè)復(fù)雜的電解質(zhì)系統(tǒng)，金屬管道在其中會(huì)受到腐蝕，因此需要相應(yīng)的陰極保護(hù)措施。中航油輸油管道采用了外加電流保護(hù)法來(lái)進(jìn)行陰極保護(hù)，這種方法是通過(guò)外加電源設(shè)備對(duì)被保護(hù)金屬施加保護(hù)電流，以提供足夠多的電子，使被保護(hù)金屬處于陰極狀態(tài)，從而達(dá)到防腐蝕的目的。

然而，在實(shí)際生產(chǎn)中，如果防雷接地安裝不當(dāng)，或者氧化鋅避雷器失效，則會(huì)導(dǎo)致陰極保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)電流通過(guò)防雷接地直接泄流到大地，造成管道上的保護(hù)電流微乎其微，幾乎發(fā)揮不了保護(hù)作用，導(dǎo)致管道受到土壤的腐蝕，甚至穿孔，產(chǎn)生極大的安全隱患。該避雷器可在工作電流范圍內(nèi)進(jìn)行頻繁的操作或多次開(kāi)斷短路電流，是一種過(guò)電壓（電流）保護(hù)器，即在正常工作電壓、電流之下，通過(guò)的電流有微安級(jí)，當(dāng)遭受到過(guò)電壓時(shí)，通過(guò)的電流瞬間達(dá)到數(shù)千安培，使避雷器處于導(dǎo)通狀態(tài)，釋放過(guò)電壓能量，從而有效地限制了過(guò)電壓對(duì)輸變電設(shè)備的侵害。檢測(cè)前應(yīng)先確定全線保護(hù)點(diǎn)位穩(wěn)定在﹣0.85～﹣1.5 V 之間。應(yīng)檢查管道從室外進(jìn)入戶(hù)內(nèi)處是否設(shè)置絕緣段，檢查絕緣段處跨接是否選用Ⅰ級(jí)試驗(yàn)的密封型氧化鋅電涌保護(hù)器，電涌保護(hù)器的電壓水平是否小于絕緣段的耐沖擊電壓水平，并應(yīng)大于陰極保護(hù)電源的最大端電壓﹣1.5 V。應(yīng)檢查氧化鋅電涌保護(hù)器上端接頭接地電阻是否大于4 Ω。

3 收、發(fā)油作業(yè)臺(tái)防雷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)

收、發(fā)油作業(yè)臺(tái)屬于第二類(lèi)防雷建筑物[1]，中航油成彭管道檢測(cè)對(duì)象主要包括接閃器、引下線、接地裝置、泵機(jī)、凈化器、防靜電裝置、分離器、檢查罐、泄壓罐、配電室等。應(yīng)檢查戶(hù)外防爆場(chǎng)所內(nèi)露天布置的各種轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備（或其轉(zhuǎn)動(dòng)部件）和非金屬外殼的儲(chǔ)罐，當(dāng)其在可作為接閃器的高大生產(chǎn)設(shè)備、框架和大型管架防雷保護(hù)范圍之外時(shí)，是否處在專(zhuān)設(shè)外部防雷裝置的保護(hù)范圍之內(nèi)，此時(shí)滾球半徑取45 m；檢查安置在地面以及通過(guò)框架或支架安置在高處的整體封閉、焊接結(jié)構(gòu)的靜設(shè)備和引向火炬的主管道、火炬、煙囪和排氣管等排放設(shè)施，露天布置的天然氣儲(chǔ)罐等在利用設(shè)備和容器的金屬實(shí)體做接閃器時(shí)，其厚度及專(zhuān)設(shè)引下線的材料和最小尺寸是否符合表1 的要求。

4 結(jié)論

通過(guò)以上分析可以得到：中航油成彭管道位于成都市雷電高發(fā)區(qū)，遭受雷擊風(fēng)險(xiǎn)較大；接閃器、引下線防雷檢測(cè)應(yīng)注意檢查材料規(guī)格、敷設(shè)位置等常見(jiàn)問(wèn)題；應(yīng)將接地裝置接地電阻值4 Ω作為判定值；室內(nèi)管道、控制設(shè)備宜采用M 形網(wǎng)形結(jié)構(gòu)；氧化鋅電涌保護(hù)器電壓水平小于絕緣段的耐沖擊電壓水平，并應(yīng)大于陰極保護(hù)電源的最大端電壓﹣1.5 V。

本文只討論了中航油成彭管道系統(tǒng)的防雷檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)，希望在今后工作中總結(jié)出更完善的航油燃料管道運(yùn)輸系統(tǒng)防雷檢測(cè)方法。