天然氣管道場站雷電防護(hù)技術(shù)研究

摘要 天然氣管道場站作為天然氣管道輸送系統(tǒng)不可或缺的組成部分，在維護(hù)天然氣管道安全可靠運(yùn)行方面起到十分關(guān)鍵的作用。但天然氣場站因其環(huán)境空曠，且具備易燃易爆特性，一旦遭遇雷擊，勢必會引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故，給廣大群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成極其嚴(yán)重的威脅。鑒于此，介紹了雷電對天然氣站場的危害性，重點(diǎn)論述了天然氣管道站場雷電防護(hù)技術(shù)措施和防雷檢測要點(diǎn)，以供相關(guān)人士參考。

關(guān)鍵詞 天然氣道場站;危害;雷電防護(hù);防雷檢測要點(diǎn)

中圖分類號：S761.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2022）04–0133–03

雷電是產(chǎn)生于大氣中的一類瞬態(tài)大電流、強(qiáng)電磁輻射、高電壓的一類自然災(zāi)害，會導(dǎo)致建筑物、通訊設(shè)施、電子設(shè)備受到不同程度的損壞，甚至導(dǎo)致人民眾傷亡，我國每年因雷擊天氣而造成的安全事故十分嚴(yán)重。對天然氣站、加油站等易燃易爆場所而言，其遭受雷擊的概率更大。因此，加強(qiáng)天然氣管道站場雷電防護(hù)工作具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 雷電對天然氣管道場站造成的危害

1.1 雷電對儀表控制系統(tǒng)造成的危害

（1）直接雷擊。若天然場站儀表設(shè)備或與其相連的管道被雷電直接擊中，往往會導(dǎo)致儀表的傳感器模塊受到損壞，同時(shí)變送器的控制板也可能會受到不同程度的損壞。當(dāng)雷電流沿儀表支架流入大地時(shí)，會形成十分強(qiáng)烈的感應(yīng)磁場，會通過信號傳輸線耦合至控制室設(shè)備，進(jìn)而使控制設(shè)備遭受損壞。

（2）感應(yīng)雷擊。感應(yīng)雷包含電磁脈沖輻射和靜電感應(yīng);其一是電磁脈沖輻射。雷電流在天然氣管道場站附近空間形成電磁場，朝外輻射電磁波，耦合至控制室內(nèi)的控制設(shè)備和各類金屬導(dǎo)體，形成的感應(yīng)電流或感應(yīng)電動勢，會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障或出現(xiàn)損壞，嚴(yán)重情況下控制系統(tǒng)會出現(xiàn)癱瘓。其二是靜電感應(yīng)。在發(fā)生雷電天氣時(shí)，地面物體會積聚許多的電荷和放電;若放電電流進(jìn)入儀表和電氣設(shè)備，儀器會受到不同程度的損壞。

（3）雷電過電壓侵入。直接雷擊或雷電感應(yīng)可能會導(dǎo)致金屬管道亦或者導(dǎo)線形成過電壓。各類金屬管道、電纜線路或電纜槽上的過電壓，可能會使高電位引入儀器控制系統(tǒng)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)受到干擾或損壞。

（4）雷電反擊。當(dāng)防雷裝置發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，瞬間會有極強(qiáng)的雷電流憑借引下線流入接地裝置。由于大地電阻的作用，雷電電荷不會迅速釋放至大地，導(dǎo)致局部地電位升高。若儀表控制系統(tǒng)的接地體與這個(gè)點(diǎn)之間相隔一定的安全距離，則兩者之間會出現(xiàn)放電現(xiàn)象，產(chǎn)生反擊電流，勢必會導(dǎo)致電器的絕緣部分直接被擊穿，從而使得控制系統(tǒng)遭受不同程度的損壞。

1.2 雷電對管道造成的危害

與整條埋地管道相比，站內(nèi)工藝管道的地面部分和跨接管道是較好的接閃器。當(dāng)管道上方的天空即將發(fā)生閃電時(shí)，其下邊區(qū)域的地面會產(chǎn)生靜電場，埋地管道也會在表面感應(yīng)出相反的電荷。若電荷達(dá)到一定程度，同時(shí)滿足放電條件時(shí)，就會產(chǎn)生強(qiáng)放電現(xiàn)象。此時(shí)，云地電荷會立即消失，地電荷轉(zhuǎn)變成零。然而，因?yàn)镻E三層具有優(yōu)良的絕緣性，管道感應(yīng)電荷的放電速度極慢。若管道發(fā)生局部放電現(xiàn)象，其他部位的感應(yīng)電荷也會向地面泄放，從而在管道內(nèi)形成十分強(qiáng)大的電流。而針對絕緣層電阻低的管道，電流主要借助于絕緣層的漏點(diǎn)散流，往往不會造成較大的破壞性;針對絕緣層性較好的管道，若此類強(qiáng)大的電流無法借助于絕緣層及時(shí)釋放至大地時(shí)，那么管道絕緣或接觸不良的部位會出現(xiàn)高電壓，產(chǎn)生二次放電，這是造成天然氣管道設(shè)備設(shè)施雷擊損壞的重要因素。金屬管自身屬于良導(dǎo)體，極易成為直接雷擊放電通道而引發(fā)雷擊事故。除此之外，管道陰極保護(hù)設(shè)備和防腐電源也常遭遇雷擊。損壞的元器件通常包含保險(xiǎn)絲、放電管、集成電路和電容器等器件，嚴(yán)重情況下甚至還會燒壞設(shè)備的主板。陰極保護(hù)設(shè)備是借助于陰極電纜、零位連接電纜和管道釋放管道上的雷電流。若該設(shè)備遭遇雷擊，則極易導(dǎo)致天然氣管道受損壞。

2 天然氣管道場站雷電防護(hù)技術(shù)

2.1 外部防雷區(qū)雷電防護(hù)技術(shù)

（1）布設(shè)接閃裝置。10 kV閥室避雷器安裝在天然氣管道場10 kV外部電源的線路接線柱上;在工藝安裝區(qū)，由于金屬管道和鋼制氣罐壁厚超過4 mm，可以將其當(dāng)作防雷接閃器;金屬管體可作為立管排空時(shí)的防雷接閃裝置;室外攝像機(jī)選擇鋼制立管作為防雷接閃裝置。

（2）防雷（帶）網(wǎng)。各天然氣管道站內(nèi)只有綜合樓需配備防雷（帶）網(wǎng)，天然氣場站建筑按照二類防雷結(jié)構(gòu)進(jìn)行布設(shè)。在樓頂布設(shè)防雷（帶）網(wǎng); RTU閥室有閥組間和機(jī)柜間均需設(shè)置防雷設(shè)施的閥塊室、柜室，應(yīng)考慮按照二類防雷建筑進(jìn)行雷電防護(hù)[1]。其中，閥組頂部裝有防雷網(wǎng)，太陽能電池板布設(shè)于機(jī)柜之間的頂部。為了確保太陽能極板也處于接閃器保護(hù)區(qū)域，應(yīng)安裝避雷針避雷。

（3）現(xiàn)場設(shè)備防雷模塊。天然氣管道場站安裝的電氣和儀、表設(shè)備都有較高的雷擊風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)認(rèn)真防護(hù)。電涌保護(hù)器在現(xiàn)場配電箱內(nèi)布設(shè)，管道上的智能變送器、現(xiàn)場的火焰探測器和可燃?xì)怏w探測器要布設(shè)外部浪涌保護(hù)器（SPD）。流量計(jì)撬裝在接線盒中，并且工業(yè)電視攝像機(jī)的前端和流量計(jì)撬座接線箱內(nèi)需要設(shè)置SPD。

2.2 內(nèi)部防雷區(qū)雷電防護(hù)技術(shù)

（1）配電柜出線回路、UPS、各級室內(nèi)配電箱等均都要布設(shè)相應(yīng)等級的SPD。

（2）站柜之間的儀表柜內(nèi)部、全部儀表信號傳輸接口、系統(tǒng)全部I/O點(diǎn)（RUT閥室全部I/O點(diǎn)）、全部的第三方數(shù)據(jù)電源接口、通訊接口等均需部署SPD。

（3）通訊柜內(nèi)全部外部進(jìn)線通訊電纜都需要裝設(shè)SPD。

2.3 穿越防雷區(qū)界面的技術(shù)措施

（1）電涌保護(hù)器安裝在變電站和配電室低壓配電柜的低壓主進(jìn)線位置，可以用作外部避雷區(qū)和內(nèi)部避雷區(qū)交叉區(qū)域的雷電防護(hù)技術(shù)措施。

（2）感應(yīng)雷對弱電設(shè)備的影響最大，即從外部的雷電事故通過防雷界面直接侵入室內(nèi)，在弱電設(shè)備線路上感應(yīng)出高壓引起雷擊事件。對這種雷電危害最可靠的防護(hù)措施就屬于電磁屏蔽。對控制室與機(jī)柜之間的部分房間需要布設(shè)金屬籠，構(gòu)成電磁屏蔽層，這樣能較好地避免感應(yīng)雷的危害[2]。

（3）進(jìn)入室內(nèi)的各類信號線、電源線屬于感應(yīng)雷電傳輸?shù)年P(guān)鍵通道。因此必須對進(jìn)入室內(nèi)的電纜采取特殊的防護(hù)措施。除了帶有屏蔽層的屏蔽電纜之外，電纜本身也可以結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行防雷保護(hù)，電纜橋架可以在電纜進(jìn)入房間前的一定距離進(jìn)行電纜敷設(shè)，以減少電磁感應(yīng)的危害。

2.4 接地系統(tǒng)與等電位連接

（1）接地系統(tǒng)。針對天然氣管道場站的雷電防護(hù)，布設(shè)對應(yīng)的防雷裝置只能在設(shè)備損壞前導(dǎo)出雷電流，而在此后十分關(guān)鍵的是接地對雷電防護(hù)的效果尤其重要，即需要把雷電流引向大地。若不形成接地路徑，那么即便是安裝了可靠的雷電防護(hù)措施，也是沒有效果的。防雷接地的關(guān)鍵在于建筑物接地、設(shè)備局部接地和各類系統(tǒng)的系統(tǒng)接地。

（2）等電位連接。天然氣管道場站的接地屬于一個(gè)全面的系統(tǒng)。接地系統(tǒng)在雷電防護(hù)中的作用是對雷電流進(jìn)行泄放，若接地系統(tǒng)不屬于一個(gè)整體，雷電流在泄放時(shí)，不同接地系統(tǒng)的地電位會有所差異，從而產(chǎn)生地電位反擊，引發(fā)第二次雷擊。因此，借助等電位連接措施打造全面的接地系統(tǒng)，能較好地防御地電位反擊，避免二次雷擊的出現(xiàn)。

3 天然氣管道場站防雷檢測要點(diǎn)

3.1 天然氣管道場站防雷檢測內(nèi)容

3.1.1 場站建筑物及閥室直擊雷防御措施的檢測 （1）接閃器檢測。認(rèn)真檢查天然氣管道場站內(nèi)控制室、閥室、配電室、辦公室等區(qū)域接閃器的型號、材質(zhì)、腐蝕狀態(tài)、防腐工藝等各個(gè)方面的情況;檢查焊接狀態(tài)，觀察是否有斷裂或其他問題;觀察接閃器和引下線連接的導(dǎo)流狀況;檢查建筑物內(nèi)接閃器和站內(nèi)閥室接閃器的接地電阻值與國家要求是否相符，同時(shí)做好相關(guān)記錄。此外，站場高桿燈上需安裝避雷針保護(hù)燈具，避雷針的金屬管體應(yīng)一般使用其金屬管當(dāng)成接地導(dǎo)體。當(dāng)金屬排氣管壁厚≥4 mm時(shí)，管口可作為接閃器使用，筒體可直接作為引下線使用。

（2）引下線檢測。檢查引下線材料直徑與截面積是否與相關(guān)規(guī)定要求保持一致;檢查引下線的敷設(shè)方法和安裝牢固情況，是否按照最短路徑進(jìn)行布設(shè)，引下線設(shè)置規(guī)范與否;檢查有無機(jī)械損壞防范方式;觀察引下線有無生銹或斷裂等相關(guān)問題。

（3）接地裝置的檢測。查看地網(wǎng)有無共用接地系統(tǒng)，并且要仔細(xì)測試建筑物儀表、接地裝置、設(shè)備、燈桿、通風(fēng)管、接地線的工頻接地電阻閥室設(shè)備的裝置。注重查看天然氣管道場防爆區(qū)內(nèi)管道系統(tǒng)內(nèi)的全部金屬部件是否進(jìn)行安全接地，例如，管道的金屬涂層、設(shè)備等金屬部件都需要進(jìn)行有效接地。站內(nèi)工藝設(shè)備和進(jìn)出站場管道的絕緣接頭內(nèi)側(cè)都需要進(jìn)行有效接地。

3.1.2 機(jī)房內(nèi)等電位連接和防靜電接地檢測 各設(shè)備、機(jī)柜同接地裝置的等電位連接均需認(rèn)真查看;還要對機(jī)房的防靜電接地狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)檢查。機(jī)房接地系統(tǒng)的等電位連接通?？蛇x擇星形、網(wǎng)狀或混合接地形式。清管站和閥門室等小型站點(diǎn)一般選擇星型系統(tǒng)進(jìn)行連接。壓氣站、集注站等大中型場地的控制室最好選擇網(wǎng)狀進(jìn)行連接。機(jī)柜室、控制室等機(jī)房各個(gè)區(qū)域都需要進(jìn)行防靜電接地[3]。

3.1.3 電源系統(tǒng)雷電過電壓保護(hù)裝置的檢測 仔細(xì)觀察浪涌保護(hù)器（SPD）安裝是否牢靠，外觀有無破損;仔細(xì)記錄SPD的型號和一些參數(shù)情況;認(rèn)真檢查對接線，測量對接地電阻，查看其是否符合相關(guān)要求，是否具有保護(hù)效果，直流參考電壓和漏電流值是否在規(guī)范要求的區(qū)域內(nèi);及時(shí)標(biāo)注清楚發(fā)生故障或損壞的電涌保護(hù)器，并詳細(xì)記錄原始記錄表。基于壓敏電阻的電涌保護(hù)器需要認(rèn)真檢測壓敏電阻電壓和漏電流。首次測量壓敏電壓（U1mA）時(shí)，實(shí)際測量值需要依據(jù)防雷檢測規(guī)范中電涌保護(hù)器最大持續(xù)工作電壓Uc對應(yīng)的壓敏電壓（U1mA）范圍內(nèi)建筑防雷裝置[4]。若沒有相應(yīng)的Uc值，則交流防雷器的壓敏電壓（U1mA）值與最大持續(xù)工作電壓Uc的比值應(yīng)≥1.5。在壓敏電阻電壓（U1mA） 的后續(xù)測量中，不僅要滿足上述要求，實(shí)際測量值應(yīng)≥第一次測量值的90%。第一次測量I 時(shí)，單個(gè)MOV 構(gòu)形成的電涌保護(hù)器漏電電流（Iie） 的測量值不應(yīng)超過制造商規(guī)定的Iie 最大值;假若制造商沒有泄漏電流I，即測量實(shí)際值不應(yīng)超過20 μA。在電源浪涌保護(hù)器的引線上，需要串聯(lián)保護(hù)斷路器，以避免電涌保護(hù)器發(fā)生故障時(shí)中斷系統(tǒng)供電。

3.2 防雷檢測作業(yè)要求

（1）對天然氣管道場站土壤電阻率和接地電阻值的檢測工作需要在晴好天氣、土壤沒有凍結(jié)時(shí)開展。雷暴天氣發(fā)生時(shí)嚴(yán)禁進(jìn)行防雷檢測，現(xiàn)場環(huán)境條件需要確保防雷檢測工作的順利開展。

（2）管道場站進(jìn)行檢測前，需檢查防雷檢測儀器是否處于合格使用期限內(nèi)，確保防雷檢測工具儀器的有效性和可靠性。

（3）結(jié)合各天然氣站場的性質(zhì)和行業(yè)的實(shí)際情況，配置具備對應(yīng)專業(yè)特長且獲得防雷裝置檢測資格證的防雷檢測技術(shù)人員;規(guī)范分工，合理部署檢測任務(wù);相關(guān)部門應(yīng)對天然氣站場檢測所涵蓋的專業(yè)知識、相關(guān)規(guī)范等技術(shù)知識進(jìn)行及時(shí)培訓(xùn)，提升檢測人員的檢測水平。

（4）檢測時(shí)，保障檢測人員和設(shè)備滿足安全防護(hù)要求。檢測人員觸摸人體靜電釋放儀后才能夠進(jìn)入天然氣管道場站內(nèi)，在對配電設(shè)施防雷裝置進(jìn)行檢測時(shí)要求穿戴絕緣鞋和絕緣手套;嚴(yán)禁攜帶無線電通訊設(shè)備、火種進(jìn)入檢測現(xiàn)場，注意檢測工作的安全。

（5）在深入各天然氣站場進(jìn)行檢測時(shí)，首先需要向有關(guān)工作人員出示自身檢測資質(zhì)證件;認(rèn)真掌握受檢對象的使用性質(zhì)、防雷類別和所需要進(jìn)行檢測的項(xiàng)目，檢查受檢對象和地方環(huán)境，并結(jié)合儀器的測試原理和相關(guān)要求，科學(xué)部署接地電阻測試儀輔助樁位且進(jìn)行連線，同時(shí)認(rèn)真查看有關(guān)儀器，細(xì)致檢查接地電阻測試儀型號、輔助樁位等;此外，結(jié)合檢測項(xiàng)目，遵循“先外后內(nèi)”的原則檢測天然氣站場，由檢測人員對防雷系統(tǒng)進(jìn)行檢查，同時(shí)檢測有關(guān)防雷技術(shù)參數(shù)，并做好相關(guān)記錄。

（6）天然氣管道場站檢測工作要求至少有2人一起執(zhí)行，在檢測過程中，對各個(gè)防雷檢測點(diǎn)的數(shù)據(jù)均要經(jīng)過復(fù)核沒有錯誤后，仔細(xì)填入原始記錄表中，確保防雷檢測報(bào)告的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。此外，檢測人員還需要結(jié)合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)值作出分析判斷，對滿足規(guī)范要求的檢測項(xiàng)目可以出具檢測報(bào)告，針對檢測達(dá)不到國家有關(guān)規(guī)范要求的項(xiàng)目，則出具書面不合格項(xiàng)整改通知書，要求在規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行整改。

4 結(jié)語

總之，要想加強(qiáng)天然氣管道站場的雷電防護(hù)工作和防雷檢測工作，要從內(nèi)外部方面進(jìn)行層層設(shè)防。在防雷檢測時(shí)，檢測人員要嚴(yán)格注意防雷檢測的內(nèi)容和相關(guān)注意事項(xiàng)，確保天然氣管道場站防雷裝置的合格性和有效性。

參考文獻(xiàn)

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[4] 張怡飛，周積強(qiáng)，柳佳俊，等.防雷裝置定期檢測內(nèi)容及設(shè)備需求分析[J].氣象研究與應(yīng)用，2017，38（4）：85-87.

責(zé)任編輯：黃艷飛

Study on Lightning Protection Technology of Natural Gas Pipeline Yard and Station

SHEN Junjie （Zhangzhou Lightning Prot-ection Device Safety Monitoring Institute， Zhangzhou， Fujian， 363000）

Abstract As an indispensable part of the natural gas pipeline transmission system， natural gas pipeline stations play a particularly key role in maintaining the safe and reliable operation of natural gas pipelines. However， due to its open environment and flammable and explosive characteristics， once struck by lightning， the natural gas station was bound to cause fire or explosion accidents， which poses a very serious threat to the safety of people's lives and property. In view of this， this paper first introduced the harm of lightning to the natural gas station， and then focused on the technical measures of lightning protection and the key points of lightning protection detection for the natural gas pipeline station， for reference.

Key words Natural gas Daochang station; Harm; Lightning protection; Key points of lightning protection detection

作者簡介 沈俊杰（1989—），女，福建漳州人，助理工程師，主要從事石化系統(tǒng)的防雷檢測工作。

收稿日期 2022-01-03