城鎮(zhèn)燃氣雷電防護及防雷設(shè)計技術(shù)要點淺析

黃炳輝

滄州天祥防雷檢測有限公司，河北滄州，061000

0 引言

雷電作為一種自然現(xiàn)象會導(dǎo)致很多安全事故的發(fā)生，尤其是對于燃氣場站來說，其設(shè)備與管道分布廣泛，且與城鎮(zhèn)居民的住宅建筑相連，所以必須要對雷電現(xiàn)象加以防護，以避免因雷擊而導(dǎo)致的燃燒或是爆炸事故的產(chǎn)生。基于此，相關(guān)工作人員要重視城鎮(zhèn)燃氣管道的設(shè)計、施工、運行等環(huán)節(jié)，以確保雷電防護工作質(zhì)量，保障燃氣場站的安全運行[1]。

1 雷電對城鎮(zhèn)燃氣管道的危害

1.1 熱效應(yīng)危害

雷電現(xiàn)象會帶來巨大的電流，且這些電流僅需極短的時間就可以在穿過導(dǎo)體介質(zhì)時，將電能轉(zhuǎn)化為熱能。通常，幾十至上千安的電流可以轉(zhuǎn)換為幾百至上千焦的熱能，而這樣的熱能足以熔化或是焚毀幾十甚至幾百毫米的鋼棒。如果雷電直接降落于易燃物，會迅速燃燒，使城鎮(zhèn)燃氣管道發(fā)生火災(zāi)或是爆炸。

1.2 電效應(yīng)危害

雷電釋放過程所攜帶的能量巨大，且這些能量沖擊會對電壓產(chǎn)生極大影響，其產(chǎn)生的電壓值通?？梢赃_到上萬伏特，甚至是十幾萬伏特[2]。若是城鎮(zhèn)燃氣設(shè)備或是場站周邊電氣設(shè)備遭受到雷電現(xiàn)象所帶來的沖擊電壓，會極大程度破壞甚至是擊穿設(shè)備表面的絕緣層，進而造成電氣設(shè)備短路，發(fā)生燃燒、爆炸等重大安全事故。

1.3 靜電感應(yīng)危害

雷電產(chǎn)生、下落時，會與大地間形成電場，并生成巨量電荷。當雷電經(jīng)過釋放且與大地間的電場消散后，存在于電場的電荷卻會因為失去引導(dǎo)開始無序擴散，并產(chǎn)生靜電。當這些巨大的靜電遇到城鎮(zhèn)燃氣場站，很可能與環(huán)境中的可燃物發(fā)生反應(yīng)，發(fā)生燃燒、爆炸等安全事故。

1.4 電磁感應(yīng)危害

雷電的電壓速度極快，且電流能量巨大，其會在極短的時間間隔中產(chǎn)生交變電磁場，并且這種磁場蘊含著極強的能量。同時，存在于變電磁場中的導(dǎo)體也會跟隨磁場的變化而產(chǎn)生電動勢，進而感應(yīng)到磁場中的閉回路金屬導(dǎo)體，產(chǎn)生電流。所以若是有電阻過大的物品存在于閉回路中的某個位置，則會在雷電事故發(fā)生時，致使該回路的局部出現(xiàn)發(fā)熱與短路事故，進而引發(fā)爆炸，威脅城鎮(zhèn)燃氣站的安全[3]。

1.5 雷電波的侵入危害

如果城鎮(zhèn)燃氣場站的架空線路或是金屬管道遭受雷電的襲擊，會在極短時間內(nèi)產(chǎn)生巨大的沖擊電壓。而線路與管道的傳導(dǎo)性也會將此種能量巨大的電壓加以傳導(dǎo)。此時如果建筑物與線路或是管道直接相連，則電壓會瞬間侵入，并對建筑內(nèi)的電氣線路、電源裝置以及燃氣管道造成極大破壞，致使相關(guān)設(shè)備表層的絕緣層被破壞或是擊穿，發(fā)生發(fā)熱或是短路事故，最終引發(fā)燃燒或是爆炸問題。

1.6 防雷裝置的反擊危害

防雷裝置在接收到雷電的電擊后，會在瞬時內(nèi)產(chǎn)生極高的電壓，而其運行原理就是將這些電壓進行引流與釋放。但在此過程中，若是燃氣管道、建筑器械或是電氣設(shè)備與防雷裝置的距離設(shè)計不科學(xué)，距離較短，則會導(dǎo)致防雷裝置所引導(dǎo)的電流流向以上設(shè)備[4]。巨大電流的經(jīng)過會對燃氣管道、建筑器械以及電氣設(shè)備的絕緣層造成破壞，進而致使金屬管道被燒毀，發(fā)生嚴重的安全事故。

2 城鎮(zhèn)燃氣雷電防護技術(shù)要點分析

2.1 燃氣場站的防護措施

燃氣的接收、過濾、調(diào)壓、計量、儲存、配送都需要在燃氣場站進行，所以做好燃氣場站的雷電防護措施具有極為重要的意義。如果燃氣場站被雷電擊中，則相關(guān)設(shè)備設(shè)施也會遭到破壞，并發(fā)生損毀。為此，技術(shù)人員需要做好接地工作。城鎮(zhèn)燃氣場站內(nèi)的建筑物、電氣、設(shè)施設(shè)備以及電子系統(tǒng)等都有著不同的接地系統(tǒng)，且各接地系統(tǒng)間還會存在電位差。所以為有效減少電位差，需要施工人員采用共用接地系統(tǒng)，并以各系統(tǒng)中所規(guī)定的最小值來確定接地電阻值。

2.1.1 建（構(gòu)）筑物的防護措施

技術(shù)人員要全面掌握GB50057—2010中的燃氣場站內(nèi)的建（構(gòu)）筑物的防雷分類要求，據(jù)此科學(xué)布設(shè)雷電防護裝置。針對調(diào)壓計量室、儲罐、壓縮機室這類建（構(gòu)）筑物，技術(shù)人員要按照第二類防雷建筑物進行設(shè)置。

2.1.2 儲罐的防護措施

儲罐有檢查口、進口、出口、安全放散口等，主要是用來儲存燃氣。按照形式的不同，可以分為立式圓筒罐、球罐和臥罐；根據(jù)安裝位置的差異，可以分為地下儲罐和地上儲罐。

首先，因為儲罐為金屬制品，所以其雷電防護措施更需要進行科學(xué)的安排。地上儲罐主要是防護直擊雷，需要技術(shù)人員做好儲罐的接地工作。若是城鎮(zhèn)燃氣場站的現(xiàn)場情況允許，也可以在儲罐的周圍敷設(shè)閉合環(huán)形接地體。同時，為有效保障接地的安全性與可靠性，還應(yīng)保證接地點不少于兩處，且兩者的間距要控制在30m內(nèi)。

其次，直擊雷防護的關(guān)鍵是接閃器，為此，儲罐可以將自身作為接閃器。若是儲罐自身條件不允許，則需要技術(shù)人員外接接閃器。當儲罐頂部有阻火器的呼吸閥以及放散管且無管帽時，技術(shù)人員應(yīng)將接閃器安裝在管口上方半徑為5m的半球體，并設(shè)置于防雷區(qū)內(nèi)[5]。如果有管帽，則要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況科學(xué)安排，可以將管帽上方垂直距離1～5m，離管口水平距離2～5m納入防雷區(qū)內(nèi)。

因為地下儲罐更容易受到腐蝕，故而通常會采用陰極防腐的方式。當儲罐的現(xiàn)場情況滿足以下條件時，可不再單獨布設(shè)防雷接地裝置：

（1）陰極防腐方式為犧牲陽極法，且陽極與儲罐的銅芯連線截面積不小于16mm2，犧牲陽極的沖擊接地電阻不超過10Ω；

（2）陰極防腐為強制電流法時，接地電極與儲罐的銅芯連線截面積不小于16mm2，并且是采用鎂鋅復(fù)合棒或是鋅棒作為接地電極。與此同時，沖擊接地電阻也不能超過10Ω；

（3）儲罐本身就是金屬制品，且其上通常還會附著金屬構(gòu)件或是連接著金屬構(gòu)件。閃電感應(yīng)會在以上金屬構(gòu)件上產(chǎn)生電位差，而這些電位差會出現(xiàn)電火花，所以會存在較大的燃燒或是爆炸風險。為此，技術(shù)人員需要采取科學(xué)的措施有效降低電位差，以保證儲罐上的金屬構(gòu)件或是與儲罐連接的金屬構(gòu)件能夠與感應(yīng)器連接，從而形成電氣通路。同時，還可將放散塔及其塔頂?shù)慕饘贅?gòu)件作為可靠電氣連接加以應(yīng)用。

（4）若是儲罐的閥門處或是法蘭盤連接處的過渡電阻超過0.03Ω，則技術(shù)人員要采用金屬線以跨接的方式來處理連接處。當法蘭盤處于非腐蝕環(huán)境，且連接螺栓超過5根時，此時可不采用跨接的連接方式。

2.2 燃氣金屬管道防護

因為城鎮(zhèn)燃氣管道會穿越城市的多種場所，線路分布范圍極廣，故而若想對其采取高效可行的防護措施，難度較大。為此，本文將針對具體的金屬管道防護情況加以區(qū)分：

2.2.1 一般情況

對于非充沙管溝內(nèi)燃氣金屬管道或是地上的燃氣管道，技術(shù)人員在制定防護措施時，應(yīng)重點關(guān)注接地和跨接這兩種情況：

（1）技術(shù)人員需要將接地設(shè)置在始端、末端、分支處以及直線段每隔200～300m的位置；如果燃氣管道與建筑物的距離在100m之內(nèi)，則接地的間距要控制在25m左右；如果燃氣金屬管道的敷設(shè)方式采用的是架空的形式，則接地要設(shè)置在固定管墩（架）處；如果是采用金屬線來進行跨接，需要確保燃氣管道與其他長金屬物的凈距小于0.1m，跨接點的間距也不可超過30m，并且是平行敷設(shè)。需要注意的是，交叉點也要做跨接處理。

（2）如果燃氣管道進入建筑物，則技術(shù)人員此時還應(yīng)做好絕緣保護和就近接地問題的處理：首先，技術(shù)人員要根據(jù)就近原則，將建筑物的接地裝置或是防雷等電位裝置與室外的燃氣設(shè)備、屋面管、立管、放散管和引入管進行連接；其次，進出建筑物的燃氣金屬管道與墻體內(nèi)金屬導(dǎo)體的距離，第二類防雷建筑物按S≥0.06kclx計算、第三類防雷建筑物應(yīng)S≥0.04kclx計算，混凝土墻、磚墻間隔距離為空氣中間隔距離S的1/2，如果現(xiàn)場的間距條件不能滿足要求或是無法計算，那么可以使用絕緣保護套管。

2.2.2 進出場站的燃氣金屬管道

若是燃氣管道是從地上引入，技術(shù)人員應(yīng)在引入管穿墻入戶之前、在出室外地面后，進行電絕緣裝置的科學(xué)布設(shè)。同時，燃氣管道上還要有抱箍，然后再使用等電位連接線，將其接入到總等電位連接箱。

如果是外置放電間隙與絕緣法蘭盤的組合形式，那么在結(jié)束室內(nèi)燃氣總閥門的安裝后，技術(shù)人員要用隔離放電間隙連接絕緣法蘭盤兩端的燃氣金屬管道。在此后，再使用等電位連接線將其接至總等電位連接箱。

2.2.3 燃氣終端用戶金屬管道

燃氣管道的安全性直接關(guān)系到廣大人民的生命財產(chǎn)安全，所以更需要做好相關(guān)的雷電防護工作。通常，不可在屋面布設(shè)燃氣金屬管道，但如果建筑的現(xiàn)場環(huán)境不允許，只能敷設(shè)在屋面，則需要金屬線跨與接閃網(wǎng)（帶）至少跨接兩處，并且還要設(shè)置在防雷區(qū)內(nèi)[6]。同時，還應(yīng)嚴格控制跨接點的間距，通常要控制在30m內(nèi)。若是接閃帶的水平、垂直凈距小于10cm時，此時也要采用跨接形式來處理。

2.3 電氣系統(tǒng)防護

對于燃氣場站內(nèi)的一些電氣設(shè)備金屬外殼來說，如果其存在外露部分，且這部分可導(dǎo)電，則需要對這些設(shè)備進行接地處理。如針對照明燈具，技術(shù)人員可以用安全性較高電氣所連接的金屬管線接地。但需要注意，金屬管線不可以是用作輸送易燃物質(zhì)的。而對于照明以外的電氣設(shè)備，需要進一步加強其防護保護效果，通常需要技術(shù)人員使用專用的保護線，在此過程中，技術(shù)人員需要將相線與保護線共同敷設(shè)在保護管中，且保護線的絕緣要與相線相同。

3 城鎮(zhèn)燃氣防雷設(shè)計技術(shù)要點

3.1 外部防雷設(shè)計

3.1.1 接閃器

接閃器的組成構(gòu)件較多，在對其進行防雷防護時，需要根據(jù)接閃網(wǎng)、接閃桿、接閃帶、金屬屋面或構(gòu)件的不同進行差異化的處理。技術(shù)人員在設(shè)計針對天面的接閃器時，可以根據(jù)建筑物的具體情況以及防雷類別的規(guī)范要求，以單獨或是組合的形式設(shè)計接閃網(wǎng)或是滾球法。如果燃氣場站的建筑為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以在建筑物的天面上，直接敷設(shè)接閃網(wǎng)或是接閃帶，但需要對支起高度進行科學(xué)的控制，通常女兒墻上的接閃網(wǎng)和接閃帶高度要超過15cm；技術(shù)人員在固定支架時，如果是采用扁形或是絞線導(dǎo)體，應(yīng)保證水平距離在50cm以內(nèi)，并且各個支持件所承受的垂直拉力不可以超過49N；如果是選用單根圓形導(dǎo)體，則水平距離不可以超過1m。

此外，技術(shù)人員首先要確定燃氣場站內(nèi)容易受到雷電襲擊的部位，如建筑的屋脊、屋檐或是屋角等位置，然后將接閃網(wǎng)和接閃帶布設(shè)在這些位置。如果接閃器為熱鍍鋅材料，那么需要在焊接處做好防腐處理。若是建筑為鋼筋結(jié)構(gòu)，則接閃器可以用金屬屋面代替。如果場站內(nèi)儲罐區(qū)有架空接閃線，或是獨立的接閃桿，則此時要保證所有的被保護物均處于防雷區(qū)。

3.1.2 接地裝置

接地裝置分為共用和獨立兩種，一般情況下，會利用承接臺中的鋼筋將其以閉合回路的形式進行防雷接地。如果是將鋼筋中的圓鋼或是單根鋼筋作為防雷裝置，要保證以上二者的直徑不小于1cm。當防雷裝置的引下線多于兩根時，則應(yīng)確保各個引下線的沖擊接地電阻符合實際建筑物防直接雷沖擊的電阻數(shù)值要求。

3.1.3 引下線

首先，技術(shù)人員要設(shè)置至少2根的建筑專設(shè)引下線，將其敷設(shè)于建筑內(nèi)庭與四周。二類與三類防雷建筑的間距要分別控制在18m和25m以內(nèi)，如果建筑物之間的距離較大，難以在中間位置設(shè)置引下線，此時可以在跨距的兩端進行引下線的布設(shè)。需要注意的是，此時要對其他引下線的間距予以縮減，以保證平均間距符合防雷的相關(guān)要求。

3.2 內(nèi)部防雷裝置的設(shè)計

3.2.1 等電位連接

因為城鎮(zhèn)燃氣管道工程會涉及一些外接導(dǎo)電物，所以技術(shù)人員需要對其等電位連接工作加以重視，并做好LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區(qū)交界面的處理工作。如果燃氣金屬管道是從LPZ0區(qū)進入LPZ1區(qū)，那么就要科學(xué)設(shè)計鋼塑接頭和絕緣法蘭的位置，然后以就近接地的方式，將鋼塑接頭盒絕緣法蘭兩端的管道進行接地處理。此外，如果儲罐頂法蘭盤或是浮頂罐浮頂，也需要與罐體進行電氣連接，并同時做好放散塔頂金屬構(gòu)件及其自身的連接。

3.2.2 屏蔽與綜合布線

針對建筑大尺寸金屬構(gòu)件的防雷保護，需要技術(shù)人員做好金屬構(gòu)件的等電位連接，如金屬門窗、金屬屋頂、鋼柱、鋼梁等，以此減少雷擊所帶來的電磁脈沖干擾。同時，還需要與防雷裝置相連形成“法拉第籠”。針對燃氣工程的低壓配電線路，技術(shù)人員需要在地中埋置鋼管，并將金屬鎧裝電纜或是護套電纜穿入其中。針對防雷分區(qū)交界處的外套鋼管或是電纜金屬外皮，需要將其與等電位連接帶進行有效連接。

在具體設(shè)計時，注意不要出現(xiàn)架空線路穿越場站的問題，如果場站外的線引入至場站內(nèi)時有難度，則可以選擇架空線路，但需要在距離場站15m處的位置做穿鋼管或是金屬鎧裝電纜的埋地引入。

3.2.3 電涌保護器

針對穿越各防雷區(qū)的低壓配電系統(tǒng)以及電子信息系統(tǒng)，技術(shù)人員需要慎重選擇電涌保護器。通常，為有效加強雷電防護效果，避免雷電波順著線路破壞保護線上的終端設(shè)備，我們可以采用具有多級防爆功能的電涌保護器。

因為低壓大電路是以架空的方式引入，更容易受到雷電電涌的襲擊，此時可以在低壓側(cè)安裝電涌保護器SPD。辦公建筑和一些工藝區(qū)也是低壓線路，當?shù)蛪号潆娤渲粮鞴に噮^(qū)及辦公建筑電力線路處于LPZ0B區(qū)進入LPZl區(qū)，技術(shù)人員要在不同的分配電箱中安裝電涌保護器SPD。需要注意的是，要科學(xué)判定不同用電設(shè)備對電涌保護器的同流容量與限壓水平。

城鎮(zhèn)燃氣場站的電子信息系統(tǒng)，如監(jiān)控報警系統(tǒng)、信號系統(tǒng)以及安防系統(tǒng)，會因為所處位置較為空曠、場站內(nèi)有較多的金屬構(gòu)件，更容易因雷電現(xiàn)象而出現(xiàn)磁感應(yīng)。同時，因為以上系統(tǒng)多屬于微電子設(shè)備，自身的耐壓性較差，所以一方面要做好電子線路的浪涌保護，另一方面還需要做好屏蔽設(shè)置和電源的浪涌保護，技術(shù)人員需要在LPZ1區(qū)或進入設(shè)備處，安裝信號浪涌保護器SPD，以保證信號系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、監(jiān)控報警系統(tǒng)的線路不會發(fā)生過電壓入侵設(shè)備的風險。

4 結(jié)語

總而言之，為切實做好城鎮(zhèn)燃氣場站的雷電防護工作，需要技術(shù)人員根據(jù)國家相關(guān)的防雷裝置要求，對具體的設(shè)計和施工工作進行嚴格管理，確保燃氣工程的所有施工流程環(huán)節(jié)都能夠按照規(guī)定的要求執(zhí)行，以確保最終安裝完成的防雷裝置可以真正發(fā)揮出自身的安全防護效果，保障人們的生命財產(chǎn)安全。