我國燃氣行業防雷技術應用分析與研究

摘 要

　　雷電災害，是目前中國十大自然災害之一。據統計，我國有21個省、市、區雷暴日在50天以上，最多可達134天，雷暴給人們生活帶來了極大的安全隱患。尤其是近年來，中國的社會經濟、
　　雷電災害，是目前中國十大自然災害之一。據統計，我國有21個省、市、區雷暴日在50天以上，最多可達134天，雷暴給人們生活帶來了極大的安全隱患。尤其是近年來，中國的社會經濟、信息技術，特別是計算機網絡技術發展迅速，城市高層建筑日益增多，雷電危害造成的損失越來越大。僅1998年和1999年兩年的統計，中國雷擊造成的直接經濟損失達百萬元以上的有38起。每年因雷電災害傷亡的人員約為3000人—5000人，造成的財產損失在70億元一100億元左右。我國的雷電災害損失80%以上涉及電子、通訊和配電系統。雷電可以通過各種途徑危害地面的物體和人畜。雷電事故造成的經濟損失，也給社會帶來難以估量的間接損失，對社會影響很大，雷電災害已成為聯合國公布的10種最嚴重的自然災害之一，雷電災害被列為“電子時代的一大公害”。
    根據燃氣行業的易燃、易爆、有毒等特點，結合雷電的形成、雷電流的特征、與燃氣行業現代防雷技術及防護方法的應用，下面將燃氣行業防雷技術應用分析如下：
1 燃氣行業的防雷裝置(LPS)、現代防雷技術的框架與原則
1.1 防雷裝置(LPS)
   在GB50057—94《建筑物防雷設計規范》中，對防雷裝置名詞的解釋是：防雷裝置(LPS)是接閃器、引下線、接地裝置，過電壓保護器及其他連接導體的總和。在IEC標準中防雷裝置的定義是：用于對需要防雷的空間做防雷效應的整個裝置，它由外部防雷裝置和內部防雷裝置組成。外部防雷裝置：由接閃器、引下線和接地裝置組成。內部防雷裝置：除外部防雷裝置以外的全部附加措施，它們能減小雷電流在需要防雷的窨內所產生的電磁效應。因此，屏蔽和電涌保護器是其中重要的防雷裝置。
    1777年5月，倫敦附近一座火藥庫因雷擊而受損，避雷針是富蘭克林等人組成的委員會設計的。雷擊火藥庫，說明避雷針沒有截閃，從而提出避雷針保護范圍的計算問題。我國GBJ57—83標準，使用了30°、45°、60°的圓錐體，按此方法，避雷針越高，則其覆蓋的保護范圍就越大。但事實上，許多高聳的鐵塔或建筑物上的避雷針不但無法按圓錐體實現保護，往往自身的中部和下部遭遇雷擊。在巴黎的愛菲爾鐵塔的中部還架設了向外水平伸出的避雷針，以防備側面襲來或繞過鐵塔頂部避雷針的“繞擊雷”。從1980年起，經過討論和研究，世界上大多數國家均已采用滾球法計算避雷針的保護范圍(日本除外，仍用45°、60°保護的圓錐體)。
1.2 燃氣行業現代防雷技術的框架
    為使燃氣行業建筑物及其內部設施免受雷電的直接和間接危害，燃氣行業現代防雷技術的框架通常使用避雷針、避雷線、避雷帶、避雷網等防直擊雷的危害；使用信息系統中防雷電暫態沖擊的器件避雷器壓敏電阻、氣體放電管和雪崩二極管等防間接雷電侵入波的危害；屏蔽技術也是防止雷擊電磁波侵入的重要方法。就建筑防雷保護設計而言，包括接地在內的合理組合和設置這些防雷設備與器件，來構成建筑物及其內部設施的雷電防護系統，實現從建筑物外部和內部兩個方面對雷電危害進行有效的抑制。
1.3 燃氣行業防雷電的原則
   燃氣行業防雷電的原則首先是科學的原則，其次是經濟的原則和耐用可靠的原則。防雷工作保護的對象有三：建筑和構筑物、燃氣設備和人，三者需統籌兼顧，已制訂了各種行業標準或國家標準的防雷規范，都是圍繞這三個保護對象制訂出各種條例，其首要原則就是遵循科學規律。近年這些防雷規范都在修訂中，如建筑物防雷規范已修訂完成，向全國發布。這是由于科學技術近年的迅猛發展出現了許多新問題，舊的規范不適應了。修訂規范應謹慎從事，未經過科學家們在科學原理上的論證和獲得公認，也未經受防雷實踐的檢驗通過的試用技術與產品不應列入規范。但是這不等于拒絕試用一些尚未經充分檢驗的防雷新產品，因為防雷工作有一些特殊性，有些規律是帶有統計性的，需要實踐來檢驗，不能靠實驗室驗證。這種試用就要服從科學的準則，要進行科學的考察、記錄，要有防備的措施。防雷安全應該盡可能按照選定的安全標準做到萬無一失，特別是一些非常重要的工程項目，國家標準的防雷規范考慮到這些方面，應該遵守，這是符合科學原則的。但是還要有靈活性，因為科技在發展，已制訂的規范不可能永遠正確無誤，另一方面，中國地域廣闊，雷電與地理、氣象條件關系密切，防雷規范不可能照顧到這些差別，制訂規范時也考慮到這一情況。現代防雷技術概論含有靈活性，需要人們從實際出發，因地制宜考慮防雷措施，善于依據雷電科學，獨立思考。在符合科學原則的前提下，必須重視經濟原則，防雷規范中就體現了這個精神。
2 雷電保護技術措施在燃氣行業的應用
   防雷技術措施在燃氣行業的應用，應根據被保護對象防雷害的要求，認真調查地理、地質、氣象、環境等條件和被保護對象的特點及雷電活動規律情況，選用安全可靠、技術先進、經濟合理的防雷措施。
2.1 儲罐區防直擊雷的技術措施
    (1) 在儲罐區內架設的獨立避雷針、架空避雷線(網)應將被保護物置于LPZO區。
    (2) 當儲罐頂板厚度大于或等于4mm時，可以用頂板作為接閃器；若儲罐頂板厚度小于4mm時，應裝設防直擊雷裝置。
    (3) 浮頂罐、內浮頂罐不應直接在罐體上安裝避雷針(線)，但應將浮頂與罐體用兩根導線作電氣連接。浮頂罐連接導線應選用截面積不小于25mm2的軟銅復線絞。對于內浮頂罐，鋼質浮盤的連接導線應選用截面積不小于16mm2的軟銅復絞線；鋁質浮盤的連接導線應選用直徑不小于1.8mm不銹鋼鋼絲繩。
    (4) 鋼儲罐必須做到防雷接地，接地點沿儲罐周長的間距不應大于30m，且接地點不應少于2處。
    (5) 鋼儲罐防雷接地裝置的沖擊接地電阻不宜大于10Ω，當鋼儲罐僅做防雷電感應接地時，接地電阻不宜大于30Ω。
    (6) 灌區內儲罐頂法蘭盤等金屬構件應與罐體可靠電器連接，不少于5根螺栓連接的法蘭盤在非腐蝕壞境下可不跨接。放散塔頂的金屬構件亦應與放散塔可靠電氣連接。
    (7) 當地下液化石油氣罐的陰極防腐采取下列措施時，可不再單獨設置防雷和防靜電接地裝置：液化石油氣罐采用犧牲陽極法進行陰極防腐時，犧牲陽極的接地電阻不應大于10Ω，陽極與儲罐的銅芯連線截面積不應小于16mm2；液化石油氣罐采用強制電流法進行陰極防腐時，接地電極必須用鋅棒或鎂鋅復合棒，接地電阻不應大于10Ω，接地電極與儲罐的銅芯連線截面積不應小于16mm2。
2.2 調壓計量區防直擊雷的技術措施
    (1) 調壓站沖擊接地電阻值不應大于10Ω，設于空曠地帶的調壓站及采用高架遙測天線的調壓站應單獨設置防雷裝置。
    (2) 當調壓站內、外燃氣金屬管道為絕緣連接時，調壓裝置必須接地，接地電阻應小于10Ω。
    (3) 在調壓站內設備應置于LPZOB區內。
2.3 燃氣金屬管道防直擊雷的技術措施
    (1) 地上燃氣金屬裸管與其他金屬構架和其他長金屬物平行敷設時，當凈距小于100mm，應用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30m；交叉敷設時，當凈距小于100mm，其交叉點應用金屬線跨接。
    (2) 架空敷設的燃氣金屬管道的始端、末端、分支處以及直線段每隔200m～300m處，應設置接地裝置，其沖擊接地電阻不應大于30Ω，接地點應設置在固定管墩(架)處。距離建筑物100m內的管道，應每隔25m左右接地一次，其沖擊接地電阻不應大于10Ω。
    (3) 進出民用建筑物的燃氣管道的進出口處，室外的屋面管、立面管、放散管、引入管和燃氣設備等處均應有防雷(靜電)接地裝置。
    (4) 燃氣金屬管道不宜敷設于屋面，當實際條件無法滿足時，燃氣金屬管道可敷設于屋面，但應滿足以下要求：
    a) 屋面燃氣金屬管道、放散管、排煙管、鍋爐等燃氣設施應設置在接閃器保護范圍之內，并遠離建筑物的屋檐、屋角等易受雷擊的部位。
    b) 屋面放散管和排煙管處應加裝阻火器，并就近與屋面防雷裝置可靠電氣連接。
    c) 屋面燃氣金屬管道與避雷網(帶)至少應有兩處采用金屬線跨接，且跨接點間距不應大于30m。當屋面燃氣金屬管道與避雷網(帶)的水平、垂直凈距小于100mm時，也應跨接。
    d) 屋面燃氣管與避雷網之間的金屬跨接線可采用圓鋼或扁鋼，圓鋼直徑不應小于8mm，扁鋼截面積不應小于48mm2，其厚度不應小于4mm，宜優先選用圓鋼。
    e) 當燃氣金屬管道由LPZO區進入LPZ1區時，應設絕緣法蘭或鋼塑接頭，絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端的管道應分別就近接地，接地電阻不應小于10Ω。
    (5) 建筑物外墻燃氣金屬立管與建筑用戶分支管相連時，應設絕緣法蘭或鋼塑接頭，絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端的管道應分別就近接地，接地電阻不應大于10Ω，沿外墻直敷設的燃氣金屬管道應每隔不大于12m就近與建筑物防雷裝置可靠連接。當燃氣金屬管道螺紋連接的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。
2.4 雷電感應在燃氣行業的防護措施
    雷電感應在燃氣行業的防護的基本要求如下：
    (1) 為防止靜電感應，建(構)筑物內的金屬設備、金屬管道、金屬構架、電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬構件和突出屋面的金屬物都應接到防雷感應的接地裝置上。
    (2) 金屬屋面周邊每隔18m～24m應采用引下線接地一次，對于現場澆制或預制的鋼筋混凝土構件，其鋼筋應形成閉合回路，并每隔18m～24m采用引下線接地一次。
    (3) 為了防止電磁感應，凡是平行敷設的長金屬物體等，其凈距離小于1OOmm時，應每隔20m～30m用金屬線跨接。其交叉距離小于1OOmm時，交叉處也應用金屬線跨接。
3 燃氣行業防雷裝置的基本要求
3.1 接閃器
    避雷針、避雷線、避雷網、避雷帶及建筑物金屬屋面均可作為接閃器；正常時能形成爆炸性混合物，電火花會引起爆炸燃燒的排放管、呼吸閥等凸出建筑構件屋面的金屬構件不能用作接閃器。
3.2 引下線
    (1) 引下線一般采用圓鋼或扁鋼制成，宜優先采用圓鋼。圓鋼直徑不應小于8mm。扁鋼截面不應小于48mm2，其厚度不應小于4mm。
    (2) 引下線應沿建筑物外墻明敷，并經最短路徑接地，對于建筑藝術高的可以暗敷，但截面積放大，圓鋼由10mm或扁鋼4mm×20mm。建筑物金屬構件如消防梯、金屬煙囪等可作為引下線使用，但必須形成閉合電氣通路。
    (3) 互相連接的避雷器接地引下線不少于2根，之間的距離(m)如下：
    防雷建筑物類別：第二類最大距離為18m。
    (4) 為了便于測量接地電阻和檢驗引下線，宜在引下線距地面0.3m～1.8m處設置斷接卡。引下線截面腐蝕30%以上者，應予以更換。
    (5) 距地面上約1.7m至地面下0.3m之間的引下線應采取暗敷或鍍鋅角鐵、改性塑料管或橡膠管等保護設施。
3.3 接地裝置
    接地裝置是由埋設在地下的接地體和連接地體的接地線組成。人為埋入地下的金屬物如角鐵、扁鋼、鋼管等稱人工接地體。利用已有的與大地接觸的各種金屬物如鋼筋混凝土基礎，金屬管道，電纜金屬外皮等兼作接地用的稱為自然接地體。人工接地體垂直敷設時多采用鋼管、角鋼或圓鋼。水平敷設時采用的圓鋼直徑不應小于10mm；扁鋼截面不應小于100mm2，其厚度不小于4mm，角鋼厚度不應小于4mm；鋼管壁厚不應小于3.5mm。人工垂直接地體的長度宜為2.5m，埋入深度不應小于0.5m。垂直接地體間的距離及人工水平接地體間的距離宜為5m。
    防雷接地裝置還應防止跨步電壓造成的危害，所以，防直擊雷接地裝置距建筑物和構筑物出入口和人行道的距離不應小于3m。當小于3m時，應將水平接地體局部埋深lm以上，或將水平接地體局部包以50mm～80mm厚的瀝青等到，或采用瀝青碎石地面或在地面敷設50mm～80mm的瀝青層，其寬度應超出接地裝置2m。敷設在腐蝕性較強的接地裝置，應采用熱鍍鋅、熱鍍錫等防腐措施或加大接地體的規格等方法均可。
3.4 接地電阻
    防雷接地電阻一般指沖擊接地電阻值，不應大于10Ω。防雷電感應的接地電阻在第二類防雷建筑物和構筑物的沖擊電阻值不應大于10Ω，第一類建筑物和構筑物防雷感應的接地電阻不應大于10Ω。防雷電侵入的接地，如電纜金屬外皮，空中金屬管道、閥型避雷器竺的接地電阻不應超過4Ω～10Ω即可。
4 我國燃氣行業防雷技術存在的問題與建議
我國的《城鎮燃氣設計規范》CB 50028—2006國家標準，沒有對防雷設計的內容進一步充實，只是要求符合國家標準《建筑物防雷設計規范》GB50057中“第二類防雷建筑物”的有關規定，此內容過于籠統，應細化、完善其內容，給設計、施工和管理人員能夠了解防雷工作在燃氣行業重要的組成部分，提供重要的科學依據。
    《建筑物防雷設計規范》GB50057—94(2000年版)第3.2.2條，對不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕的壞境下，可不跨接；2009年11月1日實施的《城鎮燃氣防雷技術規范》QX/T109—2009行業標準中5.2.6有相同的規定，因2000年以后，大多數法蘭連接的密封材料采用金屬纏繞墊片，有良好的導電性能，建議修改完善此規定。
    總之，燃氣行業的防雷工作涉及到雷電的形成、雷電流特征、雷電電磁干擾的性質，電磁感應耦合過程、屏蔽、等電位連接、接地等知識和技術，還涉及生產制造、設計施工、監測系統等多種技術。現代防雷技術是多學科、多行業的相互合作、協調、配合、相互聯系的工程，是一項系統工程。更是國家保護人民生命財產的重要內容之一，做好燃氣行業的防雷工作利國利民，也是實現科學發展觀的具體體現。
 
(本文作者：田長栓 馬艷霞 滄州市燃氣總公司 063000)