摘要：在提倡使用清潔能源、大力推進天然氣產業發展的今天，雷電災害已成為石油化工行業不容忽視的安全隱患之一，而我國雷電災害風險評估工作相對國外則開展較晚，目前還沒有專門針對石油化工行業的雷電災害風險評估方法。為此，利用IEC62305《雷電災害風險評估》中的評估方法，對福建LNG輸氣干線工程——莆田LNG分輸站實地情況進行了勘查與防雷檢測，據此對評估模型進行了簡化，有效地選定了所有評估參數，經計算得出了雷電風險評估結論：LNG分輸站雷電風險主要來自建(構)筑物防直擊雷設施及工藝區內各管道、設備接地的施工質量問題，以及引入服務設施的雷電電磁脈沖問題。由此提出了相應的防雷整改措施一控制防雷施工質量，并采取屏蔽服務設施線路、合理布線、等電位聯結以及在防雷分區交界處安裝參數適配的浪涌保護器等。這樣做可將LNG分輸站雷電風險值控制在可承受風險值以下，將人身傷亡的風險值降低到規范要求可承受風險值以下。
關鍵詞：LNG分輸站；雷電；風險評估；評估模型；評估參數；風險值
據統計，全世界每年約有10億次雷暴發生，每秒鐘的地閃就有30～100次，平均每天發生閃電800×104次。雷暴天氣帶來的強降水、大風、強光、強電場、強電流、強聲波、電磁脈沖輻射和無線電噪聲等，會對人類社會產生巨大的危害[1]。我國雷電災害風險評估這項工作相對國外開展較晚，缺少經驗。因此需要在國際防雷風險評估研究的基礎上，結合我國國情，參考我國相關行業的經驗，大力開展雷電風險的工程評估和研究，盡快推行全面雷電風險評估，提升防雷工程的科學性，加強防雷工作管理。
1 LNG分輸站概況
福建LNG輸氣干線工程莆田分輸站位于福建省莆田市荔城區黃石鎮和平村東側700m、金山村西南側400m處，廠區周圍為菜地，地勢平坦，場區南側緊鄰一條村級水泥公路。站場分區布置主要由辦公區、工藝設備區、排污池和放空區組成，詳見圖1。辦公區有綜合樓1棟，其南面為停車場，東面大門口有門衛房及發、配電房；辦公區北面為裝置區，較為空曠，所有設備均露天設置，2臺高大加熱爐、管道、閥門、分析室小屋等遭直擊雷電的幾率較高，站內各種計量、調壓工作狀態等信息通過RS485上傳至綜合樓內站控系統；放空區有1根高度為12m的放空管；另外整個站場分布路燈及監控探頭，均為高度近10m的金屬矗立物，極易導致直接雷擊。
2 LNG分輸站雷電災害風險評估
2.1 LNG分輸站分區布置的簡化處理
雷電災害風險評估的關鍵是選擇一個盡可能合適的評估方法[2]。目前，國內外現有的雷電災害風險評估標準較少，雷電災害風險評估模型存在定量化不足和缺乏選擇性等缺陷，參數的選取大多以經驗為主，可靠性和可操作性較差。由于國內目前沒有專門針對石油化工行業的雷電災害風險評估方法，因此，評估的關鍵是將LNG分輸站內的分區布置情況進行適當簡化，以適用于評估模型。
2.2 雷電損害的成因分析
通常，雷電損害的成因有以下5種：①直接雷電下的接觸電壓和跨步電壓；②直接雷電引起的著火、爆炸、機械效應及化學效應；③直接雷電下設備上的過電壓；④間接雷電下設備上的過電壓；⑤間接雷電引起的著火、爆炸、機械效應和化學效應[3]。
2.3 針對人身傷亡的雷電風險評估參數選定
雷電風險評估參數的選定是雷電災害風險評估最大的難點，因為每個參數選定的精確度將直接影響到最后的評估結果。表1～3列出了雷電災害風險評估模型中所有涉及的參數，現將其中較難選定的部分參數處理過程進行描述。
2.3.1 LNG分輸站的高度(H)
分輸站內各分區建(構)筑物均高低不同，如裝置區設備高度均為1～2m，變、配電房高度為5m左右，而加熱爐高度則超過9m，但站內均勻分布著若干路燈及監控支架，其高度與綜合樓高度相當，因此，可將整個LNG分輸站高度簡化處理為9.6m，詳見表1。
2.3.2直接雷擊致生物觸電概率(PA)
由于LNG分輸站內建(構)筑物均利用鋼筋混凝土結構柱內鋼筋作為防雷引下線，故縮減因子取1×10-2；站內所有建(構)筑物均利用人工接地體進行等電位連接且接地體為網格狀，可以有效降低跨步電壓引起的危害，故縮減因子取1×10-2。綜上所述，PA=10-2×10-2=10-4，詳見表1。
2.3.3外部防雷裝置(PB)
經檢測，LNG分輸站內綜合樓屋面存在避雷帶有未形成閉合回路、引下線與避雷帶焊接長度未達到規范要求等缺陷，因此認為外部防雷裝置(LPS)的取值選定為2×10-1，詳見表1。
2.3.4線路屏蔽及預防措施(PLD、KS3)
LNG分輸站內電力設施由配電房引出低壓配電線路至各區域，包括綜合樓、工藝設備區及路燈處，均采用套鋼管埋地敷設，但埋地鋼管未在兩端進行接地處理，未形成屏蔽層的作用，而線路在敷設過程中形成了大面積回路，因此PLD為1、KS3為1，詳見表2、表3。同樣，站內弱電線纜(從站控室引出至工藝設備區各設備的控制線路及消防報警線路)的外套鋼管也未進行兩端接地處理，取值與電力設施相同。
2.3.5高壓電力電纜及電力設施高度(Hc)、系統耐受沖擊電壓(KS4)
LNG分輸站電力系統由當地電業局敷設，將市電電源架空進線裝于10kV電桿上引至LNG分輸站內變、配電房，經帶保護外殼干式變壓器變壓后向LNG分輸站內設備供電。經檢測，高壓架空線電桿高度Hc為12m，詳見表2，而經查詢上述變壓器參數資料，得出系統耐受沖擊電壓為75kV。因此KS4為0.02(1.5/75)，詳見表2。
2.3.6相配合的浪涌保護器(SPD)保護(PSPD)
雖然強電系統安裝了電源SPD，但安裝的位置及數量并未完全符合規范要求。如綜合樓向站控機房供電的UPS電源前端安裝的SPD與安裝在變、配電房1AA配電柜內的前級SPD參數相同，而進入綜合樓的生活用配電回路未在防雷分區交界處安裝任何SPD，因此綜合考慮，強電PSPD，為0.1，詳見表2。弱電系統未安裝任何信號SPD，故此時PSPD為1，詳見表2。
2.3.7引入LNG分輸站的弱電線纜包括電視、電信及寬帶線路
其中電視、電信線纜評估參數基本一致，而由于寬帶以光纖形式引入，且在光纖轉換器前端已將金屬加強芯和鎧裝層可靠接地，故評估中忽略此項。
2.3.8 特殊傷害(hz)站內工藝設備區為爆炸危險環境
若天然氣管道因雷擊發生爆炸，天然氣能量瞬間釋放，將會對地形地貌造成機械損害，破壞土壤植被的完整性。大約一半的事故都伴隨著天然氣的燃燒，熱輻射加重了機械損傷[4]。但天然氣屬于清潔能源，其燃燒后只會生成少量的水分及二氧化碳，所以，特殊傷害hz為20，詳見表3。
2.4 公式計算
選定相關參數后，根據規范IEC60305中給定的公式，先后計算出建(構)筑物及引入設施截收面積(結果見表4)、預計年累計次數(結果見表5)、人身傷亡風險分量(結果見表6)等值(表4～6中方程引自本文參考文獻[3])。
2.5 雷電風險評估結論
為了保障LNG分輸站內人員的人身安全，必須保證人身傷亡風險小于LNG分輸站能接受的風險值RT(10-5)。由上述計算結果可知，R大于RT，可見該LNG分輸站防雷裝置的安全性應進一步提高，以加強對站內人員的保護。
2.6 防雷裝置整改措施及成效
分析表6可知，造成人身傷亡風險值過高的原因主要在于RB和RV。因此只需針對這兩個參數采取相關措施：
1) 將所有強電、弱電線纜屏蔽層兩端進行接地處理，在所有防雷分區交界處安裝高效的(LPLⅠ級)SPD[5]，并注意前后能級配合。
2) 加強直擊雷防護，對防雷裝置不完善的地方一一整改，使達到LPSⅠ[6]級防護水平。
3) 工藝設備區分析室附近加裝避雷針保護，并將分析室外殼及基座可靠接地。
實施上述防雷改進措施后，下列評估參數發生變化：
PB=0.02
Pc=PU=PV=0.01(電源與弱電均相同)
R=RA+RB+RU+RV=8.730×10-13+0.349×10-5+3.43×10-8+0.295×10-5+0.218×10-5
=0.862×10-5＜10-5
采取上述整改措施，有效地將因雷電引發的人身傷亡風險降低到可承受值以下，達到了評估規范所規定的要求。
3 結束語
利用雷電災害風險評估可以對LNG分輸站防雷工程的質量作出量化判斷，從而更加理性、有針對性地去采取經濟、實用、有效地防雷措施以達到保護人身安全的目的。由評估案例可見，控制LNG分輸站場站內建(構)筑物防直擊雷設施及工藝區內各管道、設備接地的施工質量，并采取屏蔽服務設施線路、合理布線、等電位聯結以及在防雷分區交界處安裝參數適配的SPD等措施，是將LNG分輸站雷電風險值控制在可承受風險值以下最行之有效的方法。目前石油化工行業大量使用工業計算機控制系統，導致設備抗干擾、耐沖擊能力顯著下降，而上述技術措施正是解決該問題的有效途徑。
參考文獻
[1] 潘旭海，華敏，蔣軍成.環境條件對LNG泄漏擴散影響的模擬研究[J].天然氣工業，2009，29(1)：117-119.
[2] 馬民書.風險論[M].北京：軍事出版社，2000：10-20.
[3] 國家質量監督檢驗檢疫總局.GB/T 21714.2—2008/IEC 62305—2:2006雷電防護 第2部分：風險管理[S].北京：中國標準出版社，2008.
[4] 趙永濤.俄羅斯油氣管道運營狀況及事故統計分析[J].化工安全與環境，2005，27：10-12.
[5] 楊仲江，盧燕.熱電廠雷電災害風險評估探討與實踐[J].氣象科技，2007，35(1)：79-84.
[6] 楊仲江.防雷工程檢測審核與驗收[M].北京：氣象出版社，2005.
(本文作者：孫蔡亮1 宋木泉2 康國山1 1.福建省莆田市氣象局；2.福建省泉州市氣象局)
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