城镇燃气雷电防护及防雷设计技术要点浅析

黄炳辉

沧州天祥防雷检测有限公司，河北沧州，061000

雷电作为一种自然现象会导致很多安全事故的发生，尤其是对于燃气场站来说，其设备与管道分布广泛，且与城镇居民的住宅建筑相连，所以必须要对雷电现象加以防护，以避免因雷击而导致的燃烧或是爆炸事故的产生。基于此，相关工作人员要重视城镇燃气管道的设计、施工、运行等环节，以确保雷电防护工作质量，保障燃气场站的安全运行[1]。

1.1 热效应危害

雷电现象会带来巨大的电流，且这些电流仅需极短的时间就可以在穿过导体介质时，将电能转化为热能。通常，几十至上千安的电流可以转换为几百至上千焦的热能，而这样的热能足以熔化或是焚毁几十甚至几百毫米的钢棒。如果雷电直接降落于易燃物，会迅速燃烧，使城镇燃气管道发生火灾或是爆炸。

1.2 电效应危害

雷电释放过程所携带的能量巨大，且这些能量冲击会对电压产生极大影响，其产生的电压值通常可以达到上万伏特，甚至是十几万伏特[2]。若是城镇燃气设备或是场站周边电气设备遭受到雷电现象所带来的冲击电压，会极大程度破坏甚至是击穿设备表面的绝缘层，进而造成电气设备短路，发生燃烧、爆炸等重大安全事故。

1.3 静电感应危害

雷电产生、下落时，会与大地间形成电场，并生成巨量电荷。当雷电经过释放且与大地间的电场消散后，存在于电场的电荷却会因为失去引导开始无序扩散，并产生静电。当这些巨大的静电遇到城镇燃气场站，很可能与环境中的可燃物发生反应，发生燃烧、爆炸等安全事故。

1.4 电磁感应危害

雷电的电压速度极快，且电流能量巨大，其会在极短的时间间隔中产生交变电磁场，并且这种磁场蕴含着极强的能量。同时，存在于变电磁场中的导体也会跟随磁场的变化而产生电动势，进而感应到磁场中的闭回路金属导体，产生电流。所以若是有电阻过大的物品存在于闭回路中的某个位置，则会在雷电事故发生时，致使该回路的局部出现发热与短路事故，进而引发爆炸，威胁城镇燃气站的安全[3]。

1.5 雷电波的侵入危害

如果城镇燃气场站的架空线路或是金属管道遭受雷电的袭击，会在极短时间内产生巨大的冲击电压。而线路与管道的传导性也会将此种能量巨大的电压加以传导。此时如果建筑物与线路或是管道直接相连，则电压会瞬间侵入，并对建筑内的电气线路、电源装置以及燃气管道造成极大破坏，致使相关设备表层的绝缘层被破坏或是击穿，发生发热或是短路事故，最终引发燃烧或是爆炸问题。

1.6 防雷装置的反击危害

防雷装置在接收到雷电的电击后，会在瞬时内产生极高的电压，而其运行原理就是将这些电压进行引流与释放。但在此过程中，若是燃气管道、建筑器械或是电气设备与防雷装置的距离设计不科学，距离较短，则会导致防雷装置所引导的电流流向以上设备[4]。巨大电流的经过会对燃气管道、建筑器械以及电气设备的绝缘层造成破坏，进而致使金属管道被烧毁，发生严重的安全事故。

2.1 燃气场站的防护措施

燃气的接收、过滤、调压、计量、储存、配送都需要在燃气场站进行，所以做好燃气场站的雷电防护措施具有极为重要的意义。如果燃气场站被雷电击中，则相关设备设施也会遭到破坏，并发生损毁。为此，技术人员需要做好接地工作。城镇燃气场站内的建筑物、电气、设施设备以及电子系统等都有着不同的接地系统，且各接地系统间还会存在电位差。所以为有效减少电位差，需要施工人员采用共用接地系统，并以各系统中所规定的最小值来确定接地电阻值。

2.1.1 建（构）筑物的防护措施

技术人员要全面掌握GB50057—2010中的燃气场站内的建（构）筑物的防雷分类要求，据此科学布设雷电防护装置。针对调压计量室、储罐、压缩机室这类建（构）筑物，技术人员要按照第二类防雷建筑物进行设置。

2.1.2 储罐的防护措施

储罐有检查口、进口、出口、安全放散口等，主要是用来储存燃气。按照形式的不同，可以分为立式圆筒罐、球罐和卧罐；
根据安装位置的差异，可以分为地下储罐和地上储罐。

首先，因为储罐为金属制品，所以其雷电防护措施更需要进行科学的安排。地上储罐主要是防护直击雷，需要技术人员做好储罐的接地工作。若是城镇燃气场站的现场情况允许，也可以在储罐的周围敷设闭合环形接地体。同时，为有效保障接地的安全性与可靠性，还应保证接地点不少于两处，且两者的间距要控制在30m内。

其次，直击雷防护的关键是接闪器，为此，储罐可以将自身作为接闪器。若是储罐自身条件不允许，则需要技术人员外接接闪器。当储罐顶部有阻火器的呼吸阀以及放散管且无管帽时，技术人员应将接闪器安装在管口上方半径为5m的半球体，并设置于防雷区内[5]。如果有管帽，则要根据现场的具体情况科学安排，可以将管帽上方垂直距离1～5m，离管口水平距离2～5m纳入防雷区内。

因为地下储罐更容易受到腐蚀，故而通常会采用阴极防腐的方式。当储罐的现场情况满足以下条件时，可不再单独布设防雷接地装置：

（1）阴极防腐方式为牺牲阳极法，且阳极与储罐的铜芯连线截面积不小于16mm2，牺牲阳极的冲击接地电阻不超过10Ω；

（2）阴极防腐为强制电流法时，接地电极与储罐的铜芯连线截面积不小于16mm2，并且是采用镁锌复合棒或是锌棒作为接地电极。与此同时，冲击接地电阻也不能超过10Ω；

（3）储罐本身就是金属制品，且其上通常还会附着金属构件或是连接着金属构件。闪电感应会在以上金属构件上产生电位差，而这些电位差会出现电火花，所以会存在较大的燃烧或是爆炸风险。为此，技术人员需要采取科学的措施有效降低电位差，以保证储罐上的金属构件或是与储罐连接的金属构件能够与感应器连接，从而形成电气通路。同时，还可将放散塔及其塔顶的金属构件作为可靠电气连接加以应用。

（4）若是储罐的阀门处或是法兰盘连接处的过渡电阻超过0.03Ω，则技术人员要采用金属线以跨接的方式来处理连接处。当法兰盘处于非腐蚀环境，且连接螺栓超过5根时，此时可不采用跨接的连接方式。

2.2 燃气金属管道防护

因为城镇燃气管道会穿越城市的多种场所，线路分布范围极广，故而若想对其采取高效可行的防护措施，难度较大。为此，本文将针对具体的金属管道防护情况加以区分：

2.2.1 一般情况

对于非充沙管沟内燃气金属管道或是地上的燃气管道，技术人员在制定防护措施时，应重点关注接地和跨接这两种情况：

（1）技术人员需要将接地设置在始端、末端、分支处以及直线段每隔200～300m的位置；
如果燃气管道与建筑物的距离在100m之内，则接地的间距要控制在25m左右；
如果燃气金属管道的敷设方式采用的是架空的形式，则接地要设置在固定管墩（架）处；
如果是采用金属线来进行跨接，需要确保燃气管道与其他长金属物的净距小于0.1m，跨接点的间距也不可超过30m，并且是平行敷设。需要注意的是，交叉点也要做跨接处理。

（2）如果燃气管道进入建筑物，则技术人员此时还应做好绝缘保护和就近接地问题的处理：首先，技术人员要根据就近原则，将建筑物的接地装置或是防雷等电位装置与室外的燃气设备、屋面管、立管、放散管和引入管进行连接；
其次，进出建筑物的燃气金属管道与墙体内金属导体的距离，第二类防雷建筑物按S≥0.06kclx计算、第三类防雷建筑物应S≥0.04kclx计算，混凝土墙、砖墙间隔距离为空气中间隔距离S的1/2，如果现场的间距条件不能满足要求或是无法计算，那么可以使用绝缘保护套管。

2.2.2 进出场站的燃气金属管道

若是燃气管道是从地上引入，技术人员应在引入管穿墙入户之前、在出室外地面后，进行电绝缘装置的科学布设。同时，燃气管道上还要有抱箍，然后再使用等电位连接线，将其接入到总等电位连接箱。

如果是外置放电间隙与绝缘法兰盘的组合形式，那么在结束室内燃气总阀门的安装后，技术人员要用隔离放电间隙连接绝缘法兰盘两端的燃气金属管道。在此后，再使用等电位连接线将其接至总等电位连接箱。

2.2.3 燃气终端用户金属管道

燃气管道的安全性直接关系到广大人民的生命财产安全，所以更需要做好相关的雷电防护工作。通常，不可在屋面布设燃气金属管道，但如果建筑的现场环境不允许，只能敷设在屋面，则需要金属线跨与接闪网（带）至少跨接两处，并且还要设置在防雷区内[6]。同时，还应严格控制跨接点的间距，通常要控制在30m内。若是接闪带的水平、垂直净距小于10cm时，此时也要采用跨接形式来处理。

2.3 电气系统防护

对于燃气场站内的一些电气设备金属外壳来说，如果其存在外露部分，且这部分可导电，则需要对这些设备进行接地处理。如针对照明灯具，技术人员可以用安全性较高电气所连接的金属管线接地。但需要注意，金属管线不可以是用作输送易燃物质的。而对于照明以外的电气设备，需要进一步加强其防护保护效果，通常需要技术人员使用专用的保护线，在此过程中，技术人员需要将相线与保护线共同敷设在保护管中，且保护线的绝缘要与相线相同。

3.1 外部防雷设计

3.1.1 接闪器

接闪器的组成构件较多，在对其进行防雷防护时，需要根据接闪网、接闪杆、接闪带、金属屋面或构件的不同进行差异化的处理。技术人员在设计针对天面的接闪器时，可以根据建筑物的具体情况以及防雷类别的规范要求，以单独或是组合的形式设计接闪网或是滚球法。如果燃气场站的建筑为钢筋混凝土结构，可以在建筑物的天面上，直接敷设接闪网或是接闪带，但需要对支起高度进行科学的控制，通常女儿墙上的接闪网和接闪带高度要超过15cm；
技术人员在固定支架时，如果是采用扁形或是绞线导体，应保证水平距离在50cm以内，并且各个支持件所承受的垂直拉力不可以超过49N；
如果是选用单根圆形导体，则水平距离不可以超过1m。

此外，技术人员首先要确定燃气场站内容易受到雷电袭击的部位，如建筑的屋脊、屋檐或是屋角等位置，然后将接闪网和接闪带布设在这些位置。如果接闪器为热镀锌材料，那么需要在焊接处做好防腐处理。若是建筑为钢筋结构，则接闪器可以用金属屋面代替。如果场站内储罐区有架空接闪线，或是独立的接闪杆，则此时要保证所有的被保护物均处于防雷区。

3.1.2 接地装置

接地装置分为共用和独立两种，一般情况下，会利用承接台中的钢筋将其以闭合回路的形式进行防雷接地。如果是将钢筋中的圆钢或是单根钢筋作为防雷装置，要保证以上二者的直径不小于1cm。当防雷装置的引下线多于两根时，则应确保各个引下线的冲击接地电阻符合实际建筑物防直接雷冲击的电阻数值要求。

3.1.3 引下线

首先，技术人员要设置至少2根的建筑专设引下线，将其敷设于建筑内庭与四周。二类与三类防雷建筑的间距要分别控制在18m和25m以内，如果建筑物之间的距离较大，难以在中间位置设置引下线，此时可以在跨距的两端进行引下线的布设。需要注意的是，此时要对其他引下线的间距予以缩减，以保证平均间距符合防雷的相关要求。

3.2 内部防雷装置的设计

3.2.1 等电位连接

因为城镇燃气管道工程会涉及一些外接导电物，所以技术人员需要对其等电位连接工作加以重视，并做好LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区交界面的处理工作。如果燃气金属管道是从LPZ0区进入LPZ1区，那么就要科学设计钢塑接头和绝缘法兰的位置，然后以就近接地的方式，将钢塑接头盒绝缘法兰两端的管道进行接地处理。此外，如果储罐顶法兰盘或是浮顶罐浮顶，也需要与罐体进行电气连接，并同时做好放散塔顶金属构件及其自身的连接。

3.2.2 屏蔽与综合布线

针对建筑大尺寸金属构件的防雷保护，需要技术人员做好金属构件的等电位连接，如金属门窗、金属屋顶、钢柱、钢梁等，以此减少雷击所带来的电磁脉冲干扰。同时，还需要与防雷装置相连形成“法拉第笼”。针对燃气工程的低压配电线路，技术人员需要在地中埋置钢管，并将金属铠装电缆或是护套电缆穿入其中。针对防雷分区交界处的外套钢管或是电缆金属外皮，需要将其与等电位连接带进行有效连接。

在具体设计时，注意不要出现架空线路穿越场站的问题，如果场站外的线引入至场站内时有难度，则可以选择架空线路，但需要在距离场站15m处的位置做穿钢管或是金属铠装电缆的埋地引入。

3.2.3 电涌保护器

针对穿越各防雷区的低压配电系统以及电子信息系统，技术人员需要慎重选择电涌保护器。通常，为有效加强雷电防护效果，避免雷电波顺着线路破坏保护线上的终端设备，我们可以采用具有多级防爆功能的电涌保护器。

因为低压大电路是以架空的方式引入，更容易受到雷电电涌的袭击，此时可以在低压侧安装电涌保护器SPD。办公建筑和一些工艺区也是低压线路，当低压配电箱至各工艺区及办公建筑电力线路处于LPZ0B区进入LPZl区，技术人员要在不同的分配电箱中安装电涌保护器SPD。需要注意的是，要科学判定不同用电设备对电涌保护器的同流容量与限压水平。

城镇燃气场站的电子信息系统，如监控报警系统、信号系统以及安防系统，会因为所处位置较为空旷、场站内有较多的金属构件，更容易因雷电现象而出现磁感应。同时，因为以上系统多属于微电子设备，自身的耐压性较差，所以一方面要做好电子线路的浪涌保护，另一方面还需要做好屏蔽设置和电源的浪涌保护，技术人员需要在LPZ1区或进入设备处，安装信号浪涌保护器SPD，以保证信号系统、安防系统、监控报警系统的线路不会发生过电压入侵设备的风险。

总而言之，为切实做好城镇燃气场站的雷电防护工作，需要技术人员根据国家相关的防雷装置要求，对具体的设计和施工工作进行严格管理，确保燃气工程的所有施工流程环节都能够按照规定的要求执行，以确保最终安装完成的防雷装置可以真正发挥出自身的安全防护效果，保障人们的生命财产安全。