盱眙天然氣公司項目直擊雷防護設計

查懷華 徐建春

摘 要：根據天然氣設施的一些特有特征、雷電的各種破壞方式以及雷擊可能產生的災害和影響，本文主要簡述了天然氣工程項目系統的直擊雷防護措施，通過這些技術手段，能大大減少天然氣工程項目發生雷擊災害的概率，確保天然氣工程的各種設備運行正常。由于盱眙天然氣公司工程項目屬于易燃易爆場所，若有雷擊發生，人員傷亡和財產損失可能可能性較大，因此防雷安全尤為重要。

關鍵詞：天然氣，直擊雷，防護設計

中圖分類號：TM863 文獻標識碼：A

1 盱眙天然氣公司項目基本資料

1.1 項目當地雷電活動情況

盱眙縣多年平均雷暴日數37.8天，屬于我省雷暴較多的地區之一。雷暴的產生與局地的氣候變化密切相關，月分布特征明顯。月雷暴日的統計結果顯示，月雷暴日的變化特征呈明顯的單峰型，1、2月基本無雷暴發生，月雷暴日都只有0.17天，3月開始雷暴逐漸增多，而后持續緩慢增多，7月猛增至峰值，月雷暴日為11.2天，約占全年雷暴的35.33%， 8月略少，月雷暴日約為8天，9月開始雷暴驟減，11、12月則更少，整個冬季雷暴都很少發生，只有全年1.05%的雷暴發生在這個時候。

1.2 項目所在地地理地貌

盱眙縣地處北緯32°43′～33°13′、東經118°11′～118°54′，總面積2431.9km2。盱眙天然氣公司工程項目位于盱眙縣維橋鎮維橋河東側，地處地勢平原地帶，地理位置為北緯33°00.43′、東經118°36.842′，原地為農田（水田），前面150 m為S121省道，左、右、后側均為農田（水田），地處空曠，周圍無建（構）筑物和其他設施，土壤電阻率值經實地測量為36.8[1]。

1.3 項目概況

項目建設調壓、高中壓調壓過濾撬、計量、放散、加熱、加臭、清管球接收裝置、辦公樓及輔助用房等配套設施。站區分為兩個部分，分別為生產區、輔助區。生產區位于站區北部，輔助區位于站區南部，生產區和輔助區用圍墻分隔。

本項目共有建筑物兩座，本區南部設置1座輔助用房（1層，30.0 m×8.0 m，高4.0 m，框架結構，主要含變配電間、柴油發電機間、維修間等）。輔助區主要為1座辦公樓（3層，60.0 m×20.0 m，總高10.0 m，框架結構，主要含辦公室、總控室、餐廳、休息室等），總控室設置在辦公樓一樓西北側，總控室長10 m，寬8 m，總控室的總面積約為80 m2。總控室內有由服務器、交換機、路由器等構成的網絡集成系統，過程控制系統（用于實現對整個裝置的集中監視和控制），緊急停車系統（用于事故狀態下對站區主要閥門進行切斷），燃氣泄漏報警系統（用于燃氣泄漏報警及聯鎖），安防系統（用于重要部位圖像監控，廠站圍墻入侵檢測）[2]。

本區北部室外生產區長為120.0 m，寬80.0 m，生產區有一鋼結構工棚，支柱采用H型槽鋼（寬度200 mm、腹板厚度8 mm、翼緣厚度12 mm），工棚高度為5.0 m，頂部采用彩鋼夾心板（總厚度為150 mm，兩面彩鋼厚度均為0.6 mm）覆蓋，四面為空。鋼結構工棚下主要設備為1座調壓計量橇（含過濾器、加熱器、調壓器、流量計等），1套清管球接收裝置。露天有1座安全放散管（高度為10 m），1座60 m3LNG立式儲罐。進氣管道自站區東側埋地進入本站，工藝裝置區內管道采用溝槽架空敷設，出氣管道自站區西側埋地出本站。管道的連接均采用焊接連接，管道與閥門、過濾器、流量計等附件的連接采用法蘭或焊接連接。

供電接自站區東北側路邊10kV市政電網，通信接自維橋鎮通信網絡。設計采用～220V/380V回路，由輔助用房東側的室外箱式變供電，電源進線方式為電纜埋地引入輔助用房內的配電柜及控制柜，輔助用房、辦公樓總圖照明回路配電均引自此配電柜，另自備30kW的柴油發電機組作為備用電源。另外，自控、通訊、應急照明等設備設置UPS作為后備電源。室外電力電纜及控制電纜采用鎧裝電纜直埋敷設，室內電力電纜及控制電纜沿電纜溝支架敷設或穿鋼管暗敷，電纜進出建（構）筑物處均穿鍍鋅管保護。

2 防雷分類

建筑物應根據其重要性、使用性質、發生雷電事故的可能性和后果，按防雷要求分為三類。分別為第一類防雷建筑物，第二類防雷建筑物和第三類防雷建筑物。

建筑物年預計雷擊次數的計算公式

雷擊大地的年平均密度按下式確定

式中為年平均雷暴日，根據盱眙縣氣象臺資料，1983-2013年30年的雷暴日觀測數據，盱眙縣的年平均雷暴日為37.8。另外，根據該項目的地理位置為位于曠野孤立的建筑物，故k取值2。

盱眙天然氣公司工程項目江蘇省閃電定位監測網3.5km范圍2011-2016年地閃密度等級范圍圖，取Ng=4.57次/km2a

=2×4.57×0.0141=0.13（次/a）

根據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010? 3.0.3第8條規定，該項目建筑物按二類防雷要求進行防雷設計，站內工藝設備按第二類防雷等級設計。

3 盱眙天然氣公司項目可能遭受直擊雷電災害分析

根據盱眙天然氣公司建設項目的特性分析，將其可能遭受到的直擊雷電災害情況歸納如下。

雷電直擊辦公樓、輔助用房時瞬間將產生大量熱能，又來不及散發，以致物體內部的水分大量變成蒸汽，并迅速膨脹，產生巨大的爆炸力，造成嚴重破壞;在雷擊瞬間，能量還會以熱能、機械能（包括聲波、沖擊波）和電磁能（包括光能）等形式迅速傳播，危及建筑物及內部人員和設備安全。

雷電直擊室外露天設備時金屬因高溫會熔化，在雷電通道上遇到易燃易爆物質時，則會引發火災或爆炸事故。由于天然氣中主要成分為甲烷，天然氣與空氣的混合物濃度達到爆炸極限范圍內時，遇到明火或高溫即發生爆炸，一旦爆炸就會釀成事故。

辦公樓、輔助用房或室外露天設備的防雷裝置遭受直擊雷雷擊時產生高電位反擊，在接閃器、引下線及接地裝置上產生很高的電壓，當離建筑物及金屬設備或金屬管道距離較近時，所產生的高電壓就會將空氣擊穿而對建筑及設備或金屬管道放電，能損毀設備，嚴重時導致人的生命安全可能受到危害。

雷電沖擊波效應：由于雷電產生時空氣受熱迅速膨脹，并以超聲波速度向四周擴散，其外圍附近的冷空氣被強烈壓縮形成“激波”，這種“激波”在空氣中傳播，使得臨近的辦公樓、輔助用房或室外露天設備受到破壞，人員受到嚴重傷害。

4 直擊雷防護設計方案

4.1 接閃器和引下線設計

4.1.1 辦公樓和輔助用房接閃器和引下線設計

根據建（構）筑物結構特點，屋面采用混合接閃器，直接利用建筑結構內鋼筋（或金屬板樓面）構成“法拉第籠”，達到防直擊雷的防護作用。

在辦公樓和輔助用房屋面設置由避雷帶和避雷網格組成混合型接閃器。避雷網由屋面結構主筋組成，在建筑頂面形成暗設接閃網格，辦公樓的避雷網格尺寸為10m×10m，輔助用房的避雷網格尺寸為15m×8m，避雷帶及避雷帶支撐架均采用熱鍍鋅圓鋼。材料要求規格為：避雷帶為φ12mm。支撐架用φ12mm，帶高不低于100mm，避雷帶在建筑物外邊沿或女兒墻上的投影距外邊沿不大于100mm。引下線的要求因為該辦公樓及輔助用房均為鋼筋混凝土結構，因此利用柱內直徑≥Ф16兩條對角主鋼筋當作引下線并通長焊接，辦公樓在橫軸線間距為15m、縱軸線間距為10m設置引下線;輔助用房在橫軸線間距為15m設置引下線。所有引下線沿辦公樓及輔助用房四周對稱布置。

4.1.2 露天的工藝裝置區鋼結構工棚接閃器和引下線設計

露天的工藝裝置區直接利用其上方鋼結構工棚作接閃裝置，引下線利用工藝裝置的金屬構件。

4.1.3 露天儲罐及安全放散管接閃器和引下線設計

由于露天儲罐的罐體及頂厚度均大于4mm，可以用頂板作為接閃器，因此露天儲罐不另設置直擊雷裝置。集中放散管高10m，壁厚6mm，可利用其自身作為接閃器，但管頂需焊出一根直徑16mm熱鍍鋅圓鋼，長度要求伸出管頂1m，放散管在接入阻火器前應采用-40x4熱鍍鋅扁鋼作為引下線與接地裝置焊連，引下線利用儲罐的管體和放散管。

4.1.4 站區路燈接閃器和引下線設計

站區內路燈燈桿高度為5m，使用金屬燈桿（壁厚6mm）和防爆金屬燈罩（壁厚4mm），可以利用其金屬燈罩作為接閃器，燈桿自身作為防雷引下線。

4.2 接地設計

根據復合式接地網工頻接地電阻計算公式：其中值經實地測量為27.8

輔助用房：

辦公樓：

生產區：

通過上述計算，所有接地設計均能滿足要求。

4.2.1 辦公樓和輔助用房接地裝置的設計

辦公樓和輔助用房采用聯合接地系統;充分利用樁基礎、地梁結構的主鋼筋構成接地裝置，樁基礎鋼筋作為垂直接地體，外側地梁主筋可靠焊接成水平接地體。辦公樓利用地下基礎中主筋（兩條）焊接成10m×10m的接地體，接地電阻小于1Ω;輔助用房利用基礎結構梁兩條主筋焊接構成10m×8m的接地網格，接地電阻小于1Ω。設置測試端子離地高度300mm以上，規格為-50×5mm熱鍍鋅扁鋼，做好標志。

4.2.2 儲罐、室外設備及溝槽管道接地裝置的設計

整個生產區設置綜合接地網，接地網由垂直接地體和水平接地體組成的5m×5m網格組成，垂直接地極為∠5mm×50mm×50mm，長度為2.5m熱鍍鋅角鋼，水平接地極規格采用40×4的熱鍍鋅扁鋼，綜合接地網埋地深度不小于0.6m。接地點圍繞儲罐四周間隔小于30m，且大于等于兩個接地點，就近與綜合接地網可靠電氣連接;室外設備金屬外殼就近與綜合接地網可靠電氣連接;溝槽管道就近與綜合接地網可靠電氣連接。沖擊接地電阻最佳要1歐姆以下，同時此綜合接地也兼作防雷電感應接地和靜電接地。

4.2.3 路燈接地裝置的設計

燈桿基礎鋼筋與生產區地網直接可靠連接。

4.2.4 露天的工藝裝置區鋼結構工棚接地裝置設計

露天的工藝裝置區上方鋼結構工棚接地裝置利用生產區設置的綜合接地網作為共用接地裝置。

參考文獻

[1] 梅衛群，江燕如.建筑防雷工程與設計[M].第3版.北京：氣象出版社，2009.

[2] 李霞，姜翠宏，趙學余.防雷工程設計與實踐[M].北京：氣象出版社，2009.