城鎮燃氣雷電防護措施分析及防雷設計技術要點研究

李錦順，劉 洋，張 勁

（吉林省氣象災害防御技術中心，吉林 長春 130062）

城鎮燃氣是指從城市、鄉鎮或居民點中的地區性氣源點，在適配系統的基礎上向居民生活、商業、工業企業生產、采暖通風、空調等不同用戶提供符合一定質量要求的可燃氣體。城鎮燃氣主要涵蓋有天然氣、人工煤氣和液化石油氣。隨著能源開發的日益加劇和社會經濟的快速發展，在人們日常生產生活中城鎮燃氣發揮著十分重要的作用，且對于安全用氣、防雷減災的要求也日益增強。城鎮燃氣雷電防護的過程中，應從防直擊雷、防雷電感應、防雷擊電磁脈沖和防雷電波侵入等方面出發，通過科學有效的防雷設計，確保整個防雷系統具有安全可靠、技術先進等特征。

1 雷電對城鎮燃氣管道的破壞

1.1 電效應

雷電出現時會產生巨大的能量和沖擊電壓，瞬時電壓可以達到上萬伏特甚至是十幾萬伏特。一旦雷電擊中燃氣設備及其周圍的電氣設備，將會直接擊穿設備表面的絕緣層，進而對其產生破壞，造成設備電路短路，嚴重的情況下則會出現火災、爆炸事故等。

1.2 熱效應

雷電出現時會有巨大的電流產生，只需要極短的時間就能穿過導體介質，進而將電能轉化為熱能，這種熱能很容易將鋼棒焚毀或熔化。若易燃物上有這種電流經過將會在瞬時引發火災甚至是爆炸事故。

1.3 靜電感應

在雷云及大地間形成的電場中會有金屬電荷產生。若雷云中釋放雷電，電場則會消失，在電場中聚集的大量電荷也會失去引導作用，之后以無規則的運動散開，同時會有靜電產生，極易造成周圍的可燃物發生燃燒或者爆炸。

1.4 電磁感應

雷電出現時會有巨大的電流出現，且電壓變化較為迅速，在短時間內會有交變電磁場產生，且磁場的能量較強。隨著磁場的變化，位于交變電磁場中的導體會產生電動勢，并感應磁場中形成閉合回路的金屬導體，此時就有電流產生。若閉合回路的某個位置有物體存在，且電阻值較大，該回路局部將會出現短路或發熱現象，嚴重的情況下會出現火花放電，甚至是爆炸。

1.5 雷電波侵入

若是在金屬管道或被架空的線路上有雷電降落，在瞬間會有巨大的沖擊電壓，并以線路或者管道為媒介快速傳播，若是管道和線路連通建筑物，巨大的沖擊電壓將會侵入到建筑物內的燃氣管道、電源裝置、電氣線路上，進而將對應設備的絕緣層擊穿，極易出現短路或發熱現象，甚至是引發燃燒或爆炸事故。

2 城鎮燃氣雷電防護及防雷設計要點

2.1 外部防雷

2.1.1 接閃器

接閃器主要是由攔截閃擊的接閃桿、接閃帶、接閃網、金屬屋面或構件等組成的。在對天面的接閃器進行布設時，可以對符合防雷類別要求的滾球法或接閃網進行單獨或組合設置。若燃氣站內的建筑物屬于鋼筋混凝土結構，應將接閃帶或接閃網直接布設到建筑物天面上，應保證女兒墻上的接閃帶或接閃網支起高度在0.15 m以上；在對支架進行固定時，若選用的是單根圓形導體，應確保水平距離在1 m內；若選用的是絞線或扁形導體，應保證水平距離不超過0.5 m，每個支持件最多能承受49 N的垂直拉力。在敷設接閃帶或接閃網時需沿著建筑物易遭受雷擊的部位，如建筑屋檐、屋角、屋脊等。接閃器可以選用熱鍍鋅材料，并做好焊接處的防腐處理；若燃氣站內建筑物為鋼筋結構，可以選用金屬屋面作為接閃器；若儲罐區架設有獨立接閃桿或架空接閃線，應確保被保護物位于LPZ0B區內。

2.1.2 接地裝置

接地裝置包含獨立和共用接地裝置。通常情況下，會通過連接承臺中的鋼筋使其成為閉合回路，進而作為防雷接地，針對進出民用建筑物的燃氣管道、室外的屋面管、放散管、引入管、立面管、燃氣設備等均要做好防雷和防靜電接地。若是防雷接地裝置選擇的是敷設在鋼筋混凝土中的單根鋼筋或圓鋼，應保證鋼筋或圓鋼的直徑規格Φ≥10 mm；若是防雷裝置引下線超過2根，應保證每根引下線的沖擊接地電阻同該建筑物規定的防直接雷沖擊接地電阻相符。

2.1.3 引下線

針對建筑物專設引下線應不少于2根，并沿著建筑物四周和內庭院進行均勻對稱布設，針對二類防雷建筑物的間距不得高于18 m，三類建筑物間的間距不得高于25 m，若建筑物跨度較大且不能將引下線設置在跨距中間時，需將引下線分別設置在跨距兩端，同時還要適當縮減其他引下線的間距，確保平均間距同規定要求相符。針對建筑物外廓容易遭受雷擊角上的柱筋，應首要考慮將其作為引下線。同專設引下線相比，建筑物中防雷引下線大都優先選用柱內對角鋼筋。若鋼筋直徑規格Φ≥16 mm時，主筋數量應在2根以上；若直徑規格為10 mm≤Φ＜16 mm時，可通過綁扎或焊接4根鋼筋將其作為一組引下線使用；若建筑物內的所有垂直植株內的主筋均作為引下線使用，其間距可以不滿足專設引下線間距。

2.2 內部防雷裝置設計

2.2.1 等電位連接

針對進入到建筑物內的外來導電物，應在LPZ0A或LPZ0B與LPZ1區交界面處做好等電位連接，若燃氣金屬管道從LPZ0區進入到LPZ1區時，需做好絕緣法蘭或鋼塑接頭的布設，同時還要確保絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端管道就近接地；針對灌區內儲罐頂法蘭盤、浮頂罐浮頂等均要與罐體進行可靠的電氣連接；做好放散塔頂金屬構件和自身的電氣連接。

2.2.2 屏蔽與綜合布線

為了降低雷擊電磁脈沖的干擾，需做好建筑物大尺寸金屬構件，如金屬屋頂、鋼柱、鋼梁、金屬門窗等的等電位連接，同時還要與防雷裝置相連形成“法拉第籠”。對于城鎮燃氣系統的低壓配電線路，需要將護套電纜或金屬鎧裝電纜穿鋼管進行埋地敷設，對于防雷分區交界處的電纜金屬外皮或外套鋼管，應與等電位連接帶進行有效連接。嚴禁將架空線路穿越場站，若是將場站外的線路引入場站內的線纜埋地時存在難度，可以選用架空線路，但是需要在距離場站15 m處選擇金屬鎧裝電纜或穿鋼管埋地引入。

2.2.3 電涌保護器SPD

對于穿越各防雷區的低壓配電系統和電子信息系統，應選擇具有多級防爆功能的電涌保護器SPD，避免雷電波以線路為媒介入侵到保護線路上的終端設備。通常情況下，低壓電路大都是架空引入，線路基本在LPZ0B區范圍內，很容易遭受閃電電涌侵入，需將電涌保護器SPD安裝在低壓側；對于低壓配電箱到不同工藝區以及辦公建筑電力線路位于低壓配電箱至各工藝區及辦公建筑電力線路處于LPZ0B區進入LPZl區，應將對應的浪涌保護器SPD安裝到不同分配電箱內，同時還要根據用電設備對浪涌保護器同流容量和限壓水平進行確定。

對于燃氣場站的信號系統、安防系統、監控報警系統來說，這些電子信息系統能否正常運行直接關系到安全生產，因燃氣場內有較多的金屬構件，再加上站內位于空曠地帶，極易受到雷電電磁感應的影響，再加上這些設備屬于微電子設備，自身耐壓水平低，在做好屏蔽和電源浪涌保護外，還要對電子線路進行浪涌保護。應將信號系統、安防系統、監控報警系統的線路進入LPZ1區或進入設備處安裝信號浪涌保護器SPD，以避免過電壓入侵設備，進而損害設備；若浪涌保護器SPD安裝在爆炸危險和火災危險區域，應確保其符合相應的防爆條件。

3 結論

綜上所述，由于現實中的燃氣管道與建筑物是分開設計的，直接導致燃氣管并不在建筑物的雷電保護范圍內，很容易遭受雷擊。因此，在對燃氣管道進行設計的過程中，應將防雷設計工作做好，特別是在雷電高發區要對燃氣管道進行雷電防護，以更好地保護燃氣系統，確保周圍居民生命財產安全。