摘　要：指明了天然氣各類(lèi)場(chǎng)站設(shè)計(jì)過(guò)程中防雷接地系統(tǒng)的重要性，詳細(xì)論述了防雷接地系統(tǒng)的常規(guī)做法；分析了天然氣各類(lèi)場(chǎng)站設(shè)計(jì)過(guò)程中罩棚防雷、氣化器防雷、斷接卡安裝、絕緣接頭防護(hù)、接地電阻取值等普遍存在的問(wèn)題，并對(duì)此提出了一些解決措施。

關(guān)鍵詞：天然氣場(chǎng)站　防雷　防靜電　絕緣接頭　接地電阻

Lightning Protection and Anti-Static System Design of all Kinds of Natural Gas Terminal

Abstract：The article points out the importance of lightning protection grounding system in the design of all kinds of natural gas terminal．The article details the general practice of the lightning protection grounding system in detail．This article analyzes the the lightning protection of／he tent，the lightning prnteetion of the Gasification，the installation of the breakout card，the protection of the insulation ioirlt。the value of the grounding resistance and other problems existing generally in the design of all kinds of natural gas terminal．

Keywords：natural gas terminal lightning protection anti-static, insulation joint  grounding resistance

1　引言

天然氣是一種世界公認(rèn)的經(jīng)濟(jì)環(huán)保、安全高效的綠色能源，大力發(fā)展天然氣事業(yè)，對(duì)于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推進(jìn)節(jié)能減排、保障改善民生、促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來(lái)，隨著我國(guó)“西氣東輸”項(xiàng)目的展開(kāi)、海上天然氣登陸和沿海地區(qū)LNG進(jìn)口，中國(guó)天然氣行業(yè)發(fā)展已進(jìn)入快車(chē)道，各種天然氣場(chǎng)站如雨后春筍般不斷興起。因?yàn)樘烊粴鈭?chǎng)站屬于易燃易爆的場(chǎng)合，一旦發(fā)生雷擊事故極易發(fā)生人員傷亡與重大經(jīng)濟(jì)損失，所以必須做好各類(lèi)天然氣場(chǎng)站的防雷防靜電工作。以下作者就天然氣場(chǎng)站的防雷防靜電系統(tǒng)設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題與大家做一些探討與交流。

2　防直擊雷

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010規(guī)定，加氣站、門(mén)站、調(diào)壓站內(nèi)的工藝罩棚、壓縮機(jī)間等工藝構(gòu)筑物均屬于2類(lèi)防雷建筑物，站內(nèi)的站房、輔房屬于3類(lèi)防雷建筑物。在壓縮機(jī)間犀面上用中12熱鍍鋅圓鋼敷設(shè)不大于10m×10m或12m×8m的避雷網(wǎng)格，四角做接閃短桿。工藝罩棚一般為雙層彩鋼板屋面，中間為阻燃物，很多設(shè)計(jì)員認(rèn)為即使罩棚遭受雷擊，只要彩鋼板厚度大于0.5mm，閃電只會(huì)擊壞罩棚而不會(huì)危及罩棚下的工藝裝置和人員的安全，所以直接利用罩棚作接閃器。但這種思路卻忽略了對(duì)罩棚本身的防護(hù)，罩棚頂部被擊壞后維修比較困難，并且罩棚被擊壞后雨水滲入會(huì)對(duì)罩棚的鋼結(jié)構(gòu)造成腐蝕，縮短罩棚的使用壽命。所以在罩棚頂部也應(yīng)用F12熱鍍鋅圓鋼布置成不大于10m×10m或12m×8m的避雷網(wǎng)格，并在四角做接閃短桿。

LNG場(chǎng)站中LNG儲(chǔ)罐的壁厚大于10mm，即使遭受雷擊也不會(huì)被擊穿，一般將LNG儲(chǔ)罐本體直接作為接閃器。氣化器和增壓器管道壁厚不大于4.0mm，有可能被閃電擊穿而發(fā)生爆炸事故，所以必須對(duì)場(chǎng)站內(nèi)的氣化器和增壓器做好防雷措施。氣化器和增壓器的防雷有兩種方法，一種是采用避雷塔對(duì)站區(qū)內(nèi)的所有工藝裝置進(jìn)行整體的防護(hù)，另外一種是在氣化器和增壓器上單獨(dú)設(shè)置小型避雷針或避雷帶。因?yàn)?span lang="EN-US">LNG場(chǎng)站一般比較大，所以若采用避雷塔，則避雷塔的高度必須非常高，基礎(chǔ)也非常大，在進(jìn)行總平面圖設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮避雷塔的影響。避雷塔在竣工驗(yàn)收及以后的運(yùn)行過(guò)程中均需要當(dāng)?shù)氐臍庀蠓览撞块T(mén)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)檢測(cè)，而且避雷塔的造價(jià)及運(yùn)行維護(hù)成本均非常高，所以采用避雷塔會(huì)給設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)都帶來(lái)許多的不便，不推薦采用。當(dāng)在氣化器及增壓器上設(shè)置小型的避雷針或避雷帶時(shí)需要特別注意，因?yàn)闅饣骱驮鰤浩鞫紝儆趦?nèi)含危險(xiǎn)物質(zhì)的特種設(shè)備，為避免現(xiàn)場(chǎng)施工對(duì)沒(méi)備造成損壞，也便于發(fā)生事故后的責(zé)任劃分，一般要求氣化器和增壓器廠家在工廠內(nèi)將小型避雷針或避雷帶及其引下線安裝完成，現(xiàn)場(chǎng)施工只負(fù)責(zé)接地，所以電氣設(shè)計(jì)人員在甲方進(jìn)行設(shè)備采購(gòu)階段時(shí)就應(yīng)該與甲方進(jìn)行詳細(xì)的溝通說(shuō)明。

新版《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010 5．2．6條和新版《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50601—2010 5．1．2條對(duì)避雷帶和專(zhuān)設(shè)引下線的支架高度做了明確的規(guī)定，要求避雷帶及專(zhuān)設(shè)引下線固定支架的高度不宜小于150mm。但常規(guī)做法及《建筑物防雷設(shè)施安裝》99(07)D501-1均要求支架高度為100mm，與現(xiàn)行規(guī)范不符，設(shè)計(jì)及施工時(shí)應(yīng)特別注意改正。

屋面避雷帶及接閃短桿均與建筑物鋼筋混凝土立柱內(nèi)主筋相焊接，鋼筋混凝土立柱內(nèi)(兩根不少于Æ16)主鋼筋做引下線(引下線采用綁扎連接)，與接地網(wǎng)作可靠電氣連接。作引下線的立柱應(yīng)沿建筑物四周均勻布置，間距不得大于18m。很多設(shè)計(jì)員存距地面0.3m～0.5m的立柱上設(shè)斷接卡與站內(nèi)的人工接地網(wǎng)相連接，但壓縮機(jī)間、工藝罩棚立柱周?chē)继幱诜辣瑓^(qū)，在防爆區(qū)內(nèi)直接設(shè)置斷接卡存在很大的安全隱患，所以防爆區(qū)內(nèi)引下線斷接卡應(yīng)采用防爆接線盒安裝，并用防爆膠泥密封，或者是設(shè)置在地面上，用干沙填實(shí)。尤其是LNG場(chǎng)站更需注意，因?yàn)?span lang="EN-US">LNG泄漏后迅速氣化而形成的低溫氣體比重較大，會(huì)聚集在地面附近，遇到斷接卡放電時(shí)極易發(fā)生爆炸。

3　防感應(yīng)雷

天然氣場(chǎng)站內(nèi)所有金屬體均應(yīng)就近接于接地裝置上，架空和直接埋地的金屬管道在進(jìn)出建筑物處應(yīng)就近與防雷接地裝置相連。天然氣場(chǎng)站內(nèi)各種工藝設(shè)備必須通過(guò)斷接卡與接地系統(tǒng)可靠雙相連，所有放散管均加設(shè)阻火器后通過(guò)斷接卡與接地系統(tǒng)可靠進(jìn)行雙連接。站區(qū)平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)金屬物，平行間距小于0.1m時(shí)應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)間距30m，交叉凈距小于0.1m時(shí)交叉處也應(yīng)跨接。電纜穿鋼管部分，鋼管要兩端接地；電纜的鎧裝金屬外皮要兩端接地；信號(hào)電纜的屏蔽層在儀表間或控制室內(nèi)單端接地。

《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057—2010規(guī)定：“當(dāng)長(zhǎng)金屬物的彎頭、閥門(mén)、法蘭盤(pán)等連接處的過(guò)渡電阻大于0.03W時(shí)，連接處應(yīng)用金屬線跨接。對(duì)有不少于5根螺栓連接的法蘭盤(pán)，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。”但施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)閥門(mén)、法蘭的過(guò)度電阻很難準(zhǔn)確測(cè)量，規(guī)范也未對(duì)“非腐蝕環(huán)境”給出確切的定義，存在較大的分歧，所以在設(shè)計(jì)時(shí)可要求站內(nèi)所有的閥門(mén)、法蘭連接處均采用銅編織帶進(jìn)行跨接。

工藝專(zhuān)業(yè)一般都在加氣站、門(mén)站、調(diào)壓站等場(chǎng)站的進(jìn)出站管道上設(shè)有絕緣接頭。絕緣接頭的功能主要有兩個(gè)，一是將陰極保護(hù)電流限制在站外管道上，防止陰極保護(hù)電流通過(guò)站內(nèi)工藝裝置的接地系統(tǒng)流失，二是將站內(nèi)設(shè)備的雜散電流隔絕在站內(nèi)，防止雜散電流流到站外長(zhǎng)輸管道或者城市管網(wǎng)上造成雜散電流干擾腐蝕。但絕緣接頭只能作為隔絕管道陰極保護(hù)電流及站內(nèi)雜散電流用，而不能作為過(guò)電壓的安全防護(hù)措施用，站內(nèi)及管道上因雷擊產(chǎn)生的高電壓、站內(nèi)設(shè)備故障產(chǎn)生的高電壓、管道上因氣流摩擦而產(chǎn)生的靜電、長(zhǎng)輸管道的感應(yīng)過(guò)電壓等都會(huì)將絕緣接頭損壞。絕緣接頭一旦損壞就會(huì)對(duì)長(zhǎng)輸管道或者城市管網(wǎng)的陰極保護(hù)系統(tǒng)造成嚴(yán)重影響，甚至使陰極保護(hù)系統(tǒng)失效，所以必須為絕緣接頭添加防護(hù)措施。絕緣接頭的防護(hù)裝置主要有避雷器、電解接地電池、極化電池及二極管保護(hù)器，目前應(yīng)用最廣泛的是接地電池。接地電池是用來(lái)提供一個(gè)低電阻通道，排放強(qiáng)電電涌但不泄漏陰極保護(hù)直流電流的一種裝置，通常采用鋅材料制作^[1]。

在各級(jí)配電柜／箱及信息系統(tǒng)線路上安裝相應(yīng)級(jí)別的電涌保護(hù)器(SPD)，以把雷電流及電氣系統(tǒng)故障電流盡可能地泄入大地，保護(hù)用電設(shè)備的安全。為使SPD安裝處呈現(xiàn)的最大電涌電壓足夠低，SPD兩端的引線應(yīng)做到最短(兩端引線總長(zhǎng)度不宜大于0.5m)，并且要避免形成過(guò)大環(huán)路，以獲得最佳保護(hù)效果。當(dāng)引線較長(zhǎng)而產(chǎn)生的引線寄生感應(yīng)電壓較大時(shí)，可采用圖4中(c)、(d)的接線，以轉(zhuǎn)移和補(bǔ)償引線的寄生電感，從而改善保護(hù)電路的性能^[2]。

4　接地

天然氣場(chǎng)站內(nèi)低壓配電系統(tǒng)的接地型式統(tǒng)一采用TN-S系統(tǒng)，PE線與N線分開(kāi)設(shè)置。接地裝置埋深要大于1m，埋設(shè)的水平接地體采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用50mm×5mm的鍍鋅角鋼，垂直接地的埋設(shè)間距為5m。

《液化天然氣(LNG)汽車(chē)加氣站技術(shù)規(guī)范》NB/T1001—2011第8.2.3條規(guī)定：“站內(nèi)建筑物防雷裝置的接地、靜電接地、電氣和電子信息系統(tǒng)等接地應(yīng)共用接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于4W。”老板規(guī)范《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50 156—2002(2006年版)第10．2．2條規(guī)定：“加油加氣站的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于4W。”但新版的《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156—2012第10．2．2條規(guī)定：“防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻應(yīng)按其中接地電阻值要求最小的接地電阻值確定。”雖然《液化天然氣(LNG)汽車(chē)加氣站技術(shù)規(guī)范》NB／Tl001—2011對(duì)站內(nèi)的整體接地電阻做了比較明確的規(guī)定，但《汽車(chē)加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》GB50156—2012的級(jí)別更高、要求也更嚴(yán)格，所以加油加氣站的接地電阻應(yīng)該以后者的要求為準(zhǔn)。

在各種接地中防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地和保護(hù)接地規(guī)范規(guī)定的比較明確，防雷接地電阻值一般不大于10W，防靜電接地電阻值不大于30W，電氣設(shè)備的工作接地和保護(hù)接地不大于4W，但對(duì)信息系統(tǒng)接地電阻值規(guī)范規(guī)定的不是十分明確。

《電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50174—2008第8．4．2條規(guī)定：“保護(hù)性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻應(yīng)按其中最小值確定。”《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》GB50343—2004第5．2．5條規(guī)定：“防雷接地應(yīng)與交流工作接地、直流工作接地、安全保護(hù)接地共用一組接地裝置，接地裝置的接地電阻值必須按接入設(shè)備中要求的最小值確定。”《石油化工儀表接地設(shè)計(jì)規(guī)范》SH／T 3081—2003第7．3條規(guī)定：“儀表及控制系統(tǒng)的接地電阻為工頻接地電阻，不應(yīng)大于4W。”《儀表系統(tǒng)接地設(shè)計(jì)規(guī)定》HG／T20513—2000第6．0．3條規(guī)定：“儀表系統(tǒng)的接地電阻不應(yīng)大于4W。”《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》GB／T2887—2011第4．8．2．2條規(guī)定：“計(jì)算機(jī)設(shè)備沒(méi)有明確要求時(shí)，場(chǎng)地的接地電阻不應(yīng)大于1W。”《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJl6—2008 12．7．1條第3款規(guī)定：  “電子設(shè)備接地宜與防雷接地系統(tǒng)共用接地網(wǎng)，接地電阻不應(yīng)大于1W。”21．7．2條第l款規(guī)定：“保護(hù)接地的接地電阻值，單獨(dú)設(shè)置接地體時(shí)，不應(yīng)大于4W。采用共用接地網(wǎng)時(shí)，不應(yīng)大于1W。”《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50198—2011第3．5．4條第3款規(guī)定：“采用綜合接地網(wǎng)時(shí)，其接地電阻不得大于1W。”

但《計(jì)算機(jī)場(chǎng)地通用規(guī)范》GB／T2887—2011適用于大型的計(jì)算機(jī)中心機(jī)房，計(jì)算機(jī)中心集中了大量的微電子產(chǎn)品，對(duì)雷電、靜電、電磁輻射等極為敏感，一旦遭受破壞，將導(dǎo)致整個(gè)地區(qū)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)癱瘓，給社會(huì)造成難以估計(jì)的損失。《民用建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJl6—2008和1《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》GB50198—2011明確注明只適用于民用系統(tǒng)，不適用于天然氣場(chǎng)站等工業(yè)系統(tǒng)。民用領(lǐng)域考慮到目前高層建筑日益增多，高層建筑的基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)規(guī)模很大，整個(gè)建筑的接地系統(tǒng)接在基礎(chǔ)鋼筋網(wǎng)上以后接地電阻已經(jīng)很小，往往在0.5W以下。所以要求接地電阻不大于1W很容易實(shí)現(xiàn)。天然氣場(chǎng)站內(nèi)主要的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為PLC控制系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)本身有一定的防雷、防電磁干擾性能，對(duì)環(huán)境要求較低，根據(jù)規(guī)范接地電阻不大于4W即可滿足要求。天然氣場(chǎng)站內(nèi)建構(gòu)筑物一般不會(huì)超過(guò)3層，建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)都比較小，必須靠額外的人工接地體才能將接地電阻控制在較小范圍內(nèi)，筆者以往接觸的工程竣工時(shí)實(shí)測(cè)接地電阻也基本在1W～4W之間(筆者接觸的工程大都在北方地區(qū))，要小于1W非常困難。所以在進(jìn)行天然氣場(chǎng)站的設(shè)計(jì)時(shí)信息系統(tǒng)的接地電阻值不大于4W即可，站內(nèi)的防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)接地共用接地裝置，其接地電阻不應(yīng)大于4W。

5　結(jié)論

在天然氣場(chǎng)站的防雷防靜電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，需要重視和研究的問(wèn)題還很多，在此筆者只是對(duì)在工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的一些比較重要的問(wèn)題進(jìn)行了簡(jiǎn)單的論述，希望能引起大家的重視，以減少安全隱患。隨著天然氣行業(yè)的快速發(fā)展，天然氣必將為我們的生活提供越來(lái)越多的好處與便利。

參考文獻(xiàn)

1胡仕信.陰極保護(hù)工程手冊(cè)[M].第二版，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999：179

2任元會(huì).工業(yè)與民用配電設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].第三版，北京：中國(guó)電力出版社，2012：842-843

本文作者：李業(yè)福

作者單位：廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司