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加強(qiáng)天然氣輸氣站防雷安全的技術(shù)措施

文檔作者：尹貽功，王力勇，馬國康，王民，刁佃鵬，朱光輝文檔來源：中國石化天然氣榆濟(jì)管道分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年11月04日
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j I8
★ 石油化工安全環(huán)保技術(shù)★
PETROCHEMICAL SAFETY AND ENVIRONMENTA1 PROTECTION TECHNO[ OGY 2015年第3l卷第5期
加強(qiáng)天然氣輸氣站防雷安全的技術(shù)措施
尹貽功，王力勇，馬國康，王 民，刁佃鵬，朱光輝
(中國石化天然氣榆濟(jì)管道分公司， 山東濟(jì)南250101)
摘要：在開展輸氣站設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，綜合分析選址地區(qū)的氣象條件、雷暴分布特征、地
閃密度分布、雷電流特征、地閃變化規(guī)律及土壤電阻率，采用人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1、經(jīng)濟(jì)價(jià)值
損失風(fēng)險(xiǎn)R4結(jié)果與實(shí)際勘察相結(jié)合的分析方法，嚴(yán)格針對輸氣站工藝系統(tǒng)、陰保系統(tǒng)、電氣系
統(tǒng)、自控通信系統(tǒng)防雷特點(diǎn)重點(diǎn)開展防雷設(shè)計(jì)與建設(shè)，綜合選用避雷塔、接閃器、接閃帶、引下
線、避雷器、電涌保護(hù)器、金屬屏蔽、接地等多種防護(hù)措施，加強(qiáng)輸氣站直擊雷防護(hù)、閃電感應(yīng)
防護(hù)、等電位連接、設(shè)備接地及接地裝置的防腐防銹水平，有助于提高輸氣站平穩(wěn)安全運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：防雷輸氣站技術(shù)措施安全運(yùn)行
長輸天然氣管道具有點(diǎn)多、線長、面廣的分
布特點(diǎn)。受征地成本、管線走向、站場規(guī)模及周
邊安全因素所限，輸氣站往往選建在較為空曠的
地區(qū)。輸氣站工藝設(shè)備較多，管件設(shè)備大多采用
法蘭連接，放空、排污等工藝操作往往產(chǎn)生部分
天然氣，放空立管、排污罐等部分設(shè)備安裝高度
突出，易于發(fā)生雷擊災(zāi)害事故。輸氣站屬于易燃
易爆場所，天然氣屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)品，易燃易
爆，一旦輸氣站防雷防靜電設(shè)施達(dá)不到防護(hù)要
求，遭受雷擊后，極易演變?yōu)榛馂?zāi)、爆炸等巨大
安全事故，造成輸氣管道停輸，引發(fā)巨大的經(jīng)濟(jì)
損失和社會(huì)影響。為此，在開展輸氣站設(shè)計(jì)建設(shè)
時(shí)，應(yīng)采取合理的技術(shù)措施，降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)，保
證輸氣站的正常生產(chǎn)? 。
1 雷電災(zāi)害
雷電是伴有閃電和雷鳴的放電現(xiàn)象。雷電災(zāi)
害主要為直接雷擊和閃電感應(yīng)。直擊雷是指閃擊
直接擊在物體、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生電
效應(yīng)、熱效應(yīng)和機(jī)械力的作用；閃電感應(yīng)是由于
雷電流迅速變化，在其周圍空間產(chǎn)生瞬變的強(qiáng)電
磁場，使附近導(dǎo)體上感應(yīng)很高的電動(dòng)勢；危及人
身安全，損壞建構(gòu)筑物及電器設(shè)備 ]。
2 輸氣站結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)
2．1 輸氣站結(jié)構(gòu)
天然氣輸氣站一般包括輸氣首站、輸氣末
站、壓氣站、分輸站、清管站、陰保站、閥室
等。通常情況下，除閥室及陰保站外，其他輸氣
首站、輸氣末站、壓氣站、分輸站等建設(shè)規(guī)模較
大，一般來說主要包含工藝區(qū)、站控室、生產(chǎn)輔
助用房、辦公區(qū)、生活區(qū)、放空區(qū)、污水處理區(qū)
等幾個(gè)功能區(qū)塊 。
2．2 防雷特點(diǎn)
1)考慮到輸氣首站、壓氣站增壓輸氣特點(diǎn)，
一般壓氣站負(fù)荷等級(jí)為一、二級(jí)負(fù)荷，需要高壓
專線供電，供電電壓等級(jí)通常為110 kV或以上，
并配套建設(shè)有專門變電站。壓氣站通常采用TN．S
的接地系統(tǒng)，避雷塔、高桿燈、放空火炬等單獨(dú)
接地，其他建筑物、設(shè)備通過接地網(wǎng)組網(wǎng)接地。
2)其他輸氣站、分輸站、清管站、RTU(遠(yuǎn)
程終端裝置)閥室等通常采用外接10 kV架空線
路至場站附近后直埋接人變壓器，并配套有UPS
(不間斷電源)裝置、發(fā)電機(jī)等備用設(shè)備，負(fù)荷等
級(jí)為二級(jí)負(fù)荷，接地系統(tǒng)通常采用TN—C—S接地
收稿日期：2014一l1—28。
作者簡介：尹貽功，男，畢業(yè)于西安交通大學(xué)過程裝
備與控制工程專業(yè)，主要從事天然氣長輸管道、場
站HSE管理工作及大型壓縮機(jī)組技術(shù)管理及高低壓
電氣系統(tǒng)技術(shù)管理工作，現(xiàn)任陜西管理處副經(jīng)理，
助理工程師。電話：0912—8186162，E—mail：yigong98
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★ 尹貽功等．加強(qiáng)天然氣輸氣站防雷安全的技術(shù)措 ★
系統(tǒng)。
3)輸氣站一般設(shè)計(jì)有避雷塔、避雷帶，架空
線路均設(shè)有接地線，輸氣管道采用埋地方式鋪
設(shè)，一般直擊雷不會(huì)對其造成較大危害。各輸氣
站一般配套有SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))
系統(tǒng)、專用設(shè)備工作站、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、周界安
防系統(tǒng)等，電子設(shè)備電壓等級(jí)多為24 V，且普遍
存在絕緣強(qiáng)度低、過電壓和過電流耐受能力差、
對電磁干擾敏感等弱點(diǎn)，雷電過電壓、過電流和
脈沖電磁場會(huì)通過供電線、通信線、接收天線、
金屬管道和空間輻射等途徑侵入建筑物內(nèi)，威脅
室內(nèi)設(shè)備和人身安全。在做好直擊雷防護(hù)的同
時(shí)，重點(diǎn)針對感應(yīng)雷開展雷擊防護(hù)十分重要。
3 輸氣站雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
3．1 氣象資料分析
1)雷暴分布特征。
雷暴13能反映氣象觀測站周圍15 km范圍內(nèi)
的雷電發(fā)生情況，一定程度上反映指定區(qū)域的雷
電活動(dòng)規(guī)律。通過連續(xù)觀測、記錄雷暴日數(shù)據(jù)，
繪制雷暴日統(tǒng)計(jì)折線圖，可以得出雷暴季節(jié)變化
特點(diǎn)和雷暴分布時(shí)間跨度，找出最大月均雷
暴日。
2)地閃資料分析。
以輸氣站中心位置附近現(xiàn)場測量點(diǎn)為基準(zhǔn)
點(diǎn)，分析5 km范圍內(nèi)較長時(shí)段的閃電定位資料，
可以得出地閃密度分布特點(diǎn)和雷電流概率分布餅
圖，進(jìn)而得出平均雷電流幅值和雷電流強(qiáng)度。并
可進(jìn)一步找出單位小時(shí)和單位月對應(yīng)的地閃密度
分布情況，得出地閃月變化規(guī)律和時(shí)變化規(guī)律。
如公式(1)，將雷暴日資料和閃電資料用加權(quán)平
均算法可得出輸氣站的地閃密度Ng。
Ng=(Ngl×al十Ng2×a2)／(a1+a2) (1)
式中：Ngl為根據(jù)雷暴日資料計(jì)算得出的地
閃密度，al為雷暴13資料年份時(shí)長；
N 為根據(jù)閃電資料得出的地閃密度，a2為
閃電資料年份時(shí)長。
3)土壤電阻率。
利用接地電阻測試儀，采用四極法，分別取
接地極間距為1，2，3，4，5 m測量土壤地表一
地下5 m土壤層的平均土壤電阻率。結(jié)合地質(zhì)勘
測報(bào)告，取季節(jié)系數(shù)相乘，通過計(jì)算可得實(shí)際土
l9
壤電阻率。
3．2 單體雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估
R(風(fēng)險(xiǎn))為年平均可能損失量，可以分為R1
(人員生命損失風(fēng)險(xiǎn))、R2(工種服務(wù)損失風(fēng)險(xiǎn))、
R3(文化遺產(chǎn)損失風(fēng)險(xiǎn))、R4(經(jīng)濟(jì)價(jià)值損失風(fēng)
險(xiǎn))。對于建筑物或服務(wù)設(shè)施中可能出現(xiàn)的各種
類型的風(fēng)險(xiǎn)均為對應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)分量的總和，可以經(jīng)由
公式(2)算出。
Rx=Nx×Px×Lx (2)
式中：Nx——為危險(xiǎn)事件的次數(shù)；
Px——損害概率；
L)【——損失后果。
通過將人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1、經(jīng)濟(jì)價(jià)值損失
風(fēng)險(xiǎn)R4與風(fēng)險(xiǎn)容許值RT作比較，確定是否需要
增加防雷防護(hù)措施。若小于RT則不需要增加防
雷措施，若大于RT，則應(yīng)當(dāng)采取防護(hù)措施減小風(fēng)
險(xiǎn)，并將風(fēng)險(xiǎn)控制在容許值內(nèi)。
3．3 電源系統(tǒng)雷擊過電流分析
當(dāng)存在雷電流時(shí)，一部分雷電流通過建筑物
LPS(防雷裝置，即為接閃器、引下線、接地裝
置、電涌保護(hù)器及其它連接導(dǎo)體的總和)接地裝
置流人大地，另一部分通過各種設(shè)施(如，外來
電力線、通訊線、金屬管道等)分流。計(jì)算可得
電涌保護(hù)器SPD1和SPD2的通流量，在此基礎(chǔ)
上，考慮約20％的安全裕量可以得出最終雷電流
選型用通流量；另外通過地閃雷電流強(qiáng)度分析可
以得到雷電流強(qiáng)度最高幅值。綜合分析上述三個(gè)
數(shù)據(jù)可以選擇沖擊放電電流合適的SPD(電涌保
護(hù)器)。
4 防雷技術(shù)措施
4．1 接閃器
輸氣站建筑物通常為第三類防雷建筑物，其
外部防雷措施宜采用裝設(shè)在建筑物的接閃帶。接
閃帶應(yīng)采用鍍鋅鋼、不銹鋼等材料，選取合適的
截面積，按照規(guī)范規(guī)定沿屋角、屋脊、屋檐和檐
角等易受雷擊的部位敷設(shè)，并應(yīng)在屋面組成不大
于20 m×20 m或24 m×24 m的網(wǎng)格 。
除了利用混凝土構(gòu)件鋼筋外，鋼質(zhì)接閃器應(yīng)
熱鍍鋅。在腐蝕性較強(qiáng)的場所，應(yīng)采取加大截面
積或其他防腐措施。在接閃器上，嚴(yán)禁懸掛電話
線、廣播線、電視接收天線及低壓架空線。
5o 全 堡墊 ★ 2015年第31卷第5期
4．2 引下線
引下線宜采用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，優(yōu)先采用
圓鋼。熱鍍鋅圓鋼直徑不應(yīng)小于10 mm，熱鍍鋅
扁鋼截面積不應(yīng)小于80 mm 。建筑物的鋼梁、鋼
柱等金屬構(gòu)件宜作為引下線，但其各部件之間均
應(yīng)連成電氣貫通，可采用焊接或螺栓連接。當(dāng)采
用多根專設(shè)引下線時(shí)，應(yīng)在各引下線上于距地面
0．3～1．8 m之問裝設(shè)斷接卡。在易受機(jī)械損傷之
處，地面上1．7 m至地面下0．3 111的一段接地線
應(yīng)采用暗敷或采用鍍鋅角鋼、改性塑料管或橡膠
管等加以保護(hù)。
4．3 接地裝置
人工接地體一般為垂直接地體和水平接地
體，埋于土壤中的垂直接地體宜采用鍍鋅角鋼、
鋼管或圓鋼。水平接地體宜采用熱鍍鋅扁鋼或圓
鋼。接地線應(yīng)與水平接地體的截面相同。人工鋼
質(zhì)垂直接地體的長度宜為2．5 1TI，其間距以及人
工水平接地體的間距宜為5 m，且其埋設(shè)深度不
應(yīng)小于0．5 1TI，并宜敷設(shè)在凍土層以下。輸氣場
站的防雷接地、防靜電接地、工作接地、保護(hù)接
地、電子系統(tǒng)的接地、屏蔽地等，宜共用接地裝
置，接地電阻值不宜大于4 Q。
4．4 等電位連接
輸氣場站各建筑物宜采用總等電位連接措施
和局部等電位連接措施相結(jié)合的方式。直擊雷防
護(hù)區(qū)和直擊雷非防護(hù)區(qū)交界處應(yīng)設(shè)置總等電位接
地端子板，將各局部等電位連接端子板、配電系
統(tǒng)PE(保護(hù)導(dǎo)體，即接地線)線、各類金屬管道
等金屬部件連接到總等電位接地端子板上。
4．5 防閃電感應(yīng)措施
建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架等主要金屬
物，應(yīng)就近接到防雷裝置或共用接地裝置上。平
行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬
物，其凈距小于100 mm時(shí)，應(yīng)采用金屬線跨接。
建筑物內(nèi)防閃電感應(yīng)的接地干線與接地裝置的連
接不應(yīng)小于兩處。
4．6 防閃電電涌侵入措施
輸氣站內(nèi)無金屬外殼或保護(hù)網(wǎng)罩的用電設(shè)備
應(yīng)在接閃器的保護(hù)范圍內(nèi)，從配電箱引出的配電
線在進(jìn)人工藝區(qū)時(shí)，應(yīng)穿鋼管。并將鋼管一端與
PE線相連，另一端與用電設(shè)備外殼、保護(hù)罩相
連，并就近與屋頂防雷裝置連接。鋼管因連接設(shè)
備而中斷時(shí)，應(yīng)設(shè)跨接線。
4．7 防雷擊電磁脈沖措施
輸氣站所有電子信息系統(tǒng)(如寬帶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、
電話系統(tǒng)、周界安防系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、SCA
DA等)均應(yīng)采取防雷擊電磁脈沖措施(如接地、
屏蔽、等電位連接、合理布線或安裝電涌保護(hù)
器)。電源總開關(guān)、各重要設(shè)備配電箱進(jìn)線或跨
越防雷區(qū)的線路、各建筑物進(jìn)線端應(yīng)設(shè)置電涌保
護(hù)器SPD，且電壓開關(guān)型SPD與限壓型SPD之間
的線路長度不宜小于10 m，限壓型SPD之間的線
路長度不宜小于5 rn，否則應(yīng)采取相應(yīng)的退藕措
施。信息系統(tǒng)均應(yīng)安裝信號(hào)電涌保護(hù)器。
4．8 屏蔽措施
輸氣站電源線和信號(hào)線應(yīng)采用帶金屬屏蔽層
的電纜或?qū)⒎瞧帘坞娎|敷設(shè)在金屬屏蔽線槽(管)
內(nèi)，將金屬屏蔽層良好接地 J。
4．9 合理布線
為避免在輸氣站線路敷設(shè)過程中產(chǎn)生較大的
環(huán)路，導(dǎo)致因環(huán)路感應(yīng)產(chǎn)生較高的過電壓而損壞
設(shè)備，應(yīng)采取合理的布線方式。一是電力電纜、
通信信號(hào)線、控制電纜等敷設(shè)時(shí)應(yīng)避開防雷引下
線等LEMP(雷擊電磁脈沖)強(qiáng)的區(qū)域，無法避開
時(shí)，應(yīng)采取屏蔽措施；二是強(qiáng)弱電采用橋架分開
敷設(shè)，避免干擾。若無法分開應(yīng)在符合規(guī)范要求的
距離內(nèi)，采用屏蔽措施；三是電力電纜線與信號(hào)線
之問的間距應(yīng)符合規(guī)范要求；四是在信息系統(tǒng)的布
線電纜與附近可能產(chǎn)生高電平電磁干擾的電動(dòng)機(jī)、
電力變壓器等設(shè)備之問保持一定的安全距離 J。
4．10 防銹防腐及焊接工藝
輸氣站內(nèi)所有暴露于空氣中的防雷裝置(接
閃帶、引下線、等電位連接帶等)均須作防銹防
腐處理。接地裝置的焊接均應(yīng)采用搭接焊。扁鋼
與扁鋼搭接長度為扁鋼寬度的2倍，且不少于三
面施焊；圓鋼與圓鋼搭接長度為圓鋼直徑的6倍，
采用雙面施焊；圓鋼與扁鋼搭接為圓鋼直徑的6
倍，采用雙面施焊；扁鋼與鋼管，扁鋼與角鋼焊
接，緊貼角鋼外側(cè)兩面，或緊貼3／4鋼管表面，
上下兩側(cè)施焊。除埋設(shè)在混凝土中的焊接接頭
外，焊接處均需采用防腐措施。
(下轉(zhuǎn)第75頁)
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(上接第50頁)
5 結(jié) 論
在天然氣輸氣站選址建設(shè)時(shí)，應(yīng)綜合考慮當(dāng)
地氣象條件，充分開展現(xiàn)場勘測工作，分析其閃
電活動(dòng)規(guī)律和土壤電阻率，盡可能選建在雷電流
強(qiáng)度低、閃電活動(dòng)不頻繁的地區(qū)。選址完畢后，
應(yīng)綜合采取接閃、接地、等電位、防閃電感應(yīng)及
電涌侵入、防雷擊電磁脈沖等措施，并合理布
線，采用符合規(guī)范要求的防腐防銹及焊接工藝，
將人員生命損失風(fēng)險(xiǎn)R1及經(jīng)濟(jì)價(jià)值損失風(fēng)險(xiǎn)R4
指標(biāo)控制在容許風(fēng)險(xiǎn)范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)輸氣站的平穩(wěn)
安全運(yùn)行。
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