LNG接收站防雷接地系統(tǒng)設(shè)計

張明明,張 卓

(中海油石化工程有限公司,山東 濟南 250101)

液化天然氣LNG接收站因儲存介質(zhì)易燃易爆特點，及其周圍環(huán)境復(fù)雜性，它的安全顯得更加關(guān)鍵。雷電作為一種自然現(xiàn)象，其對接收站的雷擊可能會產(chǎn)生爆炸的危險。因此LNG接收站的防雷接地措施對接收站的安全運行就顯得尤為重要。本文以中海油福建LNG站線項目秀嶼接收站5#、6#儲罐工程為例，簡單介紹其防雷接地設(shè)計。

1 項目概況

福建LNG項目站址位于湄洲灣北岸的秀嶼港東側(cè)，總占地面積37.2萬m2，新增2座160,000m3全容式儲罐。LNG 接收站新增加5#、6#儲罐、空壓機房、BOG壓縮廠房、罐區(qū)儀表間、火炬系統(tǒng)、辦公區(qū)等建筑物，

供電系統(tǒng)：本期工程新增用電負(fù)荷由中壓6kV 和低壓380V 組成，中壓電源引自區(qū)域變電所；低壓電源引自區(qū)域變電所新上低壓柜，罐區(qū)儀表間和儲罐工程(罐區(qū))的低壓電源引自罐區(qū)儀表間合并建設(shè)的變配電室。

2 雷暴氣象條件

莆田市位于福建沿海中部，3月份初期為該市的初雷日，9月份末期為終雷日，4月份到9月份是該市一年中雷暴的多發(fā)時段，其年平均雷暴日為37天，是雷電的多發(fā)區(qū)。

3 防雷接地設(shè)計

3.1 建筑物直擊雷防護(hù)

根據(jù)GB50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，LNG罐區(qū)、BOG壓縮廠房屬于爆炸危險環(huán)境2區(qū)按第二類防雷建筑物設(shè)計；罐區(qū)儀表間控制著整個供電系統(tǒng)，故按第二類防雷建筑物設(shè)計；空壓機房、火炬系統(tǒng)及辦公區(qū)域為一般正常環(huán)境，故按第三類防雷建筑物設(shè)計[1]。

3.1.1 接閃器

接閃器專門用來接收直接雷擊的金屬物體，由接閃桿、接閃帶、及金屬屋面、金屬構(gòu)件組成。

3.1.1.1 LNG儲罐區(qū)

LNG儲罐區(qū)罐頂為穹形混凝土結(jié)構(gòu)，儲罐高度大于60m，故需要裝設(shè)接閃器。采用裝設(shè)接閃網(wǎng)和接閃桿混合組成接閃器于罐頂，采用鋅包銅線(S=120mm2)形成不小于10m×10m 接閃網(wǎng)覆蓋整個罐頂，接閃桿裝于罐頂周邊及有突出罐頂?shù)钠渌麡?gòu)筑物部位，所有的接閃桿和接閃網(wǎng)應(yīng)相互連接。

由于罐頂平臺設(shè)有安全閥，見圖1，根據(jù)滾球法[2]計算接閃桿的保護(hù)范圍，故在平臺最高處每隔大約25m安裝一個接閃桿，達(dá)到防雷擊作用。

3.1.1.2 BOG壓縮廠房、罐區(qū)儀表間

BOG壓縮廠房由一臺BOG壓縮機、BOG輔機及吊車組成；罐區(qū)儀表間由低壓變配電室、機柜間、UPS間組成。BOG壓縮廠房和罐區(qū)儀表間利用人工敷設(shè)接閃帶作為接閃器，用鋅包銅線(S=70mm2)沿屋面敷設(shè)組成接閃網(wǎng)，網(wǎng)格不大于10mx10m或12m×8m。

3.1.1.3 空壓機房、火炬系統(tǒng)、辦公區(qū)

空壓機房、火炬系統(tǒng)、辦公區(qū)利用人工敷設(shè)接閃帶作為接閃器，用鋅包銅線(S=70mm2)沿屋面敷設(shè)組成接閃網(wǎng)，網(wǎng)格不大于20×20或24×16；所有突出屋面的金屬物體均應(yīng)與屋面防雷裝置可靠連接。

上述(1)(2)(3)中屋面接閃帶支架采用專用支架，支架間距為1m，轉(zhuǎn)角處為0.5m，支架高度距屋面150mm。

3.1.2 引下線

用于將雷電流從接閃器傳導(dǎo)至接地裝置的導(dǎo)體。

LNG貯罐區(qū)利用120mm2鋅包銅線作為引下線，沿罐頂四周每隔12.5m引下一次，上端與管頂接閃器可靠連接；BOG壓縮廠房利用鋼柱作為引下線，鋼立柱上端與屋面接閃器可靠連接；罐區(qū)儀表間利用結(jié)構(gòu)柱內(nèi)2根對角主鋼筋(φ≥16)作引下線，上端與女兒墻上接閃帶連接。以上建筑物及裝置引下線不應(yīng)少于2點，并應(yīng)沿生產(chǎn)裝置或建筑物屋面四周均勻設(shè)置，且其相距周長不應(yīng)大于18m[1]，引下線下端與室外接地裝置及基礎(chǔ)圈梁鋼筋可靠連接，連接長度不小于6倍鋼筋直徑。

空壓機房和辦公區(qū)利用利用鋼柱作為引下線，鋼立柱與屋面接閃器可靠連接，其間距沿周長計算不應(yīng)大于25m。

3.1.3 接地裝置

除獨立接閃桿外，LNG接收站站防雷接地、電氣系統(tǒng)接地、工作接地、保護(hù)接地、防靜電接地等共用接地接地系統(tǒng)，其接地系統(tǒng)接地電阻不應(yīng)不大于4 歐姆。全廠接地網(wǎng)由自然接地體和人工接地體組成。自然接地體由建筑物及裝置立柱基礎(chǔ)構(gòu)成，人工接地體由水平接地體和垂直接地體組成；水平接地體為-70mm2鋅包銅線組成，埋地-0.8m，與引下線可靠連接；垂直接地極采用非金屬低電阻(φ260×1000，>50kg，р<0.1Ω·m)垂直接地模塊，埋深-0.8m， 過門口處埋深-1m。施工完畢后應(yīng)測量接地電阻，如不滿足要求應(yīng)增加垂直接地極。

4 防雷擊電磁脈沖設(shè)計

雷擊電磁脈沖作為電磁效應(yīng)的一種，其為直接雷擊和附件間接雷擊共同作用產(chǎn)物。雷擊電磁脈沖會對防雷接地裝置等電位產(chǎn)生影響，因此防雷擊電磁脈沖設(shè)計顯得必不可少。

4.1 等電位連接

等電位連接基本措施就是把裝置內(nèi)防雷接地裝置、電氣設(shè)備外殼、金屬構(gòu)件等所有設(shè)備外露可導(dǎo)電部分均通過黃綠銅絞線有效電氣連接起來，使其成為一個有效電氣通路，從而達(dá)到等電位目的，消除接觸電壓及跨步電壓。

本工程低壓配電系統(tǒng)接地型式為TN-S，在外來電源進(jìn)線設(shè)置總等電位連接板MEB[3]，并通過接地干線與室外接地裝置不少于兩點連接。室內(nèi)電源線、金屬線槽和進(jìn)出建筑金屬管道均與室內(nèi)總等電位連接板連接，從而達(dá)到等電位連接。

4.2 做好屏蔽設(shè)計

屏蔽設(shè)計就是利用法拉第籠的靜電屏蔽原理，將建筑物利用金屬屏蔽罩包裹起來，通過將金屬屏蔽罩接地，實現(xiàn)阻止建筑物外電磁場對金屬屏蔽罩內(nèi)線路及設(shè)備影響。

故此項目中對所有線路進(jìn)行穿管，要選擇金屬材質(zhì)的管材進(jìn)行布線，設(shè)備外殼、機架、雷電主鋼筋等均需接地，從而降低雷擊電磁脈沖對信號的干擾。

4.3 裝設(shè)電涌保護(hù)器

4.3.1 電源系統(tǒng)

在供配電系統(tǒng)中安裝與其設(shè)備耐壓水平相符的電涌保護(hù)器來防止直擊雷及操作造成過電壓[3]。在電源進(jìn)線處總配電柜內(nèi)裝設(shè)I 級試驗的電涌保護(hù)器，Up≤2.5kV，Iimp≥12.5kA，作為第一級過電壓防護(hù)。在分配電箱內(nèi)裝設(shè)II級試驗電涌保護(hù)器，Up≤2.5kV，Iimp≥12.5kA。

4.3.2 信息系統(tǒng)

LNG接收站內(nèi)配電系統(tǒng)與電信系統(tǒng)電子器件連接時，應(yīng)在電子器件上安裝與其耐壓等級相匹配的電涌保護(hù)器。在本項目中，電話、網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、火災(zāi)報警系統(tǒng)中均在線路的首末端裝設(shè)電涌保護(hù)器。

4.4 防靜電接地

在LNG接收站內(nèi)生產(chǎn)裝置及建筑物內(nèi)潔凈、干燥房間內(nèi), 設(shè)備移動、人員走動等都將產(chǎn)生大量的靜電。這些靜電如不能通過相應(yīng)防雷接地設(shè)備泄露入地，不僅會對電氣電信設(shè)備產(chǎn)生干擾，甚至?xí)佳b置內(nèi)可燃性氣體，引起爆炸。因此必須把裝置內(nèi)帶靜電物體或有可能產(chǎn)生靜電的物體(非絕緣體)通過靜電接地體與大地構(gòu)成有效電氣通路[4]。

故此項目采用靜電觸摸球，BOG壓縮廠房安放在靜電防護(hù)區(qū)外人員進(jìn)出口處，LNG儲罐區(qū)設(shè)置在扶梯上或入口處、平臺上。

5 結(jié)語

LNG接收站前期工程安全運行的經(jīng)驗表明，通過合理的設(shè)計和定期維護(hù)可以有效減少甚至消除雷電造成的危害