天然氣設施及管網(wǎng)雷電防護技術分析

廣東省陽春市氣象局 廣東 陽春 529600

引言

陽春市擁有120多萬人口，經(jīng)濟發(fā)展較快，對天然氣能源需求較大，域內分布較多天然氣輸送管道和關鍵設施。截至2020年陽春管道天然氣項目累計投入資金2.36億元，建成儲氣能力達18萬m3的LNG氣化站1座，供氣主干管道142.8多km，支線管道363.38km，發(fā)展用戶達4.2萬戶，管網(wǎng)已覆蓋陽春市區(qū)。隨著城鎮(zhèn)化建設發(fā)展和2020年粵西天然氣主干管網(wǎng)建設大力推進，我市天然氣應用優(yōu)勢進一步擴大，但同時，天然氣屬易燃易爆氣體，應用于社區(qū)、學校、企事業(yè)單位等人口密集區(qū)，一旦因雷擊引發(fā)事故后果不堪設想。因此本文重點介紹天然氣設施及管網(wǎng)防雷具體措施。

1 陽春市雷電活動特征

陽春市年均雷暴日數(shù)90.2天，按年均雷暴日數(shù)超過60天為強雷區(qū)標準，陽春市屬強雷區(qū)。近40年來最多雷暴日數(shù)在1983年，為127天，最少在2003年為63天，雷暴日數(shù)年際變化較大。雷暴集中于3-10月，5月進入強雷期，8月為峰值，12月最少。雷暴日數(shù)春季平均21.8天，占26.4%；夏季平均50.6天，占56.1%；秋季平均13.8天，占15.3%；冬季平均1.3天，占1.5%。陽春市雷電活動頻繁，需加強天然氣設施及管網(wǎng)防雷保護。

2 雷電危害簡析

強大的雷電流瞬間可產(chǎn)生強烈機械力和高溫熱效應，大電流和高頻特性在流經(jīng)具有電阻或電感物體時將產(chǎn)生巨大電壓降和感應電壓，損壞絕緣，產(chǎn)生火花。天然氣氣化站和閥室建立在郊區(qū)空曠開闊地帶，遭受雷擊可能性大，其內布設的調壓計量設備擔負著區(qū)域內大量調壓和計量工作，閥門O型圈、調壓器皮膜和流量計傳動齒輪出現(xiàn)雷擊故障會使計量設備報廢。建筑物附屬天然氣管道自身不帶電雷電感應產(chǎn)生的火花不會造成較大影響，當管道泄露，氣體集聚于一處時，因火花產(chǎn)生火災。

3 綜合防雷措施

3.1 天然氣管網(wǎng)雷電防護措施

①按照現(xiàn)行技術標準中防雷規(guī)定，沿屋面明敷的天然氣管道不應布置在檐角、屋檐、屋脊等易受雷擊部位，鋼質管道可不裝接閃器，須與屋面防雷裝置相接，使管道處于保護范圍內。室外天然氣管連接主要是天面管與避雷帶連接，或埋地鋼管與接地體連接。天面天然氣管與避雷帶連接線可采用直徑≥8mm圓鋼或截面≥48mm2的扁鋼，厚度≥4mm。

②天面管及其放散管應低于避雷帶，否則均就近連接避雷帶。天面管要最少兩處與避雷帶搭接，搭接點間距≤30m，交叉凈距＜10cm時也應跨接。

③依照《城鎮(zhèn)燃氣防雷技術規(guī)范》QXT109—2010，一是規(guī)定天然氣立管不超過12m應與建筑物防雷裝置可靠連接；二是規(guī)定建筑物外墻立管與用戶分支管相接時，應設絕緣法蘭或鋼塑接頭；三是規(guī)定絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端管道應分別接地。通過上述防護，用絕緣阻止雷電感應侵入室內，感應電流通過室內接地線迅速釋放，保護室內人員和天然氣設施免受雷電流傷害。

④法蘭球閥、連接金屬管件和調壓箱法蘭用銅片跨接，過渡電阻值≤0.03Ω。每根立管沖擊接地電阻≤10Ω。

3.2 天然氣場站設施防雷措施

3.2.1 布設接地裝置 首先，場站內所有設施、閥室需聯(lián)合接地將各獨立建筑物和工藝裝置區(qū)地網(wǎng)結為一體。獨立建筑物接地是將基礎接地體和圍建筑物環(huán)形接地體相結合，二者以5-10m間距作一次聯(lián)結。工藝裝置區(qū)管線進出口、設備均應在基礎處做接地。各地網(wǎng)連接導體應≥2個，間距≤20m，有信號線纜的場站建筑物和裝置區(qū)在連接導體間距≤10m。場站內高桿照明設施和監(jiān)控設備基礎接地體和輔助地網(wǎng)需接入共用地網(wǎng)，但高桿設施和設備、儀表、電纜溝等間距應≥5m。其次，接地體應位于地下0.7m以下，地網(wǎng)溝寬度≥0.3m。垂直接地體長度≥2.5m，材質為50×50×5mm熱鍍鋅角鋼，鋼管壁厚＞3.5mm，鍍鋅層厚度≥85μm，接地體設置間隔≥5m。水平接地體則為40×4mm熱鍍鋅扁鋼。接地體之間焊接，焊點做防腐處理。污水排放口和土壤酸度強地帶不應布設接地體，難以避開時適當加大接地體界面和鍍層厚度。接地引入線長度應≤30m，采用熱鍍鋅扁鋼材質，避免和電纜等管道同溝布設，露于地表部位采取保護措施防止外部機械損傷和腐蝕。

3.2.2 等電位連接 集注站、壓氣站、分輸站等中型以上機房等電位連接采用網(wǎng)狀結構。在機房室內沿墻壁和設施外部設置環(huán)形等電位連接帶，線截面應≥160mm2，材質為銅排，具體根據(jù)最大故障電流或材料機械強度確定。匯集線和接地引入線可靠連接要使用熱鍍鋅扁鋼或多股銅線，連接點在兩處以上，呈對稱結構分布，各設備就近與環(huán)形匯集線連接。另外增加計量儀表金屬外殼等與接地網(wǎng)連接，降低接閃時雷電流產(chǎn)生的高電位。

3.2.3 浪涌保護器設置 信號線端加裝浪涌保護器需根據(jù)線纜類型和連接設備性質選擇相應型號。模擬量、視頻信號等信號電纜，兩端均應加裝SPD。開關量信號電纜僅在重要端口設置SPD，控制、數(shù)據(jù)采集接口和傳輸信號線采用物理接口相同的SPD，SPD動作電壓為設備工作電壓的1.5-2.5倍。在變壓器低壓進線柜、配電箱、UPS交流出入端口等位置采用合適SPD做分級保護。根據(jù)陽春市雷暴特征，大中型場站電源SPD最大通流容量交流第一級應為60-120KA，交流次級40KA，直流保護15KA；場站、閥室電源SPD最大通流容量交流第一級為100-120KA，交流次級為40KA，交流精細為10KA，直流保護為15KA。實行分級保護時，各SPD之間退耦距離應≥5m。

4 結語

希望有關部門重視天然氣設施防雷安全工作，嚴格執(zhí)行國家標準對天然氣設施及管網(wǎng)進行雷電防護，結合本地實際氣象條件和環(huán)境因素做系統(tǒng)化處理，重視防雷工程整體協(xié)調性，在布設避雷針(帶)基礎上，綜合考慮接地裝置、等電位連接、浪涌保護器、綜合布線等，盡可能減少或避免雷電事故，保障本市天然氣能源安全。