摘　要：指明了天然氣各類場站設計過程中防雷接地系統(tǒng)的重要性，詳細論述了防雷接地系統(tǒng)的常規(guī)做法；分析了天然氣各類場站設計過程中罩棚防雷、氣化器防雷、斷接卡安裝、絕緣接頭防護、接地電阻取值等普遍存在的問題，并對此提出了一些解決措施。

關鍵詞：天然氣場站　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的經(jīng)濟環(huán)保、安全高效的綠色能源，大力發(fā)展天然氣事業(yè)，對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、推進節(jié)能減排、保障改善民生、促進社會可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近年來，隨著我國“西氣東輸”項目的展開、海上天然氣登陸和沿海地區(qū)LNG進口，中國天然氣行業(yè)發(fā)展已進入快車道，各種天然氣場站如雨后春筍般不斷興起。因為天然氣場站屬于易燃易爆的場合，一旦發(fā)生雷擊事故極易發(fā)生人員傷亡與重大經(jīng)濟損失，所以必須做好各類天然氣場站的防雷防靜電工作。以下作者就天然氣場站的防雷防靜電系統(tǒng)設計常見問題與大家做一些探討與交流。

2　防直擊雷

根據(jù)《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057—2010規(guī)定，加氣站、門站、調(diào)壓站內(nèi)的工藝罩棚、壓縮機間等工藝構(gòu)筑物均屬于2類防雷建筑物，站內(nèi)的站房、輔房屬于3類防雷建筑物。在壓縮機間犀面上用中12熱鍍鋅圓鋼敷設不大于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，很多設計員認為即使罩棚遭受雷擊，只要彩鋼板厚度大于0.5mm，閃電只會擊壞罩棚而不會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罩棚本身的防護，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對罩棚的鋼結(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場站中LNG儲罐的壁厚大于10mm，即使遭受雷擊也不會被擊穿，一般將LNG儲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，所以必須對場站內(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站區(qū)內(nèi)的所有工藝裝置進行整體的防護，另外一種是在氣化器和增壓器上單獨設置小型避雷針或避雷帶。因為LNG場站一般比較大，所以若采用避雷塔，則避雷塔的高度必須非常高，基礎也非常大，在進行總平面圖設計時必須考慮避雷塔的影響。避雷塔在竣工驗收及以后的運行過程中均需要當?shù)氐臍庀蠓览撞块T進行專門檢測，而且避雷塔的造價及運行維護成本均非常高，所以采用避雷塔會給設計、施工、運行維護都帶來許多的不便，不推薦采用。當在氣化器及增壓器上設置小型的避雷針或避雷帶時需要特別注意，因為氣化器和增壓器都屬于內(nèi)含危險物質(zhì)的特種設備，為避免現(xiàn)場施工對沒備造成損壞，也便于發(fā)生事故后的責任劃分，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)場施工只負責接地，所以電氣設計人員在甲方進行設備采購階段時就應該與甲方進行詳細的溝通說明。

新版《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057—2010 5．2．6條和新版《建筑物防雷工程施工與質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50601—2010 5．1．2條對避雷帶和專設引下線的支架高度做了明確的規(guī)定，要求避雷帶及專設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，設計及施工時應特別注意改正。

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。作引下線的立柱應沿建筑物四周均勻布置，間距不得大于18m。很多設計員存距地面0.3m～0.5m的立柱上設斷接卡與站內(nèi)的人工接地網(wǎng)相連接，但壓縮機間、工藝罩棚立柱周圍都處于防爆區(qū)，在防爆區(qū)內(nèi)直接設置斷接卡存在很大的安全隱患，所以防爆區(qū)內(nèi)引下線斷接卡應采用防爆接線盒安裝，并用防爆膠泥密封，或者是設置在地面上，用干沙填實。尤其是LNG場站更需注意，因為LNG泄漏后迅速氣化而形成的低溫氣體比重較大，會聚集在地面附近，遇到斷接卡放電時極易發(fā)生爆炸。

3　防感應雷

天然氣場站內(nèi)所有金屬體均應就近接于接地裝置上，架空和直接埋地的金屬管道在進出建筑物處應就近與防雷接地裝置相連。天然氣場站內(nèi)各種工藝設備必須通過斷接卡與接地系統(tǒng)可靠雙相連，所有放散管均加設阻火器后通過斷接卡與接地系統(tǒng)可靠進行雙連接。站區(qū)平行敷設的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長金屬物，平行間距小于0.1m時應采用金屬線跨接，跨接點間距30m，交叉凈距小于0.1m時交叉處也應跨接。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。

《建筑物防雷設計規(guī)范》GB50057—2010規(guī)定：“當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03W時，連接處應用金屬線跨接。對有不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。”但施工現(xiàn)場對閥門、法蘭的過度電阻很難準確測量，規(guī)范也未對“非腐蝕環(huán)境”給出確切的定義，存在較大的分歧，所以在設計時可要求站內(nèi)所有的閥門、法蘭連接處均采用銅編織帶進行跨接。

工藝專業(yè)一般都在加氣站、門站、調(diào)壓站等場站的進出站管道上設有絕緣接頭。絕緣接頭的功能主要有兩個，一是將陰極保護電流限制在站外管道上，防止陰極保護電流通過站內(nèi)工藝裝置的接地系統(tǒng)流失，二是將站內(nèi)設備的雜散電流隔絕在站內(nèi)，防止雜散電流流到站外長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電流及站內(nèi)雜散電流用，而不能作為過電壓的安全防護措施用，站內(nèi)及管道上因雷擊產(chǎn)生的高電壓、站內(nèi)設備故障產(chǎn)生的高電壓、管道上因氣流摩擦而產(chǎn)生的靜電、長輸管道的感應過電壓等都會將絕緣接頭損壞。絕緣接頭一旦損壞就會對長輸管道或者城市管網(wǎng)的陰極保護系統(tǒng)造成嚴重影響，甚至使陰極保護系統(tǒng)失效，所以必須為絕緣接頭添加防護措施。絕緣接頭的防護裝置主要有避雷器、電解接地電池、極化電池及二極管保護器，目前應用最廣泛的是接地電池。接地電池是用來提供一個低電阻通道，排放強電電涌但不泄漏陰極保護直流電流的一種裝置，通常采用鋅材料制作^[1]。

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

4　接地

天然氣場站內(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線分開設置。接地裝置埋深要大于1m，埋設的水平接地體采用40mm×4mm的鍍鋅扁鋼，垂直接地體采用50mm×5mm的鍍鋅角鋼，垂直接地的埋設間距為5m。

《液化天然氣(LNG)汽車加氣站技術規(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)等接地應共用接地裝置，其接地電阻不應大于4W。”老板規(guī)范《汽車加油加氣站設計與施工規(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、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統(tǒng)的接地等，宜共用接地裝置，其接地電阻不應大于4W。”但新版的《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》GB50156—2012第10．2．2條規(guī)定：“防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統(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)汽車加氣站技術規(guī)范》NB／Tl001—2011對站內(nèi)的整體接地電阻做了比較明確的規(guī)定，但《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》GB50156—2012的級別更高、要求也更嚴格，所以加油加氣站的接地電阻應該以后者的要求為準。

在各種接地中防雷接地、防靜電接地、電氣設備的工作接地和保護接地規(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，電氣設備的工作接地和保護接地不大于4W，但對信息系統(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)機房設計規(guī)范》GB50174—2008第8．4．2條規(guī)定：“保護性接地和功能性接地宜共用一組接地裝置，其接地電阻應按其中最小值確定。”《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》GB50343—2004第5．2．5條規(guī)定：“防雷接地應與交流工作接地、直流工作接地、安全保護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備中要求的最小值確定。”《石油化工儀表接地設計規(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，不應大于4W。”《儀表系統(tǒng)接地設計規(guī)定》HG／T20513—2000第6．0．3條規(guī)定：“儀表系統(tǒng)的接地電阻不應大于4W。”《計算機場地通用規(guī)范》GB／T2887—2011第4．8．2．2條規(guī)定：“計算機設備沒有明確要求時，場地的接地電阻不應大于1W。”《民用建筑電氣設計規(guī)范》JGJl6—2008 12．7．1條第3款規(guī)定：  “電子設備接地宜與防雷接地系統(tǒng)共用接地網(wǎng)，接地電阻不應大于1W。”21．7．2條第l款規(guī)定：“保護接地的接地電阻值，單獨設置接地體時，不應大于4W。采用共用接地網(wǎng)時，不應大于1W。”《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》GB50198—2011第3．5．4條第3款規(guī)定：“采用綜合接地網(wǎng)時，其接地電阻不得大于1W。”

但《計算機場地通用規(guī)范》GB／T2887—2011適用于大型的計算機中心機房，計算機中心集中了大量的微電子產(chǎn)品，對雷電、靜電、電磁輻射等極為敏感，一旦遭受破壞，將導致整個地區(qū)的計算機網(wǎng)絡信息系統(tǒng)癱瘓，給社會造成難以估計的損失?！睹裼媒ㄖ姎庠O計規(guī)范》JGJl6—2008和1《民用閉路監(jiān)視電視系統(tǒng)工程技術規(guī)范》GB50198—2011明確注明只適用于民用系統(tǒng)，不適用于天然氣場站等工業(yè)系統(tǒng)。民用領域考慮到目前高層建筑日益增多，高層建筑的基礎鋼筋網(wǎng)規(guī)模很大，整個建筑的接地系統(tǒng)接在基礎鋼筋網(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很容易實現(xiàn)。天然氣場站內(nèi)主要的計算機系統(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。天然氣場站內(nèi)建構(gòu)筑物一般不會超過3層，建構(gòu)筑物的基礎都比較小，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實測接地電阻也基本在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。所以在進行天然氣場站的設計時信息系統(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、電氣設備的工作接地、保護接地及信息系統(tǒng)接地共用接地裝置，其接地電阻不應大于4W。

5　結(jié)論

在天然氣場站的防雷防靜電系統(tǒng)設計中，需要重視和研究的問題還很多，在此筆者只是對在工作過程中發(fā)現(xiàn)的一些比較重要的問題進行了簡單的論述，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越多的好處與便利。

參考文獻

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

2任元會.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].第三版，北京：中國電力出版社，2012：842-843

本文作者：李業(yè)福

作者單位：廣東博意建筑設計院有限公司