天然气场站电气控制系统防雷接地问题探析

天然气场站电气控制系统防雷接地问题探析

茅佛兴屠凌

浙江防雷安全检测有限公司浙江杭州310052

摘要：天然气场站属于防爆区，对电气接地系统的要求非常严格。电气系统接地不良或存在电位差，极易产生严重的安全隐患。本文以广州燃气集团金山门站的接地系统为例子，探析电气控制系统接地网建设的重要性。

关键词：天然气场站；电气控制系统；防雷；接地

引言

天然气是一种世界公认的经济环保、安全高效的绿色能源，大力发展天然气事业，对于优化能源结构、推进节能减排、保障改善民生、促进社会可持续发展具有重要意义。近年来，随着我国“西气东输”项目的展开、海上天然气登陆和沿海地区LNG进口，中国天然气行业发展已进入快车道，各种天然气场站如雨后春笋般不断兴起。因为天然气场站属于易燃易爆的场合，一旦发生雷击事故极易发生人员伤亡与重大经济损失，所以必须做好各类天然气场站的防雷防静电工作。以下作者就天然气场站的防雷防静电系统设计常见问题与大家做一些探讨与交流。

1雷击问题分析

结合历次雷击故障发生的部位分析，金山门站防雷接地系统主要存在以下问题：（1）金山门站所处位置由山体开挖而成，土壤电阻率很高，实测土壤电阻率超过1000欧米。（2）金山门站的地电网原设计由五个独立的环形接地体（分别是综合用房、站房、高压计量区、收发球区、大学城计量橇区）组成，没有形成均压接地网。在2011年的接地系统整改中，将五个分开的接地网进行了电气连接，但只是通过地面的等电位连接线进行连接，依然没有形成均压接地网。（3）在2011年的接地系统整改中，将独立避雷针的接地体与站共接地网进行了等位连接，由于本区域土壤电阻率极高，将独立避雷针接地体与工作接地网连接后，由于避雷针的冲击泄放距离不足，增加了雷电反击的危险。（4）在工程设计和施工时，仪表和信息系统没有严格按照一点接地的原则进行施工，站区内的设备接地、仪表接地、盘柜接地、电缆接地较混乱，不能很好地实现感应电压屏蔽和雷电流泄放。

2防直击雷

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010规定，加气站、门站、调压站内的工艺罩棚、压缩机间等工艺构筑物均属于2类防雷建筑物，站内的站房、辅房属于3类防雷建筑物。在压缩机间屋面上用Φ12热镀锌圆钢敷设不大于10m×10m或12m×8m的避雷网格，四角做接闪短杆。工艺罩棚一般为双层彩钢板屋面，中间为阻燃物，很多设计员认为即使罩棚遭受雷击，只要彩钢板厚度大于0.5mm，闪电只会击坏罩棚而不会危及罩棚下的工艺装置和人员的安全，所以直接利用罩棚作接闪器。但这种思路却忽略了对罩棚本身的防护，罩棚顶部被击坏后维修比较困难，并且罩棚被击坏后雨水渗入会对罩棚的钢结构造成腐蚀，缩短罩棚的使用寿命。所以在罩棚顶部也应用Φ12热镀锌圆钢布置成不大于10m×10m或12m×8m的避雷网格，并在四角做接闪短杆。LNG场站中LNG储罐的壁厚大于10mm，即使遭受雷击也不会被击穿，一般将LNG储罐本体直接作为接闪器。气化器和增压器管道壁厚不大于4.0mm，有可能被闪电击穿而发生爆炸事故，所以必须对场站内的气化器和增压器做好防雷措施。气化器和增压器的防雷有两种方法，一种是采用避雷塔对站区内的所有工艺装置进行整体的防护，另外一种是在气化器和增压器上单独设置小型避雷针或避雷带。因为LNG场站一般比较大，所以若采用避雷塔，则避雷塔的高度必须非常高，基础也非常大，在进行总平面图设计时必须考虑避雷塔的影响。避雷塔在竣工验收及以后的运行过程中均需要当地的气象防雷部门进行专门检测，而且避雷塔的造价及运行维护成本均非常高，所以采用避雷塔会给设计、施工、运行维护都带来许多的不便，不推荐采用。当在气化器及增压器上设置小型的避雷针或避雷带时需要特别注意，因为气化器和增压器都属于内含危险物质的特种设备，为避免现场施工对设备造成损坏，也便于发生事故后的责任划分，一般要求气化器和增压器厂家在工厂内将小型避雷针或避雷带及其引下线安装完成，现场施工只负责接地，所以电气设计人员在甲方进行设备采购阶段时就应该与甲方进行详细的沟通说明。新版《建筑物防雷设计规范》GB50057-20105.2.6条和新版《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601-20105.1.2条对避雷带和专设引下线的支架高度做了明确的规定，要求避雷带及专设引下线固定支架的高度不宜小于150mm。但常规做法及《建筑物防雷设施安装》99（07）D501-1均要求支架高度为100mm，与现行规范不符，设计及施工时应特别注意改正。屋面避雷带及接闪短杆均与建筑物钢筋混凝土立柱内主筋相焊接，钢筋混凝土立柱内（两根不少于16）主钢筋做引下线（引下线采用绑扎连接），与接地网作可靠电气连接。作引下线的立柱应沿建筑物四周均匀布置，间距不得大于18m。很多设计员在距地面0.3m～0.5m的立柱上设断接卡与站内的人工接地网相连接，但压缩机间、工艺罩棚立柱周围都处于防爆区，在防爆区内直接设置断接卡存在很大的安全隐患，所以防爆区内引下线断接卡应采用防爆接线盒安装，并用防爆胶泥密封，或者是设置在地面上，用干沙填实。尤其是LNG场站更需注意，因为LNG泄漏后迅速气化而形成的低温气体比重较大，会聚集在地面附近，遇到断接卡放电时极易发生爆炸。

3均压接地网的方案

（1）切断工作接地网与独立避雷针的电连接。由于本区域的接地网接地电阻偏高，不宜与独立避雷针共用接地网，需切断工作接地网与独立避雷针的电连接。由于场地限制，原有工作接地网与独立避雷针的接地网的地下接地体的间距较小，为了防止独立避雷针接闪时地网反击，对地网接地体间距不足10米的部位增设绝缘隔离带。（2）建造均压接地网。由于金山门站地下为中风化岩层和回填碎石组成，原有施工时未进行接地体土壤换填，土壤电阻率很高，原有接地体的接地和均压效果较差，解决方案按照重新埋设接地体设计。接地体采用网格结构设置，网格间距原则上按6米设计，遇有地下构筑物时适当调整；为了降低接地电阻、增强均压效果，接地体埋设时回填焦炭作降阻剂。

4线路接地和屏蔽的检查修复

（1）设备机壳接地：设备机壳与管道接触良好，设备与管道接地点的电气距离不大于10米。当设备与管道接地点的距离大于10米时，管道在就近的接地点重复接地。（2）电气接地端子：设备上电气部分的接地端子按设备上的标识与设备机壳可靠连接。（3）仪表板的接地端子：设备上仪表部分的接地端子按设备上的标识与设备机壳接地点可靠连接。（4）防爆接线箱接地：防爆接线箱本体的接地端子与对应设备的接地点可靠连接，防爆箱内装有浪涌保护器时，浪涌保护器的接地端子与接地箱的总接地端子可靠连接。接入防爆箱内的电缆，有铠甲的单层屏蔽电缆其铠甲层与接地箱的总接地端子可靠连接，采用双层蔽屏的电缆，其外层与接地箱的总接地端子可靠连接，内层的接地在机柜端进行单端接地。

结语

天然气场站的安全稳定运营，需要有良好的防雷接地系统的保障。同时，良好的接地也是电气控制系统的稳定运行的关键。

参考文献:

[1]胡仕信．阴极保护工程手册[M]．第二版，北京：化学工业出版社，1999：179

[2]任元会．工业与民用配电设计手册[M]．第三版，北京：中国电力出版社，2012：842～843