城镇燃气场站雷电防护措施探讨

城镇燃气场站雷电防护措施探讨

郭珺磊，黄轩，王兰兰

甘肃民安现代防雷技术有限公司，甘肃 兰州 730020

摘要：雷电是一种自然气象，是由于雷雨云中积累并形成了极性，从而产生放电现象。其特性为时间短、电磁辐射强、电流大、电压高。对于城镇中建设的燃气场站存在巨大的安全威胁，情况严重甚至会造成燃气场站设施损坏、爆炸焚毁等，严重危害燃气场站及周边人员的性命及财产安全。因此，城镇地区燃气场站对于做好雷电防护措施，及相关安全检查，显得尤为重要。本文就城镇燃气场站的雷电防护措施进行了相关调研与分析，并总结出了相应的解决方案及预防措施，为燃气场站相关部门有效开展防护工作提供参考意见[1]。

关键词：雷电防护；城镇燃气场站；防雷措施

一、雷电对燃气场站的主要危害

（一）直击雷危害

直击雷是指雷电直接集中建筑物或者是人、植被。直击雷会引发受击物体或人体的热效应、电动力效应等，所产生的冲击波都会造成建筑物的损毁、火灾、人员伤亡等情况。

雷电产生的热效应其威力巨大，雷云产生的雷电击中地面物体时，能够产生高达6000多度的高温，这个温度足以将体积较小的金属都融化掉；同时由于这样的高温瞬间击中物体，能够使物体内所含的水分气体急剧膨胀，但又因为时间过短来不及散去，从而产生巨大的爆炸力，破坏度惊人。

除去热效应，雷电本身就带有强大的电流，在雷电击中物体以后，会将强劲的电流注入物体，而一般载流导体周围的空间都分布着电磁场，处于电磁场之中的载流导体会受到周围电磁力的影响，在电磁力及雷电的电流的作用下，被击中的物体内的导体之间会产生相互吸引或是相互排斥，这个作用力会引起物体变形甚至破裂穿孔断折等现象，这就是雷电产生的电动力效应。

同时，雷电在放电过程中，放电通道内会同时产生强烈的空气游离和强烈的异性电荷中和，通道周围的空气被放电通道内的瞬时温度瞬间加热，并急剧膨胀，以超声波的速度向周围迅速扩散，这就形成了力量强大的冲击波。而放电通道外围四周的冷空气被这股冲击波强烈压缩，使得这部分外围冷空气的密度、压力和温度都会瞬间增大，产生剧烈震动。

如果燃气场站被直击雷击中，除了造成燃气场站建筑物的损坏以外，最为严重也是燃气场站方最为担心的，直击雷击中燃气放散管、燃气输气管道、燃气罐体的情况，在直击雷的热效应和冲击波作用下，极大概率会引起燃气管道和罐体的爆炸、着火[2]。如果击中站内工作人员，也会直接造成人员伤亡。

（二）雷击电磁脉冲

雷电电磁脉冲不同于直击雷需要直接击中物体从而产生影响和破坏，它是由雷电引起的静电感应、电磁感应、暂态过压电等。同时相比起直击雷，雷击电磁脉冲的破坏性和危害更高更大。它的作用范围及破坏程度也要比直击雷来得更大，对周围环境的伤害概率也要比直击雷大得多。

在雷云和大地之间的电场之中，导体中会产生电荷。当雷电从雷云中释放的时候，雷云中所带的电荷和地面的异性电荷快速中和，而有时某些地方的感应电荷无法在同一时间里消失，就形成了局部感应高位电，这就是静电感应，这种静电感应会使得地面上接地不良或是没有做等电位连接的导体间产生火花，引起可燃物的燃烧及爆炸。

（三）防雷装置的反击现象

防雷装置的工作原理，是将接收到的雷电引流至地下并消散，因此装置会在雷电击中瞬间产生极高的电压。如果地面的防雷装置和其他建筑器械、电气设施、燃气管道等距离过短，会造成防雷装置接收到的电压被引到这些设备上，产生巨大的电流，破坏设备的绝缘层，烧毁设施。

二、防雷击的保护措施

（一）对直击雷的防护

对于城镇燃气场站的常规建筑设施，如办公楼、车间、变配电房等主要采用建筑物顶部设置避雷带，建筑内部等电位连接，进行引下线、接地装置来防护直击雷的威胁。

对于罩棚等金属架构的建筑设施，可以直接将其设置为接闪器，注意做好金属构建、金属柱体之间的连接；压缩机房顶可以采用彩板瓦，并在上面铺设避雷带加以保护，避雷带的网格尺寸注意控制在10m*10m或12m*8m的范围内。如果彩钢瓦厚度大于0.5毫米且相互连接完好时，也可以考虑将其作为接闪器，并做好接地措施[3]。

（二）对雷击电磁脉冲的防护

1．电磁屏蔽措施

由于燃气场站中仪表系统大多采用半导体器件、集成电路和传递信号电缆，雷击生成的瞬态电磁脉冲能够直接辐射到这些设置设备上，也能够在电源信号线上感应出瞬态过电压波，顺着线路流入破坏电子设施影响其工作。可以采用屏蔽体来对阻挡电磁脉冲或将电磁脉冲进行衰减。

如控制室可以在房屋建设时，将墙壁中钢筋交点进行电气连接，并在室内沿着墙壁再敷设一圈保护接地环，并做好电气连接。仪表等设施可以选用金属材质的仪表箱进行防雷保护，仪表箱与现场其他金属要做电位连接处理，然后接入防雷接地系统。而燃气场站中的信号线和电源线则可以选用有金属层蔽层的电缆，为应对瞬态过压，电缆的屏蔽层应沿线路多点接地，或者是将线路的首尾两端接地[4]。

2．分流

分流对于防雷来说是非常有效的措施之一。分流的操作方法就是在仪表控制系统信号、通讯回路、系统供电电源等地方使用浪涌保护器SPD，以此来对瞬态过电压和浪涌电流进行限制。但要注意的是，一个SPD只能为部分回路进行保护，而设备回路过多是无法全部设置SPD保护的，只能选取重要的回路及系统电源回路中安装SPD或是避雷器来进行保护。

对于供电电源的SPD保护，建议燃气场站选择外接电源和备用电源，生成区和其他建筑物里380/220V供电选择TN-S系统，将SPD保护安装在电源的进行端。

由于燃气场站中控制、信息系统和操作仪表设施对浪涌较为敏感，而且这些设施于控制的终端设备都有电气连接，根据防雷综合理论，一定要对这些控制、信息系统和操作仪表设施进行SPD保护，以此来防止雷击电磁脉冲对其可能造成的影响和伤害。同时现场的防雷设施一定要就近接地，这样做的目的是为了降低对于信号SPD的插入损耗，减少信号衰减的情况，避免仪器表测量的准确性受到影响。

3．静电安全防护措施

首先是对于燃气场工作人员的静电防护，在工作人员位于燃气场站工作区的时候，要对其着装进行严格要求，应穿戴好防静电工作服、鞋和手套，禁止站区工作人员穿戴化纤衣物，穿戴防静电鞋的时候，要注意工作人员自身穿戴的袜子是否具体导电性，也要注意不能在鞋内外粘贴绝缘垫。同时燃气场站方也可在站区的出入口设置消除人体静电的设施，并将站区裸露的金属物以易于工作人员使用的方式进行接地处理，对于工作人员接触的工作地面也最好设置为具有导静电性或导静电条件，比如可以敷设静电地板或者是进行洒水处理。

再来是对于场区内设备的静电防护措施，比如各种金属罐体、管道、设施设备必须要做好接地处理，对于净距离小于100mm的平行金属管道或架构等金属材质设施，要注意使用金属线进行跨接，跨接点的净距不要大于30m；如果这些金属管道及设施交叉的净距小于100mm的时候，它们之间的交叉点也要进行跨接处理；而当燃气场站区域内长金属物的弯头、法兰、阀门等连接处的过度电阻大于0.03Ω时连接出需要使用金属线对其进行跨接，同时对以上设施进行定期筛查，不能有未接地的孤立金属物。

三、结束语

城镇中的燃气场站属于特殊服务设施，其安全性是不容忽视的问题，雷电对于燃气场站的安全存在较大影响，因此必须引起相关部门及人员的注意。对于城镇燃气场站雷电防护相关人员一定要做好细致周全的措施，对于可能发生的不同的雷电情况做好相应的放电措施及绝缘处理，提高燃气场站的抗雷电能力，防患于未然。这样才能有效的保护燃气场及周边人员的人身财产安全。

参考文献：

[1]侯越, 宋昊泽, 刘正源,等. 城镇燃气雷电防护措施分析[J]. 大众标准化, 2019(13):2.

[2]王海峰, 郎永波. 天然气LNG气化站的雷电防护设计研究[J]. 中文科技期刊数据库(全文版)工程技术, 2017.

[3]张元武, 臧舒, 冯鹤. 天然气管道场站雷电防护技术研究[J]. 农业灾害研究, 2021, 11(1):2.

[4]张文亮. 石油天然气输气(油)站雷电防护装置的检测[J].  2020.