夏季是雷电灾害的高发时期,雷击的瞬间,可能会产生数万伏至数十万伏的冲击电压,温度可能达到几千度以上。全国范围内,每年都会因为雷击而发生一些事故。燃气,因其易燃易爆的特性,场站、管道若遭受雷击,可能引发严重后果,要注意雷电防护。
一、雷击可能给燃气设施带来的危害
1.引燃泄漏或放散的燃气
燃气场站有可能法兰、焊缝等可能泄漏燃气的漏点,放散管在储罐、管道超压时,也会自动起跳释放燃气。此时,若遭遇雷击,就可能点燃泄漏的燃气,引发事故。
合肥市某加气站放散管,在雷雨季节就曾被点燃,因放散管安装了阻火器,火很快熄灭,未引发其他灾害。
2004年5月,四川泸州市纳溪区一居民楼天然气管道泄漏,遇雷击后点燃气体产生爆炸事故,造成5人死亡,1人重伤,34人轻伤。
2.损坏燃气设施
雷击瞬间,因其高压、高温特性,可能会造成阀门密封圈、调压器皮膜等设备损坏;也可能会击穿燃气PE管,造成燃气泄漏。
1984年8月,重庆市渝中区上清寺红球坝附近,一处埋地燃气管道被雷电击穿,造成燃气供气中断。
1999年4月,永川市跳河农贸市场商住楼的屋面天然气管道遭遇雷击,导致调压箱爆炸燃烧。
3.损坏绝缘体
燃气场站内的管道需要静电接地,而场站外的管道因防腐要求,需与土壤绝缘,因此场站内的管道与场站外管道之间需要设一处绝缘体。雷击的高压可能会击穿绝缘体造成绝缘失效。
4.损坏仪表和控制系统
雷击时,雷击点附近的导体可能会产生很高电磁感应电压,如果超过流量计、压力表及控制系统的承受极限,就会造成设备损坏。
2008年7月,南宁市某燃气公司遭受雷击,主控室的PLC控制系统、仪表控制盘、现场泄漏报警系统失灵;热值仪、原力变送器、仪表盘、报警器损坏。
二、燃气设施防雷分级
雷电防护装置一般分为2个部分,外部防雷、内部防雷。外部防雷装置的作用是避免雷电直击,如我们俗称的“避雷针”。内部防雷装置的作用是防雷电感应、防反击以及防雷电波侵人和防生命危险。
防直击雷装置主要由接闪器、引下线和接地装置三部分组成,接闪器有避雷针、避雷带和避雷网三种形式,引下线可明装或暗装,接地体也可根据实际条件选用自然接地体、基础接地体或人工接地体。
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重试
防感应雷、防反击以及防雷电波侵入也都需要有良好的接地装置。
《城镇燃气设计规范》GB 50028-2006
6.5.22 储气罐和压缩机室、调压计量室等具有爆炸危险的生产用房应有防雷接地设施,其设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》 的“第二类防雷建筑物”的规定。
《液化石油气供应工程设计规范》-2015
12.2.1 液化石油气供应站具有爆炸危险建筑的防雷设计应符合现行国家标准《建筑物防雷设计规范》 中第二类防雷建筑物的有关规定。
《建筑物防雷设计规范》-2010
3.0.3 在可能发生对地闪击的地区,遇下列情况之一时,应划为第二类防雷建筑物: 6 具有1区或21区爆炸危险场所的建筑物,且电火花不易引起爆炸或不致造成巨大破坏和人身伤亡者。
也就是说,燃气场站的储罐及生产区属于第二类防雷建筑,其他辅助用房属于第3类防雷建筑。
三、燃气场站是否需要装避雷针
《建筑物防雷设计规范》-2010
4.2.1 第一类防雷建筑物防直击雷的措施应符合下列规定: 1 应装设独立接闪杆或架空接闪线或网。8 独立接闪杆、架空接闪线或架空接闪网应设独立的接地装置,每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10Ω。
4.3.1 第二类防雷建筑物外部防雷的措施,宜采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带或接闪杆,也可采用由接闪网、接闪带或接闪杆混合组成的接闪器。
4.3.10 有爆炸危险的露天钢质封闭气罐,在其高度小于或等于60m的、罐顶壁厚不小于 4 mm 时,或其高度大于 60 m 的条件下、罐顶壁厚和侧壁壁厚均不小于 4 mm 时,可不装设接闪器。
《城镇燃气雷电防护技术规范》QX/T 109-2021
储罐装有带阻火器的呼吸阀、放散管时,壁厚大于4mm时,可利用罐体本身作为接闪器;
燃气场站属于第二类防雷建筑物,按规范要求,建议设置但可以不设置避雷针。在实际中,有很多燃气场站,也有设置避雷针。
若储罐高度高于60m,储罐顶部或侧壁的壁厚,有一处少于4mm时,就要设置接闪器。因为雷电产生的热能可以击穿厚度小于4 mm的钢板,若储罐钢板厚度小于4mm时,应设置接闪器。
四、需采取的防雷措施
1.储罐
《燃气工程项目规范》-2022
4.1.13 燃气厂站内的建(构)筑物及露天钢质燃气储罐、设备和管道应采取防雷接地措施。
《建筑物防雷设计规范》-2010
4.3.10 有爆炸危险的露天钢质封闭气罐,当其高度小于或等于60m、罐顶壁厚不小于4mm时,或当其高度大于60m、罐顶壁厚和侧壁壁厚均不小于4mm时,可不装设接闪器,但应接地,且接地点不应少于2处,两接地点间距离不宜大于30m,每处接地点的冲击接地电阻不应大于30Ω 。
《汽车加气站设计设计与施工规范》GB 50156-2012
11.2.1钢制油罐、LPG储罐、LNG储罐和CNG储气瓶(组)必须进行防雷接地,接地点不应少于两处。CNG加气母站和CNG加气子站的车载CNG储气瓶组拖车停放场地,应设两处临时用固定防雷接地装置。接地电阻不应大于10Ω。
《液化石油气供应工程设计规范》-2015
12.2.2液化石油气罐体应设防雷接地装置,并应符合现行国家标准《石油化工装置防雷设计规范》的有关规定。
《石油化工装置防雷设计规范》-2011
5.5.1金属罐体应做防直击雷接地,接地点不应少于2处,并应沿罐体周边均匀布置 ,引下线的间距不应大于18m。每根引下线的冲击接地电阻不应大10Ω 。
对于燃气场站的储罐,应至少设置2处防雷接地点,接地电阻不超过10Ω。实际中的做法,都是从储罐上设置2处扁铁引下后接地。门站储罐的防雷接地点间距不宜超过30m,液化石油气场站的防雷接地点不应超过18米。
为避免产生雷击火花,罐区内小于等于4个螺栓连接的法兰盘应跨接。
加气站的CNG撬车瓶组,要至少设置2处临时用固定防雷接地装置。在实际操作中,一般与防静电接地报警合用,撬车瓶组装卸车时,连接2处静电接地。对于门站、液化石油气场站的LNG、LPG罐车的装卸车,未做要求。
2.场站内建筑
《建筑物防雷设计规范》-2010
4.3.1 第二类防雷建筑物外部防雷的措施,宜采用装设在建筑物上的接闪网、接闪带或接闪杆,也可采用由接闪网、接闪带或接闪杆混合组成的接闪器。
4.3.3 专设引下线不应少于2根,并应沿建筑物四周和内庭院四周均匀对称布置,其间距沿周长计算不应大于18m。
燃气场站内的压缩机房、泵房、液化石油气灌瓶间、液化石油气存瓶间,都是第二类防雷建筑,屋顶应设接闪网、接闪带或接闪杆,建筑物周边每隔18米就要设置一处防雷引下线,不得少于2根。
3.放散管
《建筑物防雷设计规范》-2010
4.3.2 突出屋面的放散管、风管、烟囱等物体,应按下列方式保护: 1 排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等管道应符合本规范第4.2.1条第2款的规定。
4.2.1 第一类防雷建筑物防直击雷的措施应符合下列规定:2 排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的放散管、呼吸阀、排风管等的管口外的下列空间应处于接闪器的保护范围内。
《石油化工装置防雷设计规范》-2011
装有阻火器的排放爆炸危险气体或蒸气的放散管、呼吸阀和排风管等...其防雷设计应符合下列规定:1 金属制的放散管、呼吸阀和排风管等,应作为接闪器与附近生产设备的防雷装置相连。
《城镇燃气雷电防护技术规范》QX/T109-2021
5.2.1储罐壁厚大于4mm时,储罐装有带阻火器的呼吸阀、放散管时,可利用罐体本身作为接闪器。
根据规范要求,当燃气场站放散管高于储罐或建筑时,都要在接闪器保护范围内。国家标准中,是使用球法来计算接闪器的保护范围的,但是对于超出或接近滚球半径的可燃气体放散管,必须花费极大的代价才能使其处于接闪器的保护范围之内。在实际操作中,各种做法都有,有采用独立避雷针做接闪器的,有在管口附近做避雷短针做接闪器的,也有不做接闪器,直接将放散管与屋顶避雷带的做法。
从《石油化工装置防雷设计规范》-2011来看,金属放散管本身是可以作为避雷针使用的,结合《城镇燃气雷电防护技术规范》QX/T109-2021对储罐自身作为接闪器的要求,只要放散管的的壁厚大于4mm,且安装了阻火器,从规范要求来说,就可以视为满足了避雷要求。
4.调压站
《城镇燃气设计规范》GB 50028-2006
6.6.12 设于空旷地带的调压站及采用高架遥测天线的调压站应单独设置雷电防护装置,接地电阻小于10Ω。
条文说明
2.0.23 调压站 :将调压装置放置于专用的调压建筑物或构筑物中,承担用气压力的调节。包括调压装置及调压室的建筑物或构筑物等。
2.0.24 调压箱(调压柜) box:将调压装置放置于专用箱体,设于用气建筑物附近,承担用气压力的调节。包括调压装置和箱体。悬挂式和地下式箱称为调压箱,落地式箱称为调压柜。
因此,一般只有用于高压调压的调压站,才需要做避雷措施,设避雷针或接闪网、接闪带。中低压调压的调压箱、调压柜,不需采取避雷措施。
5.燃气管道
《城镇燃气雷电防护技术规范》QX/T109-2021
6.1.1 对不少于5根螺栓连接的法兰盘,在非腐蚀环境下,可不跨接。
对于燃气管道法兰盘,螺栓数量小于4个的,都要做静电跨接,防止在法兰连接处产生雷击火花。
《城镇燃气雷电防护技术规范》QX/T109-2021
6.1.2与其他长金属物平行敷设时,当净距小于 100 mm,应用金属线跨接,跨接点的间距不宜大于30 m;交叉敷设时,当净距小于 100 mm,其交叉点应用金属线跨接。
管道之间的间距小于100mm时,要做静电跨接,使管道之间形成等电位,避免产生反击火花。
《城镇燃气雷电防护技术规范》QX/T109-2021
6.1.3 地上或非充沙管沟内燃气金属管道的始端、末端、分支处以及直线段每隔200 ~300 m处,应设置接地装置,其冲击接地电阻不应大于 10Ω,架空敷设的燃气金属管道接地点应设置在固定管墩(架)处。距离建筑物 100 m 内的管道,宜每隔 25 m 左右接地一次,其冲击接地电阻不应大于 10Ω。
地上管道因不与地面接触,管道输送产生的静电电荷、雷电产生的感应电荷,不易传导,隐私每隔一段距离要设置接地。
进出建筑物的燃气金属管道的进出口处,室外的屋面管、立管、放散管、引人管和燃气设备等处均应就近与建筑物接地装置连接或进行雷电防护等电位连接,以免雷电击穿损坏燃气管道。
根据(中国气象局第20号令《防雷减灾管理办法》),防雷设施每半年检测一次,检测接地电阻是否符合要求。
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