毕节市天然气储配站雷电灾害风险评估与防护对策

刘 佳，杨念华，陈林琴

(1.贵州省毕节市气象局，贵州 毕节 551700;2.贵州省金沙县气象局，贵州 金沙 563600)

1 引言

雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。通过雷电灾害风险评估，对建设项目可能存在的雷电危险有害因素进行识别，指出隐患，提出补充和完善的对策、措施，以满足安全生产的要求。同时为防雷装置设计提供指导意见及防护对策。

2 建设项目概况

毕节市燃气有限责任公司天然气储配站建设工程位于毕节市鸭池镇头步村赵家湾，占地面积26 830.2 m2。地处平坦地带，站前有公路，交通便利，该项目背后有山丘。场地标高于洪水位，周围有排水沟。建设液化天然气储罐12个(近期建设8个100 m3储罐，远期建设4个100 m3储罐)及配套工艺设施，同时建设1.5万 m3/d汽车加气站(4台加气机)1座以及场站管理维修设施。辅助设施包括:消防泵房、消防水池、配电间、值班室、综合办公楼、材料库房等。

2.1 项目地理位置及总平面布置

毕节市天然气储配站中心位置:27°16'470″N，105°20'836″E。

毕节市天然气储配站由办公综合楼，材料库房，仪表、控制室，加气站房，加气棚，水泵房，消防水池，储罐区，气化区，压缩、脱硫、脱水区，大门值班室等组成。

2.2 供电、安防及火灾报警系统

电源采用220V单项引入，主要用于照明、路灯和监控及报警系统。

安防系统主要包括:监控系统、周界防护系统以及入侵报警系统。其中，监控报警中心设在值班室，岗哨及值班室均设置火灾专用报警电话。

3 雷电活动分析

资料数据来源:毕节市气象局45 a(1964—2008年)气象观测资料;贵州省近5 a(2006—2010年)雷电监测网资料;现场土壤勘测资料。

3.1 毕节市气象观测数据分析

以毕节市1964—2008年气象观测数据统计:毕节市年平均雷暴日为56 d，月平均雷暴日接近5 d;雷电活动主要发生在4－9月，雷暴日最多的年份为1983年，天数为87 d;雷暴日最少年份为2001年，天数为39 d。初雷日最早为1月1日发生在1987年;终雷日最晚为12月31日发生在1979年;初终间跨度最长的年份为2002年，从1月3日—12月18日。

毕节市雷暴日的年际变化趋势较大，介于39～87 d之间(图1)。

图1 毕节市1964—2008年雷暴日(观测数据)年际变化

人工气象观测资料得到的雷暴日数仅仅反映了某区域大致的雷电活动特征，该数据不能准确表征地面落雷的频繁程度、闪电电流强度等雷电参数。因此，在进行建(构)筑物年雷击次数的估算、雷击风险计算时，本报告采用项目所处区域实际雷电监测网监测数据。

3.2 贵州省近2006—2010年雷电监测数据分析

3.2.1 地闪密度 根据雷电监测数据统计，毕节市雷电年平均地闪次数为13 666次，地闪密度为4.0次/(km2·a)。项目区域(以项目地址中心位置5 km半径)内雷电流年平均地闪次数605次，地闪密度为7.0次/(km2·a)。本报告采用该值作为雷电风险计算参数。

3.2.2 正负闪雷电流强度分布及极值 毕节市最大雷电流强度249.80 kA，平均闪电强度35.67 kA，0～20 kA雷电流占28.40%，2～50 kA雷电流占55.33%，50～100 kA雷电流占15.54%，100kA以上雷电流占2.73%(表1)。

表1 2006—2010年毕节市最大正、负闪强度及平均闪强度表(kA)

3.2.3 雷电季节变化 毕节市地闪主要活动期是4－9月，97.04%以上的地闪都发生在这6个月(图2)。

3.3 土壤电阻率

在防雷装置设计施工中，土壤电阻率是一个重要且关键的参数，该参数的准确度直接关系到防雷装置设计过程中的科学设计，也能极大的影响到建设单位投资费用。

根据项目可研报告中地质条件“场区以溶丘沟谷洼地地貌为主、场地位于沟谷间相对较平缓地带”现场勘测平均土壤电阻率为270Ω·m，属中等土壤电阻率区域。

4 雷击风险评估

可接受风险值参照QX/T 85－2007推荐可承受风险的代表性值。

建筑物分区:根据本工程区域内的建构筑物使用功能和位置分布情况，划分以下防雷区域:加气区域(Z1)、储罐区域(Z2)、办公区域(Z3)、材料库房区域(Z4)。

建筑物周边环境:毕节市天然气加气站工程所在地地处沟谷间平坦地带。工程项目各区域特征值参照QX/T 85－2007。

各区域特征见表2～表6。

表2 加气区域(Z1区)的特征

表3 储罐区域(Z2区)的特征

表4 办公区域(Z3区)的特征

表5 房区域(Z4区)的特征

表6 不同分区内风险R的组成

5 结论

通过对加气区储配所处区域的气象观测数据、雷电监测网数据统计分析，并对站区主要建构筑物进行了年预计雷击次数计算、雷电风险估算，结合项目的使用性质、建构筑物结构特点和相关规范，评估结论如下:

气象观测数据统计的毕节市年平均雷暴日数为48 d，根据GB50343－2004，毕节市属高雷暴区。雷电监测网数据统计的年平均雷暴日数高达71 d，根据雷暴强弱等级划分，毕节市属强雷暴区。

根据雷电监测资料统计分析结果，站区中心位置3 km半径范围内年平均地闪次数122次，地闪密度约为6.1次/(km2·a)，大于毕节市的年平均地闪密度3.8次/(km2·a)。说明该站区落雷概率高，易遭受雷击。

加气区域、储配区域、办公区域、库房区域的年预计直接雷击次数在0.009～0.054次之间，线路年预计雷击次数为0.042次。上述区域的人员伤亡风险值分别为 6.26E －07、1.60E －07、2.01E －06、4.35E－06，均小于 QX/T85－2007规定的可承受风险(1.00E －05)(表6)。

6 防护对策

根据评估结果，毕节市天然气储备站需作防直击雷和防雷电波入侵设计，站区可设计避雷针或避雷塔、办公楼设计避雷带作防直击雷保护，站棚为钢架体可直接接地，避雷针或塔离储备罐距离不小于5 m，接地电阻不小于10Ω。LNG立罐、LNG加气机及CNG储气瓶组是雷电防护的重点。除按常规防雷设计外，还应满足以下要求:

①加气站、储配罐、综合办公楼及材料库房应分别按第一、第三类防雷建筑物设计，首次雷击电流参数应分别按不小于250 kA、150 kA设计，接地电阻不大于10Ω。

②进出加气站站区、储配罐的线路应采取等电位连接、静电防护、金属管屏蔽措施。配电房应安装通流量不小于60 kA的电涌保护器(SPD)。

③加气站棚、储备罐的照明必须采用防爆装置。

［1］GB 50057—1994.建筑物防雷设计规范［S］.北京:中国计划出版区，1994.

［2］杨仲江.雷电灾害风险评估及管理基础［M］.北京:气象出版社，2010.