浅谈防雷接地对阴极保护的影响

肖　威

(贵州省安龙县气象局，贵州　安龙　562400)



浅谈防雷接地对阴极保护的影响

肖威

(贵州省安龙县气象局，贵州安龙562400)

防雷接地是由金属导体在地下搭接而成的接地网络，而阴极保护是防止建筑物地下金属构件腐蚀的有效措施。因此，阴极保护与防雷接地存在密切的关系。防雷接地设计应考虑对阴极保护对其的影响，该文以石油天然气管道和储罐接地的防雷接地对阴极保护影响为例，进行探讨分析。

阴极保护；防雷接地；牺牲阳极保护法；外加电流保护法

1　引言

随着社会经济科技的发展，雷电灾害对社会影响日益严重日益。对于电力、石化等行业来说，科学合理的防雷措施是安全生产的重要保障，而防雷接地是防雷工程中的重要部分。另外，在天然气站，加油加气站，变电站地下往往有大量的金属管道和金属线路，为了防止腐蚀造成泄漏、漏电等事故的发生，都安装了阴极保护装置来作为防腐蚀措施。然而，防雷保护与阴极保护有着紧密的联系，不合理的防雷工程设计会损坏原有的阴极保护装置。而正确的阴极保护措施在防止其他金属腐蚀的同时也能防止防雷接地网被腐蚀。本文主要用阴极保护在埋地石油储罐和油气管道的防雷接地上的应用进行分析。

2　防雷接地与阴极保护

2.1防雷接地

防雷接地就属于外部防雷系统，即是将雷击时所产生的雷电流通过埋在地下的导体向大地泄放，以避免雷电能量集中造成各种破坏。

接地装置直接将与大地接触的各种金属构件、金属管道、钢筋混凝土建(构)筑物等自然接地极。也可以采用专门用作接地的金属线材、金属网等人工接地极，大部分使用铜和热镀锌的钢材。

2.2阴极保护

阴极保护的基本原理就是给金属补充大量的电子，使其处于阴极状态，抑制腐蚀的发生。是防止电力设施、埋地运输管道和大型罐群等腐蚀的有力措施。根据不同方法阴极保护分为：牺牲阳极保护法和外加电流法两种。

2.2.1牺牲阳极保护法是利用比被保护金属还原性更强的金属材料与被保护金属连接。在土壤这个电解液中，还原性更强的金属自身会不断受到腐蚀，同时向被保护金属输送电子，通过牺牲该金属而达到保护目标金属的目的。

牺牲阳极法简单易行，不需要外部电源，随管道一起施工安装，工作量小，且在运行过程中，维护简单。但是驱动电位低导致保护范围小，阳极寿命有限，一般只有3～5 a，需人工定期更换。

2.2.2外加电流法通过外加电源设备对被保护金属施加保护电流，提供足够多的电子，使被保护金属处于阴极状态，从而达到防腐蚀的效果。

外加电流法驱动电压高输出电流大，常用于长输管线和区域性管网的保护，保护范围广，寿命长。但其实现需要依靠外部电源，且配专业人员进行维护监管。这种保护形式通常用于土壤电阻率较高或者规范较大的电力设施。

3　油气输送管道的阴极保护与防雷接地

3.1油气输送管道的阴极保护设计

经过上一章节可知，管道的阴极保护设计通常使用两种方式，即外加电流保护法和牺牲阳极保护法，由于油气管道都具有范围广长度长的特点，所以采用外加电流保护法来进行保护油气管道是最好的选择。一般的外加电流保护系统由提供保护电流的电源、参比电极、辅助阳极和连接电缆组成。具体设计图如图1所示。

图1　油气管道阴极保护设计图Fig.1　The design of oil and gas pipelines on cathode protection

3.2油气管道防雷接地对阴极保护的影响

油气管道的防雷设计根据规范要求应该对其进行电屏蔽保护。并且必须采用去耦合器来进行屏蔽线与油气管道的连接，因为埋地油气管道本身都有着相应的阴极保护设施，设计中所采用的外加电流保护法如果在遇到有屏蔽线的管道时，阴极保护系统的保护电流就会通过屏蔽线迅速泄流到大地，这将使管道的阴极保护功能丧失，对管道的安全运作产生威胁。如果在屏蔽线与油气管道连接中间加入了去耦合器，就可以防止阴极保护的保护电流的流失。如图2所示。

图2　管道去耦合器示意图Fig.2　The design of coupler on piping

为了防止雷电对油气管道产生危害，一般在油气管道都会安装相应的防雷接地设施。对于埋设在土壤中的油气金属管道，由于容易受到腐蚀。因此需要采用了外加电流保护法来进行阴极保护。在实际工作生产中，如果防雷接地安装不当，则会导致阴极保护系统的保护电流通过防雷接地直接泄流到大地之中，造成油气管道上的保护电流微乎其微，几乎得不到保护，这将导致管道受到土壤的腐蚀，甚至穿孔，产生极大的安全隐患。

如果将防雷接地通过隔离器与管道相连接就可以有效解决问题。在防雷接地安装过程中，为了隔绝防雷接地极对阴极保护系统之间的影响，可在防雷接地极上安装电火花间隙与管道相连。电火花间隙平时处于开路状态，接地极将不影响油气管道的阴极保护系统。当油气管道遭到雷击时，间隙被击穿，将管道上的过电压迅速导入到大地中，使管道得到保护。

4　石油储罐的防雷接地与阴极保护

4.1石油储罐的防雷接地设计

石油储罐的防雷设计应该严格遵循GB50156《加油加气站设计与施工规范》和GB50057《建筑物防雷设计规范》中储罐的防雷设计，设置储罐的接地点至少两处以上，接地电阻不大于10 Ω，接地极与储罐的铜芯连线横截面>16 mm2，达到降低反击电位和跨步电压的要求。接地极材料一般选用镀锌扁钢、镀锌角钢或者石墨等构成的接地网络。

4.2石油储罐的阴极保护设计

储油罐为金属罐体，由于储罐的范围一般较小，并且处于安全的考虑不适合外加电流在储罐上，所以一般就选择牺牲阳极保护法，在罐体的周围安装金属阳极，如镁，使电子通过土壤向罐体的底部流入，防止金属原子失去电子而变成离子，从而达到罐底的防腐保护。如图3所示。

图3　石油储罐的阴极保护示意图Fig.3　The design of oil storage tanks on cathode protection

4.3石油储罐防雷接地对阴极保护的影响

当储罐周围防雷接地安装方法不当时，大部分电子却会通过接地极流入储罐底板，从而使阴极保护失去防腐蚀的作用。通过资料和实验对阴极保护系统上的阳极检测，会发现如果将阳极布置在储罐周围，大部分阴极保护电流是通过储罐的防雷接地极流入储罐的，而通过土壤进入储罐的电子几乎不到十分之一，所以防雷接地严重的破坏了阴极保护装置。

为了解决这种防雷接地的影响，可以采取以下的办法：

一种方法是直接把阴极保护阳极当成防雷接地极来安装，达到“一极两用”的效果，即在牺牲阳极的阴极保护中，把阳极的接地电阻做到防雷接地所要求的范围之内，并且把阳极连接线缆的截面积也做到大于防雷规范要求的值，从而达到阴极保护阳极和防雷接地极的双重作用。

另一种方法多用于新建的石油储罐，是在储罐地下做一层防渗膜，这种方法多用于新建的石油储罐，我们把阳极置于防渗膜里面，而把接地极安装在防渗膜外面，把接地极与阴极保护的阳极分开，可以有效的阻止阴极保护电子向接地极流入，而且还起到了防止储罐底渗漏的石油液体向地下渗漏而污染地下水。如图4所示。

还有一种解决办法是对于已经建设好的石油储蓄罐，在罐的防雷接地极与罐体之间的连接线上安装压敏电阻或者放电间隙，在平时情况下，压敏电阻或者放电间隙是处于开路的状态，阻断了阴极保护的电子从阳极流入接地极，当发生雷击产生过电压时，压敏电阻阻值将会减小或放电间隙将会击穿形成通路，将雷击产生的过电流释放到大地。

5　结论

①本文针对阴极保护的两种方法，分别用油气管道和储罐两个典型的例子分析了防雷接地给阴极保护装置带来的危害影响，并根据防雷接地与阴极保护装置产生的负面影响，列举出了多种不同的有效解决措施。

②本文可以加强处于防雷领域的工作人员对阴极保护的重视，在以后工作中不管是从事防雷工程设计，防雷图纸审核还是防雷检测都应该注意防雷接地给阴极保护带来的影响，特别是大型油气管道设施，储油罐和大型变电站等设施。

图4　石油储罐安装防渗膜示意图Fig.4　The design of oil storage tanks use impervious films

[1] 中华人民共和国国家质量监督总局.中华人民共和国国家标准GB50057-2010[S].北京: 中华人民共和国住房和城乡建设部,2010-11.

[2] 熊道英.基于阴极保护的输油埋地管道防腐技术问题探讨[J].工业技术,2006.

[3] 岳晓钰,何振平.阴极保护技术在长输管线工程中的应用[J].中州煤炭,2006.

[4] 虞昊.现代防雷技术基础[M].北京：清华大学出版社,2005.

[5] 冯骅,马健.储罐防雷接地对阴极保护效果的影响[J].油气储运,2007,26(1):51-52.

Influences of Grounding for Lightning on Cathode Protection

XIAO Wei

(Guizhou Anlong Meteorological Bureau, Anlong 562400, China)

Grounding for lightning is an earthing network which is connected by metallic conductors under the ground, while cathode protection is an effective measure to prevent buildings'underground metal components from erosion. Therefore, there exists a close relationship between cathode protection and grounding for lightnig. The design of grounding for lightning should take the influences of cathode protection on it into account. This thesis takes the influences of grounding for lightning in oil and gas pipelines and tank grounding on cathode protection as an example to conduct a discussion and analysis.

cathode protection; grounding for lightning; abandon-anode-protection technique; impressed current protection

1003-6598(2016)02-0081-04

2015-11-07

肖威(1992-)，男，助工，主要从事防雷减灾和县级气象综合业务工作，E-mail:307813952@qq.com。

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