多管式烟囱防雷接地设计内容及要点

赵瑞萍 张夏禹

航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司 兰州 730050

多管式烟囱防雷接地设计内容及要点

赵瑞萍*张夏禹

航天长征化学工程股份有限公司兰州分公司 兰州 730050

本文根据工程实例，结合烟囱防雷接地设计规范，对多管式烟囱的防雷接地设计内容进行论述，同时对设计中需重点注意事项做了简要说明，以供探讨。

多管式烟囱 防雷 接地

烟囱是火电、冶金、化工等行业不可缺少的主要设施。多管式烟囱由于烟气出口流速稳定、浮力随含热量的增大而增大，扩散效果明显，且内部排烟管数量越多，外筒的利用率越高，建造越经济，越符合环保和节能减排的要求，逐渐成为烟囱发展的一个必然趋势。本文在对多管式烟囱设计的过程中，遇到的几个问题进行分析，为以后多管式烟囱防雷接地方案的确定提供参考。

1 烟囱防雷设计所涉及的规范

烟囱防雷设计所涉及到的规范：《建筑物防雷设计规范》GB 50057-2010、《石油化工装置防雷设计规范》GB 50650-2011、《烟囱设计规范》GB 50051-2013。《烟囱设计规范》只是要求烟囱要求设置防雷设施，并没有给出具体的做法；《建筑物防雷设计规范》、《石油化工装置防雷设计规范》对烟囱的防雷都给出了5条规定：① 砖烟囱、钢筋混凝土烟囱宜在烟囱上装设接闪杆或接闪环保护。多支接闪杆应连接在闭合环上；② 当非金属烟囱无法采用单支或双支接闪杆保护时，应在烟囱口装设环形接闪带，并应对称设置三支高出烟囱口不低于0.5m的接闪杆；③ 钢筋混凝土烟囱的钢筋应在其底部与引下线和贯通连接的金属爬梯相连。宜利用钢筋作为引下线，可不另设专用引下线；④ 高度不超过40m的烟囱，可只设一根引下线，超过40m时应设两根引下线。可利用螺栓或焊接连接的一座金属爬梯作为两根引下线用；⑤ 金属烟囱应作为接闪器和引下线。

本文就某化工厂由混凝土外筒和双钢内筒组成的多管式烟囱防雷接地设计进行探讨。

2 多管式烟囱的防雷接地设计

2.1 工程概况

某化工厂内多管式烟囱，由混凝土外筒和双钢内筒组成。混凝土外筒高176.5m，钢内筒高180.0m；外筒最大直径20m，最小直径12.5m，壁厚250mm；内筒直径分别为4.5m和3.8m，壁厚11mm；内外筒之间设钢爬梯至176.5m，钢爬梯中间有休息平台。烟囱立面布置见图1。

图1 烟囱防雷设计立面

在正常环境下，烟囱排放烟气主要组分：H2O、SO2、SO3、HCL、HF、N2、CO2、O2等。上述成分以气、液相态存在，排放过程中对钢内筒会造成腐蚀损坏，但均不属于爆炸性气体或液体。故此烟囱不按排放爆炸危险气体、蒸气或粉尘的环境设计。

2.2 烟囱防雷设计

2.2.1 接闪杆的设计

烟囱混凝土外筒的顶部设16根接闪杆，接闪杆采用耐酸不锈钢材料，高出烟囱混凝土外筒2.5m。接闪杆由接闪杆和针尖组成，接闪杆采用Φ60×6.0耐酸不锈钢钢管，针尖采用Φ60耐酸不锈钢圆钢，接闪杆和针尖可靠焊接。16根接闪杆在烟囱混凝土外筒环形均布，中部和下部由土建预埋的不锈钢抱箍固定，距顶部0.7m和1.75m处用环形不锈钢抱箍固定，以保证良好的电气连接。在距烟囱混凝土外筒的顶部1.31m的混凝土墙内壁土建预留6个160×150×100孔洞，该6个孔洞在混凝土墙内壁均布。同时在距烟囱混凝土外筒的顶部1.31m的混凝土墙内设环形镀锌扁钢(60×8)，环形镀锌扁钢在6个孔洞内与接闪杆底部、混凝土墙内引下线及时钢内筒可靠连接，见图2。

图2 烟囱顶部防雷平面

2.2.2 引下线的设计

在烟囱混凝土外筒内暗敷4根Φ18通长专用接地引下线，接地引下线在上部引出2m与接闪杆抱箍可靠连接，接闪杆下部0.5m处引出后与接地网相连，上下贯通，保证可靠的电气连接。

同时在烟囱混凝土外筒的外壁明敷4根避雷引下线，避雷引下线选用60×8镀锌扁钢，沿筒外壁敷设，每隔0.5m用不锈钢抱箍固定于土建预埋件上。敷设避雷引下线时注意避开烟囱的窗户、预留孔洞等。

2.2.3 等电位连接环(均压环)的设计

在混凝土烟囱外壁20m、50m、100m、150m的标高上敷设水平均压环。水平均压环采用60×8的镀锌扁钢，与土建预埋件及4根避雷针引下线可靠连接，连接采用十字接头或T形接头，以保证各导体的连通。为使水平均压环与接线引下线形成等电位，在各层水平均压环处、烟囱顶部、底部引出至少4块接地端子板，接地端子板和水平均压环、引下线作等电位连接。水平均压环每隔1.2m用不锈钢抱箍固定于土建预埋件上。在土建施工时，混凝土内部的钢筋宜捆扎或绑扎，以满足电气连通的要求。

2.2.4 钢内筒的防雷设计

两个钢内筒在混凝土烟囱顶部平台处用80×8镀锌扁钢分别经4点与接闪杆抱箍可靠连接，烟囱钢内筒的底部用60×8镀锌扁钢分别经4点与地下接地网连接，钢爬梯中间的各层休息平台至少有2处与钢内筒柔性连接。与钢内筒连接处均采用柔性连接件，以避免钢内筒晃动对连接导体的影响。所有防雷及接地的结构件连接处应可靠焊接，烟囱内各平台上的钢构件及钢扶梯应可靠接地。

2.3 烟囱接地设计

沿烟囱基础外围环绕一圈敷设接地网，接地网由水平接地干线80×6和垂直接地极Φ25×4组成。水平接地干线的埋深为地坪以下1m，根据土建的基础情况埋深允许适当调整，但不得高于地坪以下0.8m，水平接地干线不得通过土建基础，只可在基础下面或侧面通过。24根垂直接地极环烟囱基础外围均布，以降低接地电阻，垂直接地极顶端的埋深为室外地坪以下1m。接地网与土建基础地部的垂直距离不小于0.8m。过烟囱大门处，在接地干线上引出两根接地线至门外侧作均压带，两条均压带间距1m，埋深分别为1m和1.5m，见图3。

图3 烟囱底部接地平面

混凝土烟囱壁内钢筋、钢内筒、基础内钢筋连接均要与接地网可靠连接。地下接地网的敷设应结合基础施工同时进行，水平接地干线应埋设在粘土中。

2.4 防雷接地设计

在距墙外壁底部0.5m处土建预留4个160×150×100孔洞，该4个孔洞在混凝土墙外壁均布，明敷避雷引下线、暗敷避雷引下线、凝土烟囱壁内钢筋、接地网引上线、钢内筒接地引上线在此孔洞内通过接地端子板连接。端子板连接采用螺栓线卡连接，以便临时断开检测接地电阻。接地引上线地面上部分接地线采取保护措施。

混凝土烟囱内部各设备也应可靠接地，按就近原则，各设备连接线以最短路径实现。所有接地材料的连接及防腐处理均需按照相应有关施工及验收规范，并应留有自然变形所需的裕度。

整个防雷接地系统施工完成后，还需实测每根接闪杆及钢内筒的接地电阻，要求接地电阻不大于10Ω，如实测结果不能够满足设计要求，应增加接地极，直至满足要求。

3 结语

随着我国对环保和节能减排的要求越来越高，烟气脱硫技术得到广泛应用，多管式烟囱必然越来越普遍。防雷接地设施是烟囱附属系统中的重要组成部分，烟囱一般均高出周围建筑物，其防雷接地设计尤为重要，必须按有关防雷标准进行防雷设计。

1 GB 50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].

2 GB 50650-2011，石油化工装置防雷设计规范[S].

3 GB 50051-2013，烟囱设计规范[S].

*赵瑞萍：工程师。2001年毕业于兰州工业高等专科学校。主要从事电气电信设计工作。联系电话：13919306949，Email:zhao-rp@163.com。

2017-07-21)