安徽华塑100万吨/年PVC项目一期工程防雷防护设计

殷剑

摘要：通过对安徽华塑股份有限公司100万吨/年PVC项目一期工程地区近几年的雷电资料统计分析，找出雷电特点、高发期以及雷电强度，从防直击雷、感应雷、雷电波侵入和防雷施工安全4个方面对一期工程雷电防护设计提出了方案和建议，为项目工程建设提供了雷电防护措施和方法，为该工程避免雷电灾害提供了保障。

【关键词】PVC项目一期工程 雷击灾害 防雷设计

雷电灾害是“国际减灾十年”公布的最严重十种自然灾害之一。近年来，在应对各类自然灾害过程中，各级政府强调要以人为本，首要保障人民群众生命安全。安徽华塑股份有限公司为安徽省最大的盐化工企业，是安徽省“861”行动计划重点项目，是振兴皖北经济“煤化.盐化一体化工程”的重要组成部分。该公司100万吨/年PVC项目一期工程包括了热电厂、电石厂、氯碱厂、水泥厂、采输卤及真空制盐、石灰石矿山和公辅工程等，建设总投资160亿，一期工程投资75亿元。其中氯碱厂设有烧碱装置、乙炔装置、VCM装置和PVC装置等四个主要工艺装置。为了准确把握该项目所处地域的气候背景及雷电灾害发生规律，避免或减轻项目规划、建设及运营期因雷电灾害造成的损失，对安徽华塑股份有限公司100万吨/年聚氯乙烯及配套项目，依据国家现行的技术标准、规范方法和要求，通过现场勘测，收集各类资料，根据项目对雷电灾害的敏感度、影响程度进行分析，评估该项目可能遭受雷电灾害的危险性，提出有针对性的对策及建议，为项目的规划和建设提供决策依据。

1 项目分析

1.1 地理状况

滁州市位于安徽省东部，在东经117°09′～119°13′和北纬31°51′～33°3′之问，滁州市下辖天长、明光两市，来安、全椒、定远、凤阳四县，琅琊、南谯两区，国土总而积为1.33万平方公里。厂址中线点为东经177°15′00″、北纬32°3′00″，位于定远县炉桥镇北偏东4～6公里处，地处合肥、蚌埠、淮南、滁州四市中心区域，东距定远县城45公里、滁州120公里，西距淮南19公里，北距蚌埠45公里、淮北181公里，南距合肥81公里。周围大部分农田，环境状况良好。

1.2 项目工程建設

安徽华塑股份有限公司100万吨/年聚氯乙烯及配套项目（简称100万吨PVC项目）系利用淮北矿区的丰富的煤炭资源及其衍生的焦炭、电力资源，以及皖东地区的盐岩资源、巢湖地区的优质石灰石资源，通过梯度开发、深度加工，最终形成年产100万吨聚氯乙烯、76万吨烧碱、250万吨水泥为主要产品的特大型盐化工基地。工程总投资1432562万元，其中一期671640万元。项目工程建设总体规模为：年产电石140万吨、离子膜烧碱80万吨、聚氯乙烯100万吨，配套建设电石渣制水泥250万吨/年。本项目将分两期实施，其中一期工程的建设规模为：年产电石56万吨、离子膜烧碱36万吨、聚氯乙烯40万吨，配套建设电石渣制水泥100万吨/年。

电石装置由原料工序、工艺生产系统、公用工程及辅助设施组成。原料工序包括翻车机卸车装置及堆、取料机转运装置和石灰石露天堆场、焦炭库及相关的物料破碎和转运系统等。工艺生产系统包括石灰生产工序、焦炭干燥工序、电石生产工序、电石冷却破碎工序、电石炉气净化工序。公用工程及辅助设施包括循环水站、变电所、机械制造及维修、电极糊库、综合仓库、综合楼等。其中电石装置布置在整个厂区的西北部；原料库房及相应的堆场、转运设施等原料工序靠西侧，按工艺流程，将石灰生产工序（包括气烧石灰窑装置、原料破碎及筛分、各转运皮带）、焦炭干燥工序布置在堆场的东侧、装置区的中部。相应公用工程及辅助设施，包括高压开关站及变电所、循环水站、机械制造及维修问、综合楼、综合仓库、电极糊库、煤气柜等，分别布置在厂区中部。

2 雷击灾害分析

定远县炉桥镇雷电灾害事故多出现在夏季，主要有两类：一类是直接雷电灾害，会直接击伤人畜，击坏变压器、建筑物，引起火灾等。另一类是感应霄击，主要是通过静电感应和电磁感应的形式侵入物体造成损坏。1981 - 2010年定远县的年平均雷暴日为28天。其中2003年雷暴日最多，为43天；1999年雷暴日最少，仅有11天。5～8月为雷电高峰期，其中7月发生率最高，月平均为9天，9月开始明显减少，10月至翌年3月是雷电的低发期。6-8月闪电电流90%以上大于50kA，是强雷暴的多发期，易造成霄击。雷暴的破坏力很大，严重威胁着人们的生命财产安全。

2.1 雷电活动的时间分布特征

根据2010年3月～2013年7月的安徽省ADTD闪电定位资料进行统计分析，得到安徽省的闪电年分布曲线如图1所示，总闪、正闪呈现出总体单峰的特征，闪电的高发期主要是集中在6、7、8、9这4个月份，总数达到全年的90%以上，这4个月的月均闪电频数在88719次以上，其中8月份闪电最多，其他几个月的闪电频数较少。负闪的年分布特征与总闪的类似，负闪数占总闪的比例约为96%。正闪的年分布与总闪相似，3月、4月、5月闪电频数略大，其他月份正闪数极小。

图2为安徽省总频闪数的时问分布特征，由图可见，总闪集中发生在7月份和8月份的14点至20点时段，每个小时内每月最多可发生近20000次闪电。日分布较为均匀，峰值主要在午后15点至17点时问段，上午6点至11点为发生闪电最少时段。总闪频数的日变化图（图2上方）和总闪频数的年变化图（图2右侧）分别为主图中以十字线为基准的水平剖而图和垂直剖而图。

综上所述，安徽省6月～9月（尤其是7、8两个月份）应当作为全年的雷电防护的主要时段，特别是下午14点到20点阶段。

选取氯碱厂及电石厂项目周围5kmx5km内样本闪电制成闪电月变化分布图和日变化分布图如3、图4所示。

5～9月份雷电活动最为频繁，6～8月为地闪高发期，据统计86.92%以上的地闪都发生在这三个月份，7月份为雷电发生最多的月份，占全部雷电活动的40%以上，1、2、11、12月基本没有地闪发生。6～8月为该地区雷电高发期，各类灵敏设备安装、调试，应尽可能避开这几个月份，最好安排在1～4、10～12这些月份。endprint

对项目区域的地闪日变化统计发现，闪电活动主要活跃在午后到傍晚，15～21时为地闪高发时段，48.82%以上的地闪都发生在这些时段，其中15和19时雷电活动最为强烈。因此，在室外施工作业时，如遇雷雨天气，应尽量避开雷电活动频繁时段，建议停止室外施工。

2.2 雷电活动的空间分布特征

根据安徽省ADTD闪电定位资料，可以得到滁州市地闪密度的空问分布特征，如图5所示。

由图5可以看出，滁州市的年平均地闪密度大都在15次/km²·a以上，个别区域年平均地闪密度处于85次/km²·a以上：而南部的某些区域的年平均地闪密度在75次/km²·a以上，因此南部的霄击较为频繁，东部霄击相对较少，一般都在35次/km²·a以下。

选取氯碱厂及电石厂项目周围5kmx5km内样本闪电制成闪电密度以及闪电强度的等值线图6、图7。

根据图6计算出氯碱厂及电石厂项目附近5公里的年平均地闪密度约为4957次/km²·a。

由图7可知，氯碱厂及电石厂项目（5km×5km范围内）区域范围内雷电流特征：

平均雷電流幅值为46.97kA；

1%的雷电流幅值大于182.47kA；

O～10.1 kA的雷电流占10.42%；

10.1～15.8 kA的雷电流占10.19%；

15.8～50.8 kA的雷电流占46.00%；

50.8～100 kA的雷电流占23.97%；

100 kA以上的雷电流占9.41%。

3 防雷设计建议

现代防雷技术应该综合考虑外部和内部防霄，这样既可以防止直接霄击，又可以对室内的电子设备系统形成保护。

3.1 直击雷防护设计建议

罐体等金属屋而建构筑物顶部区域所有位置厚度均应均大于4mm，则可以使用金属物本身作为接闪器，但必须确保内部各区域的电气连接良好，防止静电及火花产生。

金属物本身作为接闪器时，必须确保引下线全线电气连通，相邻引下线之问问距不超过30m，引下线数量不少于两根。

项目土壤电阻率较低，导致该区域接闪概率增加，但同时也给项目降低接地电阻创造了良好的条件。因此，为了保证雷电流的顺利泄放，在接地装置的设计和施工中，可充分利用土壤的特点，采取加大自然接地体的利用系数、增大接地体与土壤的接触而等手段来降低接地装置的费用。

项目中的办公楼等钢混结构类建筑，除做好直接雷击防护外，外墙而的装饰材料及其内层的保温材料务必采用阻燃材料，防止因霄击而造成起火。同时，屋而金属物体、金属门窗、栏杆的物体应与引下线做好等电位连接，引下线附近应做好防跨步电压措施。此外，做好卫生问的等电位措施。

整体来看，建议项目做好综合防霄设计，并在项目建成以后接受相关部门定期防雷装置安全检测，做好雷电应急预案，加强防雷管理。

3.2 防雷电波侵入措施设计建议

电子系统引入时应通过埋地方式，如不能埋地走线，应采取屏蔽措施，屏蔽体必须两端接地。

电子系统布线时应避免形成而积大的环路，从而因电磁感应产生过电压波，损坏电子系统级终端控制系统。

电子系统应设置相匹配的过电压保护器。

电子设备，特别是裸露在室外的电子设备，必须安装防爆箱。

项目中SPD的安装应符合如下要求：

（1）通信线路建议安装LPLⅢ-Ⅳ级要求的SPD进行保护；

（2）要求总配电开关处（第一级）SPD冲击放电电流不小于lO.OOkA （10/350ys）（40.OOkA （8/20μs））：

（3）各层配电箱处（第二级）应安装不小于20.OOkA （8/20μs）（限压型）的SPD；

（4）各级SPD的电压保护水平要求有20%的安全裕量。

3.3 防雷电感应措施设计建议

为了减小因雷击建筑物或线路附近造成的雷击损失，建议在防雷电感应措施上适当增加投入并确保采取如下技术措施：

设置除静电装置，人员进出时，必须按照相关规程进行操作；

所有非屏蔽信号线缆敷设在金属屏蔽线槽（管）内，金属屏蔽线槽（管）应保持良好电气导通性，并应在雷电防护区交界处做等电位连接并接地；

此外，易燃易爆场所设计时应考虑发生事故对周边环境的影响，安全距离应符合国家标准《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010）的要求。

3.4防雷施工安全指导建议

6～8月为项目所在地的雷电活动的高发时段，一天中的15： 00～21： 00为一天内高发时段，因此，施工单位应根据雷暴季节变化和日变化规律，及时关注天气变化情况，合理安排工程施工进程，将潜在雷电灾害风险降低。

建立健全的施工现场雷电应急措施，施工单位密切关注气象台发布的雷电预警信号，及时做好预防措施。

完善施工现场设施的防雷措施。

在各项工程的施工过程中，应当严格按照有关规定做好防雷装置施工所使用的材料、设备或产品的质量把关和测试工作。

在工程的施工过程中，建设单位应当严格按照有关规定和程序，主动做好有关防雷工程施工质量的检测和把关工作。

4 总结

（1）掌握该项目工程的建设规模，深入了解项目建设的总体规划、生产车问的分布以及雷电防护的重点区域，为雷电工程设计奠定基础。

（2）通过对该地区近几年的雷电资料统计分析，掌握雷电特点、一年中高发期和雷电的强度，为防霄工程的设计提供了依据。

（3）结合项目工程建设，提出了四个方而的防雷电建设的建议，为该工程能够有效避免雷电灾害提供了保障。

参考文献

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