新疆天业四期电石项目乙炔生产防雷分析

（石河子气象局防雷中心，石河子市，832000） 王 勇

雷电灾害是一种严重的自然灾害，它威胁人身安全和财产安全，危害公共服务，雷击灾害已被联合国确定为十大自然灾害之一。随着近几年乙炔生产新装置和自动化设备的大量使用，乙炔生产装置自动化水平越来越高，乙炔气体易燃易爆，防雷措施防护不到位，轻者造成乙炔生产设备损坏，重者导致重大经济损失和人员伤亡。天业四期40万吨电石建设项目拟建厂址位于新疆石河子市北工业区，石河子市位于新疆北部、天山北麓中段，准噶尔盆地南缘，东临玛纳斯县，南靠天山，西接克拉玛依市、奎屯市。考虑到电石项目建设包含很多工程项目，分析乙炔生产工程防雷措施。

1 石河子雷暴特征分析

1.1 石河子雷暴日月变化特征

将石河子1979～2017年每个月的雷暴日数进行统计（图1），石河子地区的雷暴集中在每年4～10月，通过对资料的统计我们可以得到以下数据，全地区38年来夏季6～8月雷暴日累积为565d，平均下来每年17d，占全年雷暴日的77%左右，而春季4～5月雷暴日年平均为3.5d，占了全年雷暴日的17%左右，11～2月基本上没有雷暴日。雷暴日的月变化表现为明显的单峰值，最多出现在7月份，8月份雷暴日仅次于7月，其接下来依次为6月，5月、9月、4月和10月。

1.2 石河子地闪日变化特征

图2 石河子地闪日变化特征

通过近几年石河子地闪数据统计（图2），石河子地区雷暴日的闪落时间大致可以分为2个时段,第一个时段是从13～01时,这一时段是雷暴日中最活跃的时间，第二个时段是02～12时,这个时段年是落雷最少的时间。雷电活动的时间分布基本呈二峰一谷变化，午后开始雷电活动逐渐加强，峰值出现在14～18时，这主要由于午后强烈的太阳辐射，能量逐渐累积，局地对流加强，雷电活动开始剧增，随后逐渐减弱，在24时又达到一高峰，02～12时雷电活动很少或没有。

1.3 石河子地闪密度

地闪密度是地面每平方公里年平均落雷次数，用Ng表示，单位为：次/km2·a。地闪密度是表征雷云对地放电的频繁程度的量，是估算建（构）筑物年预计雷击次数时重要的参数。图3为石河子气象局雷电监测网闪电定位资料绘制的该工程项目附近平均地闪密度等级图。

图3 平均地闪密度等级图（单位：次/km2·a）

2 乙炔生产建（构）筑物防雷分类

对电石项目乙炔生产工程数据统计如表1，其中乙炔发生器间、乙炔压缩机间和乙炔汇流排间为防雷1区。

3 乙炔生产装置防雷直击雷措施

乙炔生产建（构）筑物外部防雷的措施（图4），采用装设在建筑物上的接闪带或接闪杆，也可采用由接闪带或接闪杆混合组成的接闪器，接闪带在整个屋面组成不大于10m×10m或12m×8m的网格，在乙炔气柜、乙炔发生、乙炔清净对应箱体柱顶部设置独立避雷针,预埋钢板埋设在柱顶与避雷针做可靠连接,预埋钢板与接地干线之间用50×8扁钢焊接连通。乙炔发生和乙炔清净厂房屋面安装避雷带及独立避雷针，并且与接地干线之间用-40×4热镀锌扁钢焊接连通。

图4 乙炔气柜防直击雷措施

4 乙炔生产装置防感应雷和静电措施

建筑物内的设备、管道、构架等主要金属物，应就近接到防雷装置或共用接地装置上，建筑物内防闪电感应的接地干线与接地装置的连接，不应少于2处。总等电位接地端子板应与共用接地装置连接，并通过接地干线引至局部等电位接地端子板，总等电位接地端子板与接地装置之间的连接导体及局部等电位接地端子板与总等电位接地端子板之间的接地干线截面积：铜质不小于50mm2，热镀锌钢质不小于80mm2。乙炔设备、乙炔管、乙炔汇流排应有导除静电的接地装置，接地电阻不应大于10Ω。乙炔管道可在管道分岔处、无分支管道每80-100mm处以及进出车间建筑物处应设接地装置；直接埋地管道，可在埋地之前及出地后各接地一次，车间内部管道，可与本车间的静电干线相连接。避雷针集中接地装置与接地干线接地线的地中距离不得小于3m，距离无法满足要求时两者可以相连，但与主接地网的地下连接点的长度不得小于15m，避雷针及其接地装置与道路或出入口等的地中距离不得小于3m，否则应做绝缘路面或均压路面。由于乙炔气体极易爆炸，在仪表的选择上尽可

表1 天业四期电石项目乙炔生产建（构）筑物防雷分类

能采用本质安全型仪表。在乙炔气体有可能泄漏的地方，设置可燃气体检测报警器，可燃气体报警盘设在装置控制室内，监视现场可能出现的异常情况。乙炔压缩机和爆炸危险场所通风机等设备，当采用皮带传动时，皮带应有导除静电的措施。

5 乙炔生产防雷接地系统

图5 乙炔清净厂房防雷接地图

图6 乙炔压缩厂房防雷接地图

乙炔生产厂房接地装置采用闭合环形网格状地网（图5～图6），以均衡地电位，防止发生反击。利用建筑物桩、承台、基础内的结构钢筋构成自然接地装置。建（构）筑物采用综合接地系统，交流工作接地、直流工作接地、安全保护接地、防雷接地应共用接地装置，接地电阻不大于4Ω。为保证雷电流顺利导入大地，接地体的接地电阻在当地土壤电阻率允许的条件下做到最小，采用换土法、敷设高效降阻剂、增加辅助地网、外引加长等方法。

6 结论

石河子雷电活动主要出现在垦区西南、西北地区，地闪密度大落雷几率较高。天业四期40万吨电石建设项目选址在地闪密度相对较大的边缘，按规划要求无法避开，应提高建（构）筑物及生产设备的防雷类别。

根据闪电资料的分析，石河子地区整体地闪雷电流强度较高，平均在75kA以上，个别地区达到100kA甚至120kA。一旦发生雷击地闪，造成损害的概率大。乙炔发生、乙炔清净和乙炔气柜建（构）筑物的防雷等级必须在二类以上。

石河子雷暴主要活动期为4月～9月份，其中5、6、7、8月份为雷暴高发期，70%以上的雷暴都发生在这四个月；4、9月份为雷暴多发期，17%的雷暴发生在这两个月。乙炔生产厂区各类机房内灵敏设备安装、调试，应尽可能避开5月～8月这四个月份，最好安排在10月～12月份或1月～3月份。

乙炔生产防雷装置周期性维护的周期为半年，应在每年的雷雨季节前进行一次全面检测。