城镇燃气雷电防护措施分析及防雷设计技术要点研究

李锦顺，刘 洋，张 劲

（吉林省气象灾害防御技术中心，吉林 长春 130062）

城镇燃气是指从城市、乡镇或居民点中的地区性气源点，在适配系统的基础上向居民生活、商业、工业企业生产、采暖通风、空调等不同用户提供符合一定质量要求的可燃气体。城镇燃气主要涵盖有天然气、人工煤气和液化石油气。随着能源开发的日益加剧和社会经济的快速发展，在人们日常生产生活中城镇燃气发挥着十分重要的作用，且对于安全用气、防雷减灾的要求也日益增强。城镇燃气雷电防护的过程中，应从防直击雷、防雷电感应、防雷击电磁脉冲和防雷电波侵入等方面出发，通过科学有效的防雷设计，确保整个防雷系统具有安全可靠、技术先进等特征。

1 雷电对城镇燃气管道的破坏

1.1 电效应

雷电出现时会产生巨大的能量和冲击电压，瞬时电压可以达到上万伏特甚至是十几万伏特。一旦雷电击中燃气设备及其周围的电气设备，将会直接击穿设备表面的绝缘层，进而对其产生破坏，造成设备电路短路，严重的情况下则会出现火灾、爆炸事故等。

1.2 热效应

雷电出现时会有巨大的电流产生，只需要极短的时间就能穿过导体介质，进而将电能转化为热能，这种热能很容易将钢棒焚毁或熔化。若易燃物上有这种电流经过将会在瞬时引发火灾甚至是爆炸事故。

1.3 静电感应

在雷云及大地间形成的电场中会有金属电荷产生。若雷云中释放雷电，电场则会消失，在电场中聚集的大量电荷也会失去引导作用，之后以无规则的运动散开，同时会有静电产生，极易造成周围的可燃物发生燃烧或者爆炸。

1.4 电磁感应

雷电出现时会有巨大的电流出现，且电压变化较为迅速，在短时间内会有交变电磁场产生，且磁场的能量较强。随着磁场的变化，位于交变电磁场中的导体会产生电动势，并感应磁场中形成闭合回路的金属导体，此时就有电流产生。若闭合回路的某个位置有物体存在，且电阻值较大，该回路局部将会出现短路或发热现象，严重的情况下会出现火花放电，甚至是爆炸。

1.5 雷电波侵入

若是在金属管道或被架空的线路上有雷电降落，在瞬间会有巨大的冲击电压，并以线路或者管道为媒介快速传播，若是管道和线路连通建筑物，巨大的冲击电压将会侵入到建筑物内的燃气管道、电源装置、电气线路上，进而将对应设备的绝缘层击穿，极易出现短路或发热现象，甚至是引发燃烧或爆炸事故。

2 城镇燃气雷电防护及防雷设计要点

2.1 外部防雷

2.1.1 接闪器

接闪器主要是由拦截闪击的接闪杆、接闪带、接闪网、金属屋面或构件等组成的。在对天面的接闪器进行布设时，可以对符合防雷类别要求的滚球法或接闪网进行单独或组合设置。若燃气站内的建筑物属于钢筋混凝土结构，应将接闪带或接闪网直接布设到建筑物天面上，应保证女儿墙上的接闪带或接闪网支起高度在0.15 m以上；在对支架进行固定时，若选用的是单根圆形导体，应确保水平距离在1 m内；若选用的是绞线或扁形导体，应保证水平距离不超过0.5 m，每个支持件最多能承受49 N的垂直拉力。在敷设接闪带或接闪网时需沿着建筑物易遭受雷击的部位，如建筑屋檐、屋角、屋脊等。接闪器可以选用热镀锌材料，并做好焊接处的防腐处理；若燃气站内建筑物为钢筋结构，可以选用金属屋面作为接闪器；若储罐区架设有独立接闪杆或架空接闪线，应确保被保护物位于LPZ0B区内。

2.1.2 接地装置

接地装置包含独立和共用接地装置。通常情况下，会通过连接承台中的钢筋使其成为闭合回路，进而作为防雷接地，针对进出民用建筑物的燃气管道、室外的屋面管、放散管、引入管、立面管、燃气设备等均要做好防雷和防静电接地。若是防雷接地装置选择的是敷设在钢筋混凝土中的单根钢筋或圆钢，应保证钢筋或圆钢的直径规格Φ≥10 mm；若是防雷装置引下线超过2根，应保证每根引下线的冲击接地电阻同该建筑物规定的防直接雷冲击接地电阻相符。

2.1.3 引下线

针对建筑物专设引下线应不少于2根，并沿着建筑物四周和内庭院进行均匀对称布设，针对二类防雷建筑物的间距不得高于18 m，三类建筑物间的间距不得高于25 m，若建筑物跨度较大且不能将引下线设置在跨距中间时，需将引下线分别设置在跨距两端，同时还要适当缩减其他引下线的间距，确保平均间距同规定要求相符。针对建筑物外廓容易遭受雷击角上的柱筋，应首要考虑将其作为引下线。同专设引下线相比，建筑物中防雷引下线大都优先选用柱内对角钢筋。若钢筋直径规格Φ≥16 mm时，主筋数量应在2根以上；若直径规格为10 mm≤Φ＜16 mm时，可通过绑扎或焊接4根钢筋将其作为一组引下线使用；若建筑物内的所有垂直植株内的主筋均作为引下线使用，其间距可以不满足专设引下线间距。

2.2 内部防雷装置设计

2.2.1 等电位连接

针对进入到建筑物内的外来导电物，应在LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区交界面处做好等电位连接，若燃气金属管道从LPZ0区进入到LPZ1区时，需做好绝缘法兰或钢塑接头的布设，同时还要确保绝缘法兰或钢塑接头两端管道就近接地；针对灌区内储罐顶法兰盘、浮顶罐浮顶等均要与罐体进行可靠的电气连接；做好放散塔顶金属构件和自身的电气连接。

2.2.2 屏蔽与综合布线

为了降低雷击电磁脉冲的干扰，需做好建筑物大尺寸金属构件，如金属屋顶、钢柱、钢梁、金属门窗等的等电位连接，同时还要与防雷装置相连形成“法拉第笼”。对于城镇燃气系统的低压配电线路，需要将护套电缆或金属铠装电缆穿钢管进行埋地敷设，对于防雷分区交界处的电缆金属外皮或外套钢管，应与等电位连接带进行有效连接。严禁将架空线路穿越场站，若是将场站外的线路引入场站内的线缆埋地时存在难度，可以选用架空线路，但是需要在距离场站15 m处选择金属铠装电缆或穿钢管埋地引入。

2.2.3 电涌保护器SPD

对于穿越各防雷区的低压配电系统和电子信息系统，应选择具有多级防爆功能的电涌保护器SPD，避免雷电波以线路为媒介入侵到保护线路上的终端设备。通常情况下，低压电路大都是架空引入，线路基本在LPZ0B区范围内，很容易遭受闪电电涌侵入，需将电涌保护器SPD安装在低压侧；对于低压配电箱到不同工艺区以及办公建筑电力线路位于低压配电箱至各工艺区及办公建筑电力线路处于LPZ0B区进入LPZl区，应将对应的浪涌保护器SPD安装到不同分配电箱内，同时还要根据用电设备对浪涌保护器同流容量和限压水平进行确定。

对于燃气场站的信号系统、安防系统、监控报警系统来说，这些电子信息系统能否正常运行直接关系到安全生产，因燃气场内有较多的金属构件，再加上站内位于空旷地带，极易受到雷电电磁感应的影响，再加上这些设备属于微电子设备，自身耐压水平低，在做好屏蔽和电源浪涌保护外，还要对电子线路进行浪涌保护。应将信号系统、安防系统、监控报警系统的线路进入LPZ1区或进入设备处安装信号浪涌保护器SPD，以避免过电压入侵设备，进而损害设备；若浪涌保护器SPD安装在爆炸危险和火灾危险区域，应确保其符合相应的防爆条件。

3 结论

综上所述，由于现实中的燃气管道与建筑物是分开设计的，直接导致燃气管并不在建筑物的雷电保护范围内，很容易遭受雷击。因此，在对燃气管道进行设计的过程中，应将防雷设计工作做好，特别是在雷电高发区要对燃气管道进行雷电防护，以更好地保护燃气系统，确保周围居民生命财产安全。