陳錫暉,劉 娟,王 凱,沈亞力

(湖南省常德市氣象局,湖南 常德 415000)

湖南桃源 CNG加氣站防雷防護(hù)探討

陳錫暉,劉 娟,王 凱,沈亞力

(湖南省常德市氣象局,湖南 常德 415000)

現(xiàn)代防雷技術(shù)已上升到綜合防雷的階段,該文從綜合防雷的角度,對(duì)湖南桃源 CNG加氣站雷電防護(hù)進(jìn)行探討,歸納加氣站雷電防護(hù)的需注意的問題,以供同行參考交流。

泄流通道;合理布線;安全距離

1 引言

根據(jù)加氣站的運(yùn)作環(huán)境,雷電的安全危害度很高,相對(duì)而言,對(duì)綜合雷電防護(hù)的要求也高。加氣站通常選址在人口比較少的地段,站內(nèi)建 (構(gòu))筑的防雷措施往往不符合規(guī)范要求,各種進(jìn)線線纜不規(guī)范的進(jìn)線方式往往容易傳導(dǎo) LEMP而損壞站內(nèi)設(shè)備、甚至危害人身安全。本文即通過對(duì)湖南常德桃源 CNG加氣站雷電防護(hù)進(jìn)行探討,對(duì)加氣站的綜合雷電防護(hù)的整體思路進(jìn)行疏導(dǎo),歸納加氣站雷電防護(hù)的注意事項(xiàng),以供同行參考。

2 現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)

本加氣站位于桃源縣青林鄉(xiāng)常桃公路西側(cè),占地 2 300m2左右。西南角臨水塘,四周地勢(shì)平坦,四周沒有高大建筑。基礎(chǔ)置于粉質(zhì)粘土層,土壤電阻率 <200Ω·m。區(qū)內(nèi),加氣棚為輕鋼結(jié)構(gòu),0.53mm厚熱鍍鋅彩鋼板為屋面,高 7.6m。站房、公廁及工具間均為低層框架建筑,其中站房高 7.2m,公廁及工具間高 3.3m。站區(qū)各主要建筑物的分布見圖 1。

圖 1 站區(qū)總平面布置圖

站區(qū)工藝流程如下:①合規(guī)的天然氣從加氣母站經(jīng)氣瓶拖車運(yùn)至本加氣站,經(jīng)卸氣柱計(jì)量后通過壓縮機(jī)、程序控制盤分高壓、中壓、低壓儲(chǔ)存到高壓儲(chǔ)氣井中,壓縮機(jī)前面(卸氣柱來氣)壓力高于壓縮機(jī)后面時(shí)直接通過程序控制盤給天然氣汽車鋼瓶充氣或儲(chǔ)存到高壓儲(chǔ)氣井中;②增壓后的天然氣一部分儲(chǔ)存到高壓儲(chǔ)氣井,一部分通過售氣機(jī)給汽車鋼瓶加氣;③CNG加氣機(jī)加氣時(shí),按低、中、高壓程序向CNG汽車加氣。

由于母站氣源符合 CNG汽車使用要求,壓縮機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的污油和廢氣很少,通過 CNG壓縮機(jī)撬內(nèi)設(shè)置的回收罐將油污和廢氣收集起來,將廢氣放空,將油污等雜志排出,集中處理。

壓縮機(jī)各級(jí)安全閥放散管及各級(jí)填料泄漏管匯集到指定點(diǎn)放散;儲(chǔ)氣井設(shè)施各組安全放散管匯集到指定地點(diǎn)放散。站區(qū)管道布置圖如圖 2。

3 防雷工程探討

3.1 加氣站的防雷類別確定

建(構(gòu))筑物防雷類別的劃分有三大原則,即重要性、使用性質(zhì)及發(fā)生雷電事故的可能性和后果。根據(jù)《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》(GB50156 -2002)附錄 B對(duì)于站區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域的等級(jí)劃分,站內(nèi)存在 0區(qū)、1區(qū)、2區(qū)等爆炸危險(xiǎn)環(huán)境。判定加氣站的防雷類別時(shí),應(yīng)充分考慮加氣站的四周環(huán)境。當(dāng)站區(qū)位于人口密集區(qū),或其雷擊危害會(huì)帶動(dòng)一系列其他更為嚴(yán)重的危害時(shí),劃分為一類;當(dāng)站區(qū)四周環(huán)境空曠,不會(huì)造成巨大的破壞及人生傷亡時(shí),劃分為二類。

本加氣站的防雷類別確定為二類,未有天然氣管道引入、引出的建 (構(gòu))筑物按三類防雷建筑物確定。

圖 2 站區(qū)管道平面布置圖

3.2 直擊雷泄流通道(接閃、引下、接地)的設(shè)置

首先要明確接閃區(qū)域,所謂接閃區(qū)域是指具有雷電直擊風(fēng)險(xiǎn)的地面以上建 (構(gòu))筑物及各種與大地直接或間接相連的金屬物所在區(qū)域,已有對(duì)應(yīng)類別的直擊雷獨(dú)立防護(hù)裝置保護(hù)范圍以內(nèi)的區(qū)域除外。其次,應(yīng)根據(jù)對(duì)應(yīng)的防雷類別對(duì)各接閃區(qū)域進(jìn)行具體的符合規(guī)范要求的設(shè)置。

該站區(qū)的接閃區(qū)域包括:站房、公廁及工具間、加氣棚、箱式變壓器、撬裝壓縮機(jī)、卸氣柱、地面集中給水閥等。該接閃區(qū)的直擊雷防護(hù)分兩類。

第一類,獨(dú)立的具有一定高度和長(zhǎng)度的建 (構(gòu))筑物,如:站房、公廁及工具間、加氣棚之類。該類目標(biāo)物的雷電防護(hù),根據(jù)規(guī)范的要求進(jìn)行常規(guī)設(shè)置。包括接閃器、引下線、接地裝置的取材、間距、布置位置等。其具體措施如下:

沿建筑物高處突出的邊角明敷避雷帶,支撐卡子水平間距 1m,轉(zhuǎn)彎處 0.5m,網(wǎng)格大小 ≤20× 20m,取材 Ф10熱鍍鋅圓鋼。鋼屋面裝置的加氣棚利用其金屬屋面及屋架做接閃器 (一般情況下,加氣機(jī)與加氣棚金屬屋面板之間的空間間距 >3m)。

利用建筑物結(jié)構(gòu)柱內(nèi)四根主筋 (Ф12熱鍍鋅圓鋼)通長(zhǎng)焊接做引下線;加氣棚利用鋼柱作為引下線,與鋼屋架進(jìn)行可靠連接,其外包裹的銀灰色鋁塑材料應(yīng)可靠接地。

利用各建(構(gòu))筑物的基礎(chǔ)鋼筋做接地裝置,防雷地、保護(hù)地、安全地、重復(fù)接地、防靜電地等共用接地裝置,接地電阻要求≤4Ω。當(dāng)接地電阻不滿足要求時(shí),且每根引下線所連接的鋼筋表面積總和 < 4.24kc2m2時(shí),增設(shè)人工接地裝置。人工水平接地體取材 L50×50×5×1500(2500)熱鍍鋅角鋼,用40×4熱鍍鋅扁鋼將接地體相連,接地體間距≥3m,埋深不小于 1m。

第二類,箱式變壓器、撬裝壓縮機(jī)、卸氣柱、地面集中給水閥等設(shè)備。此類目標(biāo)物利用其金屬外殼可靠接地,在其四周設(shè)置環(huán)形人工接地裝置,取材、間距、埋深同上,并與基礎(chǔ)鋼筋不少于兩處的可靠連接。

3.3 地中、地上的各種安全距離的確定

安全距離包括地下設(shè)備管道、線纜、接地裝置之間的距離,加氣棚引下線柱與加氣機(jī)之間的距離,獨(dú)立接閃裝置于目標(biāo)物等的距離、防感應(yīng)雷接地點(diǎn)與引下線泄流入地點(diǎn)之間的安全距離等,合理的安全距離能有效減小旁側(cè)閃絡(luò)。

該站區(qū),防感應(yīng)雷措施的接地點(diǎn)與引下線泄流入地點(diǎn)之間保持一定的安全距離,此距離不小于5m。各種線纜 (視頻監(jiān)控、燃?xì)饪刂啤⑼ㄐ啪€路)的敷設(shè)與其他管線、電力電纜、電氣設(shè)備時(shí)的凈距設(shè)置詳參《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》(GB50343-2004)第 5.3.3條的規(guī)定。

3.4 聯(lián)合地網(wǎng)保障

為了有效防止地電位反擊,整個(gè)站區(qū)各單體接地裝置應(yīng)進(jìn)行聯(lián)合接地,使之形成一個(gè)統(tǒng)一的整體。此外聯(lián)合接地的確立,能更有效地保障站區(qū)等電位連接和各種接地均衡性的實(shí)行。

其具體措施是將各單體接地網(wǎng)間采用與人工水平接地體同材同規(guī)格的金屬物進(jìn)行不少于兩處的電氣連接。

3.5 SPD的設(shè)置

SPD包括電源 SPD和信號(hào) SPD,其設(shè)置應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)走線具體設(shè)置其參數(shù)、層級(jí)、位置。該站區(qū)電源配電線路分布如圖 3。

圖 3 站區(qū)電源線路走線總布置圖

10KV高壓電源從附近電桿接線后穿 SC管埋地敷至箱式變壓器,變壓后,低壓電纜穿 SC鋼管送至站區(qū)照明配電箱 (分支至加氣棚照明電源、門燈電源、路燈電源、壓縮機(jī)隔音罩照明電源)、AP箱(分支至售氣機(jī)電源、卸氣柱電源、氣體報(bào)警空氣器電源)、站房配電箱。站區(qū)采用 TN-S配電系統(tǒng)。

其電源 SPD的設(shè)置位置為:

高壓進(jìn)線側(cè)設(shè) SPD,擇位變壓器前高壓側(cè),此處的 SPD通常已由電氣部門設(shè)置了金屬氧化鋅 SPD,一般選型 HY5WS-17/50。

低壓第一級(jí):在配電屏的低壓側(cè)設(shè)置標(biāo)稱通流容量 25KA(10/350μs)或 80KA以上 (8/20μs)的開關(guān)型電源 SPD。

低壓第二級(jí):在分支配電箱處、室外照明設(shè)備電源箱 (站區(qū)照明配電箱、AP箱、站房配電箱)處設(shè)置標(biāo)稱同流容量為 40KA(8/20μs)的限壓型電源 SPD。

第三級(jí):站房弱電設(shè)備電源開關(guān)處使用 8/20μs波形、通流容量20KA限壓型 SPD或 In≥10KA的直流電源 SPD。

根據(jù) GB50057-94(2000)中確定,選型 SPD時(shí),其Uc不應(yīng)小于 253V(Uc≥1.15U0)。

3.6 信號(hào)防雷

本工程信號(hào)系統(tǒng)尚未進(jìn)行整體設(shè)置,僅預(yù)留埋地管道。此處指提供一種大致上的思路,合理的線路屏蔽接地,外加匹配的避雷器設(shè)置。

通常站區(qū)存在電話、網(wǎng)絡(luò)、視頻監(jiān)控、可燃?xì)怏w傳感控制設(shè)備等。設(shè)備各進(jìn)線線路應(yīng)穿鋼管敷設(shè),室外埋地暗敷,穿線鋼管在進(jìn)出建筑物處進(jìn)行等電位連接并接地。穿線鋼管通長(zhǎng)電氣導(dǎo)通。各種信號(hào)線路在進(jìn)出建筑物處設(shè)置參數(shù)匹配的信號(hào) SPD。

3.7 等電位連接措施應(yīng)合理

當(dāng)平行及交叉敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)金屬物,其凈距 <100mm時(shí)采用金屬線跨接,跨接點(diǎn)間距≤30m。站區(qū)各長(zhǎng)金屬物每隔 25m接地一次。

正常非帶電設(shè)備金屬外殼可靠接地。

工藝部分的主要金屬裝置、電機(jī)外殼等均可靠接地。

加氣機(jī)外殼等金屬裝備均可靠接地,其接地線取材 40×4熱鍍鋅扁鋼從接地裝置引出,由于引下線的分流系數(shù)高,通常避免直接連至引下線上的預(yù)留端子。

地下金屬管與接地裝置應(yīng)互相可靠連接。

4 結(jié)束語

加氣站的工作環(huán)境決定了綜合防雷的必要性。其總體的注意事項(xiàng)歸納如下:

①加氣站類別的合理確定。該判定重要的依據(jù)是發(fā)生雷擊事故的可能性后果。存在爆炸危險(xiǎn)區(qū)的建(構(gòu))筑、設(shè)備、管道等,據(jù)其危險(xiǎn)性確定為一類或二類。對(duì)于其他附屬用房,如公廁、工具間、小商鋪等,嚴(yán)格地按年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)來確定類別,則數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足要求,但根據(jù)其所在環(huán)境,通常將其結(jié)構(gòu)鋼筋(包括天面、柱子及基礎(chǔ)內(nèi))焊接導(dǎo)通,基礎(chǔ)地網(wǎng)與站區(qū)地網(wǎng)可靠電氣連接,條件允許則根據(jù)規(guī)范設(shè)置相應(yīng)規(guī)格、型材、間距的避雷裝置。

②直擊雷泄流通道要可靠。泄流通道包括接閃、引下、接地,三者間應(yīng)形成可靠的泄流通路。

③地上、地中各種安全距離不能模糊。加氣棚的作用相當(dāng)于一個(gè)獨(dú)立架空接閃裝置,利用作為引下線的鋼柱與加氣機(jī)凈距應(yīng)不小于 3m,小于 3m時(shí),引下線柱應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)高度的屏蔽,通常采用小型金屬絲網(wǎng),有的加氣棚引下線柱外包金屬材質(zhì)的鋁塑板,此種情況將該鋁塑板可靠接地。各種線纜、管道間應(yīng)滿足符合規(guī)范的凈距要求。由于各建筑層高低、引下線的分流系數(shù)高,各種接地的接地線與引下線泄流入地點(diǎn)間應(yīng)滿足不小于 5米的間距。

④聯(lián)合地網(wǎng)需保障。聯(lián)合地網(wǎng)的目的是防止站區(qū)地電位反擊,以造成對(duì)設(shè)備的不利影響。其具體措施就是將各種接地共地,并將各單體接地進(jìn)行不少于兩處的電氣連接。

⑤合適的線路感應(yīng)雷防護(hù)。此中包括線路的合理屏蔽接地、合理的避雷器位置、參數(shù)設(shè)置。

⑥符合要求的等電位連接是非常必要的。等電位連接包括各種長(zhǎng)金屬物通長(zhǎng)電氣導(dǎo)通 (包括穿線金屬管、輸氣管等),地上及地中金屬管道、金屬設(shè)施間的電氣連接,各金屬管道接地與接地裝置之間的電氣導(dǎo)通,相應(yīng)空間采取合適的等電位網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行局部等電位連接,各種正常非帶電的設(shè)備金屬外殼可靠接地等。

[1] GB50156-2002.汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[2] GB50343-2004.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范[S].

[3] GB50057-94(2000).建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

T M862

B

2010-09-10

陳錫暉 (1981-),女,助工,主要從事防雷減災(zāi)工作。

1003-6598(2010)增刊 -0196-03