張 力

中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田公司， 新疆 庫(kù)爾勒 841000

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沙漠化地區(qū)接地性能改善方法探討

張 力

中國(guó)石油天然氣股份有限公司塔里木油田公司， 新疆 庫(kù)爾勒 841000

接地是電氣安全技術(shù)中最重要的技術(shù)措施，關(guān)系到設(shè)備和人身的安全。接地分為工作接地、保護(hù)接地、防雷接地、防靜電接地等,正確選擇接地方式及合理安裝非常重要。良好的接地系統(tǒng)在易燃易爆場(chǎng)所能有效減免火災(zāi)、爆炸的發(fā)生，保證生產(chǎn)安全。塔中Ⅰ號(hào)氣田油氣處理廠位于沙漠地區(qū)，土壤電阻率較高，傳統(tǒng)接地方法不能達(dá)到預(yù)期效果，利用外引式接地裝置和大型建(構(gòu))筑基礎(chǔ)群聯(lián)合接地則效果明顯，滿足施工及投產(chǎn)運(yùn)行的需求，對(duì)沙漠干旱地區(qū)的接地安裝方式有一定的參考價(jià)值。

接地系統(tǒng)；混凝土基礎(chǔ)；深度；接地性能

0 前言

塔中Ⅰ號(hào)氣田油氣處理廠位于塔里木盆地中部，屬塔克拉瑪干沙漠區(qū)，為極度干旱的大陸性氣候。

塔中Ⅰ號(hào)氣田油氣處理廠原設(shè)計(jì)采用約10 000 m的接地體敷設(shè)于全廠，形成一個(gè)大的聯(lián)合接地體來保證接地系統(tǒng)的性能，接地極和接地線大部分位于地下水位較低的地方，接地線遠(yuǎn)離大型建(構(gòu))筑物的深基礎(chǔ)，未充分利用地下水較豐富及地下水位較高的地方；同時(shí)為改善接地效果，設(shè)計(jì)要求在每個(gè)接地極中使用降阻劑，共計(jì)50 t左右。根據(jù)以往沙漠地區(qū)的施工經(jīng)驗(yàn)，該設(shè)計(jì)方案難以達(dá)到理想的接地效果，即使施工時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，也不能保證油氣處理廠長(zhǎng)期生產(chǎn)運(yùn)行的安全。為證明設(shè)計(jì)方案的接地效果，建設(shè)單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位及施工單位共同在廠區(qū)內(nèi)進(jìn)行了一組接地(3根L 50 mm×5 mm×2 500 mm熱鍍鋅角鋼做接地極，直角三角形排列，2直角邊接地極間距均6 m，接地極間采用50 mm×5 mm熱鍍鋅扁鋼焊接，頂部埋深1.3 m)試驗(yàn)，測(cè)量結(jié)果顯示接地電阻值高達(dá)110 Ω，根據(jù)四極電測(cè)深法計(jì)算當(dāng)?shù)赝寥离娮杪始s3 500 Ω·m；按照設(shè)計(jì)要求，增加降阻劑再次測(cè)量，接地電阻值為25 Ω，遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)要求的10 Ω。這是因?yàn)樯衬貐^(qū)土壤干燥、濕度小、土壤電阻率大造成的，濕度和土壤電阻率直接影響接地電阻值[1-2]。

如何有效降低沙漠地區(qū)高接地電阻值是接地工程實(shí)施前必須解決的一個(gè)問題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘察情況及類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，提出了幾種降低接地電阻值的方法。

1 降低接地電阻值的方法

1.1 外引式接地裝置

根據(jù)塔中Ⅰ號(hào)氣田油氣處理廠廠區(qū)土方開挖情況，廠區(qū)低洼處地表以下3～6 m即可見到潮濕的沙層，將接地極敷設(shè)于這一沙層即可保證良好的接地效果。施工單位經(jīng)過實(shí)地勘察后確定了幾處低洼處，設(shè)置接地裝置引向廠區(qū)，即采用外引式接地裝置[3-4]。選取其中一處低洼處設(shè)置一組外引接地裝置，實(shí)測(cè)接地電阻值僅0.2 Ω，普通區(qū)接地電阻值與外引式接地裝置區(qū)接地電阻值測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比見表1。工程設(shè)計(jì)要求接地電阻值不大于10 Ω，工作接地、安全保護(hù)接地、避雷器接地、建筑物的防雷接地共用聯(lián)合接地網(wǎng)，接地電阻值不大于4 Ω，需要多設(shè)置幾組外引式接地裝置與接地主網(wǎng)等電位連接，以降低接地電阻值，并將接地電流導(dǎo)入大地。

1.2 大面積建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)群接地

混凝土是介于絕緣體和導(dǎo)體之間的一種物質(zhì)[5]，干燥時(shí)是不良導(dǎo)體，電阻率較大，但在施工過程中加入水并儲(chǔ)存一部分，成型后結(jié)構(gòu)中密布著很多毛細(xì)孔洞，當(dāng)埋入地下后，潮氣通過毛細(xì)管作用吸入混凝土中，保持了一定的濕度，就成了導(dǎo)電體，電阻率100～200 Ω·m，這是因?yàn)榛炷林械墓杷猁}與水形成了導(dǎo)電的鹽基性溶液?；炷翝穸葘?duì)電阻率的影響[6]見圖1。

表1 普通區(qū)接地電阻值與外引式接地裝置區(qū)接地電阻值測(cè)試數(shù)據(jù)

圖1 混凝土濕度對(duì)電阻率的影響

塔中Ⅰ號(hào)油氣處理廠內(nèi)大量鋼筋混凝土設(shè)備基礎(chǔ)連接成片，埋深較深，混凝土性質(zhì)和土壤含水率滿足GB 50074-2010《建筑物設(shè)計(jì)防雷規(guī)范》4.3.5條規(guī)定，可以利用基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋作為接地裝置。從現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)來看，在電阻率高的沙漠地區(qū)利用埋深較深、數(shù)量較多的設(shè)備基礎(chǔ)是改善接地性能的好方法。塔中Ⅰ號(hào)油氣處理廠廠區(qū)可利用的基礎(chǔ)較多，廠區(qū)內(nèi)可利用的建(構(gòu))筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)群統(tǒng)計(jì)見表2。

1.2.1 利用集氣站基礎(chǔ)

集氣站的鋼筋混凝土基礎(chǔ)多，深度5 m，底層鋼筋密切相連，基礎(chǔ)容積276 m3，本身就是良好的接地體。將人工接地裝置與集氣站鋼筋混凝土基礎(chǔ)鋼筋連接后，既可以節(jié)省材料，又可以達(dá)到良好的接地效果。

表2 塔中Ⅰ號(hào)油氣處理廠建(構(gòu))筑物鋼筋混凝土基礎(chǔ)群統(tǒng)計(jì)

1.2.2 利用管廊架基礎(chǔ)

管廊架基礎(chǔ)貫穿整個(gè)廠區(qū)，深度3 m。將人工接地裝置與管廊架基礎(chǔ)連接，可以增強(qiáng)接地效果。

1.2.3 利用地下罐坑基礎(chǔ)

地下罐坑處于廠區(qū)低洼處，離地下水層較近，地下罐坑深度8.6 m，為整個(gè)廠區(qū)最深處。將人工接地裝置與地下罐坑基礎(chǔ)同深度敷設(shè)，用接地體引出后與廠內(nèi)接地相連，可增強(qiáng)接地效果。

1.2.4 利用污水處理裝置區(qū)基礎(chǔ)

污水處理裝置區(qū)基礎(chǔ)最大埋深3 m，基礎(chǔ)容積246 m3，離地下水層較近。將人工接地裝置與污水處理裝置基礎(chǔ)同深度敷設(shè)，與廠區(qū)內(nèi)接地連接起來后接地效果良好。

1.2.5 利用增壓站基礎(chǔ)

增壓站基礎(chǔ)容積295 m3，附近有臨時(shí)線路的接地。將臨時(shí)線路的接地與增壓站基礎(chǔ)連接后，與廠區(qū)聯(lián)合接地相連就可以增強(qiáng)接地效果，確保臨時(shí)線路的接地處于較低的電阻值，保證臨時(shí)用電的安全。

采用外引式接地裝置及大面積建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)群聯(lián)合接地后，實(shí)測(cè)接地網(wǎng)的各引出斷接卡，電阻值為0.2～0.8 Ω，符合設(shè)計(jì)與規(guī)范要求。

1.3 管溝和基坑敷設(shè)接地

由于廠區(qū)所在地凍土層為1.3 m，設(shè)計(jì)要求的接地體埋深在1.3 m以下，開挖接地溝難度大。為減少接地溝的開挖量，可充分利用其他專業(yè)開挖的管溝(主要是給排水管線管溝)和基礎(chǔ)。大部分管溝和基礎(chǔ)基坑較深，可以進(jìn)一步降低接地電阻值。

1.3.1 利用管廊架基礎(chǔ)基坑

管廊架總長(zhǎng)約1 000 m，利用管廊架基礎(chǔ)施工時(shí)開挖的基坑將接地體同時(shí)敷設(shè)，既節(jié)省人力物力又避免開挖深度帶來的不便。

1.3.2 利用污水處理裝置區(qū)基礎(chǔ)基坑

污水處理裝置區(qū)占地面積3 000 m2，設(shè)備基礎(chǔ)較多。利用污水處理裝置區(qū)設(shè)備基礎(chǔ)回填前將接地體安裝，可節(jié)省較多人工。同時(shí)基礎(chǔ)寬廣表面積增加了接地接觸面，能有效提升接地效果。

1.3.3 利用管溝

2 同類型區(qū)域普通接地系統(tǒng)的對(duì)比

在同類區(qū)域未利用建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)的工程中普遍使用大量降阻劑和接地模塊。單一使用較多的降阻劑和接地模塊后電阻值約15 Ω，即使使用再多的降阻劑和接地模塊，效果甚微。這是沙漠地區(qū)干旱缺水造成的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，普通接地施工完成后大概2～3年后接地模塊開始失效，接地電阻值反彈[12]。使用降阻劑和接地模塊的成本較大,4根接地極所使用的降阻劑和接地模塊需增加成本約2 000元。

而在充分利用各類鋼筋混凝土基礎(chǔ)并敷設(shè)較深接地極后能使接地電阻值<4 Ω，且可省去約20 t降阻劑和接地模塊。

3 結(jié)論

接地系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于油氣田各類工程中，對(duì)設(shè)備和人身安全以及設(shè)備的正常運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。近年來，很多國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)推薦采用共用接地系統(tǒng)，在高電阻率的環(huán)境下，選用聯(lián)合接地系統(tǒng)作為接地方式，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化形成改良式聯(lián)合接地系統(tǒng)，接地效果甚佳。在塔中Ⅰ號(hào)油氣處理廠接地工程建設(shè)中，利用外引式接地裝置克服沙漠地區(qū)土壤干燥、濕度小的問題；同時(shí)采用大面積建(構(gòu))筑物基礎(chǔ)群接地的方式，通過增大接地體接觸面積和深度形成聯(lián)合式接地系統(tǒng)。這種聯(lián)合式接地系統(tǒng)滿足工程對(duì)較低接地電阻的需求，對(duì)沙漠干旱地區(qū)的接地安裝方式具有一定的參考價(jià)值。

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2015-02-20

張 力(1982-)，男，湖南常德人，工程師，學(xué)士，主要從事油氣田地面建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2015.06.018