湖南桃源 CNG加气站防雷防护探讨

陈锡晖,刘 娟,王 凯,沈亚力

(湖南省常德市气象局,湖南 常德 415000)

湖南桃源 CNG加气站防雷防护探讨

陈锡晖,刘 娟,王 凯,沈亚力

(湖南省常德市气象局,湖南 常德 415000)

现代防雷技术已上升到综合防雷的阶段,该文从综合防雷的角度,对湖南桃源 CNG加气站雷电防护进行探讨,归纳加气站雷电防护的需注意的问题,以供同行参考交流。

泄流通道;合理布线;安全距离

1 引言

根据加气站的运作环境,雷电的安全危害度很高,相对而言,对综合雷电防护的要求也高。加气站通常选址在人口比较少的地段,站内建 (构)筑的防雷措施往往不符合规范要求,各种进线线缆不规范的进线方式往往容易传导 LEMP而损坏站内设备、甚至危害人身安全。本文即通过对湖南常德桃源 CNG加气站雷电防护进行探讨,对加气站的综合雷电防护的整体思路进行疏导,归纳加气站雷电防护的注意事项,以供同行参考。

2 现场勘测

本加气站位于桃源县青林乡常桃公路西侧,占地 2 300m2左右。西南角临水塘,四周地势平坦,四周没有高大建筑。基础置于粉质粘土层,土壤电阻率 <200Ω·m。区内,加气棚为轻钢结构,0.53mm厚热镀锌彩钢板为屋面,高 7.6m。站房、公厕及工具间均为低层框架建筑,其中站房高 7.2m,公厕及工具间高 3.3m。站区各主要建筑物的分布见图 1。

图 1 站区总平面布置图

站区工艺流程如下:①合规的天然气从加气母站经气瓶拖车运至本加气站,经卸气柱计量后通过压缩机、程序控制盘分高压、中压、低压储存到高压储气井中,压缩机前面(卸气柱来气)压力高于压缩机后面时直接通过程序控制盘给天然气汽车钢瓶充气或储存到高压储气井中;②增压后的天然气一部分储存到高压储气井,一部分通过售气机给汽车钢瓶加气;③CNG加气机加气时,按低、中、高压程序向CNG汽车加气。

由于母站气源符合 CNG汽车使用要求,压缩机工作时产生的污油和废气很少,通过 CNG压缩机撬内设置的回收罐将油污和废气收集起来,将废气放空,将油污等杂志排出,集中处理。

压缩机各级安全阀放散管及各级填料泄漏管汇集到指定点放散;储气井设施各组安全放散管汇集到指定地点放散。站区管道布置图如图 2。

3 防雷工程探讨

3.1 加气站的防雷类别确定

建(构)筑物防雷类别的划分有三大原则,即重要性、使用性质及发生雷电事故的可能性和后果。根据《汽车加油加气站设计与施工规范》(GB50156 -2002)附录 B对于站区爆炸危险区域的等级划分,站内存在 0区、1区、2区等爆炸危险环境。判定加气站的防雷类别时,应充分考虑加气站的四周环境。当站区位于人口密集区,或其雷击危害会带动一系列其他更为严重的危害时,划分为一类;当站区四周环境空旷,不会造成巨大的破坏及人生伤亡时,划分为二类。

本加气站的防雷类别确定为二类,未有天然气管道引入、引出的建 (构)筑物按三类防雷建筑物确定。

图 2 站区管道平面布置图

3.2 直击雷泄流通道(接闪、引下、接地)的设置

首先要明确接闪区域,所谓接闪区域是指具有雷电直击风险的地面以上建 (构)筑物及各种与大地直接或间接相连的金属物所在区域,已有对应类别的直击雷独立防护装置保护范围以内的区域除外。其次,应根据对应的防雷类别对各接闪区域进行具体的符合规范要求的设置。

该站区的接闪区域包括:站房、公厕及工具间、加气棚、箱式变压器、撬装压缩机、卸气柱、地面集中给水阀等。该接闪区的直击雷防护分两类。

第一类,独立的具有一定高度和长度的建 (构)筑物,如:站房、公厕及工具间、加气棚之类。该类目标物的雷电防护,根据规范的要求进行常规设置。包括接闪器、引下线、接地装置的取材、间距、布置位置等。其具体措施如下:

沿建筑物高处突出的边角明敷避雷带,支撑卡子水平间距 1m,转弯处 0.5m,网格大小 ≤20× 20m,取材 Ф10热镀锌圆钢。钢屋面装置的加气棚利用其金属屋面及屋架做接闪器 (一般情况下,加气机与加气棚金属屋面板之间的空间间距 >3m)。

利用建筑物结构柱内四根主筋 (Ф12热镀锌圆钢)通长焊接做引下线;加气棚利用钢柱作为引下线,与钢屋架进行可靠连接,其外包裹的银灰色铝塑材料应可靠接地。

利用各建(构)筑物的基础钢筋做接地装置,防雷地、保护地、安全地、重复接地、防静电地等共用接地装置,接地电阻要求≤4Ω。当接地电阻不满足要求时,且每根引下线所连接的钢筋表面积总和 < 4.24kc2m2时,增设人工接地装置。人工水平接地体取材 L50×50×5×1500(2500)热镀锌角钢,用40×4热镀锌扁钢将接地体相连,接地体间距≥3m,埋深不小于 1m。

第二类,箱式变压器、撬装压缩机、卸气柱、地面集中给水阀等设备。此类目标物利用其金属外壳可靠接地,在其四周设置环形人工接地装置,取材、间距、埋深同上,并与基础钢筋不少于两处的可靠连接。

3.3 地中、地上的各种安全距离的确定

安全距离包括地下设备管道、线缆、接地装置之间的距离,加气棚引下线柱与加气机之间的距离,独立接闪装置于目标物等的距离、防感应雷接地点与引下线泄流入地点之间的安全距离等,合理的安全距离能有效减小旁侧闪络。

该站区,防感应雷措施的接地点与引下线泄流入地点之间保持一定的安全距离,此距离不小于5m。各种线缆 (视频监控、燃气控制、通信线路)的敷设与其他管线、电力电缆、电气设备时的净距设置详参《建筑物电子信息系统防雷技术规范》(GB50343-2004)第 5.3.3条的规定。

3.4 联合地网保障

为了有效防止地电位反击,整个站区各单体接地装置应进行联合接地,使之形成一个统一的整体。此外联合接地的确立,能更有效地保障站区等电位连接和各种接地均衡性的实行。

其具体措施是将各单体接地网间采用与人工水平接地体同材同规格的金属物进行不少于两处的电气连接。

3.5 SPD的设置

SPD包括电源 SPD和信号 SPD,其设置应根据现场走线具体设置其参数、层级、位置。该站区电源配电线路分布如图 3。

图 3 站区电源线路走线总布置图

10KV高压电源从附近电杆接线后穿 SC管埋地敷至箱式变压器,变压后,低压电缆穿 SC钢管送至站区照明配电箱 (分支至加气棚照明电源、门灯电源、路灯电源、压缩机隔音罩照明电源)、AP箱(分支至售气机电源、卸气柱电源、气体报警空气器电源)、站房配电箱。站区采用 TN-S配电系统。

其电源 SPD的设置位置为:

高压进线侧设 SPD,择位变压器前高压侧,此处的 SPD通常已由电气部门设置了金属氧化锌 SPD,一般选型 HY5WS-17/50。

低压第一级:在配电屏的低压侧设置标称通流容量 25KA(10/350μs)或 80KA以上 (8/20μs)的开关型电源 SPD。

低压第二级:在分支配电箱处、室外照明设备电源箱 (站区照明配电箱、AP箱、站房配电箱)处设置标称同流容量为 40KA(8/20μs)的限压型电源 SPD。

第三级:站房弱电设备电源开关处使用 8/20μs波形、通流容量20KA限压型 SPD或 In≥10KA的直流电源 SPD。

根据 GB50057-94(2000)中确定,选型 SPD时,其Uc不应小于 253V(Uc≥1.15U0)。

3.6 信号防雷

本工程信号系统尚未进行整体设置,仅预留埋地管道。此处指提供一种大致上的思路,合理的线路屏蔽接地,外加匹配的避雷器设置。

通常站区存在电话、网络、视频监控、可燃气体传感控制设备等。设备各进线线路应穿钢管敷设,室外埋地暗敷,穿线钢管在进出建筑物处进行等电位连接并接地。穿线钢管通长电气导通。各种信号线路在进出建筑物处设置参数匹配的信号 SPD。

3.7 等电位连接措施应合理

当平行及交叉敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物,其净距 <100mm时采用金属线跨接,跨接点间距≤30m。站区各长金属物每隔 25m接地一次。

正常非带电设备金属外壳可靠接地。

工艺部分的主要金属装置、电机外壳等均可靠接地。

加气机外壳等金属装备均可靠接地,其接地线取材 40×4热镀锌扁钢从接地装置引出,由于引下线的分流系数高,通常避免直接连至引下线上的预留端子。

地下金属管与接地装置应互相可靠连接。

4 结束语

加气站的工作环境决定了综合防雷的必要性。其总体的注意事项归纳如下:

①加气站类别的合理确定。该判定重要的依据是发生雷击事故的可能性后果。存在爆炸危险区的建(构)筑、设备、管道等,据其危险性确定为一类或二类。对于其他附属用房,如公厕、工具间、小商铺等,严格地按年预计雷击次数来确定类别,则数据远远不足要求,但根据其所在环境,通常将其结构钢筋(包括天面、柱子及基础内)焊接导通,基础地网与站区地网可靠电气连接,条件允许则根据规范设置相应规格、型材、间距的避雷装置。

②直击雷泄流通道要可靠。泄流通道包括接闪、引下、接地,三者间应形成可靠的泄流通路。

③地上、地中各种安全距离不能模糊。加气棚的作用相当于一个独立架空接闪装置,利用作为引下线的钢柱与加气机净距应不小于 3m,小于 3m时,引下线柱应进行适当高度的屏蔽,通常采用小型金属丝网,有的加气棚引下线柱外包金属材质的铝塑板,此种情况将该铝塑板可靠接地。各种线缆、管道间应满足符合规范的净距要求。由于各建筑层高低、引下线的分流系数高,各种接地的接地线与引下线泄流入地点间应满足不小于 5米的间距。

④联合地网需保障。联合地网的目的是防止站区地电位反击,以造成对设备的不利影响。其具体措施就是将各种接地共地,并将各单体接地进行不少于两处的电气连接。

⑤合适的线路感应雷防护。此中包括线路的合理屏蔽接地、合理的避雷器位置、参数设置。

⑥符合要求的等电位连接是非常必要的。等电位连接包括各种长金属物通长电气导通 (包括穿线金属管、输气管等),地上及地中金属管道、金属设施间的电气连接,各金属管道接地与接地装置之间的电气导通,相应空间采取合适的等电位网络进行局部等电位连接,各种正常非带电的设备金属外壳可靠接地等。

[1] GB50156-2002.汽车加油加气站设计与施工规范[S].

[2] GB50343-2004.建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].

[3] GB50057-94(2000).建筑物防雷设计规范[S].

T M862

B

2010-09-10

陈锡晖 (1981-),女,助工,主要从事防雷减灾工作。

1003-6598(2010)增刊 -0196-03