重庆建筑物室内燃气管道防雷技术浅析

重庆燃气集团有限责任公司 刘 薇

雷电灾害是联合国“国际减灾十年”公布的最为严重的十种自然灾害之一，被中国电工委员会称为“电子时代的一大公害”。重庆地区是我国的多雷暴地区之一，而城市燃气本身具有易燃易爆的危险性，又具有关系国计民生的公共安全性，因此城市燃气的雷电灾害防御工作也就显得极其迫切和重要。

1 重庆雷暴日和雷击大地密度

根据李家启博士的论文《基于LLS的重庆地区雷电活动规律及其风险评估研究》，可知重庆地区的雷电参数，见表1。

表1 重庆地区各区县雷电日和雷击大地密度参数

雷暴日是反映雷电活动规律的重要参数，是雷电科学研究和防雷工程设计的主要参数指标。雷击大地密度为平均每年单位面积上的地闪次数，单位为:次/(km2·a)，它能精确地反映雷电活动的频度和强度，是国际上防雷设计的基础参数。这两个指标都是计算年预计雷击次数的依据。

从表1可见，重庆的平均雷暴日和雷击大地密度均高于全国平均水平，根据《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)建筑物年预计雷击次数的计算公式:

式中:N—建筑物年预计雷击次数，次/a；

k—校正系数，在一般情况下取1～2；

Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度，次/(km2·a)；

Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积，km2。

据此计算，重庆市大部分高层建筑均为第二类防雷建筑物。

2 雷电对燃气管道的影响

雷电主要通过直击雷、感应雷、雷电波入侵及雷电反击等方式对建筑物及建筑设备产生危害。室内燃气管道作为建筑物内的附属设备，如果没有采取相应措施，也会遭到雷击损害。

重庆市从上世纪70年代初开始大规模使用天然气，到2013年，在用燃气户数已经突破500万户，从有记载的建筑物室内燃气管道的抢险事故中显示有两例燃气管道发生雷击事故:

1999年4月23日，重庆市永川区跳蹬河农贸市场商住楼发生燃气管道雷击事故。该楼天然气钢质管道敷设在屋面上，没有采取防雷措施，导致遭受雷电直击，雷电波入侵造成调压箱爆炸，引发火灾。

2003年，重庆渝中区两江丽景酒店天然气管道遭雷击，管道受热发烫但未引起进一步火灾。该酒店楼高26层，因楼顶小餐厅用气，该燃气工程采用厚壁不锈钢管道外墙敷设，并垮越大楼女儿墙引入楼顶餐厅。

这两例燃气管道遭雷击事故均是由于燃气管道未在建筑物防雷保护区域导致直击雷引发产生，因此，燃气管道防雷的主要设计思路首先应将燃气管安装在原有避雷装置的保护范围之内，并将燃气管道与防雷装置进行等电位连接，避免感应雷和雷电波入侵。

3 重庆建筑物室内燃气管道防雷设计的做法

建筑物室内燃气管道一般采用出地面2 m处引入至室内厨房、外走廊或与厨房相连的生活阳台上，室内立管主要采用钢制管道焊接安装方式。由于建筑物用气位置和结构的要求，燃气引入管也可能采用外墙敷设至建筑物裙楼引入塔楼居民住宅，也有一直沿大楼外墙敷设燃气立管分户引入的情况；当用气场所在顶楼时或其他特殊情况下，也会将燃气管道引至屋面敷设。

由于历史原因，重庆燃气行业主管部门为重庆市经信委，建委及市政委和其他政府部门对燃气行业不做过多管理要求，因此重庆市燃气管道安装一般都滞后于建筑物土建安装，建筑物防雷系统中也没有为燃气管道预留等电位连接点；同时也由于燃气行业的特殊性，燃气管道的设计、安装和验收都自成体系。因此，2011年以前的重庆建筑物室内燃气管道基本上未采取防雷措施。

4 相关规范对燃气管道提出的防雷要求

由于雷电灾害的危害性，我国的相关规范对室内燃气管道的防雷也提出了不同的要求:

《城镇燃气设计规范》(GB 50028—2006)对燃气管道的防雷要求体现以下章节:10.2.4条，在避雷保护以外的屋面上的燃气管道和高层建筑沿外墙架设的燃气管道，采用焊接钢管或无缝钢管时其壁厚均不得小于4 mm；10.8.5条，进出建筑物的燃气管道的进出口处，室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃气设备等处均应有防雷，防静电接地设施；防雷接地设施的设计应符合现行国家标准《建筑防雷设计规范》的规定。

《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)4.3.7条第1款则规定了建筑物内的设备、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；4.3.9条第3款规定外墙内、外竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端，应与防雷装置等电位连接。

中国气象行业标准《城镇燃气防雷技术规范》(QX/T 109—2009)对室内燃气立管提出了更高要求，一是规定燃气立管每隔不大于12 m应与建筑物防雷装置可靠连接；二是规定建筑物外墙立管与用户分支管相接时，应设绝缘法兰或钢塑接头；三是规定绝缘法兰或钢塑接头两端的管道应分别接地。

标准规范愈加严格无疑会增加安全系数，于此同时也会增加大量的安装成本和管理难度，是不是标准越严格效果就越好呢，我们将在下文分析。

5 室内燃气管道应采取的防雷措施:

5.1 室内立管防雷分析

在《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)中，当建筑高度超过60 m时在整个建筑主体外沿，柱内的钢筋、每层外侧梁及屋顶女儿墙上沿的防雷带。边柱和边梁形成接闪器组，整个系统和基础接地有效连接，形成了可靠的防雷接地系统，建筑物内部就在其保护范围内，所以燃气立管设置在建筑体内就是安全的，可以不需要其他的防雷措施。在雷电活动较为频繁的重庆地区，没有采取等电位连接的已有近500万居民室内立管，没有发生一例因雷击而致的事故。

另一方面，《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)要求建筑物外墙内外的金属管道顶端和底端应与防雷装置等电位连接，但是在建筑物室内底部和顶部，燃气立管只能与室内混凝土钢筋做等电位连接，由于混凝土内金属电位与室内裸露管道之间存在电位差，这种电位差必然会引起管道发生腐蚀产生其他的危害，这也是燃气行业担心的问题。

5.2 引入管防雷分析

燃气引入管将沿外墙引入室内，是否在建筑物保护范围里呢？根据国际电工学会推荐的避雷针保护角经验公式，其保护范围，见图1。

图1 避雷针保护角经验公式和保护范围示意

按照上述公式，建筑物高度越低，其保护面积越大。室内燃气引入管如果从地面2 m处引入，按照上述原则，仍然处于建筑物防雷保护范围中。但是为避免雷电波和感应雷的入侵，防止雷电流在燃气管道内产生火花，可以采取绝缘接头与室内外燃气管道隔离。2011年，《城镇燃气用防雷接头》(CJ/T 385—2011)发布实施，该装置为燃气管道用防雷电电涌浸入的接头，重庆一些燃气公司已经要求燃气引入管处应安装防雷接头。

如果引入管沿外墙敷设从较高地方引入或成外墙立管分户引入时，这些燃气管道可能不在建筑物保护范围内，应采取以下防雷措施:

(1)管材选择壁厚大于4 mm的无缝钢管或不锈钢无缝钢管；

(2)沿外墙敷设立管，禁止跨越建筑物女儿墙；

(3)沿外墙竖直敷设的立管与用户分支管相连时，应设防雷接头，其两端的管道应分别就近接地，接地电阻不应大于10 Ω；

(4)由于燃气管道输送可燃气体，具有一定的防腐要求。为避免因钢材晶体结构不同而造成的电位差，同时因此在等电位连接时，应采用与燃气管道同一材料的钢材进行焊接连接，其焊接处应采取不低于燃气管道的除锈防腐等级。建议采取管箍方式，通过等电位连接线接至等电位连接箱。

5.3 屋面上燃气管道防雷分析

按照《建筑物防雷技术规范》(GB 50057—2010)，屋面上的金属燃气管道将完全暴露在雷电的袭击范围之内，因此必须采取严格的防雷措施，即严格执行《城镇燃气防雷技术规范》(QX/T 109—2009)的要求，除采取上述引入管的要求之外，还必须采取金属线跨接等措施。

6 结论和建议

(1)雷电是一种常见的自然现象之一，其强大的电流、炎热的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等物理效应能够在瞬间产生巨大的破坏作用，燃气管道作为建筑物附属设施，应该采取有效的防雷措施。

(2)根据实际情况，处于建筑物防雷保护区域之内的建筑物室内燃气立管可以不采取相应的防雷措施。

(3)外墙燃气立管、引入管、屋面燃气管道因处于建筑物防雷保护区域之外，必须按照相关规范采取防雷防静电措施，请有资质的防雷设计单位进行设计，安装相应的防雷接地装置。同时，接地装置应有良好的防腐措施。