城市建筑外敷供气管道的防雷技术解答

吴正增+吴敏+姚和菊

摘 要： 随着社会经济发展，高层建筑（构）物的增加，必然会导致燃气供气管道安装技术要求的提高和燃气供气管道的特点，防雷问题的日趋严峻，本文针对燃气供气管道的雷电危害方式进行了详细分析，并提出了相应的防雷技术措施。

关键词：燃气 供气 管道 防雷技术措施

中图分类号：TU996 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2016）09-0270-02

引言

有史以来，闪电就影响着人类的活动和思维。雷暴是指一部分带有电离子的云层与另一部分带异种电荷的云层接触，或者是带电离子的云层对大地间迅猛地放电。其中后一种即云层对大地放电，则会对建筑物、人体、电子设备等产生极大危害，如何避免放电造成的危害是人类开展研究的主要对象。据估计，任一时刻全球约有2000个雷暴同时存在，这些雷暴以大约100次/秒的速率产生云地闪电。在美国，平均每年闪电击毙600人左右，击伤1500人左右。

据气象监测，2015年浙江省全年共发生地闪13万余次，较上年同比减少65%，地闪雷暴日数达158天，与上年持平。从空间分布来看，年平均地闪密度为1.30次/km2，地闪高发区域和雷暴日多发区主要集中在衢州中部、金华南部、宁波南部及台州中东部；从时间分布来看，全年地闪主要集中在5～8月，占全年总地闪的79%。雷电灾害仍然是我省造成人员伤亡人数最多的气象灾害之一，据统计，2015年全省共发生312起雷灾事故，其中有7起人员伤亡事故，造成6人死亡。

全国各地都曾发生过燃气供气管道被雷电击穿事故，例如在1984 年，重庆市渝中区上清寺红球坝附近发生埋地燃气供气管道被雷电击穿的雷害事故等，因此对于燃气管道的防雷应引起足够的重视。

近年来，随着经济发展，全国各地的高层建筑不断增长，由于消防规范及其他因素限制，燃气供气管道一般都沿建筑物外部安装至屋面，再安装进入室内。这样的施工现象和安装工艺的增加，凸显出燃气供气管道的防雷安全尤为重要。下面就雷电对于燃气供气管道的危害方式进行全方面详细的分析，并且提出相应的防雷技术措施。

一、燃气供气管道的雷电危害方式

1.直击雷危害

架空或埋地的燃气管道，当这些管道遭受直接的雷电袭击时候，闪电中的电压高达几万伏乃至十亿伏，非常容易导致管道被击穿从而所引起多发的危害，于此同时产生的机械效应或热效应，使燃气产生燃烧或爆炸，引发严重的人员伤亡的事故。

2.感应雷危害

雷云在起电、移动和先导放电的过程中，燃气供气管道会随之产生静电感应，雷云会使管道产生异号静电位，假如雷云对地放电管道中的束缚电荷成为了自由电荷，并且是以冲击波的形式对称地向管道两端移动，电荷移动所形成的电流为雷电感应电压。 当雷电闪击时，将会在空间产生强大瞬变电磁场，处于临近的管道、燃气设备及燃气器具作切割磁力线运动，如图1所示：

矩形开口环路上（即在电气接触不良和开口处）将以互感偶合形式在闭合环路开口处ab间产生如下式的瞬态冲击过电压：

将D=500m，=10m，di=104kA，dt=2.5μs代入即得E=1.6kV。可见，当导体环路有接触不良情况哪怕仅有1mm间隙时，也会产生电火花而引爆可燃气体。因此，必须作好等电位技术处理。

3.雷电波侵入危害

雷电波侵入是指由于架空线路或金属管道对雷电的传导的作用，雷电波可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。这种事故的发生率很高，而且往往事故又严重。

其一是直击雷击中金属导线，让高压雷电波以波的形式沿着导线两边传播而引入室内；

第二种是来自感应雷的高电压脉冲，即由于雷云对大地放电或雷云之间迅速放电形成的静电感应和电磁感应，他们在各种电线中感应出几KV到几十KV的高电位，以波的形式沿着导线传播而引入室内的；

第三种是由于直击雷在房子或房子附近入地，因其通过地网入地时，在地网上会发生数十千伏到数百千伏的高电位，这高电位通过电力线的零线、保安接地线和通信系统的地线，也是以波的形式传入室内，并沿着导线传播到别处，殃及更大范围。

综上所述，雷电波侵入的方式主要有以上三种，无论直击雷还是雷电波侵入，其危害都远远大于雷电静电感应。而雷电静电感应可导致1mm间隙产生电火花引爆可燃气体，因此对直击雷与雷电波侵入的危害可想而知。进行燃气管道防雷的主要设计思路为：

①将燃气管安装在原有避雷装置的保护范围之内，避免直击雷；

②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侵入

二、燃气供气管道的雷电防护技术

燃气管道的供气通常有以下两种方法：一种是埋地引入建筑物（通常是低层建筑物）内，沿管道井或穿越楼梯间至室内用户的燃气设备或燃气器具；另一种是燃气管道埋地引至建筑物附近后，沿建筑物（通常是高层建筑物）的外墙敷设直至屋顶，然后进入燃气设备房或燃气用户。

对第一种方法采取相应的防雷措施这里不再分析；采用第二种方法的原因：一是根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）第5.2.4条“输送可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道，严禁穿过防火墙。其它管道不宜穿过防火墙，当必须穿过时，应采用不燃烧材料将其周围的空隙填塞密实”、第 6.2.5.2 条“楼梯间及防烟楼梯间前室内不应敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道，并不应有影响疏散的突出物”及第6.2.5.3条“居住建筑内的煤气管道不应穿过楼梯间，当必须水平穿过时，应穿套管保护”规定，建设单位和燃气供气公司对高层建筑物的燃气供气管道采取沿建筑物或构筑物的外墙敷设直至屋顶，然后进入燃气设备房或燃气用户。二是燃气供气公司为安装的简捷方便，无论高层还是低层均采取这种方式。针对这种情况，根据现行国家标准《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）和《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010），结合重庆市的特殊气候背景、雷电参数等实际情况，我们必须采取相应的防直击雷、防雷电静电感应和雷电波侵入措施。

1.直击雷（或侧击雷）防护技术

燃气供气管道沿建筑物或构筑物的外墙安装铺设直至屋顶，沿外墙上的部分为防 止雷电侧击的危害，应将室外燃气供气管道每12m做一次防雷接地与建筑物的均压环连接。以便燃气供气管道对雷电流达到快速散流的目的。

对屋面上铺设的燃气供气管道，为了避免雷电直接击在燃气供气管道，因此，燃气供气管道不应跨越建筑物女儿墙（由于燃气供气管道不在建筑物防雷设施的保护范围之内），应从建筑物女儿墙底部进入屋面，同时在屋面的燃气管道沿线应采取屏蔽的金属网格化处理，尽可能减少直击雷和感应雷的危害。有条件的情况下，可安装主动式防雷装置，最大限度地减少雷电直接击在燃气管道的雷害事故发生。

2.雷电波侵入防护技术

雷击燃气供气管道或雷电感应电流的雷电波侵入的防护，应在燃气供气管道进入室内处作好绝缘技术处理，即在燃气供气管道入户处应插入绝缘段以与户外埋地的燃气管道隔离或在法兰盘处插入绝缘段处理（如图2、图3）。

3.雷电静电感应防护技术

在燃气供气管道的绝缘处理中，绝缘段前端的燃气管道应该通过放电的间隙与绝缘段后端的燃气管道（或总等电位连接带）做等电位连接。

如果燃气供气管道的法兰盘、阀门接头之间生锈腐蚀或者接触不良，在电流幅植相当低（10.7kA）的情况下，法兰盘间也能发生火花，如遇可燃气体立即燃烧爆炸。因此，对室内燃气设备及燃气器具应做防雷电感应接地；对于燃气仪表等应跨接，做好等电位技术处理。对于可能遭受雷电静电感应的危害防护，燃气供气管道每隔20～25m，应设防雷电感应接地，接地电阻均不应大于 10；同时在管道的分支处，应设防静接地，接地电阻不应大于30。

三、结论

1.室外沿外墙铺设的燃气供气管道应每12m做一次防雷接地与建筑物的均压环连接，屋面上铺设燃气供气管道沿线防直击雷应采取屏蔽的金属网格化处理，从建筑物女儿墙底部进入屋面；在燃气供气管道的绝缘处理中，绝缘段前端的燃气管道应通过放电间隙与绝缘段后端的燃气管道（或总等电位连接带）做等电位连接；室内燃气设备及燃气器具应做防雷电感应接地；对于燃气仪表等应跨接，做好等电位技术处理。

2.燃气供气公司应采取积极有效措施，对燃气供气管道及设施采取相应的防雷措施和维护措施。对燃气供气管道防雷方案送防雷主管部门审查，并接受其监督检查。

3.对于高度超过45 m 的高层建筑，按照《建筑物防雷设计规范》（GB 50057 —2010） 规定，对高度超过45 m 的钢筋混凝土结构、钢结构的建筑物，沿外墙竖直敷设的金属管道应采取防侧击和等电位的防护措施，即金属管道的顶端和底端与防雷装置连接。

4.对于多层建筑（高度未超过45 m） ，当建筑物屋面有合格的防雷系统时，楼栋燃气管道采用上行下供式，天面燃气管应完全处于建筑物防雷接闪器保护范围之内，还应与天面的避雷网（带） 进行等电位连接，可以不作独立的接地体。如果建筑物屋面无避雷网（带） 的，尽量避免走天面管，否则须重新按照规范安装防雷装置。

参考文献

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