LNG接收站防雷接地系统设计

张明明,张 卓

(中海油石化工程有限公司,山东 济南 250101)

液化天然气LNG接收站因储存介质易燃易爆特点，及其周围环境复杂性，它的安全显得更加关键。雷电作为一种自然现象，其对接收站的雷击可能会产生爆炸的危险。因此LNG接收站的防雷接地措施对接收站的安全运行就显得尤为重要。本文以中海油福建LNG站线项目秀屿接收站5#、6#储罐工程为例，简单介绍其防雷接地设计。

1 项目概况

福建LNG项目站址位于湄洲湾北岸的秀屿港东侧，总占地面积37.2万m2，新增2座160,000m3全容式储罐。LNG 接收站新增加5#、6#储罐、空压机房、BOG压缩厂房、罐区仪表间、火炬系统、办公区等建筑物，

供电系统：本期工程新增用电负荷由中压6kV 和低压380V 组成，中压电源引自区域变电所；低压电源引自区域变电所新上低压柜，罐区仪表间和储罐工程(罐区)的低压电源引自罐区仪表间合并建设的变配电室。

2 雷暴气象条件

莆田市位于福建沿海中部，3月份初期为该市的初雷日，9月份末期为终雷日，4月份到9月份是该市一年中雷暴的多发时段，其年平均雷暴日为37天，是雷电的多发区。

3 防雷接地设计

3.1 建筑物直击雷防护

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定，LNG罐区、BOG压缩厂房属于爆炸危险环境2区按第二类防雷建筑物设计；罐区仪表间控制着整个供电系统，故按第二类防雷建筑物设计；空压机房、火炬系统及办公区域为一般正常环境，故按第三类防雷建筑物设计[1]。

3.1.1 接闪器

接闪器专门用来接收直接雷击的金属物体，由接闪杆、接闪带、及金属屋面、金属构件组成。

3.1.1.1 LNG储罐区

LNG储罐区罐顶为穹形混凝土结构，储罐高度大于60m，故需要装设接闪器。采用装设接闪网和接闪杆混合组成接闪器于罐顶，采用锌包铜线(S=120mm2)形成不小于10m×10m 接闪网覆盖整个罐顶，接闪杆装于罐顶周边及有突出罐顶的其他构筑物部位，所有的接闪杆和接闪网应相互连接。

由于罐顶平台设有安全阀，见图1，根据滚球法[2]计算接闪杆的保护范围，故在平台最高处每隔大约25m安装一个接闪杆，达到防雷击作用。

3.1.1.2 BOG压缩厂房、罐区仪表间

BOG压缩厂房由一台BOG压缩机、BOG辅机及吊车组成；罐区仪表间由低压变配电室、机柜间、UPS间组成。BOG压缩厂房和罐区仪表间利用人工敷设接闪带作为接闪器，用锌包铜线(S=70mm2)沿屋面敷设组成接闪网，网格不大于10mx10m或12m×8m。

3.1.1.3 空压机房、火炬系统、办公区

空压机房、火炬系统、办公区利用人工敷设接闪带作为接闪器，用锌包铜线(S=70mm2)沿屋面敷设组成接闪网，网格不大于20×20或24×16；所有突出屋面的金属物体均应与屋面防雷装置可靠连接。

上述(1)(2)(3)中屋面接闪带支架采用专用支架，支架间距为1m，转角处为0.5m，支架高度距屋面150mm。

3.1.2 引下线

用于将雷电流从接闪器传导至接地装置的导体。

LNG贮罐区利用120mm2锌包铜线作为引下线，沿罐顶四周每隔12.5m引下一次，上端与管顶接闪器可靠连接；BOG压缩厂房利用钢柱作为引下线，钢立柱上端与屋面接闪器可靠连接；罐区仪表间利用结构柱内2根对角主钢筋(φ≥16)作引下线，上端与女儿墙上接闪带连接。以上建筑物及装置引下线不应少于2点，并应沿生产装置或建筑物屋面四周均匀设置，且其相距周长不应大于18m[1]，引下线下端与室外接地装置及基础圈梁钢筋可靠连接，连接长度不小于6倍钢筋直径。

空压机房和办公区利用利用钢柱作为引下线，钢立柱与屋面接闪器可靠连接，其间距沿周长计算不应大于25m。

3.1.3 接地装置

除独立接闪杆外，LNG接收站站防雷接地、电气系统接地、工作接地、保护接地、防静电接地等共用接地接地系统，其接地系统接地电阻不应不大于4 欧姆。全厂接地网由自然接地体和人工接地体组成。自然接地体由建筑物及装置立柱基础构成，人工接地体由水平接地体和垂直接地体组成；水平接地体为-70mm2锌包铜线组成，埋地-0.8m，与引下线可靠连接；垂直接地极采用非金属低电阻(φ260×1000，>50kg，р<0.1Ω·m)垂直接地模块，埋深-0.8m， 过门口处埋深-1m。施工完毕后应测量接地电阻，如不满足要求应增加垂直接地极。

4 防雷击电磁脉冲设计

雷击电磁脉冲作为电磁效应的一种，其为直接雷击和附件间接雷击共同作用产物。雷击电磁脉冲会对防雷接地装置等电位产生影响，因此防雷击电磁脉冲设计显得必不可少。

4.1 等电位连接

等电位连接基本措施就是把装置内防雷接地装置、电气设备外壳、金属构件等所有设备外露可导电部分均通过黄绿铜绞线有效电气连接起来，使其成为一个有效电气通路，从而达到等电位目的，消除接触电压及跨步电压。

本工程低压配电系统接地型式为TN-S，在外来电源进线设置总等电位连接板MEB[3]，并通过接地干线与室外接地装置不少于两点连接。室内电源线、金属线槽和进出建筑金属管道均与室内总等电位连接板连接，从而达到等电位连接。

4.2 做好屏蔽设计

屏蔽设计就是利用法拉第笼的静电屏蔽原理，将建筑物利用金属屏蔽罩包裹起来，通过将金属屏蔽罩接地，实现阻止建筑物外电磁场对金属屏蔽罩内线路及设备影响。

故此项目中对所有线路进行穿管，要选择金属材质的管材进行布线，设备外壳、机架、雷电主钢筋等均需接地，从而降低雷击电磁脉冲对信号的干扰。

4.3 装设电涌保护器

4.3.1 电源系统

在供配电系统中安装与其设备耐压水平相符的电涌保护器来防止直击雷及操作造成过电压[3]。在电源进线处总配电柜内装设I 级试验的电涌保护器，Up≤2.5kV，Iimp≥12.5kA，作为第一级过电压防护。在分配电箱内装设II级试验电涌保护器，Up≤2.5kV，Iimp≥12.5kA。

4.3.2 信息系统

LNG接收站内配电系统与电信系统电子器件连接时，应在电子器件上安装与其耐压等级相匹配的电涌保护器。在本项目中，电话、网络、视频监控、火灾报警系统中均在线路的首末端装设电涌保护器。

4.4 防静电接地

在LNG接收站内生产装置及建筑物内洁净、干燥房间内, 设备移动、人员走动等都将产生大量的静电。这些静电如不能通过相应防雷接地设备泄露入地，不仅会对电气电信设备产生干扰，甚至会引燃装置内可燃性气体，引起爆炸。因此必须把装置内带静电物体或有可能产生静电的物体(非绝缘体)通过静电接地体与大地构成有效电气通路[4]。

故此项目采用静电触摸球，BOG压缩厂房安放在静电防护区外人员进出口处，LNG储罐区设置在扶梯上或入口处、平台上。

5 结语

LNG接收站前期工程安全运行的经验表明，通过合理的设计和定期维护可以有效减少甚至消除雷电造成的危害