天然气设施及管网雷电防护技术分析

广东省阳春市气象局 广东 阳春 529600

引言

阳春市拥有120多万人口，经济发展较快，对天然气能源需求较大，域内分布较多天然气输送管道和关键设施。截至2020年阳春管道天然气项目累计投入资金2.36亿元，建成储气能力达18万m3的LNG气化站1座，供气主干管道142.8多km，支线管道363.38km，发展用户达4.2万户，管网已覆盖阳春市区。随着城镇化建设发展和2020年粤西天然气主干管网建设大力推进，我市天然气应用优势进一步扩大，但同时，天然气属易燃易爆气体，应用于社区、学校、企事业单位等人口密集区，一旦因雷击引发事故后果不堪设想。因此本文重点介绍天然气设施及管网防雷具体措施。

1 阳春市雷电活动特征

阳春市年均雷暴日数90.2天，按年均雷暴日数超过60天为强雷区标准，阳春市属强雷区。近40年来最多雷暴日数在1983年，为127天，最少在2003年为63天，雷暴日数年际变化较大。雷暴集中于3-10月，5月进入强雷期，8月为峰值，12月最少。雷暴日数春季平均21.8天，占26.4%；夏季平均50.6天，占56.1%；秋季平均13.8天，占15.3%；冬季平均1.3天，占1.5%。阳春市雷电活动频繁，需加强天然气设施及管网防雷保护。

2 雷电危害简析

强大的雷电流瞬间可产生强烈机械力和高温热效应，大电流和高频特性在流经具有电阻或电感物体时将产生巨大电压降和感应电压，损坏绝缘，产生火花。天然气气化站和阀室建立在郊区空旷开阔地带，遭受雷击可能性大，其内布设的调压计量设备担负着区域内大量调压和计量工作，阀门O型圈、调压器皮膜和流量计传动齿轮出现雷击故障会使计量设备报废。建筑物附属天然气管道自身不带电雷电感应产生的火花不会造成较大影响，当管道泄露，气体集聚于一处时，因火花产生火灾。

3 综合防雷措施

3.1 天然气管网雷电防护措施

①按照现行技术标准中防雷规定，沿屋面明敷的天然气管道不应布置在檐角、屋檐、屋脊等易受雷击部位，钢质管道可不装接闪器，须与屋面防雷装置相接，使管道处于保护范围内。室外天然气管连接主要是天面管与避雷带连接，或埋地钢管与接地体连接。天面天然气管与避雷带连接线可采用直径≥8mm圆钢或截面≥48mm2的扁钢，厚度≥4mm。

②天面管及其放散管应低于避雷带，否则均就近连接避雷带。天面管要最少两处与避雷带搭接，搭接点间距≤30m，交叉净距＜10cm时也应跨接。

③依照《城镇燃气防雷技术规范》QXT109—2010，一是规定天然气立管不超过12m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管道应分别接地。通过上述防护，用绝缘阻止雷电感应侵入室内，感应电流通过室内接地线迅速释放，保护室内人员和天然气设施免受雷电流伤害。

④法兰球阀、连接金属管件和调压箱法兰用铜片跨接，过渡电阻值≤0.03Ω。每根立管冲击接地电阻≤10Ω。

3.2 天然气场站设施防雷措施

3.2.1 布设接地装置 首先，场站内所有设施、阀室需联合接地将各独立建筑物和工艺装置区地网结为一体。独立建筑物接地是将基础接地体和围建筑物环形接地体相结合，二者以5-10m间距作一次联结。工艺装置区管线进出口、设备均应在基础处做接地。各地网连接导体应≥2个，间距≤20m，有信号线缆的场站建筑物和装置区在连接导体间距≤10m。场站内高杆照明设施和监控设备基础接地体和辅助地网需接入共用地网，但高杆设施和设备、仪表、电缆沟等间距应≥5m。其次，接地体应位于地下0.7m以下，地网沟宽度≥0.3m。垂直接地体长度≥2.5m，材质为50×50×5mm热镀锌角钢，钢管壁厚＞3.5mm，镀锌层厚度≥85μm，接地体设置间隔≥5m。水平接地体则为40×4mm热镀锌扁钢。接地体之间焊接，焊点做防腐处理。污水排放口和土壤酸度强地带不应布设接地体，难以避开时适当加大接地体界面和镀层厚度。接地引入线长度应≤30m，采用热镀锌扁钢材质，避免和电缆等管道同沟布设，露于地表部位采取保护措施防止外部机械损伤和腐蚀。

3.2.2 等电位连接 集注站、压气站、分输站等中型以上机房等电位连接采用网状结构。在机房室内沿墙壁和设施外部设置环形等电位连接带，线截面应≥160mm2，材质为铜排，具体根据最大故障电流或材料机械强度确定。汇集线和接地引入线可靠连接要使用热镀锌扁钢或多股铜线，连接点在两处以上，呈对称结构分布，各设备就近与环形汇集线连接。另外增加计量仪表金属外壳等与接地网连接，降低接闪时雷电流产生的高电位。

3.2.3 浪涌保护器设置 信号线端加装浪涌保护器需根据线缆类型和连接设备性质选择相应型号。模拟量、视频信号等信号电缆，两端均应加装SPD。开关量信号电缆仅在重要端口设置SPD，控制、数据采集接口和传输信号线采用物理接口相同的SPD，SPD动作电压为设备工作电压的1.5-2.5倍。在变压器低压进线柜、配电箱、UPS交流出入端口等位置采用合适SPD做分级保护。根据阳春市雷暴特征，大中型场站电源SPD最大通流容量交流第一级应为60-120KA，交流次级40KA，直流保护15KA；场站、阀室电源SPD最大通流容量交流第一级为100-120KA，交流次级为40KA，交流精细为10KA，直流保护为15KA。实行分级保护时，各SPD之间退耦距离应≥5m。

4 结语

希望有关部门重视天然气设施防雷安全工作，严格执行国家标准对天然气设施及管网进行雷电防护，结合本地实际气象条件和环境因素做系统化处理，重视防雷工程整体协调性，在布设避雷针(带)基础上，综合考虑接地装置、等电位连接、浪涌保护器、综合布线等，尽可能减少或避免雷电事故，保障本市天然气能源安全。