天然气LNG气化站的雷电防护工程设计

来源:用户上传      作者: 冯健1,徐成淮 郭飞 王祚铭

　　摘要 本文通过对粤西地区某集天然气LNG气化站雷电防护设计，从当地特殊地理环境及国家的具体规范入手，比较全面的阐述了该站的雷电防护。
　　关键词 天然气；雷电防护；屏蔽；等电位
　　中图分类号TE8 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）58-0147-02
　　0 引言
　　近年来，天然气的利用越来越广泛，它以价格低及环保受到越来越多的客户的青睐。然而，对于天然气的LNG气化站储存及销售单位，其雷电的防护又显的极其重要，如果因为雷电防护没有做到位，轻者建筑物及仪器受损，重者会发生爆炸以及人员的伤亡。本文就某粤西天然气LNG气化站的雷电防护设计方案进行探讨。
　　1 工程设计要素
　　防雷工程设计的要素包括：雷电活动区域、建筑物及其设备的雷电防护分类、被保护物是否（分区、分级、分系统）、当地的土壤电阻率大小等。设计的方案将依据这些要素对被保护物实施接闪、分流、屏蔽、接地、等电位连接及合理的综合布线的技术措施，最大限度的防止或减少雷电对被保护物的危害。
　　1.1 雷电活动区域
　　某粤西天然气LNG气化站年平均雷暴日为94.4日，依据国家规范属于强雷区（属于最高级别），该站的土壤电阻率为800Ω・m。
　　1.2 雷电防护分类
　　该气化站地理位置空旷，当中的储气罐是附近的最高物体，易受雷击，而天然气属易燃易爆气体，参照GB50057-94（2000版）第2.0.3条，其应划为第二类雷电防护。
　　1.3 该气化站所包含区域
　　该气化站分为生产区和办公区。生产区包括罐区、气化区、充装台、地磅、放散塔；办公区包括门楼、传达室、辅助用房、消防泵房。
　　2 直击雷的防护
　　2.1 罐区直击雷防护
　　罐区由两个立罐组成，其周身为钢结构，钢的厚度大于4mm，符合GB50057-94（2000版）里的条例，可以直接利用罐体接闪，但两个罐周围需做一圈地网，地网材料包括：水平接地体40×4的镀锌扁钢、垂直接地体50×5×2500的镀锌角钢，每个罐必须两点接地。
　　2.2 气化区直击雷防护
　　气化区由8个气化器组成，由于气化器里的天然气已经是气体形式，气化器直接接闪会增大爆炸的可能性，所以需增加避雷针或避雷塔，此处双针保护范围不够，四针保护范围足够，但是成本高，只能是架设避雷塔加避雷线的形式保护，经过计算及抗风能力的考虑，可以选用GFW系列钢结构避雷线塔（双塔高度都为25m）加以保护，为了强化保护，气化器本身也需接地。此处地网材料同上。
　　2.3 充装台及地磅的直击雷防护
　　充装台天面需加设避雷带给予接闪，避雷带规格为φ12的镀锌圆钢，四个屋角加装φ16的避雷短针，引下线利用四个角的柱筋引下，充装台长宽为10m×5m规格的，已经符合了二类防雷里天面网格的范围，避雷带中间不需要再加设网格，装台里的各个仪器设备必须与地网可靠连接，地磅与充装台相近，地网可以共用，地磅本身可以接闪。
　　2.4 放散塔直击雷防护
　　放散塔本身是金属结构，可以用做接闪，在放散塔两边做放射条状地网，人工地网需与放散塔基础相连，放散塔需两点接地。
　　2.5 门楼、传达室及辅助用房的直击雷防护
　　这三个建筑物相近，可以在直击雷防护上做整体考虑，门楼和传达室需加设避雷带给予接闪，避雷带规格为φ12的镀锌圆钢，其各自在四个屋角装设φ16的避雷短针，门楼长宽为20m×3m的，中间需加设两条网格，引下线可以经门楼两边的柱筋引下，而传达室长宽为4.5m×3.5m的，避雷带中间不需要加装网格，引下线需用φ12的镀锌圆钢在两个屋对角套φ35PVC管明敷引下与地网相连。辅助用房的天面在土建设计方面已经装设了不锈钢护栏，可以作为避雷带使用，但需不超过18m与屋顶预留出来的钢筋焊接连通，用做引下线用，辅助用房长宽为25m×10m，避雷带中间需加设两条网格，网格距离不能超过8m，网格带需与避雷带焊接连通，3个建筑物都是沿四周做一圈地网并焊接连通，避免因距离太近而发生反击。
　　2.6消防泵房的直击雷防护
　　天面做一圈避雷带，避雷带规格为φ12的镀锌圆钢，其各自在四个屋角装设φ16的避雷短针，引下线可以利用四个角的柱筋引下，泵房里面沿墙底部装设一圈室内水平接地网，规格为25mm×4mm的镀锌扁钢，这一圈扁钢需与地台的钢筋焊接连通，这一做法即把泵房基础作为散雷电流的接地网用，如接地电阻不符合二类防雷4Ω的要求，可以在泵房周围加设人工地网。
　　2.7 路灯的直击雷防护
　　由于路灯距离比较近，在地网的敷设上可以设计为一个整体，即沿着路灯的走线全部连通，一个可以增大接地网的长度，降低接地电阻值；二个可以减少反击。每个路灯都得两点接地。
　　3 供电线路的雷电防护
　　辅助用房作为整个气化站的枢纽，它的供电线路的雷电防护极其重要，它的供电方式是经由附近村庄的变压器引进的。首先，根据GB50057-94（2000版）里的规定，低压架空电缆应埋地套金属钢管引入，可以起到屏蔽作用，其埋地长度应符合下面公式：
　　l≥2=2≈56.57m（1）
　　但可以根据实际情况适当减少电缆埋地长度，但最少不应少于15m，在电缆进入辅助用房时，埋地金属钢管应接地，在进入配电柜前应加装电涌保护器SPD，而SPD的选型是有讲究的。
　　4 信号系统的雷电防护
　　气化站主要用到信号线路的有差压液位计、气体智能涡轮流量计等一些设备，而这些设备的终端到暴露在户外，很容易受到雷电电磁波的影响和破坏，所以要在这些设备终端的进线前端加装信号专用避雷器用于保护这些设备终端。
　　5 视频系统的雷电防护
　　视频系统主要包括室外云台摄像枪及位于辅助用房监控室内的显示屏，室外云台摄像枪主要的雷电波侵入线路分别是：视频信号线、电源线、云台控制线。做好云台摄像枪感应雷防护有两种方案：一种是在摄像枪的前端和室内控制主机前端各安装一个组合式视频、云台、电源三合一的SPD；一种是在三种线路两端分别各安装一台对应的避雷器。
　　显示屏的雷电防护：
　　显示屏感应雷的防护主要就是做好电源线路以及视频信号线路的防护。电源线路安装模块式电源SPD，安装位置为显示屏的电源线的进线端，具体参数如下：
　　标称工作电压Un：380V/50Hz；
　　限制电压UP ：380V；
　　标称放电电流In(8/20μS)5kA；
　　最大放电电流Imax(8/20μS)10kA；
　　响应时间tA≤25ns。
　　视频信号线路安装的视频SPD参数同上表格的视频线路参数。
　　6 网络系统的雷电防护
　　在路由器进线端口要加装网络SPD用与保护整个气化站的网络系统的安全，网络SPD的参数如下：
　　标称工作电压Un：5V；
　　限制电压UP ：13V；
　　标称放电电流In(8/20μS)：2.5kA（线对线）
　　5kA（线对地）；
　　插入损耗：0.3db；
　　响应时间tA≤25ns；
　　接口方式：RJ45。
　　7 整个气化站的屏蔽措施
　　屏蔽是减少电磁干扰的基本措施，具体宜采取以下措施预防：外部屏蔽措施、线路敷设于合适的路径、线路屏蔽，等电位连接等，以上措施宜联合使用。
　　1）辅助用房的屏蔽
　　（1）天面在浇铸前应将板筋焊接成0.5×0.5的网格，并与圈梁以及所有的柱筋连通，以达到良好的屏蔽和分流作用；
　　（2）为改善监控室的电磁环境，所有与建筑物组合在一起的大尺寸金属部件都应等电位连接在一起，并与接地装置相连。屋顶板筋、四周柱筋、各层的梁筋、金属门窗框架等，都必须进行等电位连接，这些构件的连接构成了一个格栅形大空间，能最大程度上提高屏蔽的效果。
　　2）所有信号线路、视频线路、网络线路、电源线路都应套金属管，金属管两端都应接地处理。
　　3）等电位处理
　　各种线路的金属套管，电缆金属外皮等在进入监控室之前应在一楼入户处即LPZ0B与LPZ1交界处与总等电位连接排连接后接地，并在进入二楼监控室前与监控室等电位连接环进行二次连接后接地。
　　监控室内，应将金属电脑桌、电脑设备、空调机金属外壳、控制设备金属外壳、金属门窗等与等电位接地环可靠连接后接地，以减少电磁感应时各设备之间产生的电位差。
　　8 共用接地
　　共用接地系统是现代防雷技术中重要的防护措施之一。整个气化站的地网应连通成个大地网，组成个连通的接地系统。联合接地系统除了能够有效降低接地电阻外，还可以消除各地网之间的电位差，防止高地电位反击给设备带来损坏。
　　9 结论
　　如今的防雷已经不是单纯的“避雷针”时代，要做好防雷需从方方面面考虑，在防雷设计这一块应从各个角落防止或及减少雷电对建筑物及设备的损害程度。
　　
　　参考文献
　　[1]建筑物防雷设计规范 GB50057-94，2000.
　　[2]电子计算机机房设计规范 GB50174-93.
　　[3]建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004.

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