湖南桃源 CNG加氣站防雷防護探討

陳錫暉,劉 娟,王 凱,沈亞力

(湖南省常德市氣象局,湖南 常德 415000)

湖南桃源 CNG加氣站防雷防護探討

陳錫暉,劉 娟,王 凱,沈亞力

(湖南省常德市氣象局,湖南 常德 415000)

現代防雷技術已上升到綜合防雷的階段,該文從綜合防雷的角度,對湖南桃源 CNG加氣站雷電防護進行探討,歸納加氣站雷電防護的需注意的問題,以供同行參考交流。

泄流通道;合理布線;安全距離

1 引言

根據加氣站的運作環境,雷電的安全危害度很高,相對而言,對綜合雷電防護的要求也高。加氣站通常選址在人口比較少的地段,站內建 (構)筑的防雷措施往往不符合規范要求,各種進線線纜不規范的進線方式往往容易傳導 LEMP而損壞站內設備、甚至危害人身安全。本文即通過對湖南常德桃源 CNG加氣站雷電防護進行探討,對加氣站的綜合雷電防護的整體思路進行疏導,歸納加氣站雷電防護的注意事項,以供同行參考。

2 現場勘測

本加氣站位于桃源縣青林鄉常桃公路西側,占地 2 300m2左右。西南角臨水塘,四周地勢平坦,四周沒有高大建筑。基礎置于粉質粘土層,土壤電阻率 <200Ω·m。區內,加氣棚為輕鋼結構,0.53mm厚熱鍍鋅彩鋼板為屋面,高 7.6m。站房、公廁及工具間均為低層框架建筑,其中站房高 7.2m,公廁及工具間高 3.3m。站區各主要建筑物的分布見圖 1。

圖 1 站區總平面布置圖

站區工藝流程如下:①合規的天然氣從加氣母站經氣瓶拖車運至本加氣站,經卸氣柱計量后通過壓縮機、程序控制盤分高壓、中壓、低壓儲存到高壓儲氣井中,壓縮機前面(卸氣柱來氣)壓力高于壓縮機后面時直接通過程序控制盤給天然氣汽車鋼瓶充氣或儲存到高壓儲氣井中;②增壓后的天然氣一部分儲存到高壓儲氣井,一部分通過售氣機給汽車鋼瓶加氣;③CNG加氣機加氣時,按低、中、高壓程序向CNG汽車加氣。

由于母站氣源符合 CNG汽車使用要求,壓縮機工作時產生的污油和廢氣很少,通過 CNG壓縮機撬內設置的回收罐將油污和廢氣收集起來,將廢氣放空,將油污等雜志排出,集中處理。

壓縮機各級安全閥放散管及各級填料泄漏管匯集到指定點放散;儲氣井設施各組安全放散管匯集到指定地點放散。站區管道布置圖如圖 2。

3 防雷工程探討

3.1 加氣站的防雷類別確定

建(構)筑物防雷類別的劃分有三大原則,即重要性、使用性質及發生雷電事故的可能性和后果。根據《汽車加油加氣站設計與施工規范》(GB50156 -2002)附錄 B對于站區爆炸危險區域的等級劃分,站內存在 0區、1區、2區等爆炸危險環境。判定加氣站的防雷類別時,應充分考慮加氣站的四周環境。當站區位于人口密集區,或其雷擊危害會帶動一系列其他更為嚴重的危害時,劃分為一類;當站區四周環境空曠,不會造成巨大的破壞及人生傷亡時,劃分為二類。

本加氣站的防雷類別確定為二類,未有天然氣管道引入、引出的建 (構)筑物按三類防雷建筑物確定。

圖 2 站區管道平面布置圖

3.2 直擊雷泄流通道(接閃、引下、接地)的設置

首先要明確接閃區域,所謂接閃區域是指具有雷電直擊風險的地面以上建 (構)筑物及各種與大地直接或間接相連的金屬物所在區域,已有對應類別的直擊雷獨立防護裝置保護范圍以內的區域除外。其次,應根據對應的防雷類別對各接閃區域進行具體的符合規范要求的設置。

該站區的接閃區域包括:站房、公廁及工具間、加氣棚、箱式變壓器、撬裝壓縮機、卸氣柱、地面集中給水閥等。該接閃區的直擊雷防護分兩類。

第一類,獨立的具有一定高度和長度的建 (構)筑物,如:站房、公廁及工具間、加氣棚之類。該類目標物的雷電防護,根據規范的要求進行常規設置。包括接閃器、引下線、接地裝置的取材、間距、布置位置等。其具體措施如下:

沿建筑物高處突出的邊角明敷避雷帶,支撐卡子水平間距 1m,轉彎處 0.5m,網格大小 ≤20× 20m,取材 Ф10熱鍍鋅圓鋼。鋼屋面裝置的加氣棚利用其金屬屋面及屋架做接閃器 (一般情況下,加氣機與加氣棚金屬屋面板之間的空間間距 >3m)。

利用建筑物結構柱內四根主筋 (Ф12熱鍍鋅圓鋼)通長焊接做引下線;加氣棚利用鋼柱作為引下線,與鋼屋架進行可靠連接,其外包裹的銀灰色鋁塑材料應可靠接地。

利用各建(構)筑物的基礎鋼筋做接地裝置,防雷地、保護地、安全地、重復接地、防靜電地等共用接地裝置,接地電阻要求≤4Ω。當接地電阻不滿足要求時,且每根引下線所連接的鋼筋表面積總和 < 4.24kc2m2時,增設人工接地裝置。人工水平接地體取材 L50×50×5×1500(2500)熱鍍鋅角鋼,用40×4熱鍍鋅扁鋼將接地體相連,接地體間距≥3m,埋深不小于 1m。

第二類,箱式變壓器、撬裝壓縮機、卸氣柱、地面集中給水閥等設備。此類目標物利用其金屬外殼可靠接地,在其四周設置環形人工接地裝置,取材、間距、埋深同上,并與基礎鋼筋不少于兩處的可靠連接。

3.3 地中、地上的各種安全距離的確定

安全距離包括地下設備管道、線纜、接地裝置之間的距離,加氣棚引下線柱與加氣機之間的距離,獨立接閃裝置于目標物等的距離、防感應雷接地點與引下線泄流入地點之間的安全距離等,合理的安全距離能有效減小旁側閃絡。

該站區,防感應雷措施的接地點與引下線泄流入地點之間保持一定的安全距離,此距離不小于5m。各種線纜 (視頻監控、燃氣控制、通信線路)的敷設與其他管線、電力電纜、電氣設備時的凈距設置詳參《建筑物電子信息系統防雷技術規范》(GB50343-2004)第 5.3.3條的規定。

3.4 聯合地網保障

為了有效防止地電位反擊,整個站區各單體接地裝置應進行聯合接地,使之形成一個統一的整體。此外聯合接地的確立,能更有效地保障站區等電位連接和各種接地均衡性的實行。

其具體措施是將各單體接地網間采用與人工水平接地體同材同規格的金屬物進行不少于兩處的電氣連接。

3.5 SPD的設置

SPD包括電源 SPD和信號 SPD,其設置應根據現場走線具體設置其參數、層級、位置。該站區電源配電線路分布如圖 3。

圖 3 站區電源線路走線總布置圖

10KV高壓電源從附近電桿接線后穿 SC管埋地敷至箱式變壓器,變壓后,低壓電纜穿 SC鋼管送至站區照明配電箱 (分支至加氣棚照明電源、門燈電源、路燈電源、壓縮機隔音罩照明電源)、AP箱(分支至售氣機電源、卸氣柱電源、氣體報警空氣器電源)、站房配電箱。站區采用 TN-S配電系統。

其電源 SPD的設置位置為:

高壓進線側設 SPD,擇位變壓器前高壓側,此處的 SPD通常已由電氣部門設置了金屬氧化鋅 SPD,一般選型 HY5WS-17/50。

低壓第一級:在配電屏的低壓側設置標稱通流容量 25KA(10/350μs)或 80KA以上 (8/20μs)的開關型電源 SPD。

低壓第二級:在分支配電箱處、室外照明設備電源箱 (站區照明配電箱、AP箱、站房配電箱)處設置標稱同流容量為 40KA(8/20μs)的限壓型電源 SPD。

第三級:站房弱電設備電源開關處使用 8/20μs波形、通流容量20KA限壓型 SPD或 In≥10KA的直流電源 SPD。

根據 GB50057-94(2000)中確定,選型 SPD時,其Uc不應小于 253V(Uc≥1.15U0)。

3.6 信號防雷

本工程信號系統尚未進行整體設置,僅預留埋地管道。此處指提供一種大致上的思路,合理的線路屏蔽接地,外加匹配的避雷器設置。

通常站區存在電話、網絡、視頻監控、可燃氣體傳感控制設備等。設備各進線線路應穿鋼管敷設,室外埋地暗敷,穿線鋼管在進出建筑物處進行等電位連接并接地。穿線鋼管通長電氣導通。各種信號線路在進出建筑物處設置參數匹配的信號 SPD。

3.7 等電位連接措施應合理

當平行及交叉敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物,其凈距 <100mm時采用金屬線跨接,跨接點間距≤30m。站區各長金屬物每隔 25m接地一次。

正常非帶電設備金屬外殼可靠接地。

工藝部分的主要金屬裝置、電機外殼等均可靠接地。

加氣機外殼等金屬裝備均可靠接地,其接地線取材 40×4熱鍍鋅扁鋼從接地裝置引出,由于引下線的分流系數高,通常避免直接連至引下線上的預留端子。

地下金屬管與接地裝置應互相可靠連接。

4 結束語

加氣站的工作環境決定了綜合防雷的必要性。其總體的注意事項歸納如下:

①加氣站類別的合理確定。該判定重要的依據是發生雷擊事故的可能性后果。存在爆炸危險區的建(構)筑、設備、管道等,據其危險性確定為一類或二類。對于其他附屬用房,如公廁、工具間、小商鋪等,嚴格地按年預計雷擊次數來確定類別,則數據遠遠不足要求,但根據其所在環境,通常將其結構鋼筋(包括天面、柱子及基礎內)焊接導通,基礎地網與站區地網可靠電氣連接,條件允許則根據規范設置相應規格、型材、間距的避雷裝置。

②直擊雷泄流通道要可靠。泄流通道包括接閃、引下、接地,三者間應形成可靠的泄流通路。

③地上、地中各種安全距離不能模糊。加氣棚的作用相當于一個獨立架空接閃裝置,利用作為引下線的鋼柱與加氣機凈距應不小于 3m,小于 3m時,引下線柱應進行適當高度的屏蔽,通常采用小型金屬絲網,有的加氣棚引下線柱外包金屬材質的鋁塑板,此種情況將該鋁塑板可靠接地。各種線纜、管道間應滿足符合規范的凈距要求。由于各建筑層高低、引下線的分流系數高,各種接地的接地線與引下線泄流入地點間應滿足不小于 5米的間距。

④聯合地網需保障。聯合地網的目的是防止站區地電位反擊,以造成對設備的不利影響。其具體措施就是將各種接地共地,并將各單體接地進行不少于兩處的電氣連接。

⑤合適的線路感應雷防護。此中包括線路的合理屏蔽接地、合理的避雷器位置、參數設置。

⑥符合要求的等電位連接是非常必要的。等電位連接包括各種長金屬物通長電氣導通 (包括穿線金屬管、輸氣管等),地上及地中金屬管道、金屬設施間的電氣連接,各金屬管道接地與接地裝置之間的電氣導通,相應空間采取合適的等電位網絡進行局部等電位連接,各種正常非帶電的設備金屬外殼可靠接地等。

[1] GB50156-2002.汽車加油加氣站設計與施工規范[S].

[2] GB50343-2004.建筑物電子信息系統防雷技術規范[S].

[3] GB50057-94(2000).建筑物防雷設計規范[S].

T M862

B

2010-09-10

陳錫暉 (1981-),女,助工,主要從事防雷減災工作。

1003-6598(2010)增刊 -0196-03