畢節(jié)市天然氣儲配站雷電災(zāi)害風(fēng)險評估與防護(hù)對策

劉 佳，楊念華，陳林琴

(1.貴州省畢節(jié)市氣象局，貴州 畢節(jié) 551700;2.貴州省金沙縣氣象局，貴州 金沙 563600)

1 引言

雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一。通過雷電災(zāi)害風(fēng)險評估，對建設(shè)項(xiàng)目可能存在的雷電危險有害因素進(jìn)行識別，指出隱患，提出補(bǔ)充和完善的對策、措施，以滿足安全生產(chǎn)的要求。同時為防雷裝置設(shè)計提供指導(dǎo)意見及防護(hù)對策。

2 建設(shè)項(xiàng)目概況

畢節(jié)市燃?xì)庥邢挢?zé)任公司天然氣儲配站建設(shè)工程位于畢節(jié)市鴨池鎮(zhèn)頭步村趙家灣，占地面積26 830.2 m2。地處平坦地帶，站前有公路，交通便利，該項(xiàng)目背后有山丘。場地標(biāo)高于洪水位，周圍有排水溝。建設(shè)液化天然氣儲罐12個(近期建設(shè)8個100 m3儲罐，遠(yuǎn)期建設(shè)4個100 m3儲罐)及配套工藝設(shè)施，同時建設(shè)1.5萬 m3/d汽車加氣站(4臺加氣機(jī))1座以及場站管理維修設(shè)施。輔助設(shè)施包括:消防泵房、消防水池、配電間、值班室、綜合辦公樓、材料庫房等。

2.1 項(xiàng)目地理位置及總平面布置

畢節(jié)市天然氣儲配站中心位置:27°16'470″N，105°20'836″E。

畢節(jié)市天然氣儲配站由辦公綜合樓，材料庫房，儀表、控制室，加氣站房，加氣棚，水泵房，消防水池，儲罐區(qū)，氣化區(qū)，壓縮、脫硫、脫水區(qū)，大門值班室等組成。

2.2 供電、安防及火災(zāi)報警系統(tǒng)

電源采用220V單項(xiàng)引入，主要用于照明、路燈和監(jiān)控及報警系統(tǒng)。

安防系統(tǒng)主要包括:監(jiān)控系統(tǒng)、周界防護(hù)系統(tǒng)以及入侵報警系統(tǒng)。其中，監(jiān)控報警中心設(shè)在值班室，崗哨及值班室均設(shè)置火災(zāi)專用報警電話。

3 雷電活動分析

資料數(shù)據(jù)來源:畢節(jié)市氣象局45 a(1964—2008年)氣象觀測資料;貴州省近5 a(2006—2010年)雷電監(jiān)測網(wǎng)資料;現(xiàn)場土壤勘測資料。

3.1 畢節(jié)市氣象觀測數(shù)據(jù)分析

以畢節(jié)市1964—2008年氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計:畢節(jié)市年平均雷暴日為56 d，月平均雷暴日接近5 d;雷電活動主要發(fā)生在4－9月，雷暴日最多的年份為1983年，天數(shù)為87 d;雷暴日最少年份為2001年，天數(shù)為39 d。初雷日最早為1月1日發(fā)生在1987年;終雷日最晚為12月31日發(fā)生在1979年;初終間跨度最長的年份為2002年，從1月3日—12月18日。

畢節(jié)市雷暴日的年際變化趨勢較大，介于39～87 d之間(圖1)。

圖1 畢節(jié)市1964—2008年雷暴日(觀測數(shù)據(jù))年際變化

人工氣象觀測資料得到的雷暴日數(shù)僅僅反映了某區(qū)域大致的雷電活動特征，該數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確表征地面落雷的頻繁程度、閃電電流強(qiáng)度等雷電參數(shù)。因此，在進(jìn)行建(構(gòu))筑物年雷擊次數(shù)的估算、雷擊風(fēng)險計算時，本報告采用項(xiàng)目所處區(qū)域?qū)嶋H雷電監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

3.2 貴州省近2006—2010年雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.2.1 地閃密度 根據(jù)雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計，畢節(jié)市雷電年平均地閃次數(shù)為13 666次，地閃密度為4.0次/(km2·a)。項(xiàng)目區(qū)域(以項(xiàng)目地址中心位置5 km半徑)內(nèi)雷電流年平均地閃次數(shù)605次，地閃密度為7.0次/(km2·a)。本報告采用該值作為雷電風(fēng)險計算參數(shù)。

3.2.2 正負(fù)閃雷電流強(qiáng)度分布及極值 畢節(jié)市最大雷電流強(qiáng)度249.80 kA，平均閃電強(qiáng)度35.67 kA，0～20 kA雷電流占28.40%，2～50 kA雷電流占55.33%，50～100 kA雷電流占15.54%，100kA以上雷電流占2.73%(表1)。

表1 2006—2010年畢節(jié)市最大正、負(fù)閃強(qiáng)度及平均閃強(qiáng)度表(kA)

3.2.3 雷電季節(jié)變化 畢節(jié)市地閃主要活動期是4－9月，97.04%以上的地閃都發(fā)生在這6個月(圖2)。

3.3 土壤電阻率

在防雷裝置設(shè)計施工中，土壤電阻率是一個重要且關(guān)鍵的參數(shù)，該參數(shù)的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到防雷裝置設(shè)計過程中的科學(xué)設(shè)計，也能極大的影響到建設(shè)單位投資費(fèi)用。

根據(jù)項(xiàng)目可研報告中地質(zhì)條件“場區(qū)以溶丘溝谷洼地地貌為主、場地位于溝谷間相對較平緩地帶”現(xiàn)場勘測平均土壤電阻率為270Ω·m，屬中等土壤電阻率區(qū)域。

4 雷擊風(fēng)險評估

可接受風(fēng)險值參照QX/T 85－2007推薦可承受風(fēng)險的代表性值。

建筑物分區(qū):根據(jù)本工程區(qū)域內(nèi)的建構(gòu)筑物使用功能和位置分布情況，劃分以下防雷區(qū)域:加氣區(qū)域(Z1)、儲罐區(qū)域(Z2)、辦公區(qū)域(Z3)、材料庫房區(qū)域(Z4)。

建筑物周邊環(huán)境:畢節(jié)市天然氣加氣站工程所在地地處溝谷間平坦地帶。工程項(xiàng)目各區(qū)域特征值參照QX/T 85－2007。

各區(qū)域特征見表2～表6。

表2 加氣區(qū)域(Z1區(qū))的特征

表3 儲罐區(qū)域(Z2區(qū))的特征

表4 辦公區(qū)域(Z3區(qū))的特征

表5 房區(qū)域(Z4區(qū))的特征

表6 不同分區(qū)內(nèi)風(fēng)險R的組成

5 結(jié)論

通過對加氣區(qū)儲配所處區(qū)域的氣象觀測數(shù)據(jù)、雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，并對站區(qū)主要建構(gòu)筑物進(jìn)行了年預(yù)計雷擊次數(shù)計算、雷電風(fēng)險估算，結(jié)合項(xiàng)目的使用性質(zhì)、建構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和相關(guān)規(guī)范，評估結(jié)論如下:

氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計的畢節(jié)市年平均雷暴日數(shù)為48 d，根據(jù)GB50343－2004，畢節(jié)市屬高雷暴區(qū)。雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計的年平均雷暴日數(shù)高達(dá)71 d，根據(jù)雷暴強(qiáng)弱等級劃分，畢節(jié)市屬強(qiáng)雷暴區(qū)。

根據(jù)雷電監(jiān)測資料統(tǒng)計分析結(jié)果，站區(qū)中心位置3 km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)122次，地閃密度約為6.1次/(km2·a)，大于畢節(jié)市的年平均地閃密度3.8次/(km2·a)。說明該站區(qū)落雷概率高，易遭受雷擊。

加氣區(qū)域、儲配區(qū)域、辦公區(qū)域、庫房區(qū)域的年預(yù)計直接雷擊次數(shù)在0.009～0.054次之間，線路年預(yù)計雷擊次數(shù)為0.042次。上述區(qū)域的人員傷亡風(fēng)險值分別為 6.26E －07、1.60E －07、2.01E －06、4.35E－06，均小于 QX/T85－2007規(guī)定的可承受風(fēng)險(1.00E －05)(表6)。

6 防護(hù)對策

根據(jù)評估結(jié)果，畢節(jié)市天然氣儲備站需作防直擊雷和防雷電波入侵設(shè)計，站區(qū)可設(shè)計避雷針或避雷塔、辦公樓設(shè)計避雷帶作防直擊雷保護(hù)，站棚為鋼架體可直接接地，避雷針或塔離儲備罐距離不小于5 m，接地電阻不小于10Ω。LNG立罐、LNG加氣機(jī)及CNG儲氣瓶組是雷電防護(hù)的重點(diǎn)。除按常規(guī)防雷設(shè)計外，還應(yīng)滿足以下要求:

①加氣站、儲配罐、綜合辦公樓及材料庫房應(yīng)分別按第一、第三類防雷建筑物設(shè)計，首次雷擊電流參數(shù)應(yīng)分別按不小于250 kA、150 kA設(shè)計，接地電阻不大于10Ω。

②進(jìn)出加氣站站區(qū)、儲配罐的線路應(yīng)采取等電位連接、靜電防護(hù)、金屬管屏蔽措施。配電房應(yīng)安裝通流量不小于60 kA的電涌保護(hù)器(SPD)。

③加氣站棚、儲備罐的照明必須采用防爆裝置。

［1］GB 50057—1994.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版區(qū)，1994.

［2］楊仲江.雷電災(zāi)害風(fēng)險評估及管理基礎(chǔ)［M］.北京:氣象出版社，2010.