貴陽某工業(yè)園配氣站雷電災害風險評估

張淑霞,吳安坤,丁 旻

（貴州省防雷減災中心,貴陽 550002）

0 引言

長期以來人們都是抱著僥幸的心理想法，而對那些潛在的安全隱患并不重視。認為雷電引起易燃易爆場所發(fā)生的火災、爆炸事故屬于突發(fā)的事件，是天災,是不可避免的。現(xiàn)在由于雷電災害事故的發(fā)生頻繁，至今引起社會各界專家的廣泛重視，但是，在研究探索的程度尚顯不足的。我們對于一些大型建設(shè)工程項目、重點建筑工程、爆炸危險環(huán)境工程，有關(guān)部門對工廠選址未進行足夠的可行性論證和評估分析，就會留下雷擊風險的重大隱患。要達到雷電災害減少為零，完全確保國家財產(chǎn)及人民生命財產(chǎn)安全，就必須通過技術(shù)分析、風險評估對建設(shè)項目所在區(qū)域的雷電發(fā)生狀態(tài)和建設(shè)項目區(qū)域的布局定位等方面提出適合的防護依據(jù)和科學的論證，采取最優(yōu)的措施聊進行防護。

1 建設(shè)項目概況

該項目位于貴陽溶蝕盆地邊緣地帶，為緩坡丘陵坡腳地貌，總體北側(cè)較低，東、西較高，地面高程為1248.70～1252.02m，高差3.32m。總建筑面積5000平方米，形成儲罐容積：100立方米，年供氣量/800萬立方米。

1.1 項目總平面布置

站區(qū)分為生產(chǎn)區(qū)、加氣區(qū)、生產(chǎn)輔助區(qū)三大部分。生產(chǎn)區(qū)包括LNG儲存氣化區(qū)和門站工藝裝置區(qū)，加氣區(qū)包括加氣機、營業(yè)室、衛(wèi)生間等，輔助區(qū)主要包括生產(chǎn)輔助用房、消防水池等。本站設(shè)兩座大門，LNG槽車從南側(cè)大門進入，沿站內(nèi)道路駛?cè)牍潭ㄍ＼囄唬稣緯r從西側(cè)大門駛出。

1.2 供電和電子信息系統(tǒng)

本工程二級用電負荷設(shè)置雙電源進線開關(guān)，采用雙電源進線，一路電源引自站內(nèi)250kVA箱式變電站，另一路引自發(fā)電機房60kW柴油 發(fā)電機組，主備電源之間設(shè)置電氣連鎖，嚴禁并網(wǎng)運行。 站內(nèi)近期設(shè)置一套6kVA UPS應急電源（t≥60min），遠期增設(shè)一套3kVA UPS應急電源（t≥60min），為信息系統(tǒng)、自控系統(tǒng)及視頻監(jiān)控系統(tǒng)提供不間斷電源。

電子信息系統(tǒng)包括集散式控制系統(tǒng)(DCS)、FGS系統(tǒng)和火災自動報警控制系統(tǒng)。在控制室內(nèi)設(shè)置火災自動報警控制盤，火災自動報警控制盤接收來自控工藝裝置區(qū)、LNG儲罐區(qū)、儲運區(qū)等處的火氣檢測信號。

2 數(shù)據(jù)采集及分析

資料數(shù)據(jù)來源：貴陽市烏當區(qū)一般氣象站45年（1964-2008年）地面觀測資料和貴州省近6年（2006-2012年）貴州省雷電監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測資料。現(xiàn)場勘測資料[1]。

2.1 烏當區(qū)地面觀測資料分析

以貴陽市烏當區(qū)1964-2008年地面觀測資料統(tǒng)計分析烏當區(qū)雷暴日的變化特征：烏當區(qū)年平均雷暴日為44天，月平均雷暴日超過3天；雷電主要發(fā)生在4-8月份；雷暴日最多的年份為1979年，天數(shù)為60天；雷暴日最少年份為1966年，天數(shù)為23天。初雷日最早為1月3日發(fā)生在1987年；終雷日最晚為12月12日發(fā)生在1989年[2]。

烏當區(qū)雷暴日的年際變化偏差也大，基本是23-60天之間，超過40天的（多雷區(qū)）年份有30年左右（圖1）。

地面觀測資料測得雷暴日數(shù)據(jù)已經(jīng)反映了這個地區(qū)雷電活動的大概情況，它并不代表地面落雷的頻繁程度和閃電電流強度。為此,我們在進行評估雷擊風險時，只能把實際雷電監(jiān)測網(wǎng)監(jiān)測出的數(shù)據(jù)來作為評估真正依據(jù)。

2.2 貴州省2006-2012年雷電監(jiān)測資料分析

（1）根據(jù)雷電監(jiān)測資料，分析地閃密度的數(shù)據(jù)，烏當區(qū)地閃密度：4.51次/（km2·a）。項目區(qū)域內(nèi)（以項目中心位置3KM半徑范圍內(nèi)）地閃次數(shù)年平均為132.6次，地閃密度：4.69次/（km2·a）。我們報告采用該值作為雷電風險計算參數(shù)值。

（2）測出的地閃概率與強度是烏當區(qū)最大正閃強度、最大負閃強度分別為241.0kA、244.7kA，平均地閃強度為39.26kA，0-20kA雷電流占28.24%，20-50kA雷電流占59.82%，50-100kA雷電流占10.52%，100kA以上雷電流占1.68%（表1）。

表1 烏當區(qū)地閃強度極值和平均地閃強度（kA）

（3）根據(jù)雷電月變化數(shù)值分析，4-9月份是這個區(qū)域地閃的主要活動期，92.50%這個區(qū)域的地閃都發(fā)生在這6個月之間（圖2）。

2.3 區(qū)域的土壤電阻率

就此地區(qū)施工和設(shè)計防雷工程時，相當重要的是土壤電阻率,在設(shè)計的時候,會把這個土壤電阻率參數(shù)值的準確度直接用于防雷裝置設(shè)計之中，把它直接聯(lián)系到建設(shè)單位費用投資。我們的防雷工作在專項設(shè)計技術(shù)評價、雷擊風險評估過程中，數(shù)據(jù)參數(shù)值直接影響到準確評估結(jié)論。

根據(jù)項目巖土工程勘查報告和現(xiàn)場勘查資料，場地巖土構(gòu)成由雜填土、紅粘土和泥質(zhì)白云巖組成，表層（0～3m）以雜填土、紅粘土為主，土壤電阻率在200～400Ω·m范圍，按GB/T 17949.1-2000的規(guī)定，屬中偏高土壤電阻率區(qū)域。深層（3m以下）以泥質(zhì)白云巖組成，土壤電阻率在1000Ω·m以上，屬高土壤電阻率區(qū)域。

3 雷電風險計算

就本工程區(qū)域內(nèi)的建(構(gòu))筑物使用功能的位置分布，按照以下防雷區(qū)域來劃分：儲罐區(qū)域（Z1）、LNG氣化站區(qū)域（Z2）、加氣區(qū)域（Z3）、辦公區(qū)域（Z4）。各區(qū)域特征如下：

表2 儲罐區(qū)域（Z1區(qū)）的特征

表3 LNG氣化站區(qū)域（Z2區(qū)）的特征

表4 加氣區(qū)域（Z3區(qū)）的特征

R1型電擊損失 是 Lt 1.00E-02 R1型物質(zhì)損失 商業(yè)用途 Lf 5.00E-03 R1型建筑損失 — Lo —現(xiàn)場人員 n n＜100

表5 辦公區(qū)域（Z4區(qū)）的特征

表6 不同分區(qū)內(nèi)風險R的組成

4 結(jié)論

評估結(jié)論如下：

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計的貴陽市烏當區(qū)年平均雷暴日數(shù)為44天左右，根據(jù)GB50343-2012，貴陽市烏當區(qū)屬多雷區(qū)。

根據(jù)雷電監(jiān)測資料統(tǒng)計分析結(jié)果，貴陽市烏當區(qū)年平均地閃次數(shù)為1325次，地閃密度為4.51次/km2·a。項目地址中心3km半徑范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)132.6次，地閃密度為4.69次/（km2·a）；該站區(qū)落雷概率高，易遭受雷擊[3]。

貴陽市烏當區(qū)的儲罐區(qū)和LNG氣化站區(qū)域、加氣站區(qū)域和辦公區(qū)域，年預測直接雷擊次數(shù)范圍值在0.002至0.031次，電氣線路年預測雷擊次數(shù)的范圍在0.005至0.013次。這個區(qū)域的人員傷亡風險值分別是6.11E-06、6.34E-06、1.58E-06、1.02E-06，均小于QX/T85-2007規(guī)定的可承受風險值1.00E-05。

5 對策與預防

按照評估結(jié)果分析，貴陽市烏當區(qū)工業(yè)園配氣站在設(shè)計施工時，必須按照防直擊雷和防雷電波入侵的參數(shù)值要求安裝避雷針或避雷塔設(shè)備、在辦公大樓必須安裝避雷帶設(shè)備，設(shè)計站棚必須是鋼架體直接與地連接，在安裝避雷針或避雷塔離儲備罐距離一定大于5米,安裝接地電阻一定小于10歐姆，重點防護設(shè)備是LNG立罐、LNG加氣機及CNG儲氣瓶組。還應滿足以下要求：

（1）儲罐、LNG氣化站、加氣站及罩棚應按第二類防雷建筑物設(shè)計，首次雷擊電流參數(shù)應分別按不小于200kA設(shè)計，接地電阻必須小于10Ω的數(shù)值。

（2）儲罐和進出站區(qū)通電線路一定要求靜電防護、等電位連接、金屬管屏蔽并且與大地接地。一定要求安裝通流量大于60kA的電涌保護器（SPD）。

[1]GB50057-2010.建筑物防雷設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版區(qū)，2010.

[2]GB50343-2012.建筑物電子信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2012.

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