《城鎮燃氣防雷技術規范》在濟寧市的應用及相關問題探析

●　濟寧市氣象局　鄧海利　張巖巖　宋兆俊

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《城鎮燃氣防雷技術規范》在濟寧市的應用及相關問題探析

●濟寧市氣象局鄧海利張巖巖宋兆俊

摘要:《城鎮燃氣防雷技術規范》在山東省濟寧市應用廣泛，為基層防雷檢測提供技術支撐。通過對燃氣調壓站內管道等設備測試，濟寧地區燃氣站管壁厚度在5.1 mm～6.1 mm之間，對金屬熔化與雷電流的關系分析，得出金屬熔化與雷電流幅值無關，鐵板被雷擊時，只有在厚度小于4 mm時才有可能與閃擊通道接觸處由于熔化而燒穿。據此可知，調壓站設備不需要處于LPZ0B區內。通過分析管道被雷擊時電壓的可能值，得出管道支撐底座應設置等電位連接帶。

關鍵詞：城鎮燃氣技術規范防雷檢測調壓站

QX/T 109-2009《城鎮燃氣防雷技術規范》是氣象行業推薦性標準，而城鎮燃氣是城鎮居民日常生活的必須品，其場站為公共設施，同時，由于存儲、傳輸大量易燃易爆氣體，燃氣場站的防雷安全至關重要。在《城鎮燃氣防雷技術規范》出臺之前，設計人員一般根據《城鎮燃氣設計規范》中第10.8.5條進行防雷防靜電設計，該條款內容較為籠統。QX/T 109-2009有針對性的對城鎮燃氣的場站、計量設施、管道、電氣系統等設施的防雷進行了規定和說明，為燃氣設施設計人員提供了技術依據，同時也為防雷檢測人員對燃氣設施的檢測提供了便利。但QX/T 109-2009規范中部分內容與現場實際情況不完全相符，需要繼續探討。

規范的主要內容

規范提出了城鎮燃氣防雷的術語，并提供了英文對照。主要介紹了燃氣防雷的基本規定、場站、設施、管道、電氣系統的防雷技術。

在濟寧市的應用情況

根據2014年濟寧市雷電防護技術中心的檢測情況，市區、鄒城、兗州場站較多，嘉祥、汶上、梁山場站較少，場站的分布也對應著QX/T 109-2009規范的應用情況。據不完全統計，濟寧市燃氣場站分布如表1。

表1　濟寧市燃氣場站分布表

調壓站直擊雷防護問題

1.調壓站設施情況

QX/T 109-2009 第5.3.3條規定“在調壓站內設備應置于LPZ0B區內”。而一般調壓站的實際裝置圖如圖1。

從圖上可以看出調壓站一般為鑄鋼金屬管道，使用聲波裝置對濟寧轄區內的調壓站管道管壁厚度測量，發現壁厚不均勻，厚度一般在5.1 mm～6.1 mm之間。

圖1　調壓站裝置圖

2.金屬熔化與雷電流的關系

于安全側，可按下式計算：

表2　四種金屬物的物理特性參數

將表2的相關數值代入公式得到，雷擊每庫侖(C)能熔化以下的金屬體積：鋁，V/Q≈11.6mm3/C；軟鋼，V/ Q≈4mm3/C；銅，V/Q≈5.5mm3/C。

在原西德慕尼黑聯邦國防軍大學的高壓實驗室，做過分析研究得出，對金屬板穿孔起決定性作用的不是短時雷擊電荷Qs，而是長時間雷擊電荷Q1。其研究結果是：當Q1＝1OOC(第三類防雷建筑物的雷擊參量)時，對1.5 mm厚的鋼板、黃銅板、銅板以及2 mm厚的鋁板，在各種情況下均穿孔，穿孔的直徑約為4 mm～8 mm。當Q1＝200C(第一類防雷建筑物的雷擊參量)時，對2 mm厚的鋼板、黃銅板、銅板以及2.5 mm厚的鋁板，在各種情況下均穿孔，穿孔的直徑對鋼板、黃銅板、銅板約為4 mm～12 mm，對鋁板的穿孔直徑約為7 mm～13 mm（對鋁板約有25%的情況，甚至3 mm也熔化穿孔）。

3. 小結

綜上論述，雷擊管道熔化程度與雷電流幅值無關，僅與雷擊點的電荷量有關。同時調壓站管道壁厚一般大于4 mm，其本身具有直擊雷防護作用，不需要置于LPZ0B區內。QX/ T 109-2009第5.3.3條規定不當。

管道支撐底座接地不良問題

1.問題原因

燃氣管道各設備之間均通過管道相互連接，并與接地體相連，燃氣管道起到等電位連接帶的作用。所以，《城鎮燃氣設計規范》和《城鎮燃氣防雷技術規范》對調壓站均沒有設計等電位連接帶的要求。根據《城鎮燃氣設計規范》，因工藝要求，燃氣管道與支撐燃氣管道的底座之間要有橡膠墊層，即管道和底座絕緣，若某個底座自身沒有接地或者沒有和站區接地系統連接，則底座接地電阻過大，同時底座和管道之間過渡電阻過大。

2.問題的危害

在調壓站各種豎直或平行管道都能作為接閃器的情況下，若管道遭受雷擊，那么管道之上所產生的電壓U按下式計算：

雷電流的幅值150 kA，接地電阻4 Ω，管道高度3 m，經計算管道上的電壓為667.5 kV。根據相關資料電阻電壓降的空氣擊穿強度為500 kV/m。雷擊管道后管道上的電壓大于空氣擊穿強度，所以，若管道和支撐底座之間絕緣，則管道會通過空氣對底座放電，產生電火花，這種電火花在易燃易爆環境中是危險的。

3.小結

QX/T 109-2009規范，應當增加調壓站或場站內金屬支撐底座的接地措施，建議所有底座之間用等電位連接帶連接，并接入共用接地系統。

結論

QX/T 109-2009對城鎮燃氣站設計、施工、防雷檢測意義重大，在基層應用廣泛。但對于調壓站的直擊雷防護問題和工藝管道支撐底座的等電位連接問題還需進一步討論。■

參考文獻

[1] IEC 62305-2010，Protection against lightning[S].

[2] GB 50057-2010，建筑物防雷設計規范[S].