淺談防雷接地對陰極保護的影響

肖　威

(貴州省安龍縣氣象局，貴州　安龍　562400)

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淺談防雷接地對陰極保護的影響

肖威

(貴州省安龍縣氣象局，貴州安龍562400)

防雷接地是由金屬導體在地下搭接而成的接地網絡，而陰極保護是防止建筑物地下金屬構件腐蝕的有效措施。因此，陰極保護與防雷接地存在密切的關系。防雷接地設計應考慮對陰極保護對其的影響，該文以石油天然氣管道和儲罐接地的防雷接地對陰極保護影響為例，進行探討分析。

陰極保護；防雷接地；犧牲陽極保護法；外加電流保護法

1　引言

隨著社會經濟科技的發展，雷電災害對社會影響日益嚴重日益。對于電力、石化等行業來說，科學合理的防雷措施是安全生產的重要保障，而防雷接地是防雷工程中的重要部分。另外，在天然氣站，加油加氣站，變電站地下往往有大量的金屬管道和金屬線路，為了防止腐蝕造成泄漏、漏電等事故的發生，都安裝了陰極保護裝置來作為防腐蝕措施。然而，防雷保護與陰極保護有著緊密的聯系，不合理的防雷工程設計會損壞原有的陰極保護裝置。而正確的陰極保護措施在防止其他金屬腐蝕的同時也能防止防雷接地網被腐蝕。本文主要用陰極保護在埋地石油儲罐和油氣管道的防雷接地上的應用進行分析。

2　防雷接地與陰極保護

2.1防雷接地

防雷接地就屬于外部防雷系統，即是將雷擊時所產生的雷電流通過埋在地下的導體向大地泄放，以避免雷電能量集中造成各種破壞。

接地裝置直接將與大地接觸的各種金屬構件、金屬管道、鋼筋混凝土建(構)筑物等自然接地極。也可以采用專門用作接地的金屬線材、金屬網等人工接地極，大部分使用銅和熱鍍鋅的鋼材。

2.2陰極保護

陰極保護的基本原理就是給金屬補充大量的電子，使其處于陰極狀態，抑制腐蝕的發生。是防止電力設施、埋地運輸管道和大型罐群等腐蝕的有力措施。根據不同方法陰極保護分為：犧牲陽極保護法和外加電流法兩種。

2.2.1犧牲陽極保護法是利用比被保護金屬還原性更強的金屬材料與被保護金屬連接。在土壤這個電解液中，還原性更強的金屬自身會不斷受到腐蝕，同時向被保護金屬輸送電子，通過犧牲該金屬而達到保護目標金屬的目的。

犧牲陽極法簡單易行，不需要外部電源，隨管道一起施工安裝，工作量小，且在運行過程中，維護簡單。但是驅動電位低導致保護范圍小，陽極壽命有限，一般只有3～5 a，需人工定期更換。

2.2.2外加電流法通過外加電源設備對被保護金屬施加保護電流，提供足夠多的電子，使被保護金屬處于陰極狀態，從而達到防腐蝕的效果。

外加電流法驅動電壓高輸出電流大，常用于長輸管線和區域性管網的保護，保護范圍廣，壽命長。但其實現需要依靠外部電源，且配專業人員進行維護監管。這種保護形式通常用于土壤電阻率較高或者規范較大的電力設施。

3　油氣輸送管道的陰極保護與防雷接地

3.1油氣輸送管道的陰極保護設計

經過上一章節可知，管道的陰極保護設計通常使用兩種方式，即外加電流保護法和犧牲陽極保護法，由于油氣管道都具有范圍廣長度長的特點，所以采用外加電流保護法來進行保護油氣管道是最好的選擇。一般的外加電流保護系統由提供保護電流的電源、參比電極、輔助陽極和連接電纜組成。具體設計圖如圖1所示。

圖1　油氣管道陰極保護設計圖Fig.1　The design of oil and gas pipelines on cathode protection

3.2油氣管道防雷接地對陰極保護的影響

油氣管道的防雷設計根據規范要求應該對其進行電屏蔽保護。并且必須采用去耦合器來進行屏蔽線與油氣管道的連接，因為埋地油氣管道本身都有著相應的陰極保護設施，設計中所采用的外加電流保護法如果在遇到有屏蔽線的管道時，陰極保護系統的保護電流就會通過屏蔽線迅速泄流到大地，這將使管道的陰極保護功能喪失，對管道的安全運作產生威脅。如果在屏蔽線與油氣管道連接中間加入了去耦合器，就可以防止陰極保護的保護電流的流失。如圖2所示。

圖2　管道去耦合器示意圖Fig.2　The design of coupler on piping

為了防止雷電對油氣管道產生危害，一般在油氣管道都會安裝相應的防雷接地設施。對于埋設在土壤中的油氣金屬管道，由于容易受到腐蝕。因此需要采用了外加電流保護法來進行陰極保護。在實際工作生產中，如果防雷接地安裝不當，則會導致陰極保護系統的保護電流通過防雷接地直接泄流到大地之中，造成油氣管道上的保護電流微乎其微，幾乎得不到保護，這將導致管道受到土壤的腐蝕，甚至穿孔，產生極大的安全隱患。

如果將防雷接地通過隔離器與管道相連接就可以有效解決問題。在防雷接地安裝過程中，為了隔絕防雷接地極對陰極保護系統之間的影響，可在防雷接地極上安裝電火花間隙與管道相連。電火花間隙平時處于開路狀態，接地極將不影響油氣管道的陰極保護系統。當油氣管道遭到雷擊時，間隙被擊穿，將管道上的過電壓迅速導入到大地中，使管道得到保護。

4　石油儲罐的防雷接地與陰極保護

4.1石油儲罐的防雷接地設計

石油儲罐的防雷設計應該嚴格遵循GB50156《加油加氣站設計與施工規范》和GB50057《建筑物防雷設計規范》中儲罐的防雷設計，設置儲罐的接地點至少兩處以上，接地電阻不大于10 Ω，接地極與儲罐的銅芯連線橫截面>16 mm2，達到降低反擊電位和跨步電壓的要求。接地極材料一般選用鍍鋅扁鋼、鍍鋅角鋼或者石墨等構成的接地網絡。

4.2石油儲罐的陰極保護設計

儲油罐為金屬罐體，由于儲罐的范圍一般較小，并且處于安全的考慮不適合外加電流在儲罐上，所以一般就選擇犧牲陽極保護法，在罐體的周圍安裝金屬陽極，如鎂，使電子通過土壤向罐體的底部流入，防止金屬原子失去電子而變成離子，從而達到罐底的防腐保護。如圖3所示。

圖3　石油儲罐的陰極保護示意圖Fig.3　The design of oil storage tanks on cathode protection

4.3石油儲罐防雷接地對陰極保護的影響

當儲罐周圍防雷接地安裝方法不當時，大部分電子卻會通過接地極流入儲罐底板，從而使陰極保護失去防腐蝕的作用。通過資料和實驗對陰極保護系統上的陽極檢測，會發現如果將陽極布置在儲罐周圍，大部分陰極保護電流是通過儲罐的防雷接地極流入儲罐的，而通過土壤進入儲罐的電子幾乎不到十分之一，所以防雷接地嚴重的破壞了陰極保護裝置。

為了解決這種防雷接地的影響，可以采取以下的辦法：

一種方法是直接把陰極保護陽極當成防雷接地極來安裝，達到“一極兩用”的效果，即在犧牲陽極的陰極保護中，把陽極的接地電阻做到防雷接地所要求的范圍之內，并且把陽極連接線纜的截面積也做到大于防雷規范要求的值，從而達到陰極保護陽極和防雷接地極的雙重作用。

另一種方法多用于新建的石油儲罐，是在儲罐地下做一層防滲膜，這種方法多用于新建的石油儲罐，我們把陽極置于防滲膜里面，而把接地極安裝在防滲膜外面，把接地極與陰極保護的陽極分開，可以有效的阻止陰極保護電子向接地極流入，而且還起到了防止儲罐底滲漏的石油液體向地下滲漏而污染地下水。如圖4所示。

還有一種解決辦法是對于已經建設好的石油儲蓄罐，在罐的防雷接地極與罐體之間的連接線上安裝壓敏電阻或者放電間隙，在平時情況下，壓敏電阻或者放電間隙是處于開路的狀態，阻斷了陰極保護的電子從陽極流入接地極，當發生雷擊產生過電壓時，壓敏電阻阻值將會減小或放電間隙將會擊穿形成通路，將雷擊產生的過電流釋放到大地。

5　結論

①本文針對陰極保護的兩種方法，分別用油氣管道和儲罐兩個典型的例子分析了防雷接地給陰極保護裝置帶來的危害影響，并根據防雷接地與陰極保護裝置產生的負面影響，列舉出了多種不同的有效解決措施。

②本文可以加強處于防雷領域的工作人員對陰極保護的重視，在以后工作中不管是從事防雷工程設計，防雷圖紙審核還是防雷檢測都應該注意防雷接地給陰極保護帶來的影響，特別是大型油氣管道設施，儲油罐和大型變電站等設施。

圖4　石油儲罐安裝防滲膜示意圖Fig.4　The design of oil storage tanks use impervious films

[1] 中華人民共和國國家質量監督總局.中華人民共和國國家標準GB50057-2010[S].北京: 中華人民共和國住房和城鄉建設部,2010-11.

[2] 熊道英.基于陰極保護的輸油埋地管道防腐技術問題探討[J].工業技術,2006.

[3] 岳曉鈺,何振平.陰極保護技術在長輸管線工程中的應用[J].中州煤炭,2006.

[4] 虞昊.現代防雷技術基礎[M].北京：清華大學出版社,2005.

[5] 馮驊,馬健.儲罐防雷接地對陰極保護效果的影響[J].油氣儲運,2007,26(1):51-52.

Influences of Grounding for Lightning on Cathode Protection

XIAO Wei

(Guizhou Anlong Meteorological Bureau, Anlong 562400, China)

Grounding for lightning is an earthing network which is connected by metallic conductors under the ground, while cathode protection is an effective measure to prevent buildings'underground metal components from erosion. Therefore, there exists a close relationship between cathode protection and grounding for lightnig. The design of grounding for lightning should take the influences of cathode protection on it into account. This thesis takes the influences of grounding for lightning in oil and gas pipelines and tank grounding on cathode protection as an example to conduct a discussion and analysis.

cathode protection; grounding for lightning; abandon-anode-protection technique; impressed current protection

1003-6598(2016)02-0081-04

2015-11-07

肖威(1992-)，男，助工，主要從事防雷減災和縣級氣象綜合業務工作，E-mail:307813952@qq.com。

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