城市建筑外敷供氣管道的防雷技術解答

吳正增+吳敏+姚和菊

摘 要： 隨著社會經濟發展，高層建筑（構）物的增加，必然會導致燃氣供氣管道安裝技術要求的提高和燃氣供氣管道的特點，防雷問題的日趨嚴峻，本文針對燃氣供氣管道的雷電危害方式進行了詳細分析，并提出了相應的防雷技術措施。

關鍵詞：燃氣 供氣 管道 防雷技術措施

中圖分類號：TU996 文獻標識碼：A 文章編號：1003-9082（2016）09-0270-02

引言

有史以來，閃電就影響著人類的活動和思維。雷暴是指一部分帶有電離子的云層與另一部分帶異種電荷的云層接觸，或者是帶電離子的云層對大地間迅猛地放電。其中后一種即云層對大地放電，則會對建筑物、人體、電子設備等產生極大危害，如何避免放電造成的危害是人類開展研究的主要對象。據估計，任一時刻全球約有2000個雷暴同時存在，這些雷暴以大約100次/秒的速率產生云地閃電。在美國，平均每年閃電擊斃600人左右，擊傷1500人左右。

據氣象監測，2015年浙江省全年共發生地閃13萬余次，較上年同比減少65%，地閃雷暴日數達158天，與上年持平。從空間分布來看，年平均地閃密度為1.30次/km2，地閃高發區域和雷暴日多發區主要集中在衢州中部、金華南部、寧波南部及臺州中東部；從時間分布來看，全年地閃主要集中在5～8月，占全年總地閃的79%。雷電災害仍然是我省造成人員傷亡人數最多的氣象災害之一，據統計，2015年全省共發生312起雷災事故，其中有7起人員傷亡事故，造成6人死亡。

全國各地都曾發生過燃氣供氣管道被雷電擊穿事故，例如在1984 年，重慶市渝中區上清寺紅球壩附近發生埋地燃氣供氣管道被雷電擊穿的雷害事故等，因此對于燃氣管道的防雷應引起足夠的重視。

近年來，隨著經濟發展，全國各地的高層建筑不斷增長，由于消防規范及其他因素限制，燃氣供氣管道一般都沿建筑物外部安裝至屋面，再安裝進入室內。這樣的施工現象和安裝工藝的增加，凸顯出燃氣供氣管道的防雷安全尤為重要。下面就雷電對于燃氣供氣管道的危害方式進行全方面詳細的分析，并且提出相應的防雷技術措施。

一、燃氣供氣管道的雷電危害方式

1.直擊雷危害

架空或埋地的燃氣管道，當這些管道遭受直接的雷電襲擊時候，閃電中的電壓高達幾萬伏乃至十億伏，非常容易導致管道被擊穿從而所引起多發的危害，于此同時產生的機械效應或熱效應，使燃氣產生燃燒或爆炸，引發嚴重的人員傷亡的事故。

2.感應雷危害

雷云在起電、移動和先導放電的過程中，燃氣供氣管道會隨之產生靜電感應，雷云會使管道產生異號靜電位，假如雷云對地放電管道中的束縛電荷成為了自由電荷，并且是以沖擊波的形式對稱地向管道兩端移動，電荷移動所形成的電流為雷電感應電壓。 當雷電閃擊時，將會在空間產生強大瞬變電磁場，處于臨近的管道、燃氣設備及燃氣器具作切割磁力線運動，如圖1所示：

矩形開口環路上（即在電氣接觸不良和開口處）將以互感偶合形式在閉合環路開口處ab間產生如下式的瞬態沖擊過電壓：

將D=500m，=10m，di=104kA，dt=2.5μs代入即得E=1.6kV。可見，當導體環路有接觸不良情況哪怕僅有1mm間隙時，也會產生電火花而引爆可燃氣體。因此，必須作好等電位技術處理。

3.雷電波侵入危害

雷電波侵入是指由于架空線路或金屬管道對雷電的傳導的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備。這種事故的發生率很高，而且往往事故又嚴重。

其一是直擊雷擊中金屬導線，讓高壓雷電波以波的形式沿著導線兩邊傳播而引入室內；

第二種是來自感應雷的高電壓脈沖，即由于雷云對大地放電或雷云之間迅速放電形成的靜電感應和電磁感應，他們在各種電線中感應出幾KV到幾十KV的高電位，以波的形式沿著導線傳播而引入室內的；

第三種是由于直擊雷在房子或房子附近入地，因其通過地網入地時，在地網上會發生數十千伏到數百千伏的高電位，這高電位通過電力線的零線、保安接地線和通信系統的地線，也是以波的形式傳入室內，并沿著導線傳播到別處，殃及更大范圍。

綜上所述，雷電波侵入的方式主要有以上三種，無論直擊雷還是雷電波侵入，其危害都遠遠大于雷電靜電感應。而雷電靜電感應可導致1mm間隙產生電火花引爆可燃氣體，因此對直擊雷與雷電波侵入的危害可想而知。進行燃氣管道防雷的主要設計思路為：

①將燃氣管安裝在原有避雷裝置的保護范圍之內，避免直擊雷；

②將燃氣管道與防雷裝置進行等電位連接，避免感應雷和雷電波侵入

二、燃氣供氣管道的雷電防護技術

燃氣管道的供氣通常有以下兩種方法：一種是埋地引入建筑物（通常是低層建筑物）內，沿管道井或穿越樓梯間至室內用戶的燃氣設備或燃氣器具；另一種是燃氣管道埋地引至建筑物附近后，沿建筑物（通常是高層建筑物）的外墻敷設直至屋頂，然后進入燃氣設備房或燃氣用戶。

對第一種方法采取相應的防雷措施這里不再分析；采用第二種方法的原因：一是根據《高層民用建筑設計防火規范》（GB50045—95）第5.2.4條“輸送可燃氣體和甲、乙、丙類液體的管道，嚴禁穿過防火墻。其它管道不宜穿過防火墻，當必須穿過時，應采用不燃燒材料將其周圍的空隙填塞密實”、第 6.2.5.2 條“樓梯間及防煙樓梯間前室內不應敷設可燃氣體和甲、乙、丙類液體的管道，并不應有影響疏散的突出物”及第6.2.5.3條“居住建筑內的煤氣管道不應穿過樓梯間，當必須水平穿過時，應穿套管保護”規定，建設單位和燃氣供氣公司對高層建筑物的燃氣供氣管道采取沿建筑物或構筑物的外墻敷設直至屋頂，然后進入燃氣設備房或燃氣用戶。二是燃氣供氣公司為安裝的簡捷方便，無論高層還是低層均采取這種方式。針對這種情況，根據現行國家標準《城鎮燃氣設計規范》（GB50028-2006）和《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010），結合重慶市的特殊氣候背景、雷電參數等實際情況，我們必須采取相應的防直擊雷、防雷電靜電感應和雷電波侵入措施。

1.直擊雷（或側擊雷）防護技術

燃氣供氣管道沿建筑物或構筑物的外墻安裝鋪設直至屋頂，沿外墻上的部分為防 止雷電側擊的危害，應將室外燃氣供氣管道每12m做一次防雷接地與建筑物的均壓環連接。以便燃氣供氣管道對雷電流達到快速散流的目的。

對屋面上鋪設的燃氣供氣管道，為了避免雷電直接擊在燃氣供氣管道，因此，燃氣供氣管道不應跨越建筑物女兒墻（由于燃氣供氣管道不在建筑物防雷設施的保護范圍之內），應從建筑物女兒墻底部進入屋面，同時在屋面的燃氣管道沿線應采取屏蔽的金屬網格化處理，盡可能減少直擊雷和感應雷的危害。有條件的情況下，可安裝主動式防雷裝置，最大限度地減少雷電直接擊在燃氣管道的雷害事故發生。

2.雷電波侵入防護技術

雷擊燃氣供氣管道或雷電感應電流的雷電波侵入的防護，應在燃氣供氣管道進入室內處作好絕緣技術處理，即在燃氣供氣管道入戶處應插入絕緣段以與戶外埋地的燃氣管道隔離或在法蘭盤處插入絕緣段處理（如圖2、圖3）。

3.雷電靜電感應防護技術

在燃氣供氣管道的絕緣處理中，絕緣段前端的燃氣管道應該通過放電的間隙與絕緣段后端的燃氣管道（或總等電位連接帶）做等電位連接。

如果燃氣供氣管道的法蘭盤、閥門接頭之間生銹腐蝕或者接觸不良，在電流幅植相當低（10.7kA）的情況下，法蘭盤間也能發生火花，如遇可燃氣體立即燃燒爆炸。因此，對室內燃氣設備及燃氣器具應做防雷電感應接地；對于燃氣儀表等應跨接，做好等電位技術處理。對于可能遭受雷電靜電感應的危害防護，燃氣供氣管道每隔20～25m，應設防雷電感應接地，接地電阻均不應大于 10；同時在管道的分支處，應設防靜接地，接地電阻不應大于30。

三、結論

1.室外沿外墻鋪設的燃氣供氣管道應每12m做一次防雷接地與建筑物的均壓環連接，屋面上鋪設燃氣供氣管道沿線防直擊雷應采取屏蔽的金屬網格化處理，從建筑物女兒墻底部進入屋面；在燃氣供氣管道的絕緣處理中，絕緣段前端的燃氣管道應通過放電間隙與絕緣段后端的燃氣管道（或總等電位連接帶）做等電位連接；室內燃氣設備及燃氣器具應做防雷電感應接地；對于燃氣儀表等應跨接，做好等電位技術處理。

2.燃氣供氣公司應采取積極有效措施，對燃氣供氣管道及設施采取相應的防雷措施和維護措施。對燃氣供氣管道防雷方案送防雷主管部門審查，并接受其監督檢查。

3.對于高度超過45 m 的高層建筑，按照《建筑物防雷設計規范》（GB 50057 —2010） 規定，對高度超過45 m 的鋼筋混凝土結構、鋼結構的建筑物，沿外墻豎直敷設的金屬管道應采取防側擊和等電位的防護措施，即金屬管道的頂端和底端與防雷裝置連接。

4.對于多層建筑（高度未超過45 m） ，當建筑物屋面有合格的防雷系統時，樓棟燃氣管道采用上行下供式，天面燃氣管應完全處于建筑物防雷接閃器保護范圍之內，還應與天面的避雷網（帶） 進行等電位連接，可以不作獨立的接地體。如果建筑物屋面無避雷網（帶） 的，盡量避免走天面管，否則須重新按照規范安裝防雷裝置。

參考文獻

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