安徽華塑100萬噸/年PVC項目一期工程防雷防護設計

殷劍

摘要：通過對安徽華塑股份有限公司100萬噸/年PVC項目一期工程地區近幾年的雷電資料統計分析，找出雷電特點、高發期以及雷電強度，從防直擊雷、感應雷、雷電波侵入和防雷施工安全4個方面對一期工程雷電防護設計提出了方案和建議，為項目工程建設提供了雷電防護措施和方法，為該工程避免雷電災害提供了保障。

【關鍵詞】PVC項目一期工程 雷擊災害 防雷設計

雷電災害是“國際減災十年”公布的最嚴重十種自然災害之一。近年來，在應對各類自然災害過程中，各級政府強調要以人為本，首要保障人民群眾生命安全。安徽華塑股份有限公司為安徽省最大的鹽化工企業，是安徽省“861”行動計劃重點項目，是振興皖北經濟“煤化.鹽化一體化工程”的重要組成部分。該公司100萬噸/年PVC項目一期工程包括了熱電廠、電石廠、氯堿廠、水泥廠、采輸鹵及真空制鹽、石灰石礦山和公輔工程等，建設總投資160億，一期工程投資75億元。其中氯堿廠設有燒堿裝置、乙炔裝置、VCM裝置和PVC裝置等四個主要工藝裝置。為了準確把握該項目所處地域的氣候背景及雷電災害發生規律，避免或減輕項目規劃、建設及運營期因雷電災害造成的損失，對安徽華塑股份有限公司100萬噸/年聚氯乙烯及配套項目，依據國家現行的技術標準、規范方法和要求，通過現場勘測，收集各類資料，根據項目對雷電災害的敏感度、影響程度進行分析，評估該項目可能遭受雷電災害的危險性，提出有針對性的對策及建議，為項目的規劃和建設提供決策依據。

1 項目分析

1.1 地理狀況

滁州市位于安徽省東部，在東經117°09′～119°13′和北緯31°51′～33°3′之問，滁州市下轄天長、明光兩市，來安、全椒、定遠、鳳陽四縣，瑯琊、南譙兩區，國土總而積為1.33萬平方公里。廠址中線點為東經177°15′00″、北緯32°3′00″，位于定遠縣爐橋鎮北偏東4～6公里處，地處合肥、蚌埠、淮南、滁州四市中心區域，東距定遠縣城45公里、滁州120公里，西距淮南19公里，北距蚌埠45公里、淮北181公里，南距合肥81公里。周圍大部分農田，環境狀況良好。

1.2 項目工程建設

安徽華塑股份有限公司100萬噸/年聚氯乙烯及配套項目（簡稱100萬噸PVC項目）系利用淮北礦區的豐富的煤炭資源及其衍生的焦炭、電力資源，以及皖東地區的鹽巖資源、巢湖地區的優質石灰石資源，通過梯度開發、深度加工，最終形成年產100萬噸聚氯乙烯、76萬噸燒堿、250萬噸水泥為主要產品的特大型鹽化工基地。工程總投資1432562萬元，其中一期671640萬元。項目工程建設總體規模為：年產電石140萬噸、離子膜燒堿80萬噸、聚氯乙烯100萬噸，配套建設電石渣制水泥250萬噸/年。本項目將分兩期實施，其中一期工程的建設規模為：年產電石56萬噸、離子膜燒堿36萬噸、聚氯乙烯40萬噸，配套建設電石渣制水泥100萬噸/年。

電石裝置由原料工序、工藝生產系統、公用工程及輔助設施組成。原料工序包括翻車機卸車裝置及堆、取料機轉運裝置和石灰石露天堆場、焦炭庫及相關的物料破碎和轉運系統等。工藝生產系統包括石灰生產工序、焦炭干燥工序、電石生產工序、電石冷卻破碎工序、電石爐氣凈化工序。公用工程及輔助設施包括循環水站、變電所、機械制造及維修、電極糊庫、綜合倉庫、綜合樓等。其中電石裝置布置在整個廠區的西北部；原料庫房及相應的堆場、轉運設施等原料工序靠西側，按工藝流程，將石灰生產工序（包括氣燒石灰窯裝置、原料破碎及篩分、各轉運皮帶）、焦炭干燥工序布置在堆場的東側、裝置區的中部。相應公用工程及輔助設施，包括高壓開關站及變電所、循環水站、機械制造及維修問、綜合樓、綜合倉庫、電極糊庫、煤氣柜等，分別布置在廠區中部。

2 雷擊災害分析

定遠縣爐橋鎮雷電災害事故多出現在夏季，主要有兩類：一類是直接雷電災害，會直接擊傷人畜，擊壞變壓器、建筑物，引起火災等。另一類是感應霄擊，主要是通過靜電感應和電磁感應的形式侵入物體造成損壞。1981 - 2010年定遠縣的年平均雷暴日為28天。其中2003年雷暴日最多，為43天；1999年雷暴日最少，僅有11天。5～8月為雷電高峰期，其中7月發生率最高，月平均為9天，9月開始明顯減少，10月至翌年3月是雷電的低發期。6-8月閃電電流90%以上大于50kA，是強雷暴的多發期，易造成霄擊。雷暴的破壞力很大，嚴重威脅著人們的生命財產安全。

2.1 雷電活動的時間分布特征

根據2010年3月～2013年7月的安徽省ADTD閃電定位資料進行統計分析，得到安徽省的閃電年分布曲線如圖1所示，總閃、正閃呈現出總體單峰的特征，閃電的高發期主要是集中在6、7、8、9這4個月份，總數達到全年的90%以上，這4個月的月均閃電頻數在88719次以上，其中8月份閃電最多，其他幾個月的閃電頻數較少。負閃的年分布特征與總閃的類似，負閃數占總閃的比例約為96%。正閃的年分布與總閃相似，3月、4月、5月閃電頻數略大，其他月份正閃數極小。

圖2為安徽省總頻閃數的時問分布特征，由圖可見，總閃集中發生在7月份和8月份的14點至20點時段，每個小時內每月最多可發生近20000次閃電。日分布較為均勻，峰值主要在午后15點至17點時問段，上午6點至11點為發生閃電最少時段。總閃頻數的日變化圖（圖2上方）和總閃頻數的年變化圖（圖2右側）分別為主圖中以十字線為基準的水平剖而圖和垂直剖而圖。

綜上所述，安徽省6月～9月（尤其是7、8兩個月份）應當作為全年的雷電防護的主要時段，特別是下午14點到20點階段。

選取氯堿廠及電石廠項目周圍5kmx5km內樣本閃電制成閃電月變化分布圖和日變化分布圖如3、圖4所示。

5～9月份雷電活動最為頻繁，6～8月為地閃高發期，據統計86.92%以上的地閃都發生在這三個月份，7月份為雷電發生最多的月份，占全部雷電活動的40%以上，1、2、11、12月基本沒有地閃發生。6～8月為該地區雷電高發期，各類靈敏設備安裝、調試，應盡可能避開這幾個月份，最好安排在1～4、10～12這些月份。endprint

對項目區域的地閃日變化統計發現，閃電活動主要活躍在午后到傍晚，15～21時為地閃高發時段，48.82%以上的地閃都發生在這些時段，其中15和19時雷電活動最為強烈。因此，在室外施工作業時，如遇雷雨天氣，應盡量避開雷電活動頻繁時段，建議停止室外施工。

2.2 雷電活動的空間分布特征

根據安徽省ADTD閃電定位資料，可以得到滁州市地閃密度的空問分布特征，如圖5所示。

由圖5可以看出，滁州市的年平均地閃密度大都在15次/km²·a以上，個別區域年平均地閃密度處于85次/km²·a以上：而南部的某些區域的年平均地閃密度在75次/km²·a以上，因此南部的霄擊較為頻繁，東部霄擊相對較少，一般都在35次/km²·a以下。

選取氯堿廠及電石廠項目周圍5kmx5km內樣本閃電制成閃電密度以及閃電強度的等值線圖6、圖7。

根據圖6計算出氯堿廠及電石廠項目附近5公里的年平均地閃密度約為4957次/km²·a。

由圖7可知，氯堿廠及電石廠項目（5km×5km范圍內）區域范圍內雷電流特征：

平均雷電流幅值為46.97kA；

1%的雷電流幅值大于182.47kA；

O～10.1 kA的雷電流占10.42%；

10.1～15.8 kA的雷電流占10.19%；

15.8～50.8 kA的雷電流占46.00%；

50.8～100 kA的雷電流占23.97%；

100 kA以上的雷電流占9.41%。

3 防雷設計建議

現代防雷技術應該綜合考慮外部和內部防霄，這樣既可以防止直接霄擊，又可以對室內的電子設備系統形成保護。

3.1 直擊雷防護設計建議

罐體等金屬屋而建構筑物頂部區域所有位置厚度均應均大于4mm，則可以使用金屬物本身作為接閃器，但必須確保內部各區域的電氣連接良好，防止靜電及火花產生。

金屬物本身作為接閃器時，必須確保引下線全線電氣連通，相鄰引下線之問問距不超過30m，引下線數量不少于兩根。

項目土壤電阻率較低，導致該區域接閃概率增加，但同時也給項目降低接地電阻創造了良好的條件。因此，為了保證雷電流的順利泄放，在接地裝置的設計和施工中，可充分利用土壤的特點，采取加大自然接地體的利用系數、增大接地體與土壤的接觸而等手段來降低接地裝置的費用。

項目中的辦公樓等鋼混結構類建筑，除做好直接雷擊防護外，外墻而的裝飾材料及其內層的保溫材料務必采用阻燃材料，防止因霄擊而造成起火。同時，屋而金屬物體、金屬門窗、欄桿的物體應與引下線做好等電位連接，引下線附近應做好防跨步電壓措施。此外，做好衛生問的等電位措施。

整體來看，建議項目做好綜合防霄設計，并在項目建成以后接受相關部門定期防雷裝置安全檢測，做好雷電應急預案，加強防雷管理。

3.2 防雷電波侵入措施設計建議

電子系統引入時應通過埋地方式，如不能埋地走線，應采取屏蔽措施，屏蔽體必須兩端接地。

電子系統布線時應避免形成而積大的環路，從而因電磁感應產生過電壓波，損壞電子系統級終端控制系統。

電子系統應設置相匹配的過電壓保護器。

電子設備，特別是裸露在室外的電子設備，必須安裝防爆箱。

項目中SPD的安裝應符合如下要求：

（1）通信線路建議安裝LPLⅢ-Ⅳ級要求的SPD進行保護；

（2）要求總配電開關處（第一級）SPD沖擊放電電流不小于lO.OOkA （10/350ys）（40.OOkA （8/20μs））：

（3）各層配電箱處（第二級）應安裝不小于20.OOkA （8/20μs）（限壓型）的SPD；

（4）各級SPD的電壓保護水平要求有20%的安全裕量。

3.3 防雷電感應措施設計建議

為了減小因雷擊建筑物或線路附近造成的雷擊損失，建議在防雷電感應措施上適當增加投入并確保采取如下技術措施：

設置除靜電裝置，人員進出時，必須按照相關規程進行操作；

所有非屏蔽信號線纜敷設在金屬屏蔽線槽（管）內，金屬屏蔽線槽（管）應保持良好電氣導通性，并應在雷電防護區交界處做等電位連接并接地；

此外，易燃易爆場所設計時應考慮發生事故對周邊環境的影響，安全距離應符合國家標準《建筑物防雷設計規范》（GB 50057-2010）的要求。

3.4防雷施工安全指導建議

6～8月為項目所在地的雷電活動的高發時段，一天中的15： 00～21： 00為一天內高發時段，因此，施工單位應根據雷暴季節變化和日變化規律，及時關注天氣變化情況，合理安排工程施工進程，將潛在雷電災害風險降低。

建立健全的施工現場雷電應急措施，施工單位密切關注氣象臺發布的雷電預警信號，及時做好預防措施。

完善施工現場設施的防雷措施。

在各項工程的施工過程中，應當嚴格按照有關規定做好防雷裝置施工所使用的材料、設備或產品的質量把關和測試工作。

在工程的施工過程中，建設單位應當嚴格按照有關規定和程序，主動做好有關防雷工程施工質量的檢測和把關工作。

4 總結

（1）掌握該項目工程的建設規模，深入了解項目建設的總體規劃、生產車問的分布以及雷電防護的重點區域，為雷電工程設計奠定基礎。

（2）通過對該地區近幾年的雷電資料統計分析，掌握雷電特點、一年中高發期和雷電的強度，為防霄工程的設計提供了依據。

（3）結合項目工程建設，提出了四個方而的防雷電建設的建議，為該工程能夠有效避免雷電災害提供了保障。

參考文獻

[1]陳庭甫，曾玲艷，江西省雷電災情特征分析及防雷減災措施[J].安徽農業科學，2015， 43 （32）： 258-259.

[2]何君濤，李君海，黃海智，等，三亞市雷電活動特征及雷災分析[J].氣象研究與應用，2000，30（01）：80-83.

[3]姜畔.淺談建筑外部防雷與接地[J].林業科技情報，2014，46 （03）： 66-71.

[4]（ GB 50057-2010）《建筑物防雷設計規范》[S]，住房和城鄉建設部，國家質量監督檢驗檢疫總局聯合發布，2011.endprint