成都市中航油成彭管道防雷檢測技術研究*

張 雷，張婧雯，王金榮，廖方建，吳 容

（1.中航油彭州管道運輸有限公司，四川 成都 610200；2.四川省防雷中心，四川 成都 610072）

由于航空油料易燃易爆的特性，成都輸油管道為機場供保，為飛機供油，對油品質量純度要求更高，且大多數輸氣管線都位于空曠的山頂或平原，容易遭受雷災侵害。目前隨著供油技術不斷提升，閥室中自動控制設備受雷擊電磁脈沖危害越來越大，據統計，雷擊曾造成都中航油輸油管道3#、6#、8#閥室側漏系統主板損壞，電動垡頭損壞。

目前沒有針對航空油料運輸管道的防雷檢測技術標準，防雷檢測過程中主要參照的是GB 50057—2010《建筑物防雷設計規范》[1]和GB/T 32937—2016《爆炸和火災危險場所防雷裝置檢測技術規范》[2]。目前的檢測標準并不能完全適用于航空油料，閥室采用的氧化鋅電涌保護器也沒有相應的檢測標準。為保證已建輸油管道正常運行，防止雷擊電磁脈沖對自動控制設備造成危害，使防雷裝置檢測工作有章可依，做好安全工作，開展對中航油輸油管線的防雷檢測技術研究是十分必要的。

1 成都市雷電活動基本規律

利用四川省云地閃監測網的監測數據，對2019年成都市雷電活動情況進行統計分析，如表1 所示。

表1 成都市雷電活動統計表

由表1 可以看出，2019年成都市共探測到雷電活 動15903 次，其中正閃869 次，負閃15034 次。雷電初日出現在2019-01-07（成都市簡陽市），閃電強度為﹣31.2 kA；雷電終日出現在2019-12-28（涼山彝族自治州甘洛縣），閃電強度為﹣23.1 kA。雷電活動覆蓋全年1—12 月；雷電活動明顯集中在4—10 月，共發生雷電358075 次（占全年雷電總數的97.7%）；7月為雷電閃擊發生最多的一個月，共發生雷電閃擊132791 次。成都市雷電活動放電電流較大，主要集中在20～50 kA 區間。成都中航油輸油管道位于成都市雷電高發區，年平均地閃密度為0.5～3 次/（年·km2），加之項目所在地所處地理位置特殊，因此遭受雷擊風險較大，電子設備的雷電電磁脈沖保護需求迫切[3]。

2 閥室防雷檢測關鍵技術

輸油管道閥室屬于第二類防雷建筑物[1]，中航油成彭管道位于成都市雷電高發區，加之項目所在地所處地理位置特殊，項目電子信息系統特性雖未滿足GB 50343—2012《建筑物電子信息系統防雷技術規范》4.3.1 中B 級要求，但根據項目地理特性、雷電密度分布、易燃易爆性質，應劃分為B 級電子信息系統。

2.1 接閃器、引下線防雷檢測技術

接閃線（帶）、接閃桿和引下線的材料、結構與最小截面如表2 所示。根據歷年檢測經驗，接閃器、引下線部分主要問題出現在未可靠連接、材料規格不合符規范要求、敷設位置不滿足規范要求等問題。因此需嚴格檢查接閃器、引下線是否滿足表2 要求。應檢查接閃器、引下線和接地裝置的焊接固定的焊縫是否飽滿無遺漏，螺栓固定的應備帽等防松零件是否齊全，焊接部分的防腐油漆是否完整。檢查接閃器和引下線上是否附著有電氣和電信線路，如有電氣線路，其帶金屬護層的電纜或穿入金屬管的導線須直埋于土壤中。檢查電纜的金屬護層或金屬管是否接地，同時檢查埋入土壤中的長度是否在10 m 以上。檢查引下線之間間距，應滿足平均間距不大于18 m 的要求，斷接卡應在各引下線上于距地面0.3～1.8 m 之間裝設。直擊雷防護應檢查接閃帶材料規格是否符合圓鋼大于等于Φ8 mm、扁鋼大于等于4 mm×12 mm 的要求；檢查接閃帶與引下線的連接是否可靠；在遇站房頂有金屬標志牌或金屬裝飾物時，應檢查這些金屬物體是否與接閃帶進行了可靠的電氣連接；站房頂部的非金屬物是否在防雷裝置的有效保護范圍之內。檢查接閃桿材料規格是否符合圓鋼大于等于16 mm、鋼管大于等于25 mm 的要求，檢查接閃桿的有效保護范圍是否符合要求（必要時應采用滾球法進行計算）。

表2 接閃線（帶）、接閃桿和引下線的材料、結構與最小截面

引下為明設時，檢查引下線規格是否符合圓鋼大于等于Φ8 mm、扁鋼大于等于4 mm×12 mm 的要求，兩端與接閃器和接地體是否連接可靠；引下線為暗設或利用建筑物鋼結構引下時，檢查引下線規格是否符合圓鋼大于等于Φ10 mm、扁鋼大于等于4 mm×25 mm的要求，兩端與接閃器和接地體是否連接可靠，必要時，需查閱該建筑物的隱蔽資料。測量接地電阻時應對使用的接地電阻測試儀進行校試，測量方法采用三級測量法。

2.2 接地裝置防雷檢測關鍵技術

因閥室、站場所處區域一般位于空曠室外或山頂，四周無更高建筑物，建筑物內部電磁屏蔽措施并不完善，閥室、站房都采用共用接地裝置，電氣系統宜采用M 形網形結構，室內應設置等電位連接帶。應檢查室內電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設備防靜電接地、安全保護接地、功能型接地是否以最短距離與接地基準點網絡連接，所有設備接地電阻應按50 Hz 電氣裝置的接地電阻確定，不應大于按人身安全所確定的接地電阻值4 Ω。利用金屬殼體作為接閃器的設備，其底部不少于2 處接至接地體。電力線路引入配電室，當全線埋地存在困難時，可采用部分架空線后穿金屬管埋地引入，埋地長度不小于15 m，埋設深度不小于0.5 m。進出站的電纜金屬外皮或金屬管應與接地裝置等電位連接，接地電阻不大于4 Ω。

2.3 室內管道、控制設備防雷檢測關鍵技術

室內管道控制設備都位于自動控制閥室，設備主要包括消防電源機柜、三相交流穩壓器、閥室RUT、儀表柜、UPS 電源、PLC 機柜、網絡機柜等，管道設備主要包括室內全通徑球閥、通球止回閥、氣液聯動閥、放空管、匯管、溫度變送器、壓力變送器、泄漏檢測從站傳感系統、泄漏檢測從站輔件等。

由表1 可以看出，成都市雷電活動主要特征為電流強度大，放電電流主要集中在20～50 kA 區間，因此電氣系統宜采用M 形網形結構。應檢查室內電子設備的金屬外殼、機柜、機架、金屬管、槽、屏蔽線纜金屬外層、電子設備防靜電接地、安全保護接地、功能型接地是否應以最短距離與接地基準點網絡連接，同時其過渡電子不應大于0.2 Ω。應檢查電子系統的所有外露導電物與建筑物的等電位連接網絡是否做功能性等電位連接，電子系統不應設獨立的接地裝置。測量過渡電阻需使用等電位測試儀進行測試。若使用接地電阻測試儀測試，則需對過渡點進行比對測試。引入站房的室外電氣線路從配電端到受電端宜全長采用金屬鎧裝電纜埋地敷設。其入端的屏蔽層應作接地處理，接地電阻應小于等于4 Ω。檢測低壓供電系統的交流工作接地母排電阻、安全保護接地母排電阻、配電盤及UPS 外殼接地電阻，其接地電阻均應小于等于4 Ω。電子信息系統的電源、信號線路應按要求裝設與設備相適配的浪涌保護器。開關型SPD 與限壓型SPD 之間的線路長度不宜小于10 m，限壓型SPD 之間的線路長度不宜小于5 m，長度達不到要求應加裝退耦元件。檢查SPD 狀態指示器，應與生產廠說明相一致，SPD 狀態指示器應處于正常工作狀態。

通常情況下，熱脫扣指示窗口或劣化指示燈為綠色時，說明工作狀態基本正常。必要時需使用電涌保護器巡檢儀在線檢測該SPD 的漏電流、絕緣電阻、熱脫扣裝置、啟動電壓等指標參數。一般情況下，SPD的漏電流不應大于產品標稱的最大值，若產品未標定出漏電流值時，應不大于20μA，絕緣電阻應不低于50 MΩ/500 V，啟動電壓應與產品標稱值一致，熱脫扣裝置有效。檢查各級SPD 的連接線應平直，其長度不宜超過0.5 m，測試SPD 接地線的接地電阻是否小于等于4 Ω。

2.4 氧化鋅電涌保護器防雷檢測關鍵技術

中航油成彭管道在其每個自動閥室管道入戶處設置了氧化鋅密封型電涌保護器，其管道采用恒電位陰極保護系統，為了防止雷電對油氣管道的危害，將雷電電流迅速導入到大地中，一般在油氣管道上都會設置相應的防雷接地設施。對于埋設在土壤中的輸油管道，由于土壤是一個復雜的電解質系統，金屬管道在其中會受到腐蝕，因此需要相應的陰極保護措施。中航油輸油管道采用了外加電流保護法來進行陰極保護，這種方法是通過外加電源設備對被保護金屬施加保護電流，以提供足夠多的電子，使被保護金屬處于陰極狀態，從而達到防腐蝕的目的。

然而，在實際生產中，如果防雷接地安裝不當，或者氧化鋅避雷器失效，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，造成管道上的保護電流微乎其微，幾乎發揮不了保護作用，導致管道受到土壤的腐蝕，甚至穿孔，產生極大的安全隱患。該避雷器可在工作電流范圍內進行頻繁的操作或多次開斷短路電流，是一種過電壓（電流）保護器，即在正常工作電壓、電流之下，通過的電流有微安級，當遭受到過電壓時，通過的電流瞬間達到數千安培，使避雷器處于導通狀態，釋放過電壓能量，從而有效地限制了過電壓對輸變電設備的侵害。檢測前應先確定全線保護點位穩定在﹣0.85～﹣1.5 V 之間。應檢查管道從室外進入戶內處是否設置絕緣段，檢查絕緣段處跨接是否選用Ⅰ級試驗的密封型氧化鋅電涌保護器，電涌保護器的電壓水平是否小于絕緣段的耐沖擊電壓水平，并應大于陰極保護電源的最大端電壓﹣1.5 V。應檢查氧化鋅電涌保護器上端接頭接地電阻是否大于4 Ω。

3 收、發油作業臺防雷檢測關鍵技術

收、發油作業臺屬于第二類防雷建筑物[1]，中航油成彭管道檢測對象主要包括接閃器、引下線、接地裝置、泵機、凈化器、防靜電裝置、分離器、檢查罐、泄壓罐、配電室等。應檢查戶外防爆場所內露天布置的各種轉動設備（或其轉動部件）和非金屬外殼的儲罐，當其在可作為接閃器的高大生產設備、框架和大型管架防雷保護范圍之外時，是否處在專設外部防雷裝置的保護范圍之內，此時滾球半徑取45 m；檢查安置在地面以及通過框架或支架安置在高處的整體封閉、焊接結構的靜設備和引向火炬的主管道、火炬、煙囪和排氣管等排放設施，露天布置的天然氣儲罐等在利用設備和容器的金屬實體做接閃器時，其厚度及專設引下線的材料和最小尺寸是否符合表1 的要求。

4 結論

通過以上分析可以得到：中航油成彭管道位于成都市雷電高發區，遭受雷擊風險較大；接閃器、引下線防雷檢測應注意檢查材料規格、敷設位置等常見問題；應將接地裝置接地電阻值4 Ω作為判定值；室內管道、控制設備宜采用M 形網形結構；氧化鋅電涌保護器電壓水平小于絕緣段的耐沖擊電壓水平，并應大于陰極保護電源的最大端電壓﹣1.5 V。

本文只討論了中航油成彭管道系統的防雷檢測關鍵技術，希望在今后工作中總結出更完善的航油燃料管道運輸系統防雷檢測方法。