加油加氣站的雷電防護及其防雷裝置安全檢測

范仲之 黃國開

(廣東省氣象公共安全技術支持中心 廣東廣州 510080)

雷電災害被國際社會列為全球最為嚴重的十大自然災害之一。全球每年因雷擊引發的火災、爆炸、建筑物受損、信息系統和用電設施設備不能正常運行的情況經常初選，使人員傷亡和經濟財產損失極為嚴重。

加油加氣站的大部分生產設備都是在高溫高壓下連續生產的，原材料和成品都是易燃易爆的，創造了一個容易雷擊的生產環境。就加油加氣站而言，如果不及時控制，閃電風險會造成不可估量的損失，使工業控制系統癱瘓，停止生產，造成不可估量的經濟損失。

1 加油加氣站環境特點

1.1 地理位置

實際上，應將加油加氣站盡快納入城市建設總體規劃中來，并將其在交通便利的城區開闊地帶、郊區、道路干線、高速公路兩旁等地帶作為選址區域。

1.2 實施條件

通常情況下，在加油加氣站都有高大的罩棚，而較低的值班室、營業室占地面積較小，對于開展多級防雷較為不利。加油加氣站城區的有關規范要求是應選擇直接埋地方式，針對遠郊區的加油加氣站油罐則選用地上式，同時還要將具有防爆性能的阻火器安裝在油罐上不低于4 m 的金屬通道管所在位置，不應安裝呼吸閥。

1.3 電源系統

大部分加油站的外接電源都是220 V/380 V，而加氣站、加油加氣合建站則選用的是6～10 kV 的外接電源向氣壓機進行供電，同時對電能計量裝置進行獨立設置。對汽車加油加氣站的電力線路來說，其主要選用的是電纜直接埋地敷設的方式，針對進出到建筑物和穿越形成道路的部分線路需要穿鋼管引入進行保護。

1.4 電子系統

加油加氣站的電子系統可以選用雙層屏蔽電纜或導線穿鋼管配線，應將配線電纜外皮金屬屏蔽層兩端和保護管兩端的等電位接地工作做好。另外，在電源側單端可做好內屏蔽層的接地。

1.5 爆炸危險區域劃分

應嚴格按照《汽車加油加氣站設計與施工規范（GB 50156-2002）》中的相關要求來劃分汽車加油加氣站的爆炸危險區域。一般只有加油加氣機周圍、通氣管四周、油罐內部、閥井及油罐車卸車場地等存爆炸危險環境。大都存在于運營操作時，一旦運營操作停止，這些爆炸危險環境也隨之消失。

1.6 加油加氣站運行安全規程規定

在雷雨天氣出現的過程中，禁止加油加氣站開展裝卸油操作。此時卸車場地、油罐通氣管周圍大都不會存在爆炸危險環境。

結合以上6個特點，從防雷擊事故角度出發，汽車加油加氣站并不是在“高風險”環境下運行，只有采取科學有效的防護措施，并在《汽車加油站設計與施工規范》的要求上開展雷電防護，才能確保汽車加油加氣站持續穩定地運行。

2 加油站存在的雷擊種類及形成原因

2.1 加油站存在的雷擊種類

2.1.1 直擊雷

若是建筑物、大地、其他物體或者外部防雷裝置被閃電直接擊中，此時將會有巨大的電效應、機械力、熱效應出現，進而導致建筑物遭受機械性損害，例如：會將建筑物裝置擊落、擊穿地面物體、著火，甚至是爆炸等現象。加油加氣站內的加油/氣機、輸油/氣管路、油/氣罐及建筑物等，若是遭受到直接雷擊，將會在短時間內出現巨大的高壓電流，此時還會有強大的熱能和機械能出現，會造成加油/氣站內的建筑物或相關設備遭受不同程度的破壞，嚴重威脅著加油加氣站周圍建筑物及人們群眾生命財產安全，同時還會產生巨大的社會影響。

2.1.2 感應雷

雷電中的雷電流會有強大的電磁場出現，在通過導體后將會感應到過電壓、過電壓，這種形式的雷擊稱之為感應雷。通常情況下，若是建筑物布設有防直擊雷等防雷設施，其內部電子設備遭受直接雷擊的可能性較小，而遭受感應雷的概率則較大，應將計算機網絡系統等弱電設備的感應雷和雷電波入侵防護工作做好。感應雷電流有較大的變化梯度，同時還會有巨大的交變磁場產生，即使直擊雷未直接擊中加油加氣站的相關防雷裝備，但受到傳導方式或耦合作用的影響，在加油加氣站四周的金屬部件中將會布滿感應電流，不斷向四周進行放電，并“引雷入室”；感應雷還會借助于聯機的導線來破壞加油加氣站內有關設備和電子信息系統的安全，嚴重的情況下會出現火災或爆炸事故。

2.1.3 雷電反擊

對加油加氣站內的引下線、接地體等防雷接地保護裝置，若是遭受到雷電侵襲，在流入點很容易形成高電位的雷電流，若是加油加氣站內的電氣設備、線路等距離防雷保護裝置較近，極易引發放電現象，這種現象稱之為雷電反擊。雷電反擊會破壞電子電氣設備的絕緣性能或者是將金屬管道金屬，甚至是引發火災，嚴重威脅著加油加氣站周圍建筑物和人們生命財產安全。

2.2 雷電的形成原因

當帶正電和帶負電的雷云靠近地面時，靜電感應產生的電荷與雷云的極性相反，兩者形成巨大的電容器。電荷到地面的傳導渠道形成導電通道，大地和雷云的電荷會中和，產生極大的電流。雷鳴和閃光也會出現。雷的破壞作用是雷電流產生的主要原因。雷擊通常有直接雷擊、誘發雷擊和雷擊傳播這3 種形式。通常所說的雷擊是由直接雷擊引起的，雷擊的瞬時電流相當大，產生高溫和高壓，可導致爆炸、火災、建筑物倒塌和人員傷亡。建筑物遭受雷擊所致損失主要是由于電流形成的沖擊波順著金屬線或沿導線進入建筑物,儀表和電子設備通常使用的家用電器被損壞,都會引起重大事故,造成死亡、傷害和火災。除了難以預防的自然現象外，雷擊事故頻繁發生的主要原因是缺乏預防知識和輻射防護意識的下降。雷聲對我們有害的原因，歸根結底，是由于雷電的熱效應、電效應、電動勢效應造成的。

3 加油加氣站防雷現狀

通過對廣東省境內中石化、中石油等國營單位及部分個體投資經營的加油加氣站進行分析，在這些加油加氣站中的防直擊雷、防感應雷和防雷電波侵入等方面或多或少都存在不同的安全隱患。比如：中石化石加油加氣站的問題主要表現在防雷波侵入設備等方面，部分設備上缺少信號電涌保護器或者是部分設備上安裝有電涌保護器，而規格型號卻同規范要求不符，新增的電子設備忽略了對防雷保護裝置的布設。中石油加油加氣站的防雷問題幾乎與中石化大致相似，如防雷擊電磁脈沖的電波侵入信號電涌保護器及電源部分電涌保護器不甚完善，辦公樓天面金屬物未進行等電位連接工作。同時，在周圍較近的位置處，新增的金屬設施比加油站罩棚還要高，忽略了接地保護。對私人加油加氣站來說，因工作人員未進行正規化的學習和培訓，其防雷問題較多，在防直擊雷和防雷擊電磁脈沖感應雷方面均存在很大的雷擊安全隱患。

4 加油加氣站外部防雷

4.1 接地裝置

對加油加氣站的防雷接地、防靜電接地、電氣設備的保護接地、工作接地和信息系統接地等均要選擇共用接地，同時還要確保接地電阻值控制在4 Ω 以內。若加油加氣站選用的架空避雷線、獨立避雷針或者是架空避雷網，這種情況下需對獨立接地裝置盡心布設，還要保證每處引下線的接地電阻值不超過10 Ω。若所在區域內的土壤電阻率數值過高，為了降低電阻率需采取增加接地體長度、更換土壤、添加降阻劑等方式。

加油加氣站內的金屬油罐，需要將環型防雷接地工作做好，且接地點至少在兩處以上，弧形距離需保證在30 m以下。接地體與金屬油罐壁的距離需在3 m以上，若是避雷針布設在油罐頂部或者是直接選用金屬油罐作為接閃器使用，應確保每個接地點的沖擊接地電阻值不高于10 Ω。在對接地裝置的垂直接地體進行選擇時，需優先選用規格為50 mm×50 mm×5 mm的熱鍍鋅角鋼，或者是選擇規格為40 mm×4 mm 的熱鍍鋅扁鋼作為水平接地體的材料，需保證水平接地體布設在地面以下且與地面之間的距離超過1 m。對防直擊雷的人工接地體來說，需將其在建筑物出入口或人行道3 m 以外的地方進行布設，同時還要結合規范要求做好垂直接地體和水平接地體間的焊接工作。

4.2 接閃器

針對加油加氣站建（構）筑的防直擊雷，其接閃器可以直接選用布設在建筑物上的避雷網（帶）或避雷針或將其混合組成的接閃器。應根據規范要求將避雷帶（網）沿著建筑物屋角、屋脊、屋檐、檐角等容易遭受雷擊的部位進行敷設；所有避雷針應利用避雷帶進行有效連接。若是建構筑物是金屬屋面，接閃器可以選用金屬屋面進行替代，但應做好金屬構件與防雷裝置間的可靠連接。

對金屬罐體來說，其的防直擊雷措施主要包括兩種：一是若罐壁厚度不足4 mm，可直接對避雷針或避雷線進行安裝，并根據滾球法對保護范圍進行計算；二是若罐壁厚度超過4 mm，可以將金屬罐體作為接閃器使用，不需單獨安裝接閃器，但應將阻火器、呼吸閥、量油孔、透氣孔、入孔等附近需與金屬罐體進行可靠連接。

4.3 引下線

若是選用避雷針來保護加油加氣站油罐區，可選用金屬桿塔本身直接作為防雷引下線使用。若建（構）筑物的防雷引下線選用的是建筑物結構主鋼筋，在設置引下線的過程中需嚴格按照防雷建筑所屬類別要求進行，并根據規范從上到下做好每根主筋的電氣連接，同時還要保證其的可靠性水平，以增加雷電流泄放通道導體截面積，使雷電流盡快分散開來，保證每個鋼筋柱子上均勻分布泄放的電流，使雷電流達到最低，還能有效減少產生的電磁脈沖能量。如果是人工引下線直接沿著建筑物外墻進行明敷，應按照最短路徑做好接地工作，若選用的鍍鋅圓鋼材料，應保證直徑不小于10 mm，鍍鋅扁鋼的截面積需在80 mm2以上，針對容易遭受機械損壞和防止人身直接接觸的區域，需保證地面上1.7 m 至地下0.3 m 區域內選擇暗敷、塑料管或橡膠管等保護設施，以確保人們生命財產安全[1-3]。

5 加油加氣站內部防雷

5.1 屏蔽、接地和等電位連接

對加油加氣站的電源線和信號線來說，需選用鎧裝屏蔽電纜埋地或通過導線直接穿鋼管埋地引入，應將埋地長度控制在15 m以內。對電纜兩端來說，應做好金屬外皮或鋼管的防雷電感應接地。

針對地上或管溝敷設的油品、液化石油氣和天然氣管道，應將兩端、分支處及拐彎處做好防靜電和防感應雷聯合接地，應保證接地電阻值在10 Ω以內。對平行敷設的長金屬物，如管道、構架和電纜金屬外皮等，在凈距不足100 mm 的情況下，可以每間隔20 m 利用金屬線進行一次跨接；在交叉凈距不足100 mm 時，需要將交叉處的跨接工作做好。為了防止因接觸不良導致法蘭及膠管兩端連接處出現靜電或雷電火花，需選用金屬線做好管道上法蘭、膠管兩端的跨接工作。若是法蘭的連接螺栓超過5 根，在非腐蝕環境下可省去跨接，在腐蝕環境下需將跨接工作做好。針對汽油罐車和液化石油氣罐車的卸車場地，應將卸車時的防靜電接地裝置工作做好。若是廣告牌、標志性旗桿、照明系統等位于站區內，需要將接地或等電位連接工作做好。

對進入加油站內各種金屬管道，如水管、供熱管、供氣管以及通信、電源等電纜金屬的屏蔽護套需要做好等電位連接；加油站工藝管道大都選擇無縫鋼管，應做好焊接；針對可能對鋼管產生嚴重腐蝕的地段埋設管道時，應優先選擇耐油、耐土壤腐蝕以及具有導靜電性能的復合管材料。

5.2 安裝浪涌保護器

在供電線路和電子系統傳輸線上經常會有電涌波形出現，進而對相關設備進行破壞，為了確保設備安全，在供配電系統的電源端及信息系統的信號線首、末端與電子器件的連接處，應結合被保護設備的抗干擾度，雷電防護分級確定裝設與設備耐壓水平相互匹配的浪涌保護器，必要的情況下需要裝設多級浪涌保護器。

應保證浪涌保護器連接導線平直，且長度控制在0.5 m 以內。若電壓開關型浪涌保護器和限壓型浪涌保護器之間的線路長度不足10 m，且限壓型浪涌保護器之間的線路長度不足5 m，需要將退耦裝置布設在兩級浪涌保護器之間，當浪涌保護器自身具備能量自動配合功能，浪涌保護器線路長度不受限制的情況，應保證浪涌保護器具備過電流保護裝置，同時還包含有劣化顯示功能。

5.3 保證編制“規范”

汽車加油站是有爆炸和火災危險的地區，偶爾會發生雷擊事故，直接危及生命和周圍財產的安全。在雷擊造成的災難中，輕微的雷擊損失會對建筑物和電子信息設備造成損害，嚴重的雷擊損失會導致火災甚至石油爆炸，造成難以想象的后果。隨著車輛充電站的不斷擴大和新能源汽車推廣計劃的實施，雷電沖擊的潛在風險增加。因此，重要的是制定規范合理的檢測要求，以統一檢查技術要求合理性和其準確性、科學性，以防止或減少雷電落在加油站，并有效地保障人身和財產的安全，編制“規范”就具有重要意義。

6 加油站防雷檢測和防靜電檢測的檢測

6.1 加油加氣站防雷檢測范圍

加油加氣站防雷檢測的范圍主要包括儲罐區、設備區、裝卸區、工藝管道、供配電系統、通信（控制）系統六大部分。防雷裝置檢測人員需逐項檢測防雷裝置各個設備。應保證各個組成部分之間處于同一電位上，在確保雷電和靜電提供的低阻泄放進入大地通道的同時，可以將各個金屬部件間的電位差降到最低。

6.2 各部位防雷檢測和防靜電檢測方法

6.2.1 確定加油加氣站的防雷類別

根據有關防雷技術標準要求，將加油加氣站的防雷等級確定為第一類和第二類防雷建筑物，要求加油加氣站內的所有建筑均應在直擊雷防護區（LPZOB區）內，尤其是對于放散管、通風孔、儲存罐呼吸閥等均應布設獨立避雷針保護范圍內。

6.2.2 直擊雷防護系統防雷檢測

（1）檢測內容包括接閃器的高度、規格尺寸、防護范圍、接地電阻值、引下線的材料及規格（直徑、截面積、厚度）焊接處的脫焊連接是否良好。（2）引下線的數量（不少于2根）、布局（對稱分布）、規格尺寸（圓鋼8～12、扁鐵截面積大于48 mm2、引下線間距（一類12 m、二類18 m、三類25 m）以及必須彎曲處是否符合要求和各檢測點的腐蝕情況。（3）檢測儲罐防雷，當儲存易燃、易爆油品的儲罐裝有阻火器的露天鋼儲罐頂板厚度＜4 mm 時，應裝避雷針（線），它的保護范圍，包括整個儲罐。當頂板厚度＞4 mm，裝有阻火器的埋地金屬儲罐或地上臥式儲罐罐壁厚度≥4 mm 時，可不裝防直擊雷設施，儲罐自身可作為接閃器，只要做好防雷接地即可，但儲罐必須作環行防雷接地，其接地點至少2處，其間弧形距離不應高于30 m，接地體距罐壁的距離應在3 m 以上。（4）接地裝置的檢測：該場所原則上采用共用接地方式，即場內防雷接地、防靜電接地、電氣設備工作接地及信息系統接地采用聯合接地的方式，接地電阻值≤4 Ω，如果有的接地不能直接相連，可通過浪涌保護器達到等電位目的。條件允許的情況下（獨立避雷針接地與其他地相隔20 m 遠），可以允許獨立避雷針接地與其他接地分開設置獨立避雷針接地電阻≤10 Ω，其他聯合接地電阻≤4 Ω。

6.3 防雷裝置安全檢測注意事項

（1）開展加油加氣站防雷檢測的過程中，在條件允許的情況，需對加油加氣站線纜和管道敷設情況、配電線路連接分布、電涌保護器設計裝設、防雷和等電位連接保護措施、是否存在雷電災害歷史等電氣設計內容進行檢查，同時還要熟悉掌握加油加氣站的防雷檢測項目。（2）加強接閃器接地電阻、防靜電接地電阻、加油加氣設備的接地電阻的檢測工作，應至少測量2次，以確保測量數據的準確性水平，應始終確保測量結果同規范要求相符。（3）由于電涌保護器長時間不間斷運行或工作環境潮濕而引起老化現象，或者是因雷電過電壓造成限壓泄流性能下降、失效等問題，需加強電涌保護器的檢查工作。若是最終測試結果顯示電涌保護器劣化或狀態指示失效，需第一時間提醒業主進行更換。另外，還存在一些電涌保護器同規范要求相符，且電壓保護水平比保護設備的耐壓水平低，但是仍舊存在設備遭受雷擊的情況，其主要原因是其的安裝工藝達不到標準要求，如電涌保護器的引線、接地線等均不符合要求，這些均是電涌保護器檢查的重點[4-7]。

7 結語

綜上所述，由于加油加氣站自身職能的特殊性，使得雷電防護措施的典型性特征較為明顯。實際上，雷電防護屬于具體的系統性工程，為了有效避免或者降低易燃易爆場所雷擊事故的出現，進而引發巨大的經濟損失和人員傷亡。在雷電防護中，需要防雷人員嚴格根據相關要求進行，并始終遵循“安全第一、預防為主、防治結合”的方針，將加油加氣站雷電防護工作做好，最大限度地降低雷電造成的危害，以確保加油加氣站內及周圍人們生命財產安全。