海洋氣候區居民燃氣調壓設施的防雷安全措施探析

王金鳳，盧鎮文，王德意

（1.珠海市燃氣工程研究設計有限公司，廣東 珠海 519000；2.國網長沙供電公司，湖南 長沙 410000；3.珠海大橫琴股份有限公司，廣東 珠海 519000）

1 引言

“寧要綠水青山，不要金山銀山，而且綠水青山就是金山銀山。”環境問題是當今世界所矚目的重要問題之一，天然氣因其高效、潔凈的性能，正越來越多為人民所用，天然氣在給人民謀福利的同時，也帶來了一系列的燃氣應用安全隱患。安全是人類的最大幸福，也是企業工作的重中之重。隨著科技的不斷發展，國家城市化進程的快速推進，可利用的土地越來越少，建筑也越來越高，容積率也相應增加，與居民息息相關的用氣安全也日趨重要，加之近年來極端天氣的日益增加，對保障居民用氣安全產生了巨大的挑戰。在設計上，城鎮燃氣管道已考慮了相應的防雷保護措施，然而作為居民燃氣用氣的區域燃氣調壓設施及燃氣系統的核心組成部分，卻常得不到燃氣設計工作者的足夠重視。居民調壓設施的防雷保護主要依附于建筑主體的防雷系統，現階段燃氣設計主要于建筑主體設計后期介入，而前期的建筑設計能否為燃氣調壓設施的防雷，提供足夠的防雷安全保護接入條件，還是有待認真考量的[1]。不同區域的雷電評價狀況不一、極端天氣頻率、土壤參數及建筑設計對調壓設施考慮的標準不同等，導致防雷安全措施存在一定差異。本文通過雷電對區域燃氣調壓設施帶來危害的分析，基于作者在珠海海洋氣候區域的實際工作經驗，從設計及安全角度對區域內居民燃氣調壓設施的防雷安全措施進行了梳理和總結，提出了具體的處理措施，以期為本地區及相似海洋氣候區居民燃氣調壓設施的防雷安全措施，提供參考和借鑒。

2 雷電給區域燃氣調壓設施帶來的危害

2.1 直擊雷對調壓設施的危害

直擊雷是帶電云層（雷云）與建筑物、大地或防雷裝置之間發生的迅猛放電現象。伴隨直擊雷而產生的電效應、熱效應或機械力等一系列的破壞作用，直接擊穿燃氣調壓設施，導致皮膜損壞乃至燃氣泄漏發生燃燒或閃爆，導致人員傷亡和設備損害[2]。

2.2 感應雷對調壓設施的危害

感應雷分為靜電感應和電磁感應兩種，靜電感應是雷云來臨時，地面上的物體產生靜電并大量聚集束縛電荷，在雷云對地放電后，電路中的電荷瞬間中和，而地面物體頂部的電荷來不及泄流而產生高靜電電壓，這種過電壓造成敷設在建筑物外接地電阻，滿足不了要求或未實施接地裝置的燃氣調壓設施放電引發電火花，從而導致火災等事故。電磁感應是雷擊時，雷電流在通道附近形成一個強磁場，強磁場感應出附近金屬導體包括燃氣調壓設施的燃氣管道內的電勢，并在導體回路缺口處引發火花，或使周圍的燃氣調壓設施產生感應電流，從而產生大量熱引發火災等危險事故[3]。

2.3 雷電波入侵對調壓設施的危害

建筑物外設的燃氣調壓設施受雷擊或附近落雷產生感應高電壓，大量的電荷不能迅速入地，就會形成雷電沖擊敷設在調壓柜的燃氣管道，并沿管道侵入室內使室內設備受損，導致人員傷亡等雷擊事故[4]。

3 海洋氣候區（珠海地區）居民燃氣調壓設置防雷現狀

珠海市氣象局檔案資料顯示，珠海市50年（1962年～2011年），雷暴資料表明：珠海市年平均雷暴日有61.14 d（50年平均值），最高年份可達86d，最少的也有35d。初雷一般始于1月下旬～2月初，最早聞雷是1月2日（1964年）；終雷一般在10月下旬～11月初，最晚終雷是12月20日（2002）。

圖1 珠海市50年（1962～2011）雷暴日數

圖2 珠海市1962～2011年雷暴日數月均變化圖

由雷暴日數月季變化圖可知，珠海市雷電主要發生在4月～9月份，月平均雷暴日數超過5d，最高可達13.143d，其中5月～9月份為雷電高發期，月平均雷暴日數都超過8d，3月、4月、10月份為雷電多發期，月平均雷暴日數約為3d；11月、12月、1月、2月份基本沒有雷電發生。珠海市近50年的雷電活動呈現6月、8月兩個高峰期的“雙峰”特性，6月～8月為每年雷電活動頻繁月，其中8月最強，最多時當月雷電日可高達22d。雖然雷暴日不能精確的表征地面落雷的頻繁程度，但可在一定程度上反映指定區域雷電活動的規律。

針對珠海市雷暴日數據及各類雷擊對燃氣調壓設施,極有可能產生的危害，現根據珠海市某區域調壓設施所處的地質情況作詳細分析，突然電阻率是影響防雷效果的主要因素。

3.1 土壤電阻率

土壤的電阻率是決定接地體電阻的重要因素，直接影響接地裝置接地電阻的大小、地網地面電位分布、接觸電壓和跨步電壓。為了設計合理的接地裝置，必須對土壤電阻率進行實測，以便用實測電阻率做接地電阻的計算參數。

表1為采用M12127土壤電阻率測試儀測試的珠海某現場的土壤電阻率。

某項目土壤電阻率測量數據表 表1

土壤電阻率的大小與土壤類型、含水量、含鹽量、溫度、土壤的緊密程度等化學和物理性質有關。一般土壤電阻率隨溫度的升高而下降。在土壤溫度、濕度不變時，土壤的致密性與電流在土壤中呈現的流散電阻大小在一定程度上為反相關。

土壤中所含導電離子濃度越高，土壤的導電性就越好。土壤越濕，含水量越多，導電性能就越好，電阻率越小，反之就越大。當土壤含水量增加到20%～30%時，土壤電阻率將保持穩定。考慮到季節及突然含水量的影響，對所測數據進行季節系數修正，修正值取2。則項目所在區域范圍內土壤表層的電阻率為39.764ρ=39.764Ω·m。

燃氣調壓設施利用基礎內的鋼筋做為防雷接地裝置，尤其是利用樁內柱鋼筋做垂直接地體時，有利于雷電流在地中的迅速泄放，從而減少雷擊傷害的風險。但在含有地下水的區域要將濕潤土對接地體的腐蝕性影響因素列為重點考察，可適當提高被利用做為接地體的基礎鋼筋的規格、數量或截面積。當需要增加人工接地體時，可選擇加大截面積的熱鍍鋅鋼材，但建議優先選用不銹鋼、銅材或鍍銅的導體。

咨詢某計量調壓柜供應廠家，其柜體大多采用消音效果優、保溫效果好、價格優惠的彩鋼板（內含消音棉）。彩鋼板表面層的不銹鋼厚度小，必須借助專門的防雷結構才能起到防雷的效果。

現以珠海市使用的某公司生產的調壓柜1000NM3/H（3.3m×1.4m)為例，對調壓柜具體的單獨防雷措施做說明。采用φ12不銹鋼圓鋼在區域調壓柜體頂部20cm處環繞柜頂四周布置柜頂接閃帶，柜體對角設置兩根高度不小于柜頂斜邊長的一半（1.8m）接閃針，同時調壓柜放散管與接閃帶用φ12不銹鋼圓鋼與接閃帶焊接連接。采用-25×4的不銹鋼角鋼做引下線，采用-50×5.0的不銹鋼角鋼做水平接地線和垂直接地極[5]，詳見圖3所示。

圖3 調壓柜1000NM3/H調壓柜單獨防雷措施

3.2 接地支線焊接要求

扁鋼與扁鋼之間及圓鋼與調壓設施燃氣放散管之間采用搭接焊接，搭接長度不小于圓鋼直徑的6倍（扁鋼寬度的2倍）。同時扁鋼與扁鋼之間必須為三面連續焊接，圓鋼與調壓設施燃氣放散管之間為兩面連續焊接。圓鋼與燃氣管之間焊接連接完成后，需做防腐處理[6]。

4 結語

通過對在珠海相關工作經驗的總結分析，可為本區域或類似地區的市政項目基坑工程提供幾點值得參考和借鑒的地方：

①雷擊對燃氣調壓設施的危害雷電時間短，放電電流大，放電電壓高，破壞力極強，從而給燃氣供應系統帶來了極大的安全隱患；

②在含有地下水的區域，要將濕潤土對接地體的腐蝕性影響因素列為重點考察，可適當提高被利用做為接地體的基礎鋼筋的規格、數量或截面積，當需要增加人工接地體時，可選擇加大截面積的熱鍍鋅鋼材，但建議優先選用不銹鋼、銅材或鍍銅的導體；

③對于因供應要求或場地受限，布置于防雷保護之外或依附于建筑主體的防雷措施效果未知的情況下，應結合現場雷評資料，設置獨立的防雷安全保護措施，是減少雷電危害的必要手段；

④燃氣調壓設施的防雷設計應該做到與主體建筑同時設計、同時施工、同時投入使用；

⑤在沿海區域，建議設置區域調壓柜的防雷裝置，使其發揮預期的作用，真正起到防災減災的作用。只有這樣才能更好為燃氣用戶提供最大的安全保障。