浅谈燃气设施的防雷设计

浅谈燃气设施的防雷设计

李德生

三亚长丰海洋天然气设计有限公司     海南  三亚572000

摘要：城市燃气指可以供城市居民、企事业单位使用的各种气体的总称。随着社会经济的发展和资源的开发和综合利用，发展城市燃气有利于节约能源、保护环境、提高人民生活质量、促进工业生产，其社会、经济、环境综合效益显著。其燃气管道工程做为三亚市重点惠民工程，自开通使用至今已被市民们接受。然而，地外雷电高发的地区，如何做好小区燃气设施防雷的设计呢，本文介绍了两种防雷措施，以供参考。

关键词：燃气设施、防雷装置、接闪器、引下线、接地装置 

1、引言

海南省属热带季风海洋性气候，是全国雷电灾害最严重地区，一年四季都有雷暴发生。据不完全统计，2000年以来我省因雷击造成人员伤亡363人，并造成大量电子设备和部分建筑物损坏。省年平均雷暴日数113天,最多达到了149d。仅在2008年4至10月份全省闪电定位网监测到的雷暴日数为 239 天、共2632小时，雷电流达100KA以上的闪电有142次。随着海南经济社会的快速发展，雷电灾害造成的损失和范围也在增大，严重危害了建筑物、电子设备和人员的安全。燃气管道及室外单独设置的设备作为小区的配套金属工程，雷电对其威胁是显而易见的。如何做好小区燃气设施的避雷、防雷，一直是我们的一个重要课题，经过几年的摸索，目前已有了一套较为成熟的做法，供大家参考。

2、采取合理、有效的防雷措施

防雷装置关键在其有效性及实用性。在此，我们目前采用的措施主要有两种，其一是利用建筑物本身防雷装置；其二是系统地安装防雷装置。

2．1利用建筑物本身防雷装置

主要是指建筑物本身的防雷系统，将燃气管道与建筑物防雷系统进行等电位连接是最为简便、经济、可行的方法，等电位连接的目的在于减小需要防雷的空间内各金属物与各系统之间的电位差，以免产生放电现象，只要掌握其要点便可进行安装。

2．1．1  安装方法为：燃气管与防雷网之间应采用直径10mm圆钢或截面积大于48mm2的扁钢连接，从腐蚀角度考虑，建议优先用圆钢，当选用扁钢时，其厚度不能小于4mm，这是因为遭雷击时其与闪击通道接触处由于熔化而烧穿仅当其厚度小于4mm时的可能。

2．1．2  屋面燃气管最长每30m应与防雷网连接，在进出建筑物处各连接一次，最少应有两处连接，如燃气管与防雷网相交净距小于100mm时也应连接。

2．1．3 高度超过45米的建筑，在外墙安装的燃气立管，顶端和底部利用钢柱或柱子钢筋各连接一次。

2．1．4设备、管件两端连接处的电阻应不大于0.03Ω，否则采用金属跨接。

2．1．5搭接燃气管与防雷网两端应焊接，且搭接面积不小于其横截面积，并双面施全焊。

2．2系统地安装防雷装置

当建筑物无防雷装置或建筑物防雷系统已失效的情况下，应重新安装防雷装置，装置应包括：接闪器、引下线、接地体等。

2．2．1接闪器

接闪器是指直接截受雷击的避雷针、避雷带（线）、避雷网，以及用作接闪的金属屋面和金属构件等。

接闪器宜采用圆钢或焊接钢管制成，其直径不应小于下列数值：

针长1m以下：    圆钢为12mm；   钢管为20mm。

针长 1～2m：     圆钢为16mm；   钢管为25mm。

接闪器应由下列的一种或多种组成：

①独立避雷针；

②架空避雷线或架空避雷网；

③直接装设的避雷针，避雷带或避雷网。避雷网和避雷带宜采用圆钢或扁钢，优先采用圆钢。圆钢直径不应小于8mm。扁钢截面不应小于48mm2，且厚度不应小于4mm。如是钢管其壁厚不小于4mm。此外，接闪器表面应作涂漆或热镀锌等防腐处理。当建筑物为非一类防雷时，金属屋面的金属板或永远性金属物体宜作为接闪器，但其各部件之间均连成电气通路。金属板做接闪器时应符合下列要求：

① 金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm。

② 当金属板下无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm；当有易燃物品时，其厚度，铁板不应小于4mm，铜板不应小于5mm；铝板不应小于7mm。

③ 金属板无绝缘被覆层。

2．2．2引下线

引下线是指连接接闪器与接地装置的金属导体。引下线的选材与接避雷网相同，引下线应沿建筑物外敷，并经最短路径接地，其数量不应小于两根，可沿建筑物四周均匀或对称布置，其间距不应小于18m。引下线的冲击接地电阻不应大于10Ω。防直击雷接地宜和防雷电感应、电气设备、信息系统等接地共用同一接地装置，并宜与埋地金属管道相连；当不共用、不相连时，两者是在地中的距离应符合下列表达式的要求，但不应小于2m：

Se2≥0.3KcRi

式中：Se2----地中距离（m）

Kc ----分流系数；

Ri ----独立避雷针或架空避雷线（网）支柱处接地装置的冲击接地电阻（Ω）。

为了防止雷电流流经引下线和接地装置时产生的高电位对附近金属物或电气线路的反击，应符合下列要求：

① 当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间不相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定：

当Lx<5Ri时，Sa3≥0.3Kc(Ri+0.1Lx)

当Lx≥5Ri时，Sa3≥0.075Kc(Ri+Lx)

式中：Sa3 ---- 空气中距离（m)；

Ri  ---- 引下线的冲击接地电阻（Ω）；

Lx  ---- 引下线计算点到地面的长度(m)。

② 当金属物或电气线路与防雷的接地装置之间相连或通过电压保护器相连时，其与引下线之间的距离应按下列表达式确定：

Sa4≥0.075RcLx

式中：Sa4 --- 空气中距离（m)；

Lx --- 引下线计算点到连接点的长度（m)。

2．2．3 接地体

接地体是指埋入土壤中或混凝土基础中作散流用的导体。可采用以下两种方式：

①人工垂直接地体选材:角钢厚度不小于4mm，钢管壁厚不小于3.5mm，圆钢直径不小于10mm。

②人工水平接地体选材: 扁钢截面不小于100mm2   圆钢直径不小于10mm。

接地体应采取热镀锌等防腐措施或加大截面。接地线应与水平接地体的截面相同。人工接地体的埋深不应小于0.5m,垂直接地体的长度宜为2.5m，接地体之间的距离宜为5m。埋在土壤中的接地体，其连接时采用焊接连接，并在焊接处作防腐处理。

在高土壤电阻率的地区，当接地电阻不能满足不应大于10Ω的要求时，为了降低装置的接地电阻，可采用以下方法：

① 采用多支线外引接地装置，外引长度不应大于有效长度。

② 埋于较深的低电阻率的土壤中或采用降阻措施，如放入木炭、盐或降阻剂等。

3、实践应用

根据这些原理我们对小区燃气设施做防雷接地装置实践：

3.1. 在设计过程中，有很多小区或酒店用户须安装调压柜，其只能在户外单独设置，由于距建筑群较远，调压柜本身不能防雷防静电，故必须对其进行防雷设计。我们根据以上原理做个简易的防雷接地装置：采用长度2.5m的50×5mm的镀锌角钢作为垂直接地体，水平接地体垂直长度2.0m的50×5mm的镀锌扁钢，做成三角形的接地体（如图一），

在调压柜周围不远的地方的埋设，埋深不小于0.5m。埋设位置注意场地及其他管线的影响，测量接地电阻须不大于10Ω，如接地电阻达不到要求，在填埋时应采取降阻措施（放入木炭、盐或降阻剂）。同时用D25×4的无缝钢管做接闪器，其可做为调压柜的放散管（如图二）。调压柜箱体与接地体用50×5mm的镀锌扁钢焊接相连。各焊接点须双面焊接，焊缝搭接长度不小于 60mm。这就形成了简易的接地防雷装置，安装后检测各项指标须达到要求。

3.2  建筑外墙上行的燃气立管，在控制阀后接引下线与建筑地下防雷网连接。立管超过45m的在立管顶部接引线与建筑主体钢筋连接或就近与屋顶防雷系统连接。连接体均采用φ10镀锌圆钢双面焊接，焊缝搭接长度不小于 60mm。当不能与建筑防雷网连接时，可按图一的方法设置简易的装置进行连接。

4、效果

经过近几年的发展，这种燃气设施的防雷项目也有了一定的规模了，至今尚未有雷击情况发生，可以说我们的防雷措施是有效的、可行的。

5、结论

在考虑建筑物燃气管道设施设计时，充分利用建筑本身的防雷设施是一种最简单有效的方法。如必须设置独立的防雷系统，则需要结合现场的实际情况，选择适当的设备材料与布置方式，才能使防雷设施有效地工作。

参考资料

[1] ISBN7-5381-2228-1《工业防爆实用技术手册》

[2] GB 50057-2010，《建筑物防雷设计规范》

[3] 海南省防雷设施检测资料记录

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