论文部分内容阅读
[摘 要]防雷电是确保天然气场站安全的一项重要措施。本文介绍了雷电对天然气场站和输气管道的危害及主要表现，指出治理雷电危害的措施主要包括接闪、均压、接地、屏蔽和分流等。这些防护措施必须综合运用，才能真正达到防雷目的。
[关键词]天然气场站、雷电危害、防护措施
中图分类号：T20 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0348-01
1.绪论
1.1 雷电的危害
雷电是一种常见的大气放电现象。由于雷电释放的能量相当大，它所产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应给人们带来了多种危害。目前全国已建成的天然气长输管道横贯东西南北，沿线场站、阀室密布，管线所经地域地理位置差异巨大，有的地方雷雨频繁，很容易受到雷电的影响。一旦遭受雷电袭击，损失难以估量，后果难以想象。所以，做好天然气场站、沿线阀室和阴保间的防雷电，须臾不可小视。
1.2 雷电对天然气场站的影响
1.2.1 雷电对仪表控制系统的影响
雷电从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种，对仪表控制系统可能产生的危害分为下列几种。
（1）直接雷击
（2）感应雷击
（3）雷电过电压侵入。
（4）反击
1.2.2 雷电对管道的影响
场站工艺管道的地面部分及跨越管道，相对于整个埋地管道而言都是优良的接闪器。当管道附近上空即将产生雷电时，其下方大面积的地面形成一个静电场，埋地管道也同大地一样表面感应出相反的电荷，当电荷积累到一定程度而又具备了放电条件时，会出现一次强烈的放电过程。此时，云地电荷迅速消失，地电荷变为零。此外，管道阴极保护设备、防蚀电源也经常遭受雷电的袭击，受损的组件主要为放电管、电容、集成电路、保險丝等。最严重的可以将设备的主板烧毁。阴极保护设备通过阴极电缆和零位接阴电缆与管道直接连通，是管道上直击雷和感应雷所产生的雷电电流最方便和直接的泄放通道，如果雷电击中设备就会很容易对管道造成危害。
2.天然气场站雷电防护措施
一个完善的防雷工程应包括：① 外部防雷装置（接闪器、引下线和接地装置） 承接50%以上的雷电流并将其泄入大地；② 采用等电位连结、屏蔽、防闪络技术和装置，阻塞雷电波沿金属导线和空间电磁场入侵的途径；③ 浪涌保护，利用某些元件的非线性特性，组成浪涌保护器（SPD）并将其连结在配电和信号线路中，将累计产生的过电压和过电流通过SPD泄入大地。这3个系统缺一不可。
治理雷电危害的措施主要包括接闪、均压、接地、屏蔽和分流等。这些措施必须综合运用，才能真正达到防雷目的。
2.1 接闪
输气站办公区大多为一层平房结构，其中站内控制室的控制系统是站内工艺控制中心，生产辅助房里设有阴保控制设备、发电机、配电设施等。依据《建筑物防雷设计规范》第6.1.3 条有关要求，按第三类建筑防雷设计防直击雷部分。可利用避雷带、网作为接闪器，所有突出屋面的金属构件均与防雷装置相连，形成电器通路。工艺区属具有爆炸危险环境的场所，依据依据《建筑物防雷设计规范》第2.0.3 条划为二类防雷，工艺区设备可利用金属罐体、容器本身作为接闪器。
2.2 均压
当雷击发生时，在雷电瞬态电流所经过的路径上将会产生瞬态电位升高，使该路径与周围的金属物体之间形成瞬态电位差，如果这种瞬态的电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度，就会导致介质的击穿放电，这种击穿放电能直接损坏仪表设备，也能产生电磁脉冲，干扰仪表系统的正常运行。为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电，可以将所有现场仪表的金属外壳、构架、生产装置的金属设备、设施、仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起，并且与仪表控制室的防雷接地系统相连接，形成完善的等电位连接。
2.3 接地
工艺设备区、进站阀组、出站阀组内的供电线路、温度、液位等测量装置，应采用铠装电缆或钢管配线，电缆金属外皮、钢管与装置或罐体作电气连接并接地。各金属装置不少于两处通过接地线与接地体连接，当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应用金属线跨接。其工艺区、办公区、辅助用房的接地应采用环形闭合接地装置，使其形成一个大的接地网，将所有的接地都连接在此接地网上。
2.4 屏蔽
由于仪表系统大量采用半导体器件、集成电路和传递信号电缆，由雷击产生的瞬态电磁脉冲可以直接辐射到这些元器件上，也可以在电源或信号线上感应出瞬态过电压波，沿线路侵入电子设备，使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施。
2.4.1 控制室屏蔽
控制室内的控制系统是仪表系统的心脏，对雷电产生的电磁脉冲十分敏感，需要特别注意其屏蔽问题。仪表控制室应是封闭结构，将房屋墙壁中的结构钢筋交点处进行电气连接，在室内沿墙壁四周再做一圈保护接地环（接入防雷地），并做好有效的电气连接。
2.4.2 现场仪表屏蔽
现场仪表可采用金属的仪表箱实现防雷屏蔽，仪表箱要与其它现场的金属设施实现等电位连接，并接入防雷接地系统。
2.4.3 信号线和电源线屏蔽
为了防止雷电电磁脉冲在信号或电源线路上感应出瞬态过电压波，所有的信号线及低压电源线都应采用有金属屏蔽层的电缆。就瞬态过压防护而言，需要信号线或电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首、末两端接地。当采用多点接地后，各接地点之间的屏蔽层沿线路之间形成回路，低频干扰电流的电磁场可能会有一部分透过屏蔽层，在电缆的护套回路产生低频干扰，这就要求屏蔽层沿线路只能采取单点接地。
2.5 分流
分流是防雷的有效措施。其方法就是在仪表控制系统的信号或通讯回路以及系统的供电电源部分采用浪涌保护器SPD，用以限制瞬态过电压和浪涌电流。一个SPD只能为回路的某部分提供保护，由于设备回路太多，不可能在每个设备回路中都使用SPD，而是必须有选择地在重要回路和系统电源回路中安装SPD或避雷器。
2.6 加强防雷电的管理
一是按规定设置防雷电、静电装置，并对其进行定期检测检修，保证接地完好有效，接地电阻符合要求；保证阀门、法兰用金属线跨接且可靠接地；法兰连接间电阻应小于0.03Ω，对地电阻不得大于100Ω；检修拆除的跨接线一定要恢复。
二是提高设备的本质安全程度，保证设备完好。要严把设备的采购、安装、验收关，确保设备本质安全。工艺设备要常维护保养、勤检查，消除跑、冒、滴、漏；电气设备要选用相应的安全等级和防爆等级，在运行检修过程中严禁对其进行改装、拆除或降低等级；漏电保护、短路保护、绝缘、屏护等要随时完好有效；检测报警装置要定期标定校验。
3.结束语
天然气场站的雷电防护，一定要执行有关国家标准的防雷要求，防雷是一项系统的工程，仅仅依靠避雷针、避雷器是无法做好雷电防护的的，必须将接闪、接地、等电位、屏蔽、分流、安装浪涌保护器（SPD）系统防护措施结合起来，才能减少或消除雷电灾害事故，保证天然气输气场站安全平稳的运行。
由于自身的工作经验有限，本文所述并不是尽善尽美，有不妥和遗漏之处，望各位领导、同事批评指正。
参考文献
[1] 《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）；
[关键词]天然气场站、雷电危害、防护措施
中图分类号：T20 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0348-01
1.绪论
1.1 雷电的危害
雷电是一种常见的大气放电现象。由于雷电释放的能量相当大，它所产生的强大电流、灼热的高温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐射等物理效应给人们带来了多种危害。目前全国已建成的天然气长输管道横贯东西南北，沿线场站、阀室密布，管线所经地域地理位置差异巨大，有的地方雷雨频繁，很容易受到雷电的影响。一旦遭受雷电袭击，损失难以估量，后果难以想象。所以，做好天然气场站、沿线阀室和阴保间的防雷电，须臾不可小视。
1.2 雷电对天然气场站的影响
1.2.1 雷电对仪表控制系统的影响
雷电从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种，对仪表控制系统可能产生的危害分为下列几种。
（1）直接雷击
（2）感应雷击
（3）雷电过电压侵入。
（4）反击
1.2.2 雷电对管道的影响
场站工艺管道的地面部分及跨越管道，相对于整个埋地管道而言都是优良的接闪器。当管道附近上空即将产生雷电时，其下方大面积的地面形成一个静电场，埋地管道也同大地一样表面感应出相反的电荷，当电荷积累到一定程度而又具备了放电条件时，会出现一次强烈的放电过程。此时，云地电荷迅速消失，地电荷变为零。此外，管道阴极保护设备、防蚀电源也经常遭受雷电的袭击，受损的组件主要为放电管、电容、集成电路、保險丝等。最严重的可以将设备的主板烧毁。阴极保护设备通过阴极电缆和零位接阴电缆与管道直接连通，是管道上直击雷和感应雷所产生的雷电电流最方便和直接的泄放通道，如果雷电击中设备就会很容易对管道造成危害。
2.天然气场站雷电防护措施
一个完善的防雷工程应包括：① 外部防雷装置（接闪器、引下线和接地装置） 承接50%以上的雷电流并将其泄入大地；② 采用等电位连结、屏蔽、防闪络技术和装置，阻塞雷电波沿金属导线和空间电磁场入侵的途径；③ 浪涌保护，利用某些元件的非线性特性，组成浪涌保护器（SPD）并将其连结在配电和信号线路中，将累计产生的过电压和过电流通过SPD泄入大地。这3个系统缺一不可。
治理雷电危害的措施主要包括接闪、均压、接地、屏蔽和分流等。这些措施必须综合运用，才能真正达到防雷目的。
2.1 接闪
输气站办公区大多为一层平房结构，其中站内控制室的控制系统是站内工艺控制中心，生产辅助房里设有阴保控制设备、发电机、配电设施等。依据《建筑物防雷设计规范》第6.1.3 条有关要求，按第三类建筑防雷设计防直击雷部分。可利用避雷带、网作为接闪器，所有突出屋面的金属构件均与防雷装置相连，形成电器通路。工艺区属具有爆炸危险环境的场所，依据依据《建筑物防雷设计规范》第2.0.3 条划为二类防雷，工艺区设备可利用金属罐体、容器本身作为接闪器。
2.2 均压
当雷击发生时，在雷电瞬态电流所经过的路径上将会产生瞬态电位升高，使该路径与周围的金属物体之间形成瞬态电位差，如果这种瞬态的电位差超过了两者之间的绝缘耐受强度，就会导致介质的击穿放电，这种击穿放电能直接损坏仪表设备，也能产生电磁脉冲，干扰仪表系统的正常运行。为了消除雷电瞬态电流路径与金属物体之间的击穿放电，可以将所有现场仪表的金属外壳、构架、生产装置的金属设备、设施、仪表控制室内的设备、组件和元件的金属外壳、金属设施连接在一起，并且与仪表控制室的防雷接地系统相连接，形成完善的等电位连接。
2.3 接地
工艺设备区、进站阀组、出站阀组内的供电线路、温度、液位等测量装置，应采用铠装电缆或钢管配线，电缆金属外皮、钢管与装置或罐体作电气连接并接地。各金属装置不少于两处通过接地线与接地体连接，当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，连接处应用金属线跨接。其工艺区、办公区、辅助用房的接地应采用环形闭合接地装置，使其形成一个大的接地网，将所有的接地都连接在此接地网上。
2.4 屏蔽
由于仪表系统大量采用半导体器件、集成电路和传递信号电缆，由雷击产生的瞬态电磁脉冲可以直接辐射到这些元器件上，也可以在电源或信号线上感应出瞬态过电压波，沿线路侵入电子设备，使电子设备工作失灵或损坏。利用屏蔽体来阻挡或衰减电磁脉冲的能量传播是一种有效的防护措施。
2.4.1 控制室屏蔽
控制室内的控制系统是仪表系统的心脏，对雷电产生的电磁脉冲十分敏感，需要特别注意其屏蔽问题。仪表控制室应是封闭结构，将房屋墙壁中的结构钢筋交点处进行电气连接，在室内沿墙壁四周再做一圈保护接地环（接入防雷地），并做好有效的电气连接。
2.4.2 现场仪表屏蔽
现场仪表可采用金属的仪表箱实现防雷屏蔽，仪表箱要与其它现场的金属设施实现等电位连接，并接入防雷接地系统。
2.4.3 信号线和电源线屏蔽
为了防止雷电电磁脉冲在信号或电源线路上感应出瞬态过电压波，所有的信号线及低压电源线都应采用有金属屏蔽层的电缆。就瞬态过压防护而言，需要信号线或电源线的屏蔽层沿线路多点接地或至少应在线路的首、末两端接地。当采用多点接地后，各接地点之间的屏蔽层沿线路之间形成回路，低频干扰电流的电磁场可能会有一部分透过屏蔽层，在电缆的护套回路产生低频干扰，这就要求屏蔽层沿线路只能采取单点接地。
2.5 分流
分流是防雷的有效措施。其方法就是在仪表控制系统的信号或通讯回路以及系统的供电电源部分采用浪涌保护器SPD，用以限制瞬态过电压和浪涌电流。一个SPD只能为回路的某部分提供保护，由于设备回路太多，不可能在每个设备回路中都使用SPD，而是必须有选择地在重要回路和系统电源回路中安装SPD或避雷器。
2.6 加强防雷电的管理
一是按规定设置防雷电、静电装置，并对其进行定期检测检修，保证接地完好有效，接地电阻符合要求；保证阀门、法兰用金属线跨接且可靠接地；法兰连接间电阻应小于0.03Ω，对地电阻不得大于100Ω；检修拆除的跨接线一定要恢复。
二是提高设备的本质安全程度，保证设备完好。要严把设备的采购、安装、验收关，确保设备本质安全。工艺设备要常维护保养、勤检查，消除跑、冒、滴、漏；电气设备要选用相应的安全等级和防爆等级，在运行检修过程中严禁对其进行改装、拆除或降低等级；漏电保护、短路保护、绝缘、屏护等要随时完好有效；检测报警装置要定期标定校验。
3.结束语
天然气场站的雷电防护，一定要执行有关国家标准的防雷要求，防雷是一项系统的工程，仅仅依靠避雷针、避雷器是无法做好雷电防护的的，必须将接闪、接地、等电位、屏蔽、分流、安装浪涌保护器（SPD）系统防护措施结合起来，才能减少或消除雷电灾害事故，保证天然气输气场站安全平稳的运行。
由于自身的工作经验有限，本文所述并不是尽善尽美，有不妥和遗漏之处，望各位领导、同事批评指正。
参考文献
[1] 《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）；