天然氣LNG氣化站的雷電防護工程設計

引言

近年來，天然氣的利用越來越廣泛，它以價格低及環保受到越來越多的客戶的青睞。然而，對于天然氣的LNG氣化站儲存及銷售單位，其雷電的防護又顯的極其重要，如果因為雷電防護沒有做到位，輕者建筑物及儀器受損，重者會發生爆炸以及人員的傷亡。本文就某粵西天然氣LNG氣化站的雷電防護設計方案進行探討。

1 工程設計要素

防雷工程設計的要素包括：雷電活動區域、建筑物及其設備的雷電防護分類、被保護物是否（分區、分級、分系統）、當地的土壤電阻率大小等。設計的方案將依據這些要素對被保護物實施接閃、分流、屏蔽、接地、等電位連接及合理的綜合布線的技術措施，最大限度的防止或減少雷電對被保護物的危害。

1.1 雷電活動區域

某粵西天然氣LNG氣化站年平均雷暴日為94.4日，依據國家規范屬于強雷區（屬于最高級別），該站的土壤電阻率為800Ω·m。

1.2 雷電防護分類

該氣化站地理位置空曠，當中的儲氣罐是附近的最高物體，易受雷擊，而天然氣屬易燃易爆氣體，參照GB50057-94（2000版）第2.0.3條，其應劃為第二類雷電防護。

1.3 該氣化站所包含區域

該氣化站分為生產區和辦公區。生產區包括罐區、氣化區、充裝臺、地磅、放散塔；辦公區包括門樓、傳達室、輔助用房、消防泵房。

2 直擊雷的防護

2.1 罐區直擊雷防護

罐區由兩個立罐組成，其周身為鋼結構，鋼的厚度大于4mm，符合GB50057-94（2000版）里的條例，可以直接利用罐體接閃，但兩個罐周圍需做一圈地網，地網材料包括：水平接地體40×4的鍍鋅扁鋼、垂直接地體50×5×2500的鍍鋅角鋼，每個罐必須兩點接地。

2.2 氣化區直擊雷防護

氣化區由8個氣化器組成，由于氣化器里的天然氣已經是氣體形式，氣化器直接接閃會增大爆炸的可能性，所以需增加避雷針或避雷塔，此處雙針保護范圍不夠，四針保護范圍足夠，但是成本高，只能是架設避雷塔加避雷線的形式保護，經過計算及抗風能力的考慮，可以選用GF）加以保護，為了強化保護，氣化器本身也需接地。此處地網材料同上。

2.3 充裝臺及地磅的直擊雷防護

充裝臺天面需加設避雷帶給予接閃，避雷帶規格為φ12的鍍鋅圓鋼，四個屋角加裝φ16的避雷短針，引下線利用四個角的柱筋引下，充裝臺長寬為10m×5m規格的，已經符合了二類防雷里天面網格的范圍，避雷帶中間不需要再加設網格，裝臺里的各個儀器設備必須與地網可靠連接，地磅與充裝臺相近，地網可以共用，地磅本身可以接閃。

2.4 放散塔直擊雷防護

放散塔本身是金屬結構，可以用做接閃，在放散塔兩邊做放射條狀地網，人工地網需與放散塔基礎相連，放散塔需兩點接地。

2.5 門樓、傳達室及輔助用房的直擊雷防護

2.6消防泵房的直擊雷防護

2.7 路燈的直擊雷防護

由于路燈距離比較近，在地網的敷設上可以設計為一個整體，即沿著路燈的走線全部連通，一個可以增大接地網的長度，降低接地電阻值；二個可以減少反擊。每個路燈都得兩點接地。

3 供電線路的雷電防護

輔助用房作為整個氣化站的樞紐，它的供電線路的雷電防護極其重要，它的供電方式是經由附近村莊的變壓器引進的。首先，根據GB50057-94（2000版）里的規定，低壓架空電纜應埋地套金屬鋼管引入，可以起到屏蔽作用，其埋地長度應符合下面公式：

l≥2=2≈56.57m（1）

但可以根據實際情況適當減少電纜埋地長度，但最少不應少于15m，在電纜進入輔助用房時，埋地金屬鋼管應接地，在進入配電柜前應加裝電涌保護器SPD，而SPD的選型是有講究的。

4 信號系統的雷電防護

氣化站主要用到信號線路的有差壓液位計、氣體智能渦輪流量計等一些設備，而這些設備的終端到暴露在戶外，很容易受到雷電電磁波的影響和破壞，所以要在這些設備終端的進線前端加裝信號專用避雷器用于

保護這些設備終端。

5 視頻系統的雷電防護

視頻系統主要包括室外云臺攝像槍及位于輔助用房監控室內的顯示屏，室外云臺攝像槍主要的雷電波侵入線路分別是：視頻信號線、電源線、云臺控制線。做好云臺攝像槍感應雷防護有兩種方案：一種是在攝像槍的前端和室內控制主機前端各安裝一個組合式視頻、云臺、電源三合一的SPD；一種是在三種線路兩端分別各安裝一臺對應的避雷器。

顯示屏的雷電防護：

顯示屏感應雷的防護主要就是做好電源線路以及視頻信號線路的防護。電源線路安裝模塊式電源SPD，安裝位置為顯示屏的電源線的進線端，具體參數如下：

標稱工作電壓Un：380V/50Hz；

限制電壓UP ：380V；

標稱放電電流In(8/20μS)5kA；

最大放電電流Imax(8/20μS)10kA；

響應時間tA≤25ns。

視頻信號線路安裝的視頻SPD參數同上表格的視頻線路參數。

6 網絡系統的雷電防護

在路由器進線端口要加裝網絡SPD用與保護整個氣化站的網絡系統的安全，網絡SPD的參數如下：

標稱工作電壓Un：5V；

限制電壓UP ：13V；

標稱放電電流In(8/20μS)：2.5kA（線對線）

5kA（線對地）；

插入損耗：0.3db；

響應時間tA≤25ns；

接口方式：RJ45。

7 整個氣化站的屏蔽措施

屏蔽是減少電磁干擾的基本措施，具體宜采取以下措施預防：外部屏蔽措施、線路敷設于合適的路徑、線路屏蔽，等電位連接等，以上措施宜聯合使用。

1）輔助用房的屏蔽

（1）天面在澆鑄前應將板筋焊接成0.5×0.5的網格，并與圈梁以及所有的柱筋連通，以達到良好的屏蔽和分流作用；

（2）為改善監控室的電磁環境，所有與建筑物組合在一起的大尺寸金屬部件都應等電位連接在一起，并與接地裝置相連。屋頂板筋、四周柱筋、各層的梁筋、金屬門窗框架等，都必須進行等電位連接，這些構件的連接構成了一個格柵形大空間，能最大程度上提高屏蔽的效果。

2）所有信號線路、視頻線路、網絡線路、電源線路都應套金屬管，金屬管兩端都應接地處理。

3）等電位處理

各種線路的金屬套管，電纜金屬外皮等在進入監控室之前應在一樓入戶處即LPZ0B與LPZ1交界處與總等電位連接排連接后接地，并在進入二樓監控室前與監控室等電位連接環進行二次連接后接地。

監控室內，應將金屬電腦桌、電腦設備、空調機金屬外殼、控制設備金屬外殼、金屬門窗等與等電位接地環可靠連接后接地，以減少電磁感應時各設備之間產生的電位差。

8 共用接地

共用接地系統是現代防雷技術中重要的防護措施之一。整個氣化站的地網應連通成個大地網，組成個連通的接地系統。聯合接地系統除了能夠有效降低接地電阻外，還可以消除各地網之間的電位差，防止高地電位反擊給設備帶來損壞。

9 結論

如今的防雷已經不是單純的“避雷針”時代，要做好防雷需從方方面面考慮，在防雷設計這一塊應從各個角落防止或及減少雷電對建筑物及設備的損害程度。