曼型储气柜的防雷接地设计

ｉｎＩｓｓｌｏｎ　曼型储气柜的防雷接地设计　中国市政工程华北设计研究总院有限公司　侯彪　摘要：明确了曼型储气柜属于第二类防雷建筑物，介绍了相应的雷电参数和防雷措施，并给出了曼型储气柜　内部活塞不会产生和积聚静电的理由。　关键词：雷电流参数　防雷措施　联合接地　静电　０概述　雷电流的峰值电流有９１％不小于１０　ｋＡ。　由于雷电防护系统外部防雷措施的效率等于　雷电流参数在这个范围内的概率，因此第二类防雷　建筑物外部防雷装置拦截直击雷的效率为０．８９。　１＿３防雷措施　曼型储气柜也叫稀油密封干式储气柜，具有储　气压力稳定、使用寿命长等优势，其在钢铁、焦炭、　煤层气开发等领域被广泛应用。曼型储气柜筒体是　由钢板焊接而成的全钢结构，筒体内有随储气柜内　部压力变化上下移动的活塞，从而实现对燃气的内　存或外输功能。　１　防雷设计　诚如《雷电防护第１部分：总￣Ｊ］｝（ＧＢ／Ｔ　２１７１４．１　—２００８１所描述的，建筑物和服务设施的理想防雷措　施应该是把被保护对象置于接地良好的、有足够厚　度的、良好电气贯通的屏蔽体内，并在连接到建筑　物的服务设施进入屏蔽体的入口处做适当的等电　１．１防雷分类　位连接。很显然，曼型储气柜要达到如此理想防雷　曼型储气柜因其所储存介质的爆炸性气体危　险属性被确定为第二类防雷建筑物，该分类并非通　过风险评估获得，而是因可能的雷害会产生严重后　果人为确定。　１．２雷电流参数　效果是不经济的，也是不现实的。为减少雷电活动　对储气柜及其附属设施的直接或间接不利影响，雷　电防护系统通常由外部防雷系统和内部防雷系统　两部分组成。　外部防雷系统通常由接闪器、引下线、接地装　置三部分组成。接闪器的功能是拦截直击建筑物的　雷电，同时利用雷电流最小参数和相应的滚球半径　确定ＬＰＺＯＢ防御区域的几何边界，使需要保护的　建筑物至少处在ＬＰＺＯＢ雷电防护区域内部。需要　明确指出的是接闪器不允许采用具有放射性的物　依据国际大电网会议（ＣＪＧＲＥ）￣告中的雷电流　参数统计分析结果：雷电流的峰值电流有９９％不超　出２００　ｋＡ，有９９％不小于３　ｋＡ。第二类防雷建筑　物防护的雷电流最大峰值为１５０　ｋＡ，电荷量７５　Ｃ，　单位能量５．６　ＭＪ　；雷电流时间参数为１０　ｕｓ／３５０ｕｓ　质。引下线的功能是安全引导雷电流流入接地装置。　雷电流的峰值电流有９８％不超出１５０　ｋＡ。这些参数　被用来确定外部防雷系统材料截面积、有效厚度及　其安装固定方法，确定ＬＰＺＯＢ与ＬＰＺ１界面处等电　位连接的雷电防护器件和确定模拟雷电流对这些　接地装置的功能是使雷电流入地流散。　内部防雷系统是在建筑物内利用等电位连接　或经ＳＰＤ与等电位体连接，及使建筑物内导电部件　与外部防雷系统中的引下线隔开一段有效距离，使　建筑物内电气电子系统处在与其额定绝缘耐受电　压水平要求的电磁环境相适应的ＬＰＺ分区内。　器件影响的测试参数。第二类防雷建筑物防护的雷　球半径为４５　ｍ；　Ｔｒａｎｓ哪ｌ　在假设雷电流的阻性发热及电弧发热全部用　接地装置热稳定性要求。　其次接地装置应满足对其预期寿命的要求。接　地装置的寿命应综合考虑其保护对象的寿命及其　维护维修周期和本身维护维修周期及其在土壤中　的受腐蚀程度。通常曼型储气柜经济寿命约５０年，　机电设备经济寿命约２０年。曼型储气柜的检修周　来加热直径８　ｃｍ圆形面积钢质金属体前提下，遭　首次正极性雷击时雷击点金属熔化深度０．０６　Ｉｎｍ，　且能达此最大值的概率低于１０％。因此当储气柜壁　厚不小于４　ｍｌ＂ｎ时，按照《建筑物防雷设计规范》　（ＧＢ　５００５７－－２０１０）的有关规定利用其本体做外部接　闪器，否则应安装外部接闪器。　镀锌钢材具有较好的经济性、耐腐蚀性和广泛　的环境适应性等优异特性，因此在需要安装接闪器　的场合常被用作外部接闪器材料。通过校核雷电流　热效应作用效果，第二类防雷建筑物防雷装置的钢　导体截面积为９３　ｍｍ　，因此外部接闪器选用Ｄ１２　热镀锌圆钢。　对于服务于储气柜的电气电子系统，除考虑外　部防雷系统外，正常情况下非带电导电部件及与之　相连接的线路金属保护管或金属屏蔽层应与储气　柜作等电位连接。　２接地设计　２．１接地装置材料选型　一般接地装置都有防护性和功能性两大功能，　但应优先满足防护性要求。目前接地装置所用材质　主要有铜材和钢材，在土壤环境中铜材具有较好的　耐腐蚀性和导电性，但由于铜的价格比较高、矿藏　量比较小、在土壤环境中会加速附近钢材的腐蚀等　因素，以及相对铜材铁矿矿藏量更加丰富、钢材也　更加经济、在土壤中具有更好的热稳定性、通过热　镀锌处理的钢材抗土壤腐蚀性更强等因素，国内建　设项目的接地装置大部分用的是镀锌钢材。　选择接地装置首先应满足对其热稳定性要求。　现阶段除第一类防雷建筑物外的其他建筑物的接　地装置均是兼顾防护性和功能性的联合接地，曼型　储气柜的接地装置一般采用联合接地。在额定电压　２３０－４００Ｖ供配电系统中，１５０　ｋＡ的雷电流远大于　实际工程中的三相短路电流值，因此按满足雷击热　稳定性要求的第二类防雷建筑物的接地装置均满　足２３０￣４００　Ｖ供配电系统在短路条件下的热稳定性　要求，亦即曼型储气柜接地装置采用４０ｘ４热镀锌　扁钢和５０ｘ５ｘ２　５００热镀锌角钢完全能够满足联合　期一般情况下为３～５年。按照２０１３年６月１日起　施行的《防雷减灾管理办法》（中国气象局令第２４　号）第十九条规定曼型储气柜的接地装置应每半年　检测一次。　由于大多数情况下工程所在地的土壤电阻率　都在５０　Ｑ・ｍ以上，钢质接地装置的受腐蚀程度比　较轻。现取钢质接地装置腐蚀速率为０．４　ｋ￣（ｍ２．ａ１，　通过计算可知接地装置在２０年寿命期内腐蚀深度　为１．０２　ｉｎｉｎ；在５Ｏ年寿命期内腐蚀深度为２．５５　ｒｎｌｎ。　综合上述因素可以看出，在考虑适当富裕量的前期　下曼型储气柜接地装置采用４０ｘ４热镀锌扁钢和　５０ｘ５ｘ２　５００热镀锌角钢，其２０年的使用寿命期是　有保障的，并且２０年的寿命期也是合理的。　２．２接地装置施工　依据《建筑物防雷设计规范》第４－３．１０条规定，　曼型储气柜“两接地点间距离不宜大于３０　１ＴＩ”。此　款规定应理解为“沿曼型储气柜周长计算两接地点　间距离不宜大于３０　ｍ”，理解成两接地点间直线距　离不宜大于３０　ｍ是不正确的。举个极端的例子，　如果曼型储气柜直径是３０　ｍ，那么在任一直径线上　的两点接地是不满足《建筑物防雷设计规范》第　４．３．１Ｏ条的要求的，其正确性可以通过规范《建筑　物防雷设计规范》第４．２．４条２款、第４．３－３条、第　４．４－３条及《石油库设计规范》（ＧＢ　５００７４－－２００２）第　１４．２．２条的明确规定得到验证。　为确保接地装置附近的人员安全，曼型储气柜　接地电阻值一般不大于４　Ｑ，接地装置埋设深度为　１．０　１ＴＩ。在埋设接地装置地表处铺设植草砖，或者在　埋设接地装置之外适当距离处设置围栏都是增加　接地装置附近安全性的有效措施。工程实践和工程　计算都表明，接地装置在满足接地电阻值要求的前　提下适当深埋是最有效、最经济、又容易实施的降　低跨步电压的方　上海煤气２０１５年第１期（（万　ｍｉｓｓｉｏｎ　２．３活塞静电接地　在保障曼型储气柜柜体完好接地的前提下，气　所谓的静电电荷。因此，不论是否考虑曼型储气柜　密封油因素的影响，内部活塞都不会产生和积聚静　电电荷，也就不需要使用导线与柜体进行连接。　到目前为止，曼型储气柜密封油对活塞是否产　柜内部活塞是否会产生和积聚静电是活塞与柜体　用导线连接的前提。首先，曼型储气柜的活塞因其　结构上存在诸如导轮、滑板、弹簧压紧装置、防回　转机构等的作用能够保证在任何情况下活塞与储　气柜筒体具有紧密接触，因此活塞在沿储气柜简体　上下移动的过程中不可能产生静电。其次，曼型储　气柜活塞处在封闭的全钢金属构造的简体内部，不　会因外界电磁场感应使其表面产生不平衡电荷分　生和积聚静电的影响一直没有明确结论。曼型储气　柜密封油标准只对“运动粘度、粘度指数、倾点、　闪点、酸值、水分、机械杂质、腐蚀试验、抗乳化　性、液相锈蚀、密度、氧化安定性”等质量指标及　试验方法进行了明确，对于反映“电连续性”或者　“静电导通性”指标的电阻率（或者电导率）没有涉　布。第三，与储气柜连通的进出气管道均安装有可　靠的防雷防静电接地装置，储气柜内气体不可能将　在生产加工、输送过程中产生的静电荷带给活塞。　其四，假设储气柜内气体与柜体侧板、底板、活塞　存在因相对运动产生一定量的静电电荷，如果将储　气柜内气体所带静电电荷看作是一电压源Ｖ，柜体　侧板及气柜底板是与该电压源相连接的电阻Ｒｌ，活　塞是与该电压源并联连接的电阻Ｒ２，很明显曼型储　及。由于历年的工程实践没有报告显示曼型储气柜　密封油会对活塞是否产生和积聚静电造成一定影　响，因此曼型储气柜活塞不会产生和积聚静电电荷，　不需要使用导线与柜体进行连接。　３结语　综上所述，曼型储气柜防雷接地设计在按照满　足１５０　ｋＡ雷电流热效应选择的外部防雷系统前提　气柜会因结构上的缘故使Ｒ１远小于Ｒ２，电压源Ｖ　将通过低电阻Ｒ１放电，即储气柜内气体所带静电　电荷通过柜体侧板及气柜底板泄放入地。既然储气　柜内气体所带静电电荷可以通过柜体侧板及气柜　下，结合内部防雷系统的等电位连接措施就可以对　储气柜实现可靠保护，并满足对储气柜和外部防雷　系统预期寿命值的要求。同时，曼型储气柜活塞不　需要使用导线与柜体进行连接。　底板的良好接地被泄放入地，活塞中就不可能存在　Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ＆ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍ．Ａ．Ｎ　ＧａｓｈｏＩｄｅｒ　Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｈｏｕ　Ｂｉａｏ　Ａｂｓｔｔａｃｔ：Ｔｈａｔ　ｔｈｅ　Ｍ．Ａ．Ｎ　ｇａｓｈｏｌｄｅｒ　ｂｅｌｏｎｇｓ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄ　ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｗａｓ　ｃｌａｒｉｉｆｅｄ，ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ａｎｄ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｎａｌ　ｐｉｓｔｏｎ　ｄｏｅｓ　ｎｏｔ　ｐｒｏｄｕｃｅ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｇｉｖｅｎ　ａｓ　ｗｅｌ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｓ，ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ，ｓｔａｔｉｃ　ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　《上海煤气》稿约　《上海煤气》杂志创刊于１９５７年，是国内外公开发行的技术性刊物。办刊的目的是促进我国城市燃气技术的发展与提高。主要刊登燃气生产、　燃气输配、燃气燃烧与应用等方面的学术性论文、技术总结、文献综述以及燃气行业管理方面的经验交流、问题研究与探讨等内容。　文稿的著作权除著作权法另有规定外，属于作者。文责由作者自负。我刊现已入网“万方数据资源系统（ｃｈｉｎａＩｎｆ０）数字化期刊群”、“ＣＮＫＩ中国　期刊全文数据库”，作者著作权使用费与本刊稿酬一次性付给。如作者不同意收录的，请在投稿时声明，否则将视为同意收录。　来稿需自留底稿，无论刊登与否，均不退稿。依照著作权法规定，本刊可以对来稿作文字性的修改、删节。如作者不允许对文稿作修改，务请　在来稿中注明。来稿要求如下：　１）来稿采用纸稿或Ｅ．ｍａｉｌ的形式，文稿务求论点明确、论据可靠、数据准确、文字精练，内容注意保守。　２）来稿需有２００～３００字的中英文摘要以及选取３－８个词作为关键词；文题、作者单位的译名及作者姓名的汉语拼音。正文中应有插图复印件。　数字请按国标ＧＢ／Ｔ１５３８５－－１９９５规定书写；计量单位请用法定计量单位。外文请注明文种、大小写和正斜体。　３）插图请按制图要求，点、线需准确、清楚。插图为黑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