燃气管道防雷的相关措施（热力雷电）

引言

随着城市化进程的加速，越来越多的高楼大厦拔地而起，但高层建筑上布满的城市“天际线”却使得雷电灾害的发生概率越来越大，危害程度也越来越高。

雷电作为一种自然现象，对建筑物和设备设施造成较大的损坏，有时甚至会危及人们的生命和财产的安全，为了防护雷电灾害，中国制定有《建筑物防雷设计规范》的国家标准。燃气设备及管网是保障城市可靠供气的重要设施，其输送的是可燃介质，而且分布点多面广，涉及千家万户的用气安全，对防雷应尤为重视，在燃气设备及管网的设计、施工和运行中注意采取相关措施避免和减小雷击的损害。

雷电的形成及其特点

1、雷电

空中的尘埃、冰晶等物质在云层中翻滚运动的时候，经过一些复杂过程，使这些物质分别带上了正电荷与负电荷。通过运动，带上相同电的质量较重的物质会到达云层的下部(一般为负电荷)，带上相同电荷的质量较轻的物质会到达云层的上部(一般为正电荷)。这样，同性电荷的汇集就形成了一些带电中心，当异性带电中心之间的空气被其强大的电场击穿时，就形成“云间放电”(即闪电)。

带负电荷的云层向下靠近地面时，地面的凸出物、金属等会被感应出正电荷，随着电场的逐步增强，雷云向下形成下行先导，地面的物体形成向上闪流，二者相遇即形成对地放电。这就容易造成雷电灾害。

2、雷电的主要特点

a）冲击电流大，其电流高达几万至几十万安培；
b）时间短，一般雷击分为三个阶段，即先导放电、主放电、余光放电，整个过程一般不会超过60μs；
c）雷电流变化梯度大，有的可达10kA/μs；
d）冲击电压高，强大的电流产生的交变磁场，其感应电压可高达上亿伏；
e）雷电的破坏主要是由于云层间或云和大地之间以及云和空气间的电位差达到一定程度（25kV/cm～30kV/cm）时，所发生的猛烈放电现象。

如何有效防范雷击，将袭击到建构筑物上的雷电以极快的速度引入到地下，最大限度地减少损失，成为摆在人们面前的一大课题。因此，燃气管道防雷接地十分重要。

雷击对燃气设备和管网的危害

雷电时间短，放电电流大，放电电压高，破坏力很强，其破坏作用主要表现在：

a）机械性破坏，由两种力产生，一种是雷电通过物体产生的巨大电动力，另一种是雷电通过物体产生的巨大热量是物体内部水份和气体急剧蒸发和膨胀的内压力；
b）热力性破坏，雷电通过物体产生的巨大热量使物体燃烧和金属材料熔化的现象；
c）绝缘击穿性破坏，极高的电压使燃气金属管材和电气系统中的绝缘防腐材料被击穿，造成防腐材料破损和电路相间短路，使破坏的影响进一步扩大和延伸。

这3种破坏作用对燃气输配供应系统都能造成较大的危害，燃气设备及管网因其输送工艺的特点分布于城市的各个位置，覆盖面广，有处于郊外的高压场站和管道，有位于高层建筑物或多层建筑物的燃气架空管和立管，有设置在市政道路旁的区域调压站和设置居民小区的楼栋调压箱，以及对燃气设备及管网进行监控的SCADA系统等。

这些燃气设备及管网因工艺的要求或受设置位置的限制，布置在城市建筑物防雷设施系统的覆盖之外，需要单独考虑防雷措施。

1、雷击对高压场站和阀室的损害

高压场站和阀室一般设置在郊外，周边的高层建筑少且分布稀，容易受到雷电的直接袭击，高压场站和阀室的调压计量设备，承受较大区域的供气调压和计量工作，雷电的机械性破坏和热力性破坏都会造成阀门的O型圈、调压器的皮膜和流量计的传动齿轮等内部的非金属件损毁，使调压计量设备报废。

一旦发生问题将影响很大，而且设备价格较高，修复成本大。高压场站和阀室放散管的放散管口处于设施的最高点，极易受雷击，武汉曾出现过放散管被雷击而使管内残余气体燃着的情况，这会给作为爆炸危险场所的高压场站和阀室带来不安全的因素。

2、雷击对阴极保护绝缘体的损害

根据钢管防腐要求，地上钢管与地下钢管之间一般都设置有绝缘法兰或绝缘接头隔离，在雷电的高电位下，绝缘法兰、绝缘接头和管道的防腐绝缘层可能被击穿而损毁，使绝缘功能失效，甚至毁坏衡电位仪，直接影响管网的阴极保护效果，危害燃气管网的安全运行。

3、雷击对电气仪表和自动控制系统的损害

当临近雷击和直击雷发生时，由于接地电阻的存在，该处会产生一个高电位，使该处和远端产生电位差，对电气设备有较大威胁，站控系统有不少电子仪器设备，压力传感器、温度传感器以及精密设备流量计的上传信号线路，容易受电磁感应雷的影响而损坏，特别是极高的电压使电气系统的绝缘材料击穿形成相间短路，电气系统发生危险。

中石油设在武汉分输站交接用的超声流量计曾因雷击损坏而数据不能上传，只能通过与下游公司协商的方式确定供气量，影响了贸易计量。由于一次大的雷击，我公司设在门站的超声流量计防雷栅损坏，设置计量箱体内用于向CNG母站交接计量的涡轮流量计体积修正仪主板被烧毁，用于向高压直供用户交接计量的一台涡轮流量计的高频头和另一台涡轮流量计设置在室内的流量计算机均被打坏。

4、雷击对建筑物附属燃气管的影响

a）感应雷对内立管的影响在住宅建筑物内，在不带电的燃气金属管道上雷电感应所产生的火花放电，能量较小且时间短，通常不会发生火灾危险，若在管道接头发生泄漏并在一定空间积聚时，会发生火灾危险；
b）雷电波侵入对外立管和户外架空管的影响雷电对架空燃气管道和外设立管的作用，雷电波可能沿着管道入户管侵入屋内，危及用户人身安全或损坏设备。据统计雷击起火事故中70%左右是高电位侵入造成的。

5、直击雷对区域燃气调压和计量设备的损害

闪电直接击在燃气设备上，产生电、热效应和机械力破坏设备，使设备不能正常工作，影响供气安全，因燃气调压计量箱为封闭环境，燃气微量泄漏不易释放而积聚，特别是设置在市政道路旁或建筑物顶部的调压箱或计量箱最易受到雷击，据报道其它城市也曾发生过调压箱受雷击发生火花燃烧的情况。

6、雷击对PE管材的损害

雷击热力性破坏使PE管破损，或者钢塑转换接头被高电压击穿，造成管网漏气，危害供气安全。

燃气管道防雷要求

为防止雷击造成的火灾、爆炸、人员伤亡、计算机信息系统损害等重大事故的发生，切实减轻和避免雷电灾害造成的损失，中国出台了一系列防雷法规。

《建筑物防雷设计规范》GB50057-94第3.2.3条第二款规定：架空金属管道，在进出建筑物处，应与防雷电感应的接地装置相连；埋地或地沟内的金属管道，在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。

第3.2.4条第七款规定：当建筑物高于30m时，尚应采取以下防侧击雷的措施：从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连；30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。
第3.3.9条第四款规定：架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连。
第3.3.10条第四款规定：竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。
第3.4.9条第三款规定：进出建筑物的架空金属管道，在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独自接地，其冲击接地电阻不宜大于30Ω。

《城镇燃气设计规范》GB50028-2006第10.8.5条规定：进出建筑物的燃气管道的进出口处、室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃气设备等处均应有防雷、防静电接地设施。

根据上述规范要求，燃气管道应做防雷接地。

燃气管道防雷接地的做法

1、屋顶燃气管道防雷接地

屋顶燃气管道设置于屋顶上防雷保护范围内。防雷接地做法是用HPB235-φ8镀锌圆钢或Q235-25×4扁钢将燃气管道与屋顶避雷网相连，连接点不小于二处，每隔30m连接一处，法兰、阀门及附件均用BVR-6mm2铜芯软线跨接，跨接电阻不大于0.03Ω，屋顶调压箱与燃气管道或避雷网相连。

因特殊情况燃气管道设置于屋顶防雷保护范围之外的，燃气管道被动地变成了接闪器，燃气管道应增加壁厚，且不小于4mm，并加强与屋顶避雷网连接的可靠性。

2、燃气引入管防雷接地

燃气引入管宜采用无缝钢管，考虑到对建筑景观的影响及位置较低容易受损坏等因素，其连接点宜设于燃气引入管道出地面前，采用HPB235-φ8镀锌圆钢将燃气管道与建筑预留防雷接地端子相连。当燃气引入管前的地下管采用无缝钢管并加装绝缘接头时，其连接点必须设于绝缘接头上方。

3、燃气立管防雷接地

a）对于采用无缝钢管的立管，当立管高度不大于30m时，燃气立管的顶端宜用BVR-6mm2铜芯软线与建筑接地装置相连。底端与燃气引入管阀门连接处用BVR-6mm2铜芯软线跨接，跨接电阻不大0.03Ω。对于燃气立管高度为30m以上的建筑，需从30m开始，每隔不大于6m(一般为两层)与建筑预留的防雷接地端子相连一处，做法与立管顶端的防雷接地做法相同；
b）对于采用镀锌钢管丝扣连接的立管，因各连接口采用聚四氟乙烯生料带做密封材料，造成立管连接口不导通，各接口处须用BVR-6mm2铜芯软线跨接。现有一种新型密封胶，导电性能良好，可作为立管丝扣连接的密封材料，现正在研发，若能推广应用，各接口处就无需再做跨接了。

4、接地支线焊接连接要求