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LNG汽車加氣站防雷接地設計探討
臧雪飛1，楊志偉2
（1. 中海油山東化學工程有限責任公司山東濟南250101）
（2. 山東省熱電設計院山東濟南250100）
摘 要：介紹了防雷接地保護對于LNG汽車加氣站安全運營的重要性，并以中海石油揭陽能源開發利用有限公司錫場加氣站為例，對于站內主要建構筑物的直擊雷防護，電纜、金屬管道等的防雷電波侵入以及電源系統、信息系統的防雷擊電磁脈沖提出了系統的設計方案。該加氣站的安全運行經驗表明，通過合理的設計和定期運行維護可以有效減少甚至消除雷擊造成的危害。
關鍵詞： LNG汽車加氣站，防雷，接地，設計
在人類面臨著能源短缺、環境惡化的今天，液化天然氣（LNG）作為一種清潔、高效的能源越來越受到青睞。為改善城市空氣質量，促進城市經濟和建設的可持續性發展，以LNG作為燃料的汽車和LNG加氣站得到了國家科技部的大力推廣和應用。
液化天然氣（LNG）汽車加氣站由于工作介質的易燃易爆特性和低溫深冷特性、工作環境的特殊性以及周邊環境的復雜性，它的安全問題尤為重要。雷電作為一種自然現象，對建筑物和設備設施都會造成較大損壞，有時甚至會危及人們的生命和財產的安全。為了減小和避免雷擊的損害，防雷接地系統作為一種直接的保護措施，對于LNG加氣站的安全運營具有非常重要的作用，它的合理設計就顯得尤為重要。本文以中海石油揭陽能源開發利用有限公司錫場加氣站為例，簡要介紹LNG加氣站防雷接地設計方案，供交流探討。
1. 項目概況
中海石油揭陽錫場加氣站位于廣東省揭陽市錫場鎮206國道錫場段東側。該項目總占地面積4897.8m2，建、構筑物用地面積為852.7m2，天然氣供氣能力為1800×104 Nm3/a，建設規模為二級加注站。
加氣站由加氣棚、加氣亭、站房（含變配電間）、LNG儲罐橇、LNG高壓氣化器組和CNG儲氣瓶組等建構筑物單體組成。其中LNG儲罐區為橇裝式結構。LNG氣化調壓區為敞開式裝置區，加氣區為敞開式罩棚，站房（含變配電間）為磚混結構。
供電系統：加氣站設0.4kV低壓配電室。采用雙回路電源供電，380/220V工作電源引自市電，由鎧裝電纜埋地引入低壓配電室進線柜，備用電源由柴油發電機提供。加氣站內信息系統采用不間斷電源（UPS）供電。
2. 雷暴氣象條件
揭陽市初雷日平均出現在3月中旬，終雷日平均出現在10月中旬，各月都有雷電活動，4至9月為全年雷暴活躍的高峰期，年平均雷暴日為67天，屬雷電多發區。
3. 防雷接地設計
3.1 建筑物直擊雷防護
根據GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》規定，LNG加氣站罐區和加注區等工藝生產區域為爆炸危險二區環境，按第二類防雷建筑物設計；站房等輔助辦公區為正常環境，按第三類防雷建筑物設計【1】。
3.1.1接閃器
1）LNG儲罐區
LNG臥式儲罐、CNG儲氣瓶組等壁厚均大于4mm,可利用設備本體做接閃器，不單獨設避雷針。
兩臺LNG高壓氣化器壁厚小于4mm，設置高10m獨立避雷針一支做接閃保護，并將被保護物置于LPZOB區內。獨立避雷針支柱及其接地裝置至被保護物及與其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的距離≥3m。獨立避雷針常年實測接地電阻≤10歐姆。
儲罐區南側有一高出地面6.5m的裝有阻火器的CNG放散口，可不裝設接閃器，但應可靠接地。
2）加氣區
加氣區包括由4臺CNG加氣機組成的加氣棚和由1臺CNG加氣柱組成的加氣亭，均為敞開式罩棚結構。罩棚屋面采用避雷網做接閃器，避雷網材質選用φ12mm熱鍍鋅圓鋼，并在整個屋面組成不大于12m×8m的明敷避雷網格。
3）站房
站房為輔助生產設施，由站房便利店、綜合辦公室、控制室、配電室、發電機房、油箱間及廁所組成。站房屋面采用避雷網做接閃器，避雷網材質選用φ12mm熱鍍鋅圓鋼，并在整個屋面組成不大于24m×16m的明敷避雷網格。
4) 路燈利用其金屬燈罩作接閃器。
3.1.2引下線
加氣棚、加氣亭利用罩棚柱內直徑≥φ16兩條對角主鋼筋作為引下線，距地面0.8m處設斷接卡子，供測量接地電阻用。土建施工時，罩棚鋼結構、砼柱與接地網保證良好電氣通路。
站房利用建筑物柱內直徑≥φ16兩條對角主鋼筋作為引下線，通長焊接且沿建筑物四周對稱布置，間距≤25m。為達到良好屏蔽效果，有效減低進入室內空間的磁場強度，設計中將所有外圍結構柱均設為引下線，還可有效減低分流系數。
路燈利用金屬燈桿自身作防雷引下線。
3.1.3接地裝置
除獨立避雷針外，加氣站內所有接地系統如防雷接地、電氣系統工作接地、保護接地、防靜電接地、信息系統接地等共用接地裝置，接地電阻要求不大于4歐姆。
全場站接地網由建筑基礎加外圍人工環形接地網組成。其中水平接地體采用-40×4mm熱鍍鋅扁鋼，埋深0.8m敷設，過門口處埋深1m。垂直接地極采用∠50×50mm，L=2500mm熱鍍鋅角鋼，間距為5m。施工完畢后應測量接地電阻，如不滿足要求應增加接地極根數。
加氣機、加氣柱、LNG儲罐橇、高壓泵橇、高壓氣化器、高壓儲氣瓶組、放空管（帶阻火器）、輸氣管道、充裝和卸氣口等均需可靠接地，接地點不少于2處，兩接地點的距離不大于30m，接地電阻值不大于10歐姆。
站內所有電氣設備金屬外殼均應接地。除照明燈具以外的電氣設備，應采用專門的接地線，該接地線如與相線敷設在同一保護管內時，應具有與相線相同的絕緣，其他金屬管線、電纜的金屬外皮等，只能作為輔助接地線。
路燈、高大招牌等孤立物體均設獨立接地裝置，接地電阻要求不大于10歐姆。
3.2 防雷電波侵入設計
3.2.1電纜、金屬線槽和管道接地
本工程低壓配電系統采用TN-S接地系統，在低壓電源引入處設總等電位連接板MEB。低壓配電線路、室外信號傳輸線全線采用金屬鎧裝電纜或護套電纜穿鋼管埋地敷設，在各防雷分區交界處應將電纜的金屬外皮或外套鋼管接到等電位連接帶上，電纜金屬外皮或電纜金屬保護管兩端均應接地。室內等電位接地干線應與接地網相連接，連接點不少于兩處。
在爆炸危險區域內的輸氣管道及其組成件，采用法蘭連接時，在連接處應跨接。當法蘭不少于5根螺栓連接時，在非腐蝕環境下可不跨接。平行敷設于地上或管溝的金屬管道，其凈距小于100mm時，應用金屬線跨接，跨接點間距不應大于30m。管道交叉點凈距小于100mm時，其交叉點應用金屬線跨接【1】。
燃氣金屬管道螺紋連接的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.O3Ω時，連接處應用金屬線跨接(埋于地下時，金屬跨接線采用直徑≥10mm熱鍍鋅圓鋼)【2】。
3.2.2裝設過電壓（電涌）保護器SPD
1) 電源系統
在供配電系統的電源端應安裝與設備耐壓水平相適應的過電壓（電涌）保護器【3】。本工程電源系統采用三級防雷保護，以防范從直擊雷到操作浪涌的各級過電壓的侵襲。在380V電源引入的總配電箱處裝設I級試驗的電涌保護器，電壓保護水平值≤2.5kV，沖擊電流應≥12.5kA，用于整個加氣站所有用電設備的第一級電源防護。在分配電箱內應在空氣開關的電源側裝設II級試驗的電涌保護器，電壓保護水平值≤2.5kV，沖擊電流應≥5kA。在營業廳計算機管理設備、UPS電源、票據打印設備、加氣機數據傳輸設備及其它精密設備的電源開關處使用插座式電源防雷器。
2）信息系統
加氣站信息系統的配電線路首、末端與電子器件連接時，應裝設與電子器件耐壓水平相適應的過電壓（電涌）保護器【3】。本工程中，電話、網絡通訊系統進線端分別裝設電話線路及通訊線路電涌保護器；視頻監控系統、火災自動報警系統及入侵報警系統中，電源線路均裝設防雷插座，信號線路及控制線路分別裝設相應的信號防雷器加以保護。
4. 結語
中海石油揭陽能源開發利用有限公司錫場加氣站于2011年底設計完成，2012年5月投入使用，安全運行至今。通過上述防雷接地設計分析，總結經驗如下：
LNG汽車加氣站一般均運行在雷電高風險環境下，需要采取強有力的雷電防護措施。該區域的直擊雷防護和接地應嚴格按照《建筑物防雷設計規范》GB50057和《城鎮燃氣防雷技術規范》QX/T109的要求進行設計，做好金屬構件、電纜外皮、管道等金屬物的等電位連接，供配電電源系統宜采用三級防雷保護，信息系統應裝設專業的信號防雷器進行防雷擊電磁脈沖保護。并應每年定期對接地網的接地電阻進行檢測，雷雨季節來臨前對接地系統進行檢查和維護，發現問題應及時處理，通過合理的設計和定期運行維護可以有效減少甚至消除由于雷擊造成的危害。
參考文獻：
[1] GB50057-2010《建筑物防雷設計規范》
[2] QX/T109-2009《城鎮燃氣防雷設計規范》
[3] GB20156-2002《汽車加油加氣站設計與施工規范》
作者簡介：
臧雪飛（1978－）女，工程師，碩士，現主要從事石油化工行業電氣專業設計工作。
楊志偉（1977－）男，工程師，碩士，現主要從事熱電聯產行業電氣專業設計工作。
聯系方式：
1、臧雪飛：Email: xuefeizang@163.com
手機： 13964021089
工作單位：中海油山東化學工程有限責任公司
通訊地址：
山東省濟南市高新技術產業開發區舜華路2000號舜泰廣場7號樓F5 郵編：250101
2、楊志偉：Email: zhwyang2006@126.com
手機： 18663756020
工作單位：山東省熱電設計院
通訊地址：
山東省濟南市二環東路東環國際廣場B座17層 郵編：250100
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