隨著城市化進程的加速，越來越多的高樓大廈拔地而起，但高層建筑上布滿的城市“天際線”卻使得雷電災害的發(fā)生概率越來越大，危害程度也越來越高。雷電作為一種自然現(xiàn)象，對建筑物和設備設施造成較大的損壞，有時甚至會危及人們的生命和財產(chǎn)的安全，為了防護雷電災害，中國制定有《建筑物防雷設計規(guī)范》的國家標準。燃氣設備及管網(wǎng)是保障城市可靠供氣的重要設施，其輸送的是可燃介質(zhì)，而且分布點多面廣，涉及千家萬戶的用氣安全，對防雷應尤為重視，在燃氣設備及管網(wǎng)的設計、施工和運行中注意采取相關措施避免和減小雷擊的損害[1]。
1 雷電的形成及其特點
1.1雷電
空中的塵埃、冰晶等物質(zhì)在云層中翻滾運動的時候，經(jīng)過一些復雜過程，使這些物質(zhì)分別帶上了正電荷與負電荷。通過運動，帶上相同電的質(zhì)量較重的物質(zhì)會到達云層的下部(一般為負電荷)，帶上相同電荷的質(zhì)量較輕的物質(zhì)會到達云層的上部(一般為正電荷)。這樣，同性電荷的匯集就形成了一些帶電中心，當異性帶電中心之間的空氣被其強大的電場擊穿時，就形成“云間放電”(即閃電)。
帶負電荷的云層向下靠近地面時，地面的凸出物、金屬等會被感應出正電荷，隨著電場的逐步增強，雷云向下形成下行先導，地面的物體形成向上閃流，二者相遇即形成對地放電。這就容易造成雷電災害。
1.2雷電的主要特點
a)沖擊電流大，其電流高達幾萬至幾十萬安培；b)時間短，一般雷擊分為三個階段，即先導放電、主放電、余光放電，整個過程一般不會超過60μs；c)雷電流變化梯度大，有的可達10kA/μs；d)沖擊電壓高，強大的電流產(chǎn)生的交變磁場，其感應電壓可高達上億伏；e)雷電的破壞主要是由于云層間或云和大地之間以及云和空氣間的電位差達到一定程度(25kV/cm～30kV/cm)時，所發(fā)生的猛烈放電現(xiàn)象。如何有效防范雷擊，將襲擊到建構筑物上的雷電以極快的速度引入到地下，盡量地減少損失，成為擺在人們面前的一大課題。因此，燃氣管道防雷接地十分重要。
2 雷擊對燃氣設備和管網(wǎng)的危害
雷電時間短，放電電流大，放電電壓高，破壞力很強，其破壞作用主要表現(xiàn)在：a)機械性破壞，由兩種力產(chǎn)生，一種是雷電通過物體產(chǎn)生的巨大電動力，另一種是雷電通過物體產(chǎn)生的巨大熱量是物體內(nèi)部水份和氣體急劇蒸發(fā)和膨脹的內(nèi)壓力；b)熱力性破壞，雷電通過物體產(chǎn)生的巨大熱量使物體燃燒和金屬材料熔化的現(xiàn)象；c)絕緣擊穿性破壞，極高的電壓使燃氣金屬管材和電氣系統(tǒng)中的絕緣防腐材料被擊穿，造成防腐材料破損和電路相間短路，使破壞的影響進一步擴大和延伸。這3種破壞作用對燃氣輸配供應系統(tǒng)都能造成較大的危害，燃氣設備及管網(wǎng)因其輸送工藝的特點分布于城市的各個位置，覆蓋面廣，有處于郊外的高壓場站和管道，有位于高層建筑物或多層建筑物的燃氣架空管和立管，有設置在市政道路旁的區(qū)域調(diào)壓站和設置居民小區(qū)的樓棟調(diào)壓箱，以及對燃氣設備及管網(wǎng)進行監(jiān)控的SCADA系統(tǒng)等。這些燃氣設備及管網(wǎng)因工藝的要求或受設置位置的限制，布置在城市建筑物防雷設施系統(tǒng)的覆蓋之外，需要單獨考慮防雷措施。
2.1雷擊對高壓場站和閥室的損害
高壓場站和閥室一般設置在郊外，周邊的高層建筑少且分布稀，容易受到雷電的直接襲擊，高壓場站和閥室的調(diào)壓計量設備，承受較大區(qū)域的供氣調(diào)壓和計量工作，雷電的機械性破壞和熱力性破壞都會造成閥門的O型圈、調(diào)壓器的皮膜和流量計的傳動齒輪等內(nèi)部的非金屬件損毀，使調(diào)壓計量設備報廢。一但發(fā)生問題將影響很大，而且設備價格較高，修復成本大。高壓場站和閥室放散管的放散管口處于設施的高點，極易受雷擊，武漢曾出現(xiàn)過放散管被雷擊而使管內(nèi)殘余氣體燃著的情況，這會給作為爆炸危險場所的高壓場站和閥室?guī)聿话踩囊蛩亍?
2.2雷擊對陰極保護絕緣體的損害
根據(jù)鋼管防腐要求，地上鋼管與地下鋼管之間一般都設置有絕緣法蘭或絕緣接頭隔離，在雷電的高電位下，絕緣法蘭、絕緣接頭和管道的防腐絕緣層可能被擊穿而損毀，使絕緣功能失效，甚至毀壞衡電位儀，直接影響管網(wǎng)的陰極保護效果，危害燃氣管網(wǎng)的安全運行。
2.3雷擊對電氣儀表和自動控制系統(tǒng)的損害
當臨近雷擊和直擊雷發(fā)生時，由于接地電阻的存在，該處會產(chǎn)生一個高電位，使該處和遠端產(chǎn)生電位差，對電氣設備有較大威脅，站控系統(tǒng)有不少電子儀器設備，壓力傳感器、溫度傳感器以及精密設備流量計的上傳信號線路，容易受電磁感應雷的影響而損壞，特別是極高的電壓使電氣系統(tǒng)的絕緣材料擊穿形成相間短路，電氣系統(tǒng)發(fā)生危險。中石油設在武漢分輸站交接用的超聲流量計曾因雷擊損壞而數(shù)據(jù)不能上傳，只能通過與下游公司協(xié)商的方式確定供氣量，影響了貿(mào)易計量。由于一次大的雷擊，我公司設在門站的超聲流量計防雷柵損壞，設置計量箱體內(nèi)用于向CNG母站交接計量的渦輪流量計體積修正儀主板被燒毀，用于向高壓直供用戶交接計量的一臺渦輪流量計的高頻頭和另一臺渦輪流量計設置在室內(nèi)的流量計算機均被打壞。
2.4雷擊對建筑物附屬燃氣管的影響
a)感應雷對內(nèi)立管的影響在住宅建筑物內(nèi)，在不帶電的燃氣金屬管道上雷電感應所產(chǎn)生的火花放電，能量較小且時間短，通常不會發(fā)生火災危險，若在管道接頭發(fā)生泄漏并在一定空間積聚時，會發(fā)生火災危險；
b)雷電波侵入對外立管和戶外架空管的影響雷電對架空燃氣管道和外設立管的作用，雷電波可能沿著管道入戶管侵入屋內(nèi)，危及用戶人身安全或損壞設備。據(jù)統(tǒng)計雷擊起火事故中70%左右是高電位侵入造成的[2]。
2.5直擊雷對區(qū)域燃氣調(diào)壓和計量設備的損害
閃電直接擊在燃氣設備上，產(chǎn)生電、熱效應和機械力破壞設備，使設備不能正常工作，影響供氣安全，因燃氣調(diào)壓計量箱為封閉環(huán)境，燃氣微量泄漏不易釋放而積聚，特別是設置在市政道路旁或建筑物頂部的調(diào)壓箱或計量箱易受到雷擊，據(jù)報道其它城市也曾發(fā)生過調(diào)壓箱受雷擊發(fā)生火花燃燒的情況。
2.6雷擊對PE管材的損害
雷擊熱力性破壞使PE管破損，或者鋼塑轉換接頭被高電壓擊穿，造成管網(wǎng)漏氣，危害供氣安全。
3 燃氣管道防雷要求
為防止雷擊造成的火災、爆炸、人員傷亡、計算機信息系統(tǒng)損害等重大事故的發(fā)生，切實減輕和避免雷電災害造成的損失，中國出臺了一系列防雷法規(guī)?！督ㄖ锓览自O計規(guī)范》GB50057-94第3.2.3條第二款規(guī)定：架空金屬管道，在進出建筑物處，應與防雷電感應的接地裝置相連；埋地或地溝內(nèi)的金屬管道，在進出建筑物處亦應與防雷電感應的接地裝置相連。第3.2.4條第七款規(guī)定：當建筑物高于30m時，尚應采取以下防側擊雷的措施：從30m起每隔不大于6m沿建筑物四周設水平避雷帶并與引下線相連；30m及以上外墻上的欄桿、門窗等較大的金屬物與防雷裝置連接。第3.3.9條第四款規(guī)定：架空和直接埋地的金屬管道在進出建筑物處應就近與防雷的接地裝置相連。第3.3.10條第四款規(guī)定：豎直敷設的金屬管道及金屬物的頂端和底端與防雷裝置連接。第3.4.9條第三款規(guī)定：進出建筑物的架空金屬管道，在進出處應就近接到防雷或電氣設備的接地裝置上或獨自接地，其沖擊接地電阻不宜大于30Ω。《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》GB50028-2006第10.8.5條規(guī)定：進出建筑物的燃氣管道的進出口處、室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃氣設備等處均應有防雷、防靜電接地設施。根據(jù)上述規(guī)范要求，燃氣管道應做防雷接地。
4 燃氣管道防雷接地的做法
4.1屋頂燃氣管道防雷接地
屋頂燃氣管道設置于屋頂上防雷保護范圍內(nèi)。防雷接地做法是用HPB235-φ8鍍鋅圓鋼或Q235-25×4扁鋼將燃氣管道與屋頂避雷網(wǎng)相連，連接點不小于二處，每隔30m連接一處，法蘭、閥門及附件均用BVR-6mm2銅芯軟線跨接，跨接電阻不大于0.03Ω，屋頂調(diào)壓箱與燃氣管道或避雷網(wǎng)相連。因特殊情況燃氣管道設置于屋頂防雷保護范圍之外的，燃氣管道被動地變成了接閃器，燃氣管道應增加壁厚，且不小于4mm，并加強與屋頂避雷網(wǎng)連接的可靠性。
4.2燃氣引入管防雷接地
燃氣引入管宜采用無縫鋼管，考慮到對建筑景觀的影響及位置較低容易受損壞等因素，其連接點宜設于燃氣引入管道出地面前，采用HPB235-φ8鍍鋅圓鋼將燃氣管道與建筑預留防雷接地端子相連，具體做法見圖1。當燃氣引入管前的地下管采用無縫鋼管并加裝絕緣接頭時，其連接點必須設于絕緣接頭上方[3]。
4.3燃氣立管防雷接地
a)對于采用無縫鋼管的立管，當立管高度不大于30m時，燃氣立管的頂端宜用BVR-6mm2銅芯軟線與建筑接地裝置相連，具體做法見圖2。底端與燃氣引入管閥門連接處用BVR-6mm2銅芯軟線跨接，跨接電阻不大于0.03Ω。對于燃氣立管高度為30m以上的建筑，需從30m開始，每隔不大于6m(一般為兩層)與建筑預留的防雷接地端子相連一處，做法與立管頂端的防雷接地做法相同；b)對于采用鍍鋅鋼管絲扣連接的立管，因各連接口采用聚四氟乙烯生料帶做密封材料，造成立管連接口不導通，各接口處須用BVR-6mm2銅芯軟線跨接，具體做法見圖3?，F(xiàn)有一種新型密封膠，導電性能良好，可作為立管絲扣連接的密封材料，現(xiàn)正在研發(fā)，若能推廣應用，各接口處就無需再做跨接了。
4.4接地支線焊接連接要求
扁鋼與扁鋼(建筑預留防雷接地端子)之間及圓(扁)鋼與燃氣管之間采用搭接焊接，搭接長度不小于圓鋼直徑的6倍(扁鋼寬度的兩倍)；扁鋼與扁鋼之間為三面連續(xù)焊接，圓(扁)鋼與燃氣管之間為兩面連續(xù)焊接；BVR-6mm2線與建筑預留防雷接地端子之間采用焊接或螺栓連接。圓鋼、扁鋼、螺栓、螺母、墊圈等配件均采用鍍鋅防腐處理。圓(扁)鋼與燃氣管之間焊接連接完成后需做防腐處理。
5 與建筑預留接地端子之間的銜接
目前，建筑做防雷接地施工圖時，往往忽略了燃氣管道的防雷接地端子的預留，從而使電氣專業(yè)在施工時不會給燃氣管道預留防雷接地端子，而燃氣管道的施工往往是在建筑外墻粉刷完成后進行，因而使燃氣管道的防雷接地實施困難。在此，提請建筑業(yè)主在進行電氣專業(yè)施工時，要根據(jù)燃氣管道施工圖管位，預留出燃氣管道防雷接地端子，積極配合做好燃氣管道的防雷設施，對于還未完成防雷接地施工圖設計的建筑，應將燃氣管道的防雷接地端子也設計進去，真正做到雷電防御裝置與主體工程同時設計、同時施工、同時投入使用。
6 結語
建議有關管理部門在進行建筑施工圖審查時，將燃氣管道防雷接地納入審查內(nèi)容；要求建筑業(yè)主在進行電氣專業(yè)設計、施工時，要根據(jù)燃氣管位預留燃氣管道防雷接地端子，以便于燃氣管道防雷接地順利實施；燃氣管道施工單位要重視燃氣管道的防雷接地的實施，確保管道燃氣使用的安全性和可靠性。在雷擊較頻繁的地區(qū)，燃氣設備及管網(wǎng)的防雷是燃氣設計和施工應特別注意的問題，只有針對性地采取措施，并加強日常的防雷接地檢測，才能有效地預防雷擊對燃氣系統(tǒng)的損壞。
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