巴陵石化动力事业部防雷接地改造的几点探索.docx

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巴陵石化动力事业部防雷接地改造的几点探索

巴陵石化动力事业部防雷接地改造的几点探索

摘要：

中国石油化工股份有限公司巴陵分公司动力事业部因防雷接地隐患处理工程的需要，于2013年5月正式委托岳阳市防雷中心承担该项目的防雷技术服务工作。

本文介绍

防雷接地改造开展过程中的几点探索性设计更改，供各位同行探讨。

关键词：

防雷接地；石化企业；雷电防护

1引言

中国石油化工股份有限公司巴陵分公司动力事业部是中国石油化工股份有限公司巴陵分公司旗下的大型石化企业。

为保证企业的安全生产，2013年1月，中国石油化工股份有限公司巴陵分公司动力事业部正式启动防雷接地隐患治理工程。

为确保治理工程防雷设计和施工符合国家相关规范要求，动力事业部于2013年5月正式委托岳阳市防雷中心承担该项目的防雷技术服务工作。

受理委托后，我中心对所委托项目的防雷技术服务范围及重点与委托方进行沟通，由于工程经费有限，不可能面面俱到，经协商确定，优先考虑防直击雷、接地网和仪表接地抗干扰，在费用允许时更换部分电缆桥架，完善线路通道的电磁屏蔽及电气回路导通完整性。

在确定服务内容及重点后，我中心针对各个要点进行针对性的研究，在客观合理的原则下，对工程提出相应的建议。

2防雷分类

根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第三章的规定，并结合《石油化工仪表系统防雷工程设计规范》SH/T30XX-2008第4.1.2条的规定，以就高不就低的原则，对厂区区域内的主要化工装置厂房房屋类场所和户外装置区划分防雷类别，具体分类如下：

（1）仓库、循环水及泵房、器材库、检维修房、机加工房、汽机、锅炉办公室、生产办公实验楼、检修间等建（构）筑物因不涉及到易燃易爆物质，且并不包含重要的电子信息系统，因此应划为第三类防雷建筑物。

（2）控制室建筑物根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定应划分为第二类防雷建筑物，但考虑到控制室建筑物属于石油化工工厂的重要核心建筑之一，对安全程度要求较高，并且，对于控制室建筑，不同的防雷工程类别，投资差别很少，根据《石油化工仪表系统防雷工程设计规范》SH/T30XX-2008第4.1.2条规定，将控制室建筑物，即动力事业部办公室、化水控制室、主控室输煤综合楼、按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第一类防雷建筑物的规定，采取防雷措施。

1、2#炉控制室、3、4#炉控制室、电除尘控制室因处于装置区内，防雷措施应与装置区视为一体考虑。

（3）主配电室、110kV配电室、35kV配电室对整个巴陵石化分公司的运行起着至关重要的作用，一旦发生雷击事故将造成不可估量的经济损失，根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定应划分为第二类防雷建筑物，单考虑到其重要性及采取措施的性价比，宜划分为第一类防雷建筑物。

（4）主厂房、煤棚、粗筛室、油罐区根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定应划分为第二类防雷建筑物。

（5）烟囱、凉水塔等孤立的高耸建筑物根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010的规定应划分为第三类防雷建筑物。

（6）取水泵房由于紧邻洞庭湖边，且对动力事业部正常生产运行起着举足轻重的作用，应划分为第二类防雷建筑物。

3直击雷的防护

根据事业部所提供的图纸，事业部内现有11根避雷针均能对周边建（构）筑物和设备进行有限防雷保护（不在避雷针保护范围内的建（构）筑物均已设置了避雷设施）；原设计方案是城区电网改造项目新增的2根避雷针，原有的9根避雷针根据腐蚀情况酌情更新，对各建筑物屋顶明敷避雷带及引下线的圆钢进行防锈防腐处理锈蚀严重的予以更换。

但在我中心对照图纸对事业部现场进行对比勘察后发现，现场有两处图纸上标注的避雷针早已移除，且部分避雷针所处实际位置与图纸标示位置有较大偏差，且该图纸为1995年绘制，故考虑对厂区的防直击雷措施进行重新评估。

3.1直击雷防护装置

事业部所提供的图纸上已提供了避雷针的高度，但本着严谨准确的态度，我中心决定利用经纬仪对9根避雷针及烟囱的实际高度进行准确测量，结果所测实际高度数据与标示高度数据的最大误差达到了5.34%。

采用滚球法对所测避雷针及烟囱对被保护建（构）筑物的保护半径计算，结果证明，所有避雷针都无法完全保护被保护物，相关建（构）筑物须增设避雷网进行直击雷防护。

因此，建议移出原有的7根避雷针，而只保留新增的2根避雷针，原7根避雷针的覆盖区域的直击雷防护采用防雷网。

控制室建筑物即动力事业部办公室、化水控制室、主控室输煤综合楼应按《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第一类防雷建筑物的规定，主配电室、110kV配电室、35kV配电室宜按第一类防雷建筑物的规定，设置避雷网进行直击雷防护，避雷网格尺寸不应大于5m×5m或6m×4m，避雷网应设置多根专用引下线，间距不应大于12m，避雷网引下线宜设置在控制室建筑物的外墙四角，且远离控制室附近区域。

这样既安全可靠，又便于施工，同时形成的“法拉第”笼可有效的加强电磁屏蔽防护效果，相对更换避雷针而言，是一种性价比很高的防护措施。

其余建（构）筑物按照相应的防雷类别增设避雷网格。

3.2烟囱的直击雷防护

由于烟囱为厂区的制高点，它的雷击频率相对而言也更多。

美国KSC根据它的发射场受雷击的统计，得出发射塔等制高点建筑物年平均雷击次数的经验公式是：

为年平均雷暴日；式中K1是落雷不均系数，对发电厂、变电所，K1=8～12，一般易受雷击的建筑物，K2=1.5～2.0；H为建筑物的高度。

用以上公式估算烟囱的年平均雷击次数，将岳阳地区的年平均雷暴日42.4，烟囱高度178.7m代入

（1）式得

=0.015×42.4×10-4×8×0.15×178.72

=2.437次/a

由于烟囱比较孤立、突出，因此也比较容易遭受雷击。

从烟囱冒出的热气柱和烟气有时含有导电粒子和游离气团，他们比一般空气易于导电，就等于加高了烟囱的高度，这也是烟囱易于遭受雷击的原因之一。

钢筋混凝土烟囱的钢筋应在其顶部和底部与引下线和贯通连接的金属爬梯相连，宜利用钢筋作为引下线和接地装置，可不另设专用引下线。

钢筋混凝土烟囱其本身已有相当大的耐雷水平。

故不提防雷电侧击问题。

烟囱引下线附近可能发生的接地电压和跨步电压事故，建议采取以下防护措施：

（1）引下线3m范围内地表层敷设5cm厚沥青层或15cm厚砾石层。

（2）为避免接触电压，明敷引下线的外围要加装饰护栏或用护栏、警告牌使接近引下线的可能性降至最低限度。

（3）外露引下线在其距地面2.7m以下的导体用至少3mm厚的交联聚乙烯层隔离。

（4）如果接地装置必需安装在公众易于接近的区域，应采取防跨步电压的专门措施。

为降低雷击时的跨步电压，防直击雷的接地装置应与建筑物的出入口及人行道保持3m以上的距离。

当距离小于3m时，可采用“帽檐式”均压带的做法。

“帽檐式”均压带与柱内避雷引下线的连接应采用焊接，其焊接面应不小于截面的6倍。

地下焊接点应做防腐处理。

“帽檐式”均压带的长度可依建筑物的出入口宽度确定。

4接地网改造

接地网为本次防雷接地隐患治理工程的重点。

由于厂区所处位置及环境的不同，各处原有接地装置的腐蚀状况也不尽相同。

4.1接地网腐蚀情况探测

在防雷技术服务过程中，委托方提出是否有可能通过仪器探测的手段了解原地网各区域的腐蚀状况，对于轻度腐蚀的区域可考虑暂不更换地网。

根据我中心多方面的了解，目前国内可取的方法除了开挖基础之外并无相关检测手段，当我中心将此情况反映给委托方后，委托方进而提出能否通过选择典型的开挖地点确定不同区域的腐蚀状况，对此课题并无相关规范可依，经过内部讨论，我中心选取了一些典型点位开挖，选取的依据是：

1）查看管道分布图，选取生产用水管道、消防用水管道、污水管道集中的区域。

2）选择土壤电阻率低的区域，土壤电阻率越低，腐蚀性越高。

3）选择比较潮湿并且还含有一些可溶性的电解物质、酸、碱、盐等成份的点位，这些水分和电解物质对接地体会产生腐蚀作用。

经开挖后证明我中心所选取的点位大致上是可以表征区域的地网腐蚀状况的。

装置区及煤棚等处的接地装置腐蚀较为严重，需更换地网，而办公区及变电所区域接地装置腐蚀状况相对较轻，暂不更换。

4.2接地网的改造

4.2.1接地体材料

为了减少接地体被腐蚀，首选当然是化学稳定性较好的铜，但铜的价格太贵，一般不允许使用大量的铜作为接地电极。

由于原地网材质为镀锌钢材，为避免因金属的电位差形成电池效应，故建议接地体仍使用镀锌钢材。

考虑到接地体埋设在可能有化学腐蚀性的土壤中，应适当加大接地体和连接体的截面，并加厚镀锌层，镀锌层的加厚取决于实际的土壤电阻率。

根据《石油化工装置防雷设计规范》GB50650-2011第6.3.3条第1、2款的规定，区域内采用阴极保护系统时，接地装置宜符合下列规定：

（1）采用加厚锌钢材料（简称锌包钢）作接地体。

水平接地体宜采用圆形锌包钢，其直径不应小于10mm。

垂直接地体宜采用圆柱锌包钢，其直径不应小于16mm。

锌层应为高纯锌，钢芯与锌层的接触电阻应小于0.5mΩ。

（2）土壤电阻率与锌层厚度的关系应符合表1的规定：

我们选取了装置区、办公区、变电所、供水车间四处典型区域，利用多功能土壤电阻率测试仪GEO-1022N根据文纳四极等距法测试区域内土壤电阻率（极间距a分别选取10m、20m、30m），每处不少于三次，取其平均值表征该区域的土壤电阻率。

根据装置区、办公区、变电所区、供水车间各处实测土壤电阻率，然后根据表1确定这四处所用接地极材料锌层的厚度。

4.2.2敷设方式

原设计方案是新增地网沿原地网路线敷设，新旧地网之间做好等电位连接。

这个方案未考虑到接地极的集合屏蔽效应，在实际接地工程中，接地网都是由多根水平或垂直接地极组成,当电流通过某一接地体向地中流散时，将会受到其他接地体的影响，其结果使得接地极的接地电阻大于组成这一接地极的各接地体接地电阻的并联值，这是由于接地体之间的屏蔽效应所引起的。

屏蔽作用的结果，使得每一接地极的接地电阻比各自单独存在时增大，并且，接地极之间的距离越近，这种屏蔽效应就越严重，接地电阻增加得越多。

为了减少相邻接地体的集合屏蔽作用．垂直接地体的间距不宜小于其长度的2倍．水平接地体的间距不宜小于5m，地体与建筑物的距离不宜小于1.5m。

考虑到施工现场环境所限，建议将原地网拆除，沿原路径重新敷设新地网。

5焊接工艺

国家标准GB50169-92《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》2.4.2提出，接地体（线）的焊接应采用搭焊接，其搭接长度必须符合以下规定：

扁钢为其宽度的两倍（且至少三个棱边焊接）。

当扁钢之间以宽度的两倍进行搭接时，搭接面有两个长边（沿扁钢长度方向）和两个短边（沿扁钢宽度方向），对搭接面的焊接，规范只指出至少三条边，当实际施工时，是焊两长一短，还是两短一长，规范未做具体说明。

在避雷带安装时，窄边向上，如果采用焊接两长一短，雨水则会从未焊的短边这一方向渗入搭接部位的内表面，加快扁钢锈蚀；若采取焊接两短一长，且位于下面的长棱边不焊，则雨水难以进入，减轻了腐蚀作用。

因而从防雨水锈蚀这一点出发，应该采取焊两短一长，且下面一长棱边不焊，使雨水无法在扁钢内积存。

因此从施工工艺合理性这一点出发，应该采取两短一长的焊接方法。

在扁钢引下线搭接焊时，若焊三个棱边，应焊两条长边，一条短边（下口的短边不焊，焊上口的短边）。

对埋地的扁钢接地线则应采取四周焊。

6结束语

开展防雷技术服务，对促进化工领域安全生产具有重要意义。

化工企业防雷装置安全性能检测是一项范围广、要求高、涉及内容多且具有一定危险性的技术工作，需要检测人员具有高度的责任感、较高的理论和技术水平，熟练掌握和应用防雷规范，熟悉各种化工产品的化学特性，掌握防雷技术服务要点，为化工企业的防雷安全把好关。

参考文献

[1]沈志斌.浅谈高土壤电阻率区变电站防雷接地网的改造[J],科技传播.2010（24）

[2]李立勇.110kV变电站接地