摘 要：采气井站多位于城市周边山区郊县，地势空旷，周围无其他较高建筑物，易遭受雷击。同时采气井站为易燃易爆场所，一旦遭受雷击极易产生爆炸危险。天然气井中含有各类化学物质，极易对金属物质产生腐蚀，对防雷装置产生影响。目前随着自动化设备的增加，部分采气井站已经开始实行无人值守。随着自动化设备的增加，雷击对精密仪器的损害风险也相应增加。一套完善的防雷检测方法和流程可以减少采气井站的雷击风险。
关键词：采气井站；防雷检测方法；检测流程；雷击风险
作者：四川省防雷中心岳俊、王智楷、王健学、程曦
全文发表在《科技与创新》2023.12
强烈气流和水蒸气在一定的条件下能形成雷云，其中雷云又是产生雷电的基本条件，雷电是一种不可避免的自然放电现象，会对易燃易爆场所造成严重威胁，引发安全事故。目前没有针对采气井站的防雷检测技术标准，防雷检测过程中主要参照的是《爆炸和火灾危险场所防雷装置检测技术规范》[1]和《建筑物防雷设计规范》[2]，因此目前的检测依据并不完全适用于采气井站。为保证已建采气井站正常运行，防止雷击电磁脉冲等对自动控制设备造成危害，使防雷装置检测工作有章可依，开展对采气井站的防雷检测方法和流程的研究是十分必要的。
1 采气井站防雷范围
采气井站均分为区域工艺区和生活区 2 个区域。其中工艺区为易燃易爆场所，确定它为第二类防雷建筑物；生活区无易燃易爆风险，故确定它为第三类防雷建筑物。工艺区与生活区之间有栅栏相隔，且不同的采气井站的工艺区及生活区的布置不尽相同。采气井站的电子通信系统及电源系统等均放置于生活区内。
雷击对采气井站的主要影响有 2 方面：采气井及输气管道直接遭受雷击，而由于接地装置不能泄放电流产生较高温度，引起气井及管道内天然气爆炸；雷电流对自动化设备及电气设备的损坏，导致停工停产的情况出现。
为了避免以上情况的出现，整理历年来防雷安全整改意见，参照相关防雷检测规范及设计标准总结以下防雷检测方法和流程。
2 确定防雷等级
采气井站的工艺区为易燃易爆场所，确定为第二类防雷建筑物；生活区为第三类防雷建筑物。内部电子信息系统雷电防护等级结合 GB 50343—2012[3]中的要求，确定其雷电防护等级为 B 级。
3 接闪器检测
3.1 接闪器组成
采气井站的接闪器主要分为以下几类：工艺区的独立接闪杆、风向杆、放散管和各类钢管及钢罐。生活区为集装箱式临时板房，金属屋面自身为接闪器。
3.2 接闪器的材料规格
接闪杆的材料规格如表 1 所示。
风向杆等作为接闪装置时，其材料规格也应符合表 1 的规定。
采气井站生活区金属屋面作为接闪器的要求如下：金属屋面的金属板之间搭接长度应大于等于100 mm。
根据金属屋面下存放物品来判断金属屋面的厚度，而一般采气井站生活区金属屋面下无易燃易爆物品，其厚度大于等于 0.5 mm 即可。金属屋面的金属板只能使用薄的油漆保护层、0.5 mm 沥青层或 1 mm 聚氯乙烯层作为绝缘被覆层。
采气井站工艺区钢管、钢罐作为接闪器时，由于其内部存储的介质会对周围环境造成危害，故其壁厚需大于等于 4 mm。
3.3 接闪器的检测
首先应查看作为接闪器的材料，再根据材料确定所使用的规格是否满足上述要求；检测接闪器与其他金属物的电气连接是否通畅，锈蚀情况是否严重，如锈蚀情况达到 1/3 以上，需更换；检查接闪器的焊接方式，连接部位是否牢固可靠；测量接闪器的高度，根据滚球法计算其保护范围，检查被保护物是否处于其保护范围内；检查接闪器上有无附着线路，接闪器作为接闪装置，不得附着任何线路及管线。
4 引下线的检测
采气井站一般是利用金属构件及管道作为引下线。
4.1 引下线的布置
采气井站如使用专设引下线，在距离地面 0.3～1.8 m 处设断接卡；而当利用金属构件、金属管道作为引下线时，应在跨接部位安装跨接线。
4.2 引下线的材料规格
引下线的材料规格如表 2 所示。
4.3 引下线的检测步骤
首先检查引下线材料及敷设的方式，若为专设引下线要满足表 2 的要求；当引下线使用金属构件、金属管道时，应检查其跨接部位是否安装跨接线；检查引下线有无附着其他电气线路，引下线不得附着其他线路或管线；若为专设引下线，检查断接卡的设置高度是否符合上述要求。
5 接地装置的检测[3-4]
5.1 共用接地系统的要求
采气井站应当利用工艺区及生活区自身的金属构架、管道、配电系统的接地保护线等与防雷装置共同构成公用接地系统。
5.2 人工接地体的要求
如果单独重新制作人工接地体，当使用圆钢时，其圆钢直径应不小于 10 mm；使用扁钢时，其规格应大于 25 mm×4 mm；使用角钢的厚度应不小于 4 mm；而当使用中空钢管时，其壁厚应不小于 3.5 mm；使用接地线的最小截面积应与圆钢、扁钢、中空钢管等水平接地体的截面相同。如周围土壤具有较强的腐蚀性，可以采用阴极保护措施来防止人工接地体锈蚀。埋在土壤中的接地装置，不得使用搭接等连接方式，在焊接处做好防腐处理，防止锈蚀的发生。如人工接地体使用水平敷设的方式，其埋地深度不小于 0.5 m，如敷设在有人员通过的区域，其埋地深度不应小于 1 m 或采用厚度为 50～80 mm 的沥青碎石等敷设在接地体上，且其宽度应超过接地体 2 m；如使用角钢等垂直接地，则角钢等长度为 2.5 m 为宜，2 根垂直接地体之间的间距应大于 5 m，最小不得小于 2.5 m。
5.3 接地装置的检测要求
首先测量接地装置接地阻值是否符合要求，采气井站工艺区为第二类防雷建筑物，宜共用接地装置[4]，其接地电阻不应大于 4 Ω。在测量过程中需要检查接地装置的材料、规格以及布置是否符合上述要求。当使用角钢等垂直接地时，需要测量 2 根接地体之间的间距。
6 等电位连接的检测
6.1 等电位连接的要求
6.1.1 爆炸危险环境
采气井站工艺区为第二类防雷建筑物，因此它内部的各类设备如钢罐、放散管、撬块、管道、架构、电缆金属外皮等金属物均应连接到防雷电感应装置中。其中平行敷设的管道、架构等，当 2 根管道或架构间静距离小于 100 mm 时，应每隔至少 30 m 进行一次跨接；而交叉敷设的管道、架构等，当其交叉净距小于 100 mm 时，也应跨接，以防止由于雷电流通过产生高电位，在其附近管道上产生感应电流。在长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处，应测量其过渡电阻，当大于 0.03 Ω时，应跨接；如是 5 根以上的螺栓连接的法兰盘，可以不用跨接。
6.1.2 防止雷电波侵入
工艺区的金属管道在进出建筑物处时，采用架空的方式，在距离它 25 m 处接地一次。直接埋地的金属管道在进出建筑物处就近接地。若低压线路进入采气井站工艺区，由于它为第二类建筑物，则低压线路应采用屏蔽电缆埋地引入，且在入户处将屏蔽层金属物进行就近接地处理。若因条件限制，使用架空接入，则应在离工艺区 15 m 以上采用屏蔽埋地引入，同时在埋地线路与架空线连接处，应装设接闪器。接闪器、电缆金属外皮等金属物应连在一起接地。若低压线路进入生活区时，可埋地接入，在入户处进行就近接地处理。也可架空直接引入，但应在入户处应加装接闪器，并将它与周围金属物连在一起接地。靠近生活区的电杆上的绝缘子铁脚也应接地。
6.1.3 其他等电位连接要求
在工艺区内的金属罐体两端应设有至少 2 处接地点，同时两接地点间距不宜大于 30 m，若大于 30 m要增加接地点。等电位连接导线的最小截面积如表 3 所示。
6.2 等电位连接的检测要求
首先应检查工艺区内管道、架构、撬块、金属罐体等金属物是否与接地装置相连接，连接导体的材料和规格是否满足表 3 的要求，其过渡电阻不应大于0.03 Ω。还需检查工艺区内管道的敷设情况，平行敷设的管道，管道间净距小于 100 mm 时是否有跨接；交叉敷设的管道，当 2 根管道间净距小于 100 mm 时是否有跨接，跨接两端过渡电阻同样不应大于 0.03 Ω。同时要查看管道进出工艺区的方式，若为架空管道，在离它 25 m 处是否进行接地。埋地金属管道是否在进出建筑物处就近接地。检查是否有低压线路进出工艺区，同时其进出工艺区的敷设方式及对应的接地情况是否满足 6.1.2 的要求。同时在遇到管道弯头、阀门、法兰片等处时，需测量其过渡电阻是否满足 6.1.1 的要求。检测金属罐体时，要查看它是否满足 6.1.3 的要求。
检测生活区时，首先要查看屋内低压配电柜、通信机柜等是否以最近的距离与总等电位连接处进行连接；同时测试其过渡电阻，由于生活区为第三类建筑物，其过渡电阻阻值不应大于 0.2 Ω。检查配电线路进出生活区的敷设方式是否满足 6.1.2 的要求。
7 浪涌保护器（SPD）的检测
7.1 浪涌保护器（SPD）的要求
浪涌保护器（SPD）应通过管理机构认可的实验室检验，并取得合格证。电源线 SPD 原则上应安装在各防雷区的交界处（如低压线路进入生活区低压配电柜的位置），当低压线路能够承受预期的雷电流时，SPD 可安装在被保护设备处。电源线各级 SPD 的安装位置及标称防电电流的参数配置如表 4 所示。
信号线路浪涌保护器（SPD）一般安装在被保护设备处，并就近与等电位连接网络实现良好电气连接。信号浪涌保护器的标称放电电流一般大于等于 3 kA。浪涌保护器（SPD）连接导线最小截面积要求如表 5 所示。
7.2 浪涌保护器（SPD）的检测方法
首先对 SPD 的外观进行检查，查看是否有灼烧或变形等情况，若有灼烧或变形等情况，需尽快进行更换；还需要观察 SPD 劣化指示灯，看是否存在劣化现象，当指示灯显示存在劣化现象时，需尽快进行更换。记录下各级 SPD 的安装位置、数量、型号、主要性能参数等，同时对照表 4，确定它是否适用。当在同一条线路上安装多个 SPD，且同时有电压开关型 SPD 与限压型 SPD 时，不同类型 SPD 之间线路长度不宜小于10 m，若小于 10 m 需增加退耦元件；若均为限压型SPD，则 2 个 SPD 之间线路长度不宜小于 5 m，否则同样需增加退耦元件。
在实际情况允许的条件下，还应对SPD 进行漏流、残压、限制电压、绝缘电阻和压敏电压等参数的测试。检查电源电涌保护器（SPD）的连接导线是否符合表5 的要求，同时 SPD 两端连接导线的总长度不得超过 0.5 m。测量 SPD 的接地电阻值是否小于 4 Ω。检查有无安装防止电源浪涌保护器（SPD）短路的过电流保护器，其最大额定电流是否符合产品手册中的要求。
8 结论
防雷检测是防雷工作中一项尽量减少雷击风险的工作。本文结合各项现行规范标准，总结了采气井站的防雷检测方法和流程，严格按照相应检测方法和流程，每半年开展一次防雷检测，可以切实提高采气井站的防雷安全，避免雷击灾害的发生。
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作者简介：岳俊（1990—），男，四川巴中人，硕士研究生，工程师，主要从事雷电防御等相关专业工作。
