浅谈钢结构石化装置的防雷保护

　　摘要：钢结构装置在石化行业被越来越多的采用。本文通过对此类建筑物的防雷特性进行分析，结合实际工程中积累的经验，在接闪、引下线、接地装置、等电位连接和防闪电电涌侵入等5个方面提出自己在钢结构石化装置防雷方面的见解。尤其在接闪和接地措施方面着重讨论一些工程中的错误做法。

　　关键词：钢结构，石化装置，金属屋面，接地，防雷

　　Abstract: the steel structure device in petrochemical industry were more and more used. This article through to such buildings of the lightning protection characteristics are analyzed, and combining with actual engineering experience, is on the flash, lead referrals, grounding device, equipotential connection and the lightning transient into five aspects of steel structure are put forward in a petrochemical plant in lightning protection of opinions. Especially in the flash and grounding measures focuses on some mistakes in the engineering practice.

　　Keywords: steel structure, petrochemical equipment, metal roof, grounding, lightning protection

　　中图分类号：TU391 文献标识码：A 文章编号：

　　1 引言

　　钢结构是由钢板、热轧型钢和冷加工成型的薄壁型钢制造而成。钢结构与普通钢筋混凝土结构相比，具有匀质、高强、施工速度快、抗震性好和回收率高等优越性，钢比砖石和砼的强度和弹性模量要高出很多倍，因此在荷载相同的条件下，钢构件的质量轻。近年来，随着我国钢产量的不断提高，钢结构得以大规模的普及，特别是在石化生产领域得到广泛应用，比较常见的就是钢框架结构的石化装置。

　　由于石化装置的原料和产品都是易燃易爆的碳氢化合物，以及连续高温、高压的生产工艺和操作条件，如果不采取适当的防雷措施，一旦发生雷击事故则后果不堪设想。下面就针对钢结构石化装置的特点对此类建筑物的防雷措施进行分析。按照石化装置的性质，其大多属于第二类防雷建筑物，个别特别重要和危险的装置属第一类防雷建筑物，本文仅就第二类防雷建筑物的防雷措施进行分析。

　　2 接闪

　　钢结构石化装置的接闪措施按其有无屋面可分为两种情况：

　　2.1 有金属屋面的钢结构石化装置接闪措施

　　金属屋面分为彩钢压型板和彩钢夹芯板，大多采用自攻螺栓和檩条(屋面檩条或沿墙檩条)连接。

　　按要求，除第一类防雷建筑物外，金属屋面用作接闪器时应满足《建筑物防雷设计规范》(GB50057-2010)第5.2.7条规定。当金属屋面采用单层钢板时，其厚度不应小于4mm。发生雷击时，厚度小于4mm的钢板容易在雷击点被熔化击穿，高温的熔化物滴落到石化装置内部空间时极易引发火灾或爆炸事故。实际施工中一般钢结构厂房采用的0.5～1.0mm厚的单层彩钢板不应当用作石化装置的屋顶。

　　石化装置应该采用夹有非易燃物保温层的双金属板做成的屋面板。在这种情况下，只要上层钢板的厚度大于0.5mm就可以满足要求，因为雷击只会将上层金属板熔化穿孔，不会击到下层金属板，而且上层金属板的熔化物又会被下层金属板阻隔。需要注意的是夹层物质必须选用高阻燃级别的材料。

　　如金属屋面厚度和材料不符合要求，则需要在屋面敷设网格尺寸不大于10×10m的接闪带进行保护，具体做法应该参考国家标准图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》(01J925-1)。在此需要指出，敷设接闪带只能减少雷电击中甚至击穿屋顶的可能性，并不能从根本上杜绝屋面被击穿的问题，而且实际工程中很少有厚度4mm以上的单层压顶板，因此为了安全可靠起见，石化装置的金属屋面应采用钢夹芯板。

　　另外，金属屋面板的连接方式一般为咬合或者搭接。无论是压型钢板还是夹芯板，其外观都是瓦楞形的。在施工中，采用搭接时的搭接长度至少要达到一个波峰或波谷，超过100mm则完全满足规范的要求。而且规范注释提到“薄的油漆保护层”不算是绝缘被覆层，可以认为彩色涂层钢板无绝缘被覆层，而镀锌钢板则更是电的良好导体。

　　2.2 无屋面的露天钢框架石化装置接闪措施

　　有些石化装置对防水或环境条件无特殊要求，反而比较注重通风和散热，采用露天设计，并不设屋顶。这种情况下钢结构顶部的构架、梁等实际上就起了接闪器的作用。构架、梁的钢材完全符合接闪器对材料及连接性能的要求。

　　此时建筑物的顶层的设备外壳、装置外壳、管道等金属物厚度不得小于4mm，且应就近与钢结构等电位连接，等电位连接带应尽量短且直，最小截面应不小于50mm2。

　　金属外壳厚度小于4mm的设备或非金属物需要单独设置接闪器保护。

　　为防止闪电电涌侵入，与屋顶设备相连的电气、信号线路须在设备端装设I级试验的SPD,冲击电流应等于或大于12.5kA。SPD接地线也应当就近连接到钢结构上。

　　3 引下线

　　钢结构的主钢架、次构件等在施工中已经作了可靠的连接，形成了持久的电气通路，完全可以利用构筑物的结构钢柱作引下线，不需要专设。作为引下线的钢柱应沿构筑物四周均匀对称布置，其间距沿周长计算不应大于18m。

　　引下线可不设断接卡，但应在每根引下线上距地面不低于0.3m处设接地体连接板，连接板处宜有明显标志和编号。可将石化厂区的共用大地网多点连接到连接板上。

　　每根引下线应在醒目位置悬挂警示标志，防止人员在雷雨天气在引下线附近逗留。

　　4 接地装置

　　利用建筑物的基础钢筋做自然接地体。钢结构建筑物在基础施工时需预埋地脚螺栓，加垫片后才能和钢柱相连。土建施工时可用不小于φ10钢筋或圆钢将基础钢筋和接地螺栓可靠焊接，具体做法参见国家标准图集《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》(03D501-3)。这样，从接闪器到引下线，再到接地装置，雷电流才具备完整的泄放通道。如果忽视了轻钢结构建筑物接地装置的特殊性，即基础钢筋和接地螺栓本身并没有电气连接这一事实，造成的后果则是整个建筑物没有可靠的接地网。

　　另外，有些钢结构建筑物不需要做基础梁，这种情况下应用40×4镀锌扁钢将建筑物外围柱基础钢筋连接为闭合环路，并在建筑物内还应该按跨度设置均压网格，不但降低接地电阻，还起到很好的降低跨步电压，保护人身安全的效果。

　　5 等电位连接措施

　　钢结构石化装置的等电位连接措施应注意以下几点：

　　1)应沿装置每一层的内边缘设置环形等电位连接干线，干线与接地装置的连接不少于2处。接地干线截面积：铜质不小于50mm2，热镀锌钢质不小于80mm2。

　　2) 进出建筑物的各种管线及管道，采用全线埋地引入(出)，并应在其进入点与接地装置进行等电位连接。

　　3)装置内的设备、管道、构架等主要金属物，应就近接到等电位连接干线上。

　　4)平行敷设的管道、构架和电缆金属外皮等长金属物,其净距小于100mm时，应采用金属线跨接，跨接点的间距不应大于30m;交叉净距小于100mm时，其交叉处也应跨接。

　　5)长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处应用金属线跨接。对有不少于 5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。

　　6 防闪电电涌侵入措施

　　安装适当的SPD可以截断从电源线、信号线等途径入侵的雷电过电压浪涌。

　　6.1 电气系统SPD

　　第一级SPD可选取通流量为80kA(8/20μs)的开关型或限压型SPD，安装在电源低压(380/220V)出线侧(变配电房)。

　　第二级SPD可选取通流量为40kA(8/20μs)的限压型SPD，装在各装置进线总配电箱内和现场防爆动力配电箱中。

　　第三级SPD可选取通流量为20 kA(8/20μs)的限压型SPD，装在各建筑物内分配电箱或现场低压动力设备前端中。

　　在中控室或机房内重要或敏感设备前端，可安装第四级SPD。

　　SPD的电压保护水平应小于被保护设备耐压的80%。

　　6.2 电子系统SPD

　　信息系统(监控、消防、报警、广播、计算机、通讯、电信等系统)、自动控制设备的信号线路两端应安装适配的信号SPD。

　　6.3 SPD安装要求

　　SPD连接导线应平直，其长度不宜大于0.5m。当电压开关型SPD至限压型SPD之间的线路长度小于10m、限压型SPD之间的线路长度小于5m时，在两级SPD之间应加装退耦装置。当SPD具有能量自动配合功能时，SPD之间的线路长度不受限制。SPD的接地线应以尽可能短的路径接入接地装置。接地线的截面积不小于6mm2。

　　7 结束语

　　由于钢结构建筑物异于一般建筑物，因此如果按照一般建筑物的防雷要求给钢结构装设接闪带或专设引下线是无意义且浪费的;而钢结构石化装置又异于一般钢结构建筑物，如不注意金属屋面的厚度或选型则会埋下重大安全隐患。钢结构石化装置的防雷设计应系统整体、有针对性地加以考虑，按照防雷规程整体地做好各项防雷要素的配合，才能更好地消除雷灾隐患。

　　参考文献：

　　[1] 建筑物防雷设计规范 (GB 50057-2010)

　　[2] 压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造(01J925-1)

　　[3] 利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装(03D501-3)

　　[4] 王祥,郑发正 编著.石油库(站)防雷技术及案例剖析.北京:中国石化出版社,2004

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文章名称： 浅谈钢结构石化装置的防雷保护

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