LNG汽车加气站防雷接地设计探讨

臧雪飞¹，杨志伟²

（1. 中海油山东化学工程有限责任公司山东济南250101）

（2. 山东省热电设计院山东济南250100）

摘  要：介绍了防雷接地保护对于LNG汽车加气站安全运营的重要性，并以中海石油揭阳能源开发利用有限公司锡场加气站为例，对于站内主要建构筑物的直击雷防护，电缆、金属管道等的防雷电波侵入以及电源系统、信息系统的防雷击电磁脉冲提出了系统的设计方案。该加气站的安全运行经验表明，通过合理的设计和定期运行维护可以有效减少甚至消除雷击造成的危害。

关键词： LNG汽车加气站，防雷，接地，设计

在人类面临着能源短缺、环境恶化的今天，液化天然气（LNG）作为一种清洁、高效的能源越来越受到青睐。为改善城市空气质量，促进城市经济和建设的可持续性发展，以LNG作为燃料的汽车和LNG加气站得到了国家科技部的大力推广和应用。

液化天然气（LNG）汽车加气站由于工作介质的易燃易爆特性和低温深冷特性、工作环境的特殊性以及周边环境的复杂性，它的安全问题尤为重要。雷电作为一种自然现象，对建筑物和设备设施都会造成较大损坏，有时甚至会危及人们的生命和财产的安全。为了减小和避免雷击的损害，防雷接地系统作为一种直接的保护措施，对于LNG加气站的安全运营具有非常重要的作用，它的合理设计就显得尤为重要。本文以中海石油揭阳能源开发利用有限公司锡场加气站为例，简要介绍LNG加气站防雷接地设计方案，供交流探讨。

1.   项目概况

中海石油揭阳锡场加气站位于广东省揭阳市锡场镇206国道锡场段东侧。该项目总占地面积4897.8m²，建、构筑物用地面积为852.7m²，天然气供气能力为1800×10⁴ Nm³/a，建设规模为二级加注站。

加气站由加气棚、加气亭、站房（含变配电间）、LNG储罐橇、LNG高压气化器组和CNG储气瓶组等建构筑物单体组成。其中LNG储罐区为橇装式结构。LNG气化调压区为敞开式装置区，加气区为敞开式罩棚，站房（含变配电间）为砖混结构。

供电系统：加气站设0.4kV低压配电室。采用双回路电源供电，380/220V工作电源引自市电，由铠装电缆埋地引入低压配电室进线柜，备用电源由柴油发电机提供。加气站内信息系统采用不间断电源（UPS）供电。

2.   雷暴气象条件

揭阳市初雷日平均出现在3月中旬，终雷日平均出现在10月中旬，各月都有雷电活动，4至9月为全年雷暴活跃的高峰期，年平均雷暴日为67天，属雷电多发区。

3.   防雷接地设计

3.1    建筑物直击雷防护

根据GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》规定，LNG加气站罐区和加注区等工艺生产区域为爆炸危险二区环境，按第二类防雷建筑物设计；站房等辅助办公区为正常环境，按第三类防雷建筑物设计^【1】。

3.1.1接闪器

1）LNG储罐区

LNG卧式储罐、CNG储气瓶组等壁厚均大于4mm,可利用设备本体做接闪器，不单独设避雷针。

两台LNG高压气化器壁厚小于4mm，设置高10m独立避雷针一支做接闪保护，并将被保护物置于LPZOB区内。独立避雷针支柱及其接地装置至被保护物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的距离≥3m。独立避雷针常年实测接地电阻≤10欧姆。

储罐区南侧有一高出地面6.5m的装有阻火器的CNG放散口，可不装设接闪器，但应可靠接地。

2）加气区

加气区包括由4台CNG加气机组成的加气棚和由1台CNG加气柱组成的加气亭，均为敞开式罩棚结构。罩棚屋面采用避雷网做接闪器，避雷网材质选用φ12mm热镀锌圆钢，并在整个屋面组成不大于12m×8m的明敷避雷网格。

3）站房

站房为辅助生产设施，由站房便利店、综合办公室、控制室、配电室、发电机房、油箱间及厕所组成。站房屋面采用避雷网做接闪器，避雷网材质选用φ12mm热镀锌圆钢，并在整个屋面组成不大于24m×16m的明敷避雷网格。

4) 路灯利用其金属灯罩作接闪器。

3.1.2引下线

加气棚、加气亭利用罩棚柱内直径≥φ16两条对角主钢筋作为引下线，距地面0.8m处设断接卡子，供测量接地电阻用。土建施工时，罩棚钢结构、砼柱与接地网保证良好电气通路。

站房利用建筑物柱内直径≥φ16两条对角主钢筋作为引下线，通长焊接且沿建筑物四周对称布置，间距≤25m。为达到良好屏蔽效果，有效减低进入室内空间的磁场强度，设计中将所有外围结构柱均设为引下线，还可有效减低分流系数。

路灯利用金属灯杆自身作防雷引下线。                

3.1.3接地装置

除独立避雷针外，加气站内所有接地系统如防雷接地、电气系统工作接地、保护接地、防静电接地、信息系统接地等共用接地装置，接地电阻要求不大于4欧姆。

全场站接地网由建筑基础加外围人工环形接地网组成。其中水平接地体采用-40×4mm热镀锌扁钢，埋深0.8m敷设，过门口处埋深1m。垂直接地极采用∠50×50mm，L=2500mm热镀锌角钢，间距为5m。施工完毕后应测量接地电阻，如不满足要求应增加接地极根数。

加气机、加气柱、LNG储罐橇、高压泵橇、高压气化器、高压储气瓶组、放空管（带阻火器）、输气管道、充装和卸气口等均需可靠接地，接地点不少于2处，两接地点的距离不大于30m，接地电阻值不大于10欧姆。

站内所有电气设备金属外壳均应接地。除照明灯具以外的电气设备，应采用专门的接地线，该接地线如与相线敷设在同一保护管内时，应具有与相线相同的绝缘，其他金属管线、电缆的金属外皮等，只能作为辅助接地线。

路灯、高大招牌等孤立物体均设独立接地装置，接地电阻要求不大于10欧姆。

3.2    防雷电波侵入设计

3.2.1电缆、金属线槽和管道接地

本工程低压配电系统采用TN-S接地系统，在低压电源引入处设总等电位连接板MEB。低压配电线路、室外信号传输线全线采用金属铠装电缆或护套电缆穿钢管埋地敷设，在各防雷分区交界处应将电缆的金属外皮或外套钢管接到等电位连接带上，电缆金属外皮或电缆金属保护管两端均应接地。室内等电位接地干线应与接地网相连接，连接点不少于两处。

在爆炸危险区域内的输气管道及其组成件，采用法兰连接时，在连接处应跨接。当法兰不少于5根螺栓连接时，在非腐蚀环境下可不跨接。平行敷设于地上或管沟的金属管道，其净距小于100mm时，应用金属线跨接，跨接点间距不应大于30m。管道交叉点净距小于100mm时，其交叉点应用金属线跨接^【1】。

燃气金属管道螺纹连接的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.O3Ω时，连接处应用金属线跨接(埋于地下时，金属跨接线采用直径≥10mm热镀锌圆钢)^【2】。

3.2.2装设过电压（电涌）保护器SPD

1) 电源系统

在供配电系统的电源端应安装与设备耐压水平相适应的过电压（电涌）保护器^【3】。本工程电源系统采用三级防雷保护，以防范从直击雷到操作浪涌的各级过电压的侵袭。在380V电源引入的总配电箱处装设I级试验的电涌保护器，电压保护水平值≤2.5kV，冲击电流应≥12.5kA，用于整个加气站所有用电设备的第一级电源防护。在分配电箱内应在空气开关的电源侧装设II级试验的电涌保护器，电压保护水平值≤2.5kV，冲击电流应≥5kA。在营业厅计算机管理设备、UPS电源、票据打印设备、加气机数据传输设备及其它精密设备的电源开关处使用插座式电源防雷器。

2）信息系统

加气站信息系统的配电线路首、末端与电子器件连接时，应装设与电子器件耐压水平相适应的过电压（电涌）保护器^【3】。本工程中，电话、网络通讯系统进线端分别装设电话线路及通讯线路电涌保护器；视频监控系统、火灾自动报警系统及入侵报警系统中，电源线路均装设防雷插座，信号线路及控制线路分别装设相应的信号防雷器加以保护。

4.   结语

中海石油揭阳能源开发利用有限公司锡场加气站于2011年底设计完成，2012年5月投入使用，安全运行至今。通过上述防雷接地设计分析，总结经验如下：

LNG汽车加气站一般均运行在雷电高风险环境下，需要采取强有力的雷电防护措施。该区域的直击雷防护和接地应严格按照《建筑物防雷设计规范》GB50057和《城镇燃气防雷技术规范》QX/T109的要求进行设计，做好金属构件、电缆外皮、管道等金属物的等电位连接，供配电电源系统宜采用三级防雷保护，信息系统应装设专业的信号防雷器进行防雷击电磁脉冲保护。并应每年定期对接地网的接地电阻进行检测，雷雨季节来临前对接地系统进行检查和维护，发现问题应及时处理，通过合理的设计和定期运行维护可以有效减少甚至消除由于雷击造成的危害。

参考文献：

[1] GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》

[2] QX/T109-2009《城镇燃气防雷设计规范》

[3] GB20156-2002《汽车加油加气站设计与施工规范》

作者简介：

臧雪飞（1978－）女，工程师，硕士，现主要从事石油化工行业电气专业设计工作。

杨志伟（1977－）男，工程师，硕士，现主要从事热电联产行业电气专业设计工作。

联系方式：

1、臧雪飞：Email:  xuefeizang@163.com

手机：  13964021089

工作单位：中海油山东化学工程有限责任公司

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山东省济南市高新技术产业开发区舜华路2000号舜泰广场7号楼F5    邮编：250101

2、杨志伟：Email: zhwyang2006@126.com

手机：  18663756020

工作单位：山东省热电设计院

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