石油天然气井站防雷设施分析和探讨

石油天然气井站防雷设施分析和探石油天然气井站防雷设施分析和探 讨讨 一 一 井站安装的防雷设施井站安装的防雷设施 为了避免井站的设备 设施不被雷击 一般在井场都安装 了避雷针 对电气设备安装了浪涌保护器 井站安装的防雷设 施一般有以下几种 1 独立式避雷针 自制避雷针 独立式避雷针是一基 150 10m 或 190 12m 水泥电杆 上面安装的是自制的渡锌铁管长 3 5 米 有的在尖上安有自制 铜尖 有的安装的就是大小不同的四节白铁管 总高度约 15 18m 然后用一根裸体钢铝线或渡锌圆钢与埋在地下的接地装 置相连 接地电阻值要求在 10 以下 优点是每基避雷针全套 大约 800 1500 元 基 安装简单 缺点是避雷针渡锌铁管一般 在 2 3 年后生锈 10 年左右电杆出现破裂 2 优化式避雷针 优化式避雷针是我国在 2001 年研制的一种新型防雷装置 高度在 0 8 米左右 安装在高约 20 25 米的铁塔尖上 然后在优 化避雷针上接有泄漏电缆 计数器 入地分流线与地面接地装 置相连 优化避雷针具有传统避雷针吸引雷电疏导入地的特点 又能使入地雷电流幅度波长头陡度同时降低 使雷击危害减少 到最低 雷电能流大 衰减分倍率高 造型美观 安装维护方 便 牢固可靠 覆盖面积宽 耐腐蚀 抗风能力强等优点 但 是不经济 安装一基大约 4 6 万元 安装难度大一些 接地电 阻值要求在 10 下 3 浪涌识别避雷器 浪涌识别避雷器有 2 种 一种是模块型 另一种是相体型 模块型安装在配电箱内 箱体安装在配电箱外 接在配电箱进 线电源上 它的主要作用是防止感应雷和雷电波侵入配电箱内 防止雷电的电压电流升高烧坏电气设备设施 二 工作原理及安装要求二 工作原理及安装要求 1 优化避雷针的工作原理 dxh01 zu 优化避雷针主要由激发器从自然界的电场中吸 收并贮存能量 反射器及避雷针尖与大地有良好的电气连接 处于等电位状态 通常情况下 激发器与反射器之间有电场强 度 每当雷电发生前 电场强度讯猛增大 激发器与反应器之 间的电位差大致相当于雷云与大地之间的电位 它们之间的电 压降迅速加大造成尖端打火 并使尖端周围的空气离子化 形 成尖端放电现象 避雷针的中央收集杆和激发器之间的电场迅 速增加 造成尖端产生的空气离子化可于极短及准确的时间内 放电 因大电离子的存在 从而使自然的 corona 效应减低 产生一个预期上行放电通道 可迅速 安全地将电截击并安全 的泄放至大地 2 避雷针与设备间安装距离要求 避雷针与易燃油贮罐和氢气 天然气等罐体及其呼吸阀等 之间的空气中距离 避雷针及其它接地装置与罐体 罐体的接 地装置和地下管道的中距离应符合要求 避雷针与呼吸阀的水 平距离应不小于 3m 避雷针尖高出呼吸阀不应小于 3m 避雷 针尖的保护范围边缘高出呼吸阀顶部不应小于 2m 在空气中的 距离和地中距离必须符合要求 避雷针与 5000m3 以上贮罐呼 吸阀的水平距离 不应小于 5 米 避雷针针高于呼吸阀不应小 于 5m 3 避雷针的接地要求 独立避雷针和优化避雷针必须设立独立的接地装置 在非 高土壤电阻率地区 其工频接地电阻不宜超过 10 接地体长 度不得小于 15m 独立式避雷针接地体采用渡锌圆钢材料时直 径不得小于 8mm 采用扁钢材料截面积不得小于 48mm 厚度不 得小于 4mm 接地体的连接要求焊接牢固 优化避雷针的接地 厂家设有专用线和要求 避雷针不应设在经常行走的地方 避 雷针及其接地装置与或出口等的距离不宜小于 3m 否则应采取 均压措施或铺设砾石或沥青地面 4 优化式避雷针保护半径 按 nfc17 102 规定 避雷针针尖应高于被保护物水平 2mh1 以上 当避雷针高度不同时 h2 h3 hn 其保护范 围 半径 分别为 rp2 rp3 rpn 计算公式应考虑被保护物 的防雷等级 保护半径与高度 h 有关 与它的启动抢先时间 型号 有关 以及与所选的保护级别有关 当 h 5 时 rp rp 为所考虑物的水平面上保护半径 h 为针尖相对于被保护物顶部的水平高差 d 为滚球半径 闪击距离 l 为上行抢先距离 l v 米 微秒 t 微秒 三 雷电的产生及危害三 雷电的产生及危害 雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象 云中 的水滴受强烈气流的摩擦产生电荷 而且微小的水滴带负电 小水滴容易被气流带走形成负电云 较大的水滴留下来形成带 正电的云 由于静电感应 带正电的云层在大地表面会感应出 与云块异性的电荷 当电场强度达到一定值时 即发生雷云与 大地之间的放电 在两块异性电荷的雷云之间 当电场强度达 到一定值时 便发生云层之间放电 放电时伴随着强烈的电光 和声音 这就是雷电 雷电对架空高压电线路 电气设备 设施和人员等带来严 重的危害 雷电具有电效应 热效应和机械效应等三种破坏作 用 数十万至数百万伏的冲击电压可击毁电气设备的绝缘 烧 断电线或劈裂电杆 造成大规模的停电 绝缘损坏引起短路 使金属管道烧穿 导致火灾或爆炸事故 甚至造成易燃品着火 和爆炸 当雷电流入地时 在地面上就会因雷电引起跨步电压 造成人身触电事故 为了更好的预防雷击 有关部门将防雷等级进行了相应的 划分 1 一类防雷等级是指凡在建筑物中存在放爆炸物品或经 常发生瓦斯蒸汽或空气的限混合物 因电火花而发生爆炸 致 使房屋毁坏和人员死亡 2 二类防雷等级是指特征同一类 但 不致引起巨大破坏和人员伤亡 或当发生事故时 才有第一类 的情况出现和具有重要政治意义的民用建筑屋 3 三类防雷等 级是指不属于一类二类的 而又需要作防雷保护的 四 天然气井站发生雷击的主要原因分析四 天然气井站发生雷击的主要原因分析 在天然气井站常发生雷击的设备 设施主要是电气设施 最常见的是供电线路 变压器上安装的避雷器 家用电器 天 然气计量微机等 天然气井站发生雷击的主要原因是由于避雷 针的安装结构 位置 接地 选型等存在问题 雷 14 井 2003 2004 年连续发生雷击烧坏计量仪表 主要 原因是雷 14 井安装的 dxh01 zu 优化式避雷针直接与铁塔相 连 没有按要求安装泄流电缆 计数器 入地分流线再加上它 的接地线又是与设备连接在一起没有独立分开接地 因此它的 安装结构 接地都不符合要求 这种安装由于雷击时强大的电 流 电压无法尽快得到失放 强大的感应电流通过铁塔感应容 易引起电气设施 易燃品泄漏起火爆炸和人身安全 并且雷 14 井优化避雷针 由于安装位置和安装结构都不科学 避雷针对 整个井站的设备 房屋 电气设施没起到防雷保护作用 使雷 电产生时 避雷针没有完全把雷电流引入大地快速失放 从而 使感应雷和雷电波侵入 通过铁塔与工艺设备感应再由接地网 和变电设备 电缆传入到配电箱 由于配电箱内又没安装浪涌 保护避雷器 因此使强电流 电压或电磁场感应传入微机电子 仪表 因微机电子仪表的额定电压有限 所以烧坏微机计量仪 表 铁山 4 井站内安装的线路断路器被雷击烧坏和井站安装的 天然气放空管线 2002 年被雷击着火 其安装的 dxh01 zu 优 化避雷针 也同样存在选型和安装位置 安装结构问题 井站 本身地处高山 又是雷击多发区 因此在安装避雷针时 只考 虑了工艺设备区 忽略了生活区的防雷 它安装的距离离设备 区只有 1 米左右 所以它的安装位置是非常不科学的 它不但 安装位置离设备达不到 5 米远的要求 而且方位偏离 浪费了 资源 加上安装结构没按要求连接泄流电缆 计数器 入地分 流线 所以井场绝大部份没起到保护作用 从而造成井场内安 装的供电线路断路器被雷击烧坏和雷击引起天然气放空管线着 火 达县配气站的供电埋地电缆 在 2003 年被雷击爆 计度箱 被雷击起火 2004 年计量微机 ups 电源和进口的电源保护设备 被雷击烧坏 2005 年 6 月全站 11 台空调被雷击烧坏 其中一 台被雷击起火燃烧 其安装的 dxh01 zu 优化避雷针同样存在 安装安全距离和安装结构 接地问题 站内安装避雷针共 4 基 其中有 2 基是独立避雷针 有 2 基是优化避雷针 避雷针安装 距离距工艺设备区实际距离不足 2 米 而且优化式避雷针安装 没有按要求安装 加上它的接地线又是与工艺 电气设备连接 在一起没有独立分开接地 因此它的安全距离 结构 接地都 不符合要求 所以连续几年发生电器设施被雷击坏 因为避雷针作用是把雷电引过来对大地进行放电 由于雷 电流的波形有个陡度 雷电流是一种冲击波 它有数十万至数 百万伏的冲击电压 其幅值和陡度随各次放电条件而异 一般 幅值大的陡度也大 幅值和最大陡度都出现在波头部分 故防 雷设计时只考虑波头部分没考虑波尾 因此为了避免雷击时在 限流阻抗上引起的高电压 对附近被保护物造成反击事故 要 求在限流阻抗附链附近 r 1 2l 范围内 不得安装被保护物 其中 l 限流阻抗链高度 r 危险区半径 dxh01 zu 优化式避雷针安装结构 应该是接闪器 泄流 电缆 计数器 入地分流线 避雷针的接闪器是把雷电引过来 通过泄流电缆 然后通过计数器把雷击次数记录下来 再通过 入地分流线把雷电快速失放大地 如图 2 所示 而雷音铺气田的雷 11 井 雷 13 井 雷 12 井 铁山气田的 铁 12 井 铁山 13 井等井站安装的自制独立避雷针 井站地理 位置同样在海拨 300 600 米高 同样是雷击多发地区 设备 电气仪表 房屋等设施没有被雷击 这是因为安装的独立式避 雷针位置选择有关 尽管这些避雷针它的复盖面积和防雷效果 等优点都不如优化避雷针 但它安装位置的选择 结构 接地 合理 所以这些井站的设备 配 供电设施 房屋等从没有被 雷击 五 天然气井站防雷设施安装的几点建议五 天然气井站防雷设施安装的几点建议 目前井站安装的优化避雷针 85 以上 安装位置 距离 结构都没按要求进行安装 井站的避雷针没有充分发挥起到避 雷的作用 雷电时没有完全把整个井站的雷电流引入大地达到 快速失放的目的 这些优化避雷针只是一种装饰 摆设 相反 有的成了引雷作用 浪费了物力资源和财力 为此我们对天然 气井站防雷设施的安装提出以下几点建议 1 石油天然气井站防雷设施今后在设计时 应该根据井站 的防雷类别 井场面积 设备 生活区分布情况来统一考虑选 择避雷针的型号 同时对避雷针的安装距离 位置 接地等要 符合防雷规范 合理利用和充分发挥避雷针的作用 减少井站 重复安装防雷设施 达到降低投资和防雷的目的 2 对井站没按要求安装的泄流电缆 计数器 入地分流线 和避雷针接地线 没进行独立接地的优化避雷针进行整改 让 避雷针充分发挥作用 从而达到安全防雷的目的 3 天然气井站绝大部分的值班房和住房都是砖混结构平房 沥青屋面 高度一般在 5 米以下 井站又安装了避雷针 根据 防雷保护要求 这类房屋可以不作接地处理 但对金属屋面的 房屋 应安装防雷接地保护线 防止感应雷和雷电波浸入危害 人身安全 4 采输工艺设备区可以安装防雷接地网 但接地网不能与 电气设施房屋防雷接地网络相连 防止感应雷和雷电波浸入危 害