摘要：鋼結(jié)構(gòu)裝置在石化行業(yè)被越來(lái)越多的采用。本文通過(guò)對(duì)此類建筑物的防雷特性進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際工程中積累的經(jīng)驗(yàn)，在接閃、引下線、接地裝置、等電位連接和防閃電電涌侵入等5個(gè)方面提出自己在鋼結(jié)構(gòu)石化裝置防雷方面的見(jiàn)解。尤其在接閃和接地措施方面著重討論一些工程中的錯(cuò)誤做法。

　　關(guān)鍵詞：鋼結(jié)構(gòu)，石化裝置，金屬屋面，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

　　中圖分類號(hào)：TU391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　1 引言

　　鋼結(jié)構(gòu)是由鋼板、熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼制造而成。鋼結(jié)構(gòu)與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，具有勻質(zhì)、高強(qiáng)、施工速度快、抗震性好和回收率高等優(yōu)越性，鋼比磚石和砼的強(qiáng)度和彈性模量要高出很多倍，因此在荷載相同的條件下，鋼構(gòu)件的質(zhì)量輕。近年來(lái)，隨著我國(guó)鋼產(chǎn)量的不斷提高，鋼結(jié)構(gòu)得以大規(guī)模的普及，特別是在石化生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，比較常見(jiàn)的就是鋼框架結(jié)構(gòu)的石化裝置。

　　由于石化裝置的原料和產(chǎn)品都是易燃易爆的碳?xì)浠衔铮约斑B續(xù)高溫、高壓的生產(chǎn)工藝和操作條件，如果不采取適當(dāng)?shù)姆览状胧坏┌l(fā)生雷擊事故則后果不堪設(shè)想。下面就針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)石化裝置的特點(diǎn)對(duì)此類建筑物的防雷措施進(jìn)行分析。按照石化裝置的性質(zhì)，其大多屬于第二類防雷建筑物，個(gè)別特別重要和危險(xiǎn)的裝置屬第一類防雷建筑物，本文僅就第二類防雷建筑物的防雷措施進(jìn)行分析。

　　2 接閃

　　鋼結(jié)構(gòu)石化裝置的接閃措施按其有無(wú)屋面可分為兩種情況：

　　2.1 有金屬屋面的鋼結(jié)構(gòu)石化裝置接閃措施

　　金屬屋面分為彩鋼壓型板和彩鋼夾芯板，大多采用自攻螺栓和檁條(屋面檁條或沿墻檁條)連接。

　　按要求，除第一類防雷建筑物外，金屬屋面用作接閃器時(shí)應(yīng)滿足《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50057-2010)第5.2.7條規(guī)定。當(dāng)金屬屋面采用單層鋼板時(shí)，其厚度不應(yīng)小于4mm。發(fā)生雷擊時(shí)，厚度小于4mm的鋼板容易在雷擊點(diǎn)被熔化擊穿，高溫的熔化物滴落到石化裝置內(nèi)部空間時(shí)極易引發(fā)火災(zāi)或爆炸事故。實(shí)際施工中一般鋼結(jié)構(gòu)廠房采用的0.5～1.0mm厚的單層彩鋼板不應(yīng)當(dāng)用作石化裝置的屋頂。

　　石化裝置應(yīng)該采用夾有非易燃物保溫層的雙金屬板做成的屋面板。在這種情況下，只要上層鋼板的厚度大于0.5mm就可以滿足要求，因?yàn)槔讚糁粫?huì)將上層金屬板熔化穿孔，不會(huì)擊到下層金屬板，而且上層金屬板的熔化物又會(huì)被下層金屬板阻隔。需要注意的是夾層物質(zhì)必須選用高阻燃級(jí)別的材料。

　　如金屬屋面厚度和材料不符合要求，則需要在屋面敷設(shè)網(wǎng)格尺寸不大于10×10m的接閃帶進(jìn)行保護(hù)，具體做法應(yīng)該參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造》(01J925-1)。在此需要指出，敷設(shè)接閃帶只能減少雷電擊中甚至擊穿屋頂?shù)目赡苄裕⒉荒軓母旧隙沤^屋面被擊穿的問(wèn)題，而且實(shí)際工程中很少有厚度4mm以上的單層壓頂板，因此為了安全可靠起見(jiàn)，石化裝置的金屬屋面應(yīng)采用鋼夾芯板。

　　另外，金屬屋面板的連接方式一般為咬合或者搭接。無(wú)論是壓型鋼板還是夾芯板，其外觀都是瓦楞形的。在施工中，采用搭接時(shí)的搭接長(zhǎng)度至少要達(dá)到一個(gè)波峰或波谷，超過(guò)100mm則完全滿足規(guī)范的要求。而且規(guī)范注釋提到“薄的油漆保護(hù)層”不算是絕緣被覆層，可以認(rèn)為彩色涂層鋼板無(wú)絕緣被覆層，而鍍鋅鋼板則更是電的良好導(dǎo)體。

　　2.2 無(wú)屋面的露天鋼框架石化裝置接閃措施

　　有些石化裝置對(duì)防水或環(huán)境條件無(wú)特殊要求，反而比較注重通風(fēng)和散熱，采用露天設(shè)計(jì)，并不設(shè)屋頂。這種情況下鋼結(jié)構(gòu)頂部的構(gòu)架、梁等實(shí)際上就起了接閃器的作用。構(gòu)架、梁的鋼材完全符合接閃器對(duì)材料及連接性能的要求。

　　此時(shí)建筑物的頂層的設(shè)備外殼、裝置外殼、管道等金屬物厚度不得小于4mm，且應(yīng)就近與鋼結(jié)構(gòu)等電位連接，等電位連接帶應(yīng)盡量短且直，最小截面應(yīng)不小于50mm2。

　　金屬外殼厚度小于4mm的設(shè)備或非金屬物需要單獨(dú)設(shè)置接閃器保護(hù)。

　　為防止閃電電涌侵入，與屋頂設(shè)備相連的電氣、信號(hào)線路須在設(shè)備端裝設(shè)I級(jí)試驗(yàn)的SPD,沖擊電流應(yīng)等于或大于12.5kA。SPD接地線也應(yīng)當(dāng)就近連接到鋼結(jié)構(gòu)上。

　　3 引下線

　　鋼結(jié)構(gòu)的主鋼架、次構(gòu)件等在施工中已經(jīng)作了可靠的連接，形成了持久的電氣通路，完全可以利用構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)鋼柱作引下線，不需要專設(shè)。作為引下線的鋼柱應(yīng)沿構(gòu)筑物四周均勻?qū)ΨQ布置，其間距沿周長(zhǎng)計(jì)算不應(yīng)大于18m。

　　引下線可不設(shè)斷接卡，但應(yīng)在每根引下線上距地面不低于0.3m處設(shè)接地體連接板，連接板處宜有明顯標(biāo)志和編號(hào)。可將石化廠區(qū)的共用大地網(wǎng)多點(diǎn)連接到連接板上。

　　每根引下線應(yīng)在醒目位置懸掛警示標(biāo)志，防止人員在雷雨天氣在引下線附近逗留。

　　4 接地裝置

　　利用建筑物的基礎(chǔ)鋼筋做自然接地體。鋼結(jié)構(gòu)建筑物在基礎(chǔ)施工時(shí)需預(yù)埋地腳螺栓，加墊片后才能和鋼柱相連。土建施工時(shí)可用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓可靠焊接，具體做法參見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝》(03D501-3)。這樣，從接閃器到引下線，再到接地裝置，雷電流才具備完整的泄放通道。如果忽視了輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物接地裝置的特殊性，即基礎(chǔ)鋼筋和接地螺栓本身并沒(méi)有電氣連接這一事實(shí)，造成的后果則是整個(gè)建筑物沒(méi)有可靠的接地網(wǎng)。

　　另外，有些鋼結(jié)構(gòu)建筑物不需要做基礎(chǔ)梁，這種情況下應(yīng)用40×4鍍鋅扁鋼將建筑物外圍柱基礎(chǔ)鋼筋連接為閉合環(huán)路，并在建筑物內(nèi)還應(yīng)該按跨度設(shè)置均壓網(wǎng)格，不但降低接地電阻，還起到很好的降低跨步電壓，保護(hù)人身安全的效果。

　　5 等電位連接措施

　　鋼結(jié)構(gòu)石化裝置的等電位連接措施應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

　　1)應(yīng)沿裝置每一層的內(nèi)邊緣設(shè)置環(huán)形等電位連接干線，干線與接地裝置的連接不少于2處。接地干線截面積：銅質(zhì)不小于50mm2，熱鍍鋅鋼質(zhì)不小于80mm2。

　　2) 進(jìn)出建筑物的各種管線及管道，采用全線埋地引入(出)，并應(yīng)在其進(jìn)入點(diǎn)與接地裝置進(jìn)行等電位連接。

　　3)裝置內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架等主要金屬物，應(yīng)就近接到等電位連接干線上。

　　4)平行敷設(shè)的管道、構(gòu)架和電纜金屬外皮等長(zhǎng)金屬物,其凈距小于100mm時(shí)，應(yīng)采用金屬線跨接，跨接點(diǎn)的間距不應(yīng)大于30m;交叉凈距小于100mm時(shí)，其交叉處也應(yīng)跨接。

　　5)長(zhǎng)金屬物的彎頭、閥門(mén)、法蘭盤(pán)等連接處應(yīng)用金屬線跨接。對(duì)有不少于 5根螺栓連接的法蘭盤(pán)，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。

　　6 防閃電電涌侵入措施

　　安裝適當(dāng)?shù)腟PD可以截?cái)鄰碾娫淳€、信號(hào)線等途徑入侵的雷電過(guò)電壓浪涌。

　　6.1 電氣系統(tǒng)SPD

　　第一級(jí)SPD可選取通流量為80kA(8/20μs)的開(kāi)關(guān)型或限壓型SPD，安裝在電源低壓(380/220V)出線側(cè)(變配電房)。

　　第二級(jí)SPD可選取通流量為40kA(8/20μs)的限壓型SPD，裝在各裝置進(jìn)線總配電箱內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)防爆動(dòng)力配電箱中。

　　第三級(jí)SPD可選取通流量為20 kA(8/20μs)的限壓型SPD，裝在各建筑物內(nèi)分配電箱或現(xiàn)場(chǎng)低壓動(dòng)力設(shè)備前端中。

　　在中控室或機(jī)房?jī)?nèi)重要或敏感設(shè)備前端，可安裝第四級(jí)SPD。

　　SPD的電壓保護(hù)水平應(yīng)小于被保護(hù)設(shè)備耐壓的80%。

　　6.2 電子系統(tǒng)SPD

　　信息系統(tǒng)(監(jiān)控、消防、報(bào)警、廣播、計(jì)算機(jī)、通訊、電信等系統(tǒng))、自動(dòng)控制設(shè)備的信號(hào)線路兩端應(yīng)安裝適配的信號(hào)SPD。

　　6.3 SPD安裝要求

　　SPD連接導(dǎo)線應(yīng)平直，其長(zhǎng)度不宜大于0.5m。當(dāng)電壓開(kāi)關(guān)型SPD至限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度小于10m、限壓型SPD之間的線路長(zhǎng)度小于5m時(shí)，在兩級(jí)SPD之間應(yīng)加裝退耦裝置。當(dāng)SPD具有能量自動(dòng)配合功能時(shí)，SPD之間的線路長(zhǎng)度不受限制。SPD的接地線應(yīng)以盡可能短的路徑接入接地裝置。接地線的截面積不小于6mm2。

　　7 結(jié)束語(yǔ)

　　由于鋼結(jié)構(gòu)建筑物異于一般建筑物，因此如果按照一般建筑物的防雷要求給鋼結(jié)構(gòu)裝設(shè)接閃帶或?qū)ＴO(shè)引下線是無(wú)意義且浪費(fèi)的;而鋼結(jié)構(gòu)石化裝置又異于一般鋼結(jié)構(gòu)建筑物，如不注意金屬屋面的厚度或選型則會(huì)埋下重大安全隱患。鋼結(jié)構(gòu)石化裝置的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)系統(tǒng)整體、有針對(duì)性地加以考慮，按照防雷規(guī)程整體地做好各項(xiàng)防雷要素的配合，才能更好地消除雷災(zāi)隱患。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[4] 王祥,鄭發(fā)正 編著.石油庫(kù)(站)防雷技術(shù)及案例剖析.北京:中國(guó)石化出版社,2004