重慶燃氣集團有限責(zé)任公司 劉 薇

雷電災(zāi)害是聯(lián)合國“國際減災(zāi)十年”公布的最為嚴重的十種自然災(zāi)害之一，被中國電工委員會稱為“電子時代的一大公害”。重慶地區(qū)是我國的多雷暴地區(qū)之一，而城市燃氣本身具有易燃易爆的危險性，又具有關(guān)系國計民生的公共安全性，因此城市燃氣的雷電災(zāi)害防御工作也就顯得極其迫切和重要。

1 重慶雷暴日和雷擊大地密度

根據(jù)李家啟博士的論文《基于LLS的重慶地區(qū)雷電活動規(guī)律及其風(fēng)險評估研究》，可知重慶地區(qū)的雷電參數(shù)，見表1。

表1 重慶地區(qū)各區(qū)縣雷電日和雷擊大地密度參數(shù)

雷暴日是反映雷電活動規(guī)律的重要參數(shù)，是雷電科學(xué)研究和防雷工程設(shè)計的主要參數(shù)指標(biāo)。雷擊大地密度為平均每年單位面積上的地閃次數(shù)，單位為:次/(km2·a)，它能精確地反映雷電活動的頻度和強度，是國際上防雷設(shè)計的基礎(chǔ)參數(shù)。這兩個指標(biāo)都是計算年預(yù)計雷擊次數(shù)的依據(jù)。

從表1可見，重慶的平均雷暴日和雷擊大地密度均高于全國平均水平，根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB 50057—2010)建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)的計算公式:

式中:N—建筑物年預(yù)計雷擊次數(shù)，次/a；

k—校正系數(shù)，在一般情況下取1～2；

Ng—建筑物所處地區(qū)雷擊大地的年平均密度，次/(km2·a)；

Ae—與建筑物截收相同雷擊次數(shù)的等效面積，km2。

據(jù)此計算，重慶市大部分高層建筑均為第二類防雷建筑物。

2 雷電對燃氣管道的影響

雷電主要通過直擊雷、感應(yīng)雷、雷電波入侵及雷電反擊等方式對建筑物及建筑設(shè)備產(chǎn)生危害。室內(nèi)燃氣管道作為建筑物內(nèi)的附屬設(shè)備，如果沒有采取相應(yīng)措施，也會遭到雷擊損害。

重慶市從上世紀70年代初開始大規(guī)模使用天然氣，到2013年，在用燃氣戶數(shù)已經(jīng)突破500萬戶，從有記載的建筑物室內(nèi)燃氣管道的搶險事故中顯示有兩例燃氣管道發(fā)生雷擊事故:

1999年4月23日，重慶市永川區(qū)跳蹬河農(nóng)貿(mào)市場商住樓發(fā)生燃氣管道雷擊事故。該樓天然氣鋼質(zhì)管道敷設(shè)在屋面上，沒有采取防雷措施，導(dǎo)致遭受雷電直擊，雷電波入侵造成調(diào)壓箱爆炸，引發(fā)火災(zāi)。

2003年，重慶渝中區(qū)兩江麗景酒店天然氣管道遭雷擊，管道受熱發(fā)燙但未引起進一步火災(zāi)。該酒店樓高26層，因樓頂小餐廳用氣，該燃氣工程采用厚壁不銹鋼管道外墻敷設(shè)，并垮越大樓女兒墻引入樓頂餐廳。

這兩例燃氣管道遭雷擊事故均是由于燃氣管道未在建筑物防雷保護區(qū)域?qū)е轮睋衾滓l(fā)產(chǎn)生，因此，燃氣管道防雷的主要設(shè)計思路首先應(yīng)將燃氣管安裝在原有避雷裝置的保護范圍之內(nèi)，并將燃氣管道與防雷裝置進行等電位連接，避免感應(yīng)雷和雷電波入侵。

3 重慶建筑物室內(nèi)燃氣管道防雷設(shè)計的做法

建筑物室內(nèi)燃氣管道一般采用出地面2 m處引入至室內(nèi)廚房、外走廊或與廚房相連的生活陽臺上，室內(nèi)立管主要采用鋼制管道焊接安裝方式。由于建筑物用氣位置和結(jié)構(gòu)的要求，燃氣引入管也可能采用外墻敷設(shè)至建筑物裙樓引入塔樓居民住宅，也有一直沿大樓外墻敷設(shè)燃氣立管分戶引入的情況；當(dāng)用氣場所在頂樓時或其他特殊情況下，也會將燃氣管道引至屋面敷設(shè)。

由于歷史原因，重慶燃氣行業(yè)主管部門為重慶市經(jīng)信委，建委及市政委和其他政府部門對燃氣行業(yè)不做過多管理要求，因此重慶市燃氣管道安裝一般都滯后于建筑物土建安裝，建筑物防雷系統(tǒng)中也沒有為燃氣管道預(yù)留等電位連接點；同時也由于燃氣行業(yè)的特殊性，燃氣管道的設(shè)計、安裝和驗收都自成體系。因此，2011年以前的重慶建筑物室內(nèi)燃氣管道基本上未采取防雷措施。

4 相關(guān)規(guī)范對燃氣管道提出的防雷要求

由于雷電災(zāi)害的危害性，我國的相關(guān)規(guī)范對室內(nèi)燃氣管道的防雷也提出了不同的要求:

《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》(GB 50028—2006)對燃氣管道的防雷要求體現(xiàn)以下章節(jié):10.2.4條，在避雷保護以外的屋面上的燃氣管道和高層建筑沿外墻架設(shè)的燃氣管道，采用焊接鋼管或無縫鋼管時其壁厚均不得小于4 mm；10.8.5條，進出建筑物的燃氣管道的進出口處，室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃氣設(shè)備等處均應(yīng)有防雷，防靜電接地設(shè)施；防雷接地設(shè)施的設(shè)計應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定。

《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB 50057—2010)4.3.7條第1款則規(guī)定了建筑物內(nèi)的設(shè)備、管道、構(gòu)架等主要金屬物，應(yīng)就近接到防雷裝置或共用接地裝置上；4.3.9條第3款規(guī)定外墻內(nèi)、外豎直敷設(shè)的金屬管道及金屬物的頂端和底端，應(yīng)與防雷裝置等電位連接。

中國氣象行業(yè)標(biāo)準《城鎮(zhèn)燃氣防雷技術(shù)規(guī)范》(QX/T 109—2009)對室內(nèi)燃氣立管提出了更高要求，一是規(guī)定燃氣立管每隔不大于12 m應(yīng)與建筑物防雷裝置可靠連接；二是規(guī)定建筑物外墻立管與用戶分支管相接時，應(yīng)設(shè)絕緣法蘭或鋼塑接頭；三是規(guī)定絕緣法蘭或鋼塑接頭兩端的管道應(yīng)分別接地。

標(biāo)準規(guī)范愈加嚴格無疑會增加安全系數(shù)，于此同時也會增加大量的安裝成本和管理難度，是不是標(biāo)準越嚴格效果就越好呢，我們將在下文分析。

5 室內(nèi)燃氣管道應(yīng)采取的防雷措施:

5.1 室內(nèi)立管防雷分析

在《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB 50057—2010)中，當(dāng)建筑高度超過60 m時在整個建筑主體外沿，柱內(nèi)的鋼筋、每層外側(cè)梁及屋頂女兒墻上沿的防雷帶。邊柱和邊梁形成接閃器組，整個系統(tǒng)和基礎(chǔ)接地有效連接，形成了可靠的防雷接地系統(tǒng)，建筑物內(nèi)部就在其保護范圍內(nèi)，所以燃氣立管設(shè)置在建筑體內(nèi)就是安全的，可以不需要其他的防雷措施。在雷電活動較為頻繁的重慶地區(qū)，沒有采取等電位連接的已有近500萬居民室內(nèi)立管，沒有發(fā)生一例因雷擊而致的事故。

另一方面，《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》(GB 50057—2010)要求建筑物外墻內(nèi)外的金屬管道頂端和底端應(yīng)與防雷裝置等電位連接，但是在建筑物室內(nèi)底部和頂部，燃氣立管只能與室內(nèi)混凝土鋼筋做等電位連接，由于混凝土內(nèi)金屬電位與室內(nèi)裸露管道之間存在電位差，這種電位差必然會引起管道發(fā)生腐蝕產(chǎn)生其他的危害，這也是燃氣行業(yè)擔(dān)心的問題。

5.2 引入管防雷分析

燃氣引入管將沿外墻引入室內(nèi)，是否在建筑物保護范圍里呢？根據(jù)國際電工學(xué)會推薦的避雷針保護角經(jīng)驗公式，其保護范圍，見圖1。

圖1 避雷針保護角經(jīng)驗公式和保護范圍示意

按照上述公式，建筑物高度越低，其保護面積越大。室內(nèi)燃氣引入管如果從地面2 m處引入，按照上述原則，仍然處于建筑物防雷保護范圍中。但是為避免雷電波和感應(yīng)雷的入侵，防止雷電流在燃氣管道內(nèi)產(chǎn)生火花，可以采取絕緣接頭與室內(nèi)外燃氣管道隔離。2011年，《城鎮(zhèn)燃氣用防雷接頭》(CJ/T 385—2011)發(fā)布實施，該裝置為燃氣管道用防雷電電涌浸入的接頭，重慶一些燃氣公司已經(jīng)要求燃氣引入管處應(yīng)安裝防雷接頭。

如果引入管沿外墻敷設(shè)從較高地方引入或成外墻立管分戶引入時，這些燃氣管道可能不在建筑物保護范圍內(nèi)，應(yīng)采取以下防雷措施:

(1)管材選擇壁厚大于4 mm的無縫鋼管或不銹鋼無縫鋼管；

(2)沿外墻敷設(shè)立管，禁止跨越建筑物女兒墻；

(3)沿外墻豎直敷設(shè)的立管與用戶分支管相連時，應(yīng)設(shè)防雷接頭，其兩端的管道應(yīng)分別就近接地，接地電阻不應(yīng)大于10 ?；

(4)由于燃氣管道輸送可燃氣體，具有一定的防腐要求。為避免因鋼材晶體結(jié)構(gòu)不同而造成的電位差，同時因此在等電位連接時，應(yīng)采用與燃氣管道同一材料的鋼材進行焊接連接，其焊接處應(yīng)采取不低于燃氣管道的除銹防腐等級。建議采取管箍方式，通過等電位連接線接至等電位連接箱。

5.3 屋面上燃氣管道防雷分析

按照《建筑物防雷技術(shù)規(guī)范》(GB 50057—2010)，屋面上的金屬燃氣管道將完全暴露在雷電的襲擊范圍之內(nèi)，因此必須采取嚴格的防雷措施，即嚴格執(zhí)行《城鎮(zhèn)燃氣防雷技術(shù)規(guī)范》(QX/T 109—2009)的要求，除采取上述引入管的要求之外，還必須采取金屬線跨接等措施。

6 結(jié)論和建議

(1)雷電是一種常見的自然現(xiàn)象之一，其強大的電流、炎熱的高溫、猛烈的沖擊波以及強烈的電磁輻射等物理效應(yīng)能夠在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞作用，燃氣管道作為建筑物附屬設(shè)施，應(yīng)該采取有效的防雷措施。

(2)根據(jù)實際情況，處于建筑物防雷保護區(qū)域之內(nèi)的建筑物室內(nèi)燃氣立管可以不采取相應(yīng)的防雷措施。

(3)外墻燃氣立管、引入管、屋面燃氣管道因處于建筑物防雷保護區(qū)域之外，必須按照相關(guān)規(guī)范采取防雷防靜電措施，請有資質(zhì)的防雷設(shè)計單位進行設(shè)計，安裝相應(yīng)的防雷接地裝置。同時，接地裝置應(yīng)有良好的防腐措施。