LNG储罐仪表系统的防雷接地分析与设计

马权帅 周彪

摘要：近年来液化天然气（LNG）行业高速发展，我国已经掌握LNG储罐核心技术并逐步实现全面国产化，但我国还没有专门的LNG储罐防雷设计规范，这对LNG储罐的防雷设计提出了新的挑战。本文以天津某项目16万m3储罐为例，根据笔者积累的设计经验以及对规范的理解，探究LNG储罐防雷设计的要点和方法，并在实际项目中得到验证。

关键词：LNG储罐;防雷接地系统;液化天然气

引言

LNG储罐是LNG接收站中的重要设备，主要功能是接卸、储存由LNG远洋运输船运来的LNG，并通过罐内低压泵将LNG输送至气化外输系统及槽车装车系统。为避免或减少仪表系统雷电事故的损害，针对LNG储罐实施仪表系统防雷工程，是非常有必要的。

1油田联合站防雷新形势

1)雷电的危害雷电是夏季常见的一种自然现象，其过程虽然不长，但往往会伴随着激烈的放电，输出功率甚至可以比建一座小型核电站，产生的超强电荷与极高温度很有可能对人与建筑造成巨大的危害。一旦这种威力巨大的雷电落到了高温高压易燃易爆的油田联合站上，后果将不堪设想。无论是1989年黄岛油库特大雷击爆炸火灾事故，还是2011年史家镇油库遇雷击起火事件，都令人记忆犹新。2)防雷技术的当前形势近年来，随着计算机技术的不断发展，电子技术的应用已经逐渐渗透到生产生活的各个领域，油田联合站也开始使用工控计算机监控网络。由于计算机电子元件非常脆弱，无法承受雷击电磁脉冲的瞬时高压，很容易被电流击毁，影响联合站工作的正常开展，因此成为了继储油设备之后，防雷击的第二大重点保护对象。

2LNG储罐仪表系统的防雷接地分析与设计

2.1静电接地系统设计

LNG储罐的防静电设计主要依据的是《石油化工静电接地设计规范》SH/T 3097—2017中对储罐的防静电设计要求。对此储罐内罐壁与基础钢筋相连的支撑位置选取16处，用BVR-95mm2铜接地线与储罐外接地环网焊接相连，做静电接地点用，连接件采用热镀锌钢材，连接件可靠焊接在立柱上高出基础平面不低于450mm 的地方。储罐罐底选取16个点使用BVR-16mm2铜接地线使内边角保护板与内罐壁板做等电位连接；储罐顶部选取十六处，使用BVR-16mm2铜接地线内罐壁板与拱顶钢板进行等电位连接。混凝土框架及管架上的爬梯、电缆支架、栏杆等钢制构件，与接闪网或接地装置直接连接或通过其他接地连接件进行连接。设备保护接地用 6mm2铜接地线与平台钢结构连接接地。焊接处涂刷两道银白色防锈漆进行防腐处理。在罐底爬梯入口处设置一个静电释放棒，共 2 处，并在防爆电梯罐顶出口处也设置一个静电释放棒。静电释放棒就近接地。

2.2浪涌保护器

浪涌保护器是一种限制瞬态过电压和分走浪涌电流的器件。浪涌保护器并接在被保护设备的前端，在无浪涌出现时为高阻抗(即开路状态)，当出现浪涌时就在最短的时间内(纳秒级)迅速将雷电流泄放到地，从而保护了被保护设备。现场仪表浪涌保护器的形式包括装配式浪涌保护器、集成式浪涌保护器和通用式浪涌保护器3种。其中，集成式浪涌保护器由仪表厂家集成在仪表内部，性能和规格参差不齐，使用时应注意产品的技术规格是否满足设计要求。工程设计中一般选用装配式浪涌保护器及通用式浪涌保护器。国家标准《液化天然气接收站工程设计规范》GB51156中，要求液化天然气储罐罐顶仪表应设置浪涌保护器。行业标准《石油化工仪表系统防雷设计规范》SH/T3164中，列出了需要在现场端设置浪涌保护器的仪表类型。根据现行规范要求，针对LNG储罐上变送器、阀门定位器、电磁阀、火焰检测器、可燃气体检测器等现场仪表应设置浪涌保护器。根据现场仪表的安装方式、信号线制(两线制或三线制)、电气接口尺寸及电气接口数量，对应选择浪涌保护器的类型。针对有备用电气接口的仪表(如压力变送器等)，配置装配式(并联)浪涌保护器，将浪涌保护器安装在仪表的备用电气接口上，信号电缆通过单独的电气接口接入仪表内部;针对没有备用电气接口的仪表(如温度变送器等)，配置装配式(串联)浪涌保护器，将浪涌保护器安装在仪表的电气接口上，信号电缆通过与浪涌保护器共用的电气接口接入仪表内部。针对安装在接线箱内的仪表(如用于测量LNG储罐内部表面温度的分体式温度变送器)，配置通用式浪涌保护器，通过金属导轨与所保护的仪表安装在同一个接线箱内。接线箱内变送器的输出信号通过电缆接入浪涌保护器的输出端子，去控制室的信号电缆接入浪涌保护器的输入端子。

2.3石油储罐设备及管线的等电位连接

等电位连接是将储罐上的所有设备与大地可靠连接，造成一个等电位的统一体，给杂散电流形成一个连续的泄放通道，不致因断开点处静电电位差而产生电火花危害。储罐上的搅拌器、升降器、仪表管道、金属浮体等金属构件及阻火器帽、呼吸阀帽、量油孔盖、自动通气阀等活动金属附件，用1根横截面不小于10mm2镀锡软铜复绞线与罐体等电位连接并接地。在做等电位连接时应将镀锡软铜复绞线两端压接铜端子。不得用铁片、金属线等代替。压接端子过渡电阻小于0.03Ω。罐区内敷设的管道、构架当净距小于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。当管道、构架的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Ω时，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。金属储罐相接的电气、仪表配线应采用金属管屏蔽保护。配线金属管上下两端与罐壁应做电气连接。在重要的仪表上，应安装与设备耐压水平相适应的浪涌保护器。

2.4联合站电力系统防雷

电力系统，尤其是高压电系统，会产生一定的磁场，向来都比较容易引起电击。雷电发生的时候，雷电产生的电流会向着高压电系统产生的磁场方向而去，烧毁电路系统上的各种装置，甚至会引发开路或短路现象，引发火灾、造成爆炸。油田联合站多使用高压电系统，电路密集且较为复杂，在油气区域内也有使用，一旦被雷电击中，或由感应电流引起局部过热与电火花现象，就非常容易引起整条线路的火灾，进而发生连环爆炸。此外，联合站也存在部分低压电力系统，但其上多连接精密的仪器与自动控制的电子设备，一旦感应到雷电的磁场辐射，就很容易引发失灵与损毁，影响设备的正常运转。针对这种情况，联合站应当加强防雷管理。

结语

相较于常见的石油化工行业储罐，LNG储罐主要有以下几个特点：高度高、直径大、危险程度高，结构特殊。但国内规范对非金属大型LNG储罐防雷的介绍并不多，我国对于大型LNG储罐设计的经验还是相对欠缺，在LNG储罐防雷设计过程中需要LNG行业设计人员应该从防雷原理、防雷规范两方面进行研究，并在研究过程中参考国内外设计案例，不断总结设计经验，才能把LNG储罐的防雷设计做好。

参考文献

[1]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50057－2010 建筑物防雷设计规范[S].北京:中国计划出版社，2011.

[2]中华人民共和国工业和信息化部.SH/T 3097－2017 石油化工静电接地设计规范[S].北京:中国石化出版社，2018．

[3]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB50650-2011 石油化工装置防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2011 .