石油天然气井站防雷设施分析和探讨
发布时间：2011-09-30 共1页
摘要：石油天然气井站是天然气开采不可缺少的生产场地，这些井站绝大部分地理位置都处于海拔高度300～600米的山区丘陵地带。随着科学技术的不断发展，井站自动化、高科技设备设施越来越多，为了井站这些设备、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，同时对各类设备还作了人工接地等防雷措施。特别是近两年天然气开采行业，对井站防雷设施要求越来越高，花去大量人力和物力，将大量资金投入到井站防雷改造工作上，少的几十万元，多的上百万元，已逐步地将原来井站安装的自制独立式避雷针改造成铁塔优化式避雷针。
现在井站安装的这些避雷设施, 到底起没起到避雷作用？还存在什么问题？还需不需要投入这么多的资金去搞重复防雷？这是天然气开采中的一项重大技术课题。现本文针对这一课题同时根据天然气井站雷击发生的实际情况，提出了几点看法，并进行了相应的分析和探讨。
主题词：天然气 井站 防雷设施 分析
一、 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Φ150×10m或Φ190×12m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10Ω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10Ω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
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。
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
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人身、设备安全。
5、天然气井站的水、电、讯设备、设施、电气仪表等，应安装浪涌避雷器和设备接地，接地电阻值必须符合各类设备接地要求，且不能与采输工艺设备、强电设施接地相连，防止感应雷和雷电波浸入，损坏电气仪表，减少雷电灾害的损失。
6、优化避雷针安装时应严格按照说明书要求进行安装，安装完毕后，每年雷雨季节前按照下列内容进行检查：1）各连接部位的连接应可靠，不允许松动。2）检查从接闪器至底座的阻抗链总阻值。应≦5Ω。3）优化避雷针的引下线接地应良好，接地电阻值不大于10Ω。
现在井站安装的这些避雷设施, 到底起没起到避雷作用？还存在什么问题？还需不需要投入这么多的资金去搞重复防雷？这是天然气开采中的一项重大技术课题。现本文针对这一课题同时根据天然气井站雷击发生的实际情况，提出了几点看法，并进行了相应的分析和探讨。
主题词：天然气 井站 防雷设施 分析
一、 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Φ150×10m或Φ190×12m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10Ω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10Ω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
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。
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
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人身、设备安全。
5、天然气井站的水、电、讯设备、设施、电气仪表等，应安装浪涌避雷器和设备接地，接地电阻值必须符合各类设备接地要求，且不能与采输工艺设备、强电设施接地相连，防止感应雷和雷电波浸入，损坏电气仪表，减少雷电灾害的损失。
6、优化避雷针安装时应严格按照说明书要求进行安装，安装完毕后，每年雷雨季节前按照下列内容进行检查：1）各连接部位的连接应可靠，不允许松动。2）检查从接闪器至底座的阻抗链总阻值。应≦5Ω。3）优化避雷针的引下线接地应良好，接地电阻值不大于10Ω。
