天然气管道仪表自动化系统防雷击施工技术

引言

随着城市化的快速发展，天然气管道沿线的仪表也逐渐实现了自动化和智能化，并且被普遍应用。由于天然气管道涉及的地区较广，途径的地势条件比较复杂，因此其分布在开阔地带、高处或空旷区域中，其容易遭受雷击等风险，一旦系统设备遭到雷击之后，将会影响整个系统的正常运作，甚至还会发生失灵等情况，从而造成严重的损失和影响。由此可见，在天然气管道沿线中，做好防雷击的施工技术不容小觑，本文就天然气管道沿的防雷击技术展开论述，希望能够给各位从事天然气管道施工的同仁提供参考。

1 天然气管道仪表自动化系统防雷的重要性

1.1 保障系统稳定运行

在天然气管道沿线项目中，采用仪表自动化系统实现了信息采集、传送及远方控制等功能，若电子设备被雷击损坏，则将使采集站失去信息采集功能，丢失监控源，无法采集和上传信息给后台，无法下发命令，导致整个系统瘫痪。而有效的防雷保护措施，可以降低设备故障的概率，保证系统正常运行，从而获得连续可靠的监视数据及遥控命令，进而保障天然气运输渠道畅通、安全可靠。

1.2 降低安全事故风险

当系统设备遭受雷击后，系统设备出现阀门误动或压缩机异常停机的风险，造成管道内压力失衡，产生泄露风险，一旦遇到明火则将会发生爆炸、着火等危险事故。做好防雷措施可以杜绝因设备失灵而导致的误操作现象发生，从技术层面筑起安全底线，保证管道线人员及周边的安全。

1.3 减少经济损失

当系统设备遭到雷击后会对设备造成巨大的破坏，并且需要消耗大量的维修和更换资金，甚至还会导致在系统停运期间无法给下游用户的供气问题，耽误他们的正常使用燃气。由于不能正常生产而产生成链式损失，例如系统停运需要管道抢修，要花费相当大的金钱成本，另外还要处理一些环境污染事宜等。因此做好防雷保护工作有利于降低各种损失，提高天然气管道运营经济效益。

2 天然气管道仪表自动化系统常见雷击危害形式

2.1 直接雷击危害

直接雷击的定义是指雷直击于仪表自动化系统设备，如天线、杆塔、避雷针及其它通信线路及电力线路上，电能以极高的电压、极大的电流释放出来，使被击物温度骤升，造成设备毁坏或变形、炸裂以及火灾。露天布置的压力变送器、流量计等仪表设备，易发生直击雷，一旦直击雷发生，仪表全部损毁[1]。

2.2 感应雷击危害

感应雷击又称二次雷击，是因为雷电放电时产生的强大电磁场在附近的导体上感应出高电压而造成的危害。感应雷击虽然没有直接击的能量大，但发生的概率高，影响范围广。它可以通过电源线、信号线等传导至仪表自动化系统的各个设备，造成设备绝缘击穿、电路损坏等故障，是导致系统痪的主要击形式之一。

2.3 雷电波侵入危害

雷电波侵入主要是指雷电在架空线路、电缆线路等上产生较大的电压冲击波，且沿着线路进入仪表自动化系统的设备内部对设备造成破坏。因天然气管道仪表自动化系统内的电源线、信号线经常要做很长距离的敷设，部分线缆需要架设于户外，所以很容易遭受雷电波侵入。当电波沿线路传导到设备端子处时，在设备端子处会产生过电压损坏设备接口电路或电源模块等元件。

3 天然气管道仪表自动化系统防雷击施工关键技术

3.1 接闪器安装技术

接闪器是用来直接接受雷击的设备，是用来引雷，防止雷电直接击中仪表自动化系统的设备。在天然气管道仪表自动化系统防雷击施工中，常用的接闪器是避针和避带。避雷针需要高出所有的被保护对象才能发挥作用，它所獲盖的范围物体才有可能被保护，同时它也要朝天接地，即其针尖要对着天空，针头下方通过引下线连到埋于地下的接地装置上。避雷带是为了保护户外机柜、控制台等，一般情况下会采用把避雷带沿机柜、控制台等周围边沿埋设成闭合的环，然后用引下线与接地装置连接的方法达到目的。在安装接闪器过程中，应根据被保护设备的数量与高度，确定其保护范围，使之对被保护设备起到遮挡作用[2]。

3.2 接地系统施工技术

接地系统是防雷击保护体系的重要组成部分，其作用是将雷电电流安全导入大地，降低接地电阻，避免高电压反击。天然气管道仪表自动化系统的接地系统包括工作接地、保护接地和防雷接地，在实际的施工过程中，应采用联合接地的方式，将三种接地共用一个接地体，以减少接地电阻和相互干扰。选择合适的接地体及埋设位置，使接地装置有一定的散流能力，是保证接地工程有效性的关键步骤。接地体一般可采用镀锌角钢、镀锌钢管或铜棒等，可根据土壤电阻率的情况，选择接地体长度和数量，采用合适的形式布置接地体。当土壤电阻率较高时，可采取换土、加降阻剂等措施来降低接地电阻，以达到接地电阻值满足设计要求。选截面较大的铜缆或扁钢做接地线，接地点的连接应采用焊接或压接方法，保证接触良好连接牢靠。此外接地线要尽可能短直、少弯折、少拐弯，以减小接地电阻，接地体及接地线器可以采用防腐措施，如涂防腐漆、热镀锌等。

3.3 过电压保护装置安装技术

在进行过电压保护装置安装过程中，保护装置一般用于限制侵入仪表自动化系统的过电压，保护设备免受感应击和雷电波侵入的危害。常用的过电压保护装置有避雷器、浪涌保护器(SPD)等，其会根据不同的线路和设备类型选择合适的保护装置。在电源线路上，应在配电箱、配电柜等位置安装电源浪涌保护器，分级抑制雷电过电压。第一级浪涌保护器安装在进线处，用于抑制大幅度的过电压；第二级安装在分配电箱处，进一步抑制过电压；第三级安装在设备电源输入端，提供精细保护。在信号线上，如通迅线、信号线等处需装信号浪涌保护器。在选择信号浪涌保护器时要根据信号种类、传输速率、工作电压等因素来确定，保证不影响信号正常的传输，且可以有效地抑制电压，在安装过程中浪涌保护器应串接或并接在线路上，安装连接可靠，接地点可靠[3]。

3.4 屏蔽与布线技术

管道沿线的屏蔽技术能够有效减少电磁脉冲对仪表自动化系统的干扰，布线技术则可以降低雷电波侵入的概率。在防雷击施工中，应采取合理的屏蔽和布线措施。对于仪表设备、控制柜、机柜等，应采用金属外壳进行屏蔽，金属外壳应与接地系统可靠连接，形成等电位屏蔽体，阻挡外界电磁脉冲的侵入。对于线路敷设，电源线和信号线应采用屏蔽电缆，屏蔽层应单端或两端接地。线路应尽量埋地敷设，避免架空敷设，若必须架空敷设，应采用金属管或金居槽进行屏蔽保护，并将金居管或金居接地。在布线时，电源线和信号线应分开敷设，且采取平行铺设的方式，在拐弯时必须园弧过渡，不能直角转弯，避免线路上产生过多的电磁反射、吸收及信号相互耦合引起干扰。当线路靠近接地体、接闪器等防雷装置敷设时要距离适当，避免引起感应过电压。

4 结语

天然气管道仪表自动化系统的防雷击施工技术能更好地保证系统安全稳定的运行，利用接闪器安装、接地系统施工、过电压保护装置安装、屏蔽及布线等关键技术来构建完善的防雷保护系统，可以起到降低雷击危害的效果。在进行施工的过程中要更加注重施工质量，保证防雷系统能够满足设计要求。

参考文献：

[1]牛坤,陈锦程,白任彦.长输管道自动化仪表系统的防雷措施探讨[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2016,(09):161-163.

[2]张宁,刘存川,包战宗,等.工业自动化仪表控制系统的防雷保护措施[J].云南化工,2018,45(04):242.

[3]刘锐利,薛晓渝.化工装置自动化仪表系统防雷的探讨[J].电子元器件与信息技术,2022,6(08):65-68.