摘要：鋼結構裝置在石化行業被越來越多的采用。本文通過對此類建筑物的防雷特性進行分析，結合實際工程中積累的經驗，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個方面提出自己在鋼結構石化裝置防雷方面的見解。尤其在接閃和接地措施方面著重討論一些工程中的錯誤做法。
關鍵詞：鋼結構，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：TU391 文獻標識碼：A 文章編號：
1 引言
鋼結構是由鋼板、熱軋型鋼和冷加工成型的薄壁型鋼制造而成。鋼結構與普通鋼筋混凝土結構相比，具有勻質、高強、施工速度快、抗震性好和回收率高等優越性，鋼比磚石和砼的強度和彈性模量要高出很多倍，因此在荷載相同的條件下，鋼構件的質量輕。近年來，隨著我國鋼產量的不斷提高，鋼結構得以大規模的普及，特別是在石化生產領域得到廣泛應用，比較常見的就是鋼框架結構的石化裝置。
由于石化裝置的原料和產品都是易燃易爆的碳氫化合物，以及連續高溫、高壓的生產工藝和操作條件，如果不采取適當的防雷措施，一旦發生雷擊事故則后果不堪設想。下面就針對鋼結構石化裝置的特點對此類建筑物的防雷措施進行分析。按照石化裝置的性質，其大多屬于第二類防雷建筑物，個別特別重要和危險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行分析。
2 接閃
鋼結構石化裝置的接閃措施按其有無屋面可分為兩種情況：
2.1 有金屬屋面的鋼結構石化裝置接閃措施
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應滿足《建筑物防雷設計規范》(GB50057-2010)第5.2.7條規定。當金屬屋面采用單層鋼板時，其厚度不應小于4mm。發生雷擊時，厚度小于4mm的鋼板容易在雷擊點被熔化擊穿，高溫的熔化物滴落到石化裝置內部空間時極易引發火災或爆炸事故。實際施工中一般鋼結構廠房采用的0.5～1.0mm厚的單層彩鋼板不應當用作石化裝置的屋頂。
石化裝置應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，因為雷擊只會將上層金屬板熔化穿孔，不會擊到下層金屬板，而且上層金屬板的熔化物又會被下層金屬板阻隔。需要注意的是夾層物質必須選用高阻燃級別的材料。
如金屬屋面厚度和材料不符合要求，則需要在屋面敷設網格尺寸不大于10×10m的接閃帶進行保護，具體做法應該參考國家標準圖集《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造》(01J925-1)。在此需要指出，敷設接閃帶只能減少雷電擊中甚至擊穿屋頂的可能性，并不能從根本上杜絕屋面被擊穿的問題，而且實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，石化裝置的金屬屋面應采用鋼夾芯板。
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，采用搭接時的搭接長度至少要達到一個波峰或波谷，超過100mm則完全滿足規范的要求。而且規范注釋提到“薄的油漆保護層”不算是絕緣被覆層，可以認為彩色涂層鋼板無絕緣被覆層，而鍍鋅鋼板則更是電的良好導體。
2.2 無屋面的露天鋼框架石化裝置接閃措施
有些石化裝置對防水或環境條件無特殊要求，反而比較注重通風和散熱，采用露天設計，并不設屋頂。這種情況下鋼結構頂部的構架、梁等實際上就起了接閃器的作用。構架、梁的鋼材完全符合接閃器對材料及連接性能的要求。
此時建筑物的頂層的設備外殼、裝置外殼、管道等金屬物厚度不得小于4mm，且應就近與鋼結構等電位連接，等電位連接帶應盡量短且直，最小截面應不小于50mm2。
金屬外殼厚度小于4mm的設備或非金屬物需要單獨設置接閃器保護。
為防止閃電電涌侵入，與屋頂設備相連的電氣、信號線路須在設備端裝設I級試驗的SPD,沖擊電流應等于或大于12.5kA。SPD接地線也應當就近連接到鋼結構上。
3 引下線
鋼結構的主鋼架、次構件等在施工中已經作了可靠的連接，形成了持久的電氣通路，完全可以利用構筑物的結構鋼柱作引下線，不需要專設。作為引下線的鋼柱應沿構筑物四周均勻對稱布置，其間距沿周長計算不應大于18m。
引下線可不設斷接卡，但應在每根引下線上距地面不低于0.3m處設接地體連接板，連接板處宜有明顯標志和編號。可將石化廠區的共用大地網多點連接到連接板上。
每根引下線應在醒目位置懸掛警示標志，防止人員在雷雨天氣在引下線附近逗留。
4 接地裝置
利用建筑物的基礎鋼筋做自然接地體。鋼結構建筑物在基礎施工時需預埋地腳螺栓，加墊片后才能和鋼柱相連。土建施工時可用不小于φ10鋼筋或圓鋼將基礎鋼筋和接地螺栓可靠焊接，具體做法參見國家標準圖集《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。如果忽視了輕鋼結構建筑物接地裝置的特殊性，即基礎鋼筋和接地螺栓本身并沒有電氣連接這一事實，造成的后果則是整個建筑物沒有可靠的接地網。
另外，有些鋼結構建筑物不需要做基礎梁，這種情況下應用40×4鍍鋅扁鋼將建筑物外圍柱基礎鋼筋連接為閉合環路，并在建筑物內還應該按跨度設置均壓網格，不但降低接地電阻，還起到很好的降低跨步電壓，保護人身安全的效果。
5 等電位連接措施
鋼結構石化裝置的等電位連接措施應注意以下幾點：
1)應沿裝置每一層的內邊緣設置環形等電位連接干線，干線與接地裝置的連接不少于2處。接地干線截面積：銅質不小于50mm2，熱鍍鋅鋼質不小于80mm2。
2) 進出建筑物的各種管線及管道，采用全線埋地引入(出)，并應在其進入點與接地裝置進行等電位連接。
3)裝置內的設備、管道、構架等主要金屬物，應就近接到等電位連接干線上。
4)平行敷設的管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物,其凈距小于100mm時，應采用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30m;交叉凈距小于100mm時，其交叉處也應跨接。
5)長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處應用金屬線跨接。對有不少于 5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環境下，可不跨接。
6 防閃電電涌侵入措施
安裝適當的SPD可以截斷從電源線、信號線等途徑入侵的雷電過電壓浪涌。
6.1 電氣系統SPD
第一級SPD可選取通流量為80kA(8/20μs)的開關型或限壓型SPD，安裝在電源低壓(380/220V)出線側(變配電房)。
第二級SPD可選取通流量為40kA(8/20μs)的限壓型SPD，裝在各裝置進線總配電箱內和現場防爆動力配電箱中。
第三級SPD可選取通流量為20 kA(8/20μs)的限壓型SPD，裝在各建筑物內分配電箱或現場低壓動力設備前端中。
在中控室或機房內重要或敏感設備前端，可安裝第四級SPD。
SPD的電壓保護水平應小于被保護設備耐壓的80%。
6.2 電子系統SPD
信息系統(監控、消防、報警、廣播、計算機、通訊、電信等系統)、自動控制設備的信號線路兩端應安裝適配的信號SPD。
6.3 SPD安裝要求
SPD連接導線應平直，其長度不宜大于0.5m。當電壓開關型SPD至限壓型SPD之間的線路長度小于10m、限壓型SPD之間的線路長度小于5m時，在兩級SPD之間應加裝退耦裝置。當SPD具有能量自動配合功能時，SPD之間的線路長度不受限制。SPD的接地線應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 結束語
由于鋼結構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構裝設接閃帶或專設引下線是無意義且浪費的;而鋼結構石化裝置又異于一般鋼結構建筑物，如不注意金屬屋面的厚度或選型則會埋下重大安全隱患。鋼結構石化裝置的防雷設計應系統整體、有針對性地加以考慮，按照防雷規程整體地做好各項防雷要素的配合，才能更好地消除雷災隱患。
參考文獻：
[1] 建筑物防雷設計規范 (GB 50057-2010)
[2] 壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構造(01J925-1)
[3] 利用建筑物金屬體做防雷及接地裝置安裝(03D501-3)
[4] 王祥,鄭發正 編著.石油庫(站)防雷技術及案例剖析.北京:中國石化出版社,2004
