雷电是一种常见的大气放电现象。由于雷电释放的能量相当大,它所产生的强大电流、灼热的高 温、猛烈的冲击波、剧变的静电场和强烈的电磁辐 射等物理效应给人们带来了多种危害。目前全国已 建成的天然气长输管道横贯东西南北,沿线场站、 阀室密布,管线所经地域地理位置差异巨大,有的 地方雷雨频繁,很容易受到雷电的影响。一旦遭受 雷电袭击,损失难以估量,后果难以想象。所以, 做好天然气场站、沿线阀室和阴保间的防雷电,须 臾不可小视。
1 雷电对天然气场站的影响
1. 1 雷电对仪表控制系统的影响
雷电从形式上可分为直接雷击与感应雷击两种, 对仪表控制系统可能产生的危害分为下列几种。
1) 直接雷击。雷电直接击中现场仪表设备或与 之连接的管路,通常会损坏仪表的传感器模件并且 可能损坏变送器的控制主板。雷电流在沿仪表支架 流入大地的过程中,产生强大的感应磁场,能通过 信号传输线路耦合到控制室设备,损坏控制设备。
2) 感应雷击。一种是静电感应。当雷云来临 时,地面物体尤其是导体聚积大量电荷产生放电, 放电电流若进入现场仪表和用电设备,将造成设备损坏。另一种是电磁脉冲辐射。雷电流在其通道周围的空间产生电磁场,向外辐射电磁波,耦合到控 制室的控制设备以及各类金属导体上,产生感应电 动势或感生电流,将造成设备故障或损坏,甚至使 控制系统失灵。
3) 雷电过电压侵入。直接雷击或雷电感应都可 能使导线或金属管道产生过电压,过电压沿各种金 属管道、电缆槽、电缆线路就可能将高电位引入仪 表控制系统造成干扰甚至损坏。
4) 反击。防雷装置接闪时,强大的瞬间雷电流 通过引下线流入接地装置,由于大地电阻的存在, 雷电电荷不可能快速向大地泄放,因而会引起局部 地电位上升(可能成百上千伏),如果仪表控制系统 的接地体与该点没有足够安全距离,它们之间就会 产生放电,造成反击电流,可直接击穿在用电器的 绝缘部分,对控制系统产生干扰乃至破坏。
1. 2 雷电对管道的影响
场站工艺管道的地面部分及跨越管道,相对于 整个埋地管道而言都是优良的接闪器。当管道附近 上空即将产生雷电时,其下方大面积的地面形成一个静电场,埋地管道也同大地一样表面感应出相反 的电荷,当电荷积累到一定程度而又具备了放电条件时,会出现一次强烈的放电过程。此时,云地电荷迅速消失,地电荷变为零。但是,由于 PE三层优良的绝缘性能,管道感应电荷的泄放速度很慢,一旦发生管道的局部放电,其他部位的感应电荷也将随之对地消散,于是在管道内形成一股强大的电流。对于绝缘层电阻较低的管道,电流会通过绝缘 层的漏点大量消散,不会产生大的破坏力;而对于 绝缘层性能很好的管道,当这种浪涌不能通过绝缘 层本身的漏点快速泄放入地时,管道上绝缘或接触 不良的部位就产生高电压,引起二次放电,这就是 输气管道设备、设施遭受雷电破坏的主要原因。金 属管道本身是一个良导体,很容易成为较大的直击 雷电的泄放通道而发生雷击现象。
此外,管道阴极保护设备、防蚀电源也经常遭 受雷电的袭击,受损的组件主要为放电管、电容、 集成电路、保险丝等。最严重的可以将设备的主板 烧毁。阴极保护设备通过阴极电缆和零位接阴电缆 与管道直接连通,是管道上直击雷和感应雷所产生 的雷电电流最方便和直接的泄放通道,如果雷电击 中设备就会很容易对管道造成危害。