摘要：在提倡使用清洁能源、大力推进天然气产业发展的今天，雷电灾害已成为石油化工行业不容忽视的安全隐患之一，而我国雷电灾害风险评估工作相对国外则开展较晚，目前还没有专门针对石油化工行业的雷电灾害风险评估方法。为此，利用IEC62305《雷电灾害风险评估》中的评估方法，对福建LNG输气干线工程——莆田LNG分输站实地情况进行了勘查与防雷检测，据此对评估模型进行了简化，有效地选定了所有评估参数，经计算得出了雷电风险评估结论：LNG分输站雷电风险主要来自建(构)筑物防直击雷设施及工艺区内各管道、设备接地的施工质量问题，以及引入服务设施的雷电电磁脉冲问题。由此提出了相应的防雷整改措施一控制防雷施工质量，并采取屏蔽服务设施线路、合理布线、等电位联结以及在防雷分区交界处安装参数适配的浪涌保护器等。这样做可将LNG分输站雷电风险值控制在可承受风险值以下，将人身伤亡的风险值降低到规范要求可承受风险值以下。
关键词：LNG分输站；雷电；风险评估；评估模型；评估参数；风险值
据统计，全世界每年约有10亿次雷暴发生，每秒钟的地闪就有30～100次，平均每天发生闪电800×104次。雷暴天气带来的强降水、大风、强光、强电场、强电流、强声波、电磁脉冲辐射和无线电噪声等，会对人类社会产生巨大的危害[1]。我国雷电灾害风险评估这项工作相对国外开展较晚，缺少经验。因此需要在国际防雷风险评估研究的基础上，结合我国国情，参考我国相关行业的经验，大力开展雷电风险的工程评估和研究，尽快推行全面雷电风险评估，提升防雷工程的科学性，加强防雷工作管理。
1 LNG分输站概况
福建LNG输气干线工程莆田分输站位于福建省莆田市荔城区黄石镇和平村东侧700m、金山村西南侧400m处，厂区周围为菜地，地势平坦，场区南侧紧邻一条村级水泥公路。站场分区布置主要由办公区、工艺设备区、排污池和放空区组成，详见图1。办公区有综合楼1栋，其南面为停车场，东面大门口有门卫房及发、配电房；办公区北面为装置区，较为空旷，所有设备均露天设置，2台高大加热炉、管道、阀门、分析室小屋等遭直击雷电的几率较高，站内各种计量、调压工作状态等信息通过RS485上传至综合楼内站控系统；放空区有1根高度为12m的放空管；另外整个站场分布路灯及监控探头，均为高度近10m的金属矗立物，极易导致直接雷击。
2 LNG分输站雷电灾害风险评估
2.1 LNG分输站分区布置的简化处理
雷电灾害风险评估的关键是选择一个尽可能合适的评估方法[2]。目前，国内外现有的雷电灾害风险评估标准较少，雷电灾害风险评估模型存在定量化不足和缺乏选择性等缺陷，参数的选取大多以经验为主，可靠性和可操作性较差。由于国内目前没有专门针对石油化工行业的雷电灾害风险评估方法，因此，评估的关键是将LNG分输站内的分区布置情况进行适当简化，以适用于评估模型。
2.2 雷电损害的成因分析
通常，雷电损害的成因有以下5种：①直接雷电下的接触电压和跨步电压；②直接雷电引起的着火、爆炸、机械效应及化学效应；③直接雷电下设备上的过电压；④间接雷电下设备上的过电压；⑤间接雷电引起的着火、爆炸、机械效应和化学效应[3]。
2.3 针对人身伤亡的雷电风险评估参数选定
雷电风险评估参数的选定是雷电灾害风险评估最大的难点，因为每个参数选定的精确度将直接影响到最后的评估结果。表1～3列出了雷电灾害风险评估模型中所有涉及的参数，现将其中较难选定的部分参数处理过程进行描述。
2.3.1 LNG分输站的高度(H)
分输站内各分区建(构)筑物均高低不同，如装置区设备高度均为1～2m，变、配电房高度为5m左右，而加热炉高度则超过9m，但站内均匀分布着若干路灯及监控支架，其高度与综合楼高度相当，因此，可将整个LNG分输站高度简化处理为9.6m，详见表1。
2.3.2直接雷击致生物触电概率(PA)
由于LNG分输站内建(构)筑物均利用钢筋混凝土结构柱内钢筋作为防雷引下线，故缩减因子取1×10-2；站内所有建(构)筑物均利用人工接地体进行等电位连接且接地体为网格状，可以有效降低跨步电压引起的危害，故缩减因子取1×10-2。综上所述，PA=10-2×10-2=10-4，详见表1。
2.3.3外部防雷装置(PB)
经检测，LNG分输站内综合楼屋面存在避雷带有未形成闭合回路、引下线与避雷带焊接长度未达到规范要求等缺陷，因此认为外部防雷装置(LPS)的取值选定为2×10-1，详见表1。
2.3.4线路屏蔽及预防措施(PLD、KS3)
LNG分输站内电力设施由配电房引出低压配电线路至各区域，包括综合楼、工艺设备区及路灯处，均采用套钢管埋地敷设，但埋地钢管未在两端进行接地处理，未形成屏蔽层的作用，而线路在敷设过程中形成了大面积回路，因此PLD为1、KS3为1，详见表2、表3。同样，站内弱电线缆(从站控室引出至工艺设备区各设备的控制线路及消防报警线路)的外套钢管也未进行两端接地处理，取值与电力设施相同。
2.3.5高压电力电缆及电力设施高度(Hc)、系统耐受冲击电压(KS4)
LNG分输站电力系统由当地电业局敷设，将市电电源架空进线装于10kV电杆上引至LNG分输站内变、配电房，经带保护外壳干式变压器变压后向LNG分输站内设备供电。经检测，高压架空线电杆高度Hc为12m，详见表2，而经查询上述变压器参数资料，得出系统耐受冲击电压为75kV。因此KS4为0.02(1.5/75)，详见表2。
2.3.6相配合的浪涌保护器(SPD)保护(PSPD)
虽然强电系统安装了电源SPD，但安装的位置及数量并未完全符合规范要求。如综合楼向站控机房供电的UPS电源前端安装的SPD与安装在变、配电房1AA配电柜内的前级SPD参数相同，而进入综合楼的生活用配电回路未在防雷分区交界处安装任何SPD，因此综合考虑，强电PSPD，为0.1，详见表2。弱电系统未安装任何信号SPD，故此时PSPD为1，详见表2。
2.3.7引入LNG分输站的弱电线缆包括电视、电信及宽带线路
其中电视、电信线缆评估参数基本一致，而由于宽带以光纤形式引入，且在光纤转换器前端已将金属加强芯和铠装层可靠接地，故评估中忽略此项。
2.3.8 特殊伤害(hz)站内工艺设备区为爆炸危险环境
若天然气管道因雷击发生爆炸，天然气能量瞬间释放，将会对地形地貌造成机械损害，破坏土壤植被的完整性。大约一半的事故都伴随着天然气的燃烧，热辐射加重了机械损伤[4]。但天然气属于清洁能源，其燃烧后只会生成少量的水分及二氧化碳，所以，特殊伤害hz为20，详见表3。
2.4 公式计算
选定相关参数后，根据规范IEC60305中给定的公式，先后计算出建(构)筑物及引入设施截收面积(结果见表4)、预计年累计次数(结果见表5)、人身伤亡风险分量(结果见表6)等值(表4～6中方程引自本文参考文献[3])。
2.5 雷电风险评估结论
为了保障LNG分输站内人员的人身安全，必须保证人身伤亡风险小于LNG分输站能接受的风险值RT(10-5)。由上述计算结果可知，R大于RT，可见该LNG分输站防雷装置的安全性应进一步提高，以加强对站内人员的保护。
2.6 防雷装置整改措施及成效
分析表6可知，造成人身伤亡风险值过高的原因主要在于RB和RV。因此只需针对这两个参数采取相关措施：
1) 将所有强电、弱电线缆屏蔽层两端进行接地处理，在所有防雷分区交界处安装高效的(LPLⅠ级)SPD[5]，并注意前后能级配合。
2) 加强直击雷防护，对防雷装置不完善的地方一一整改，使达到LPSⅠ[6]级防护水平。
3) 工艺设备区分析室附近加装避雷针保护，并将分析室外壳及基座可靠接地。
实施上述防雷改进措施后，下列评估参数发生变化：
PB=0.02
Pc=PU=PV=0.01(电源与弱电均相同)
R=RA+RB+RU+RV=8.730×10-13+0.349×10-5+3.43×10-8+0.295×10-5+0.218×10-5
=0.862×10-5＜10-5
采取上述整改措施，有效地将因雷电引发的人身伤亡风险降低到可承受值以下，达到了评估规范所规定的要求。
3 结束语
利用雷电灾害风险评估可以对LNG分输站防雷工程的质量作出量化判断，从而更加理性、有针对性地去采取经济、实用、有效地防雷措施以达到保护人身安全的目的。由评估案例可见，控制LNG分输站场站内建(构)筑物防直击雷设施及工艺区内各管道、设备接地的施工质量，并采取屏蔽服务设施线路、合理布线、等电位联结以及在防雷分区交界处安装参数适配的SPD等措施，是将LNG分输站雷电风险值控制在可承受风险值以下最行之有效的方法。目前石油化工行业大量使用工业计算机控制系统，导致设备抗干扰、耐冲击能力显著下降，而上述技术措施正是解决该问题的有效途径。
参考文献
[1] 潘旭海，华敏，蒋军成.环境条件对LNG泄漏扩散影响的模拟研究[J].天然气工业，2009，29(1)：117-119.
[2] 马民书.风险论[M].北京：军事出版社，2000：10-20.
[3] 国家质量监督检验检疫总局.GB/T 21714.2—2008/IEC 62305—2:2006雷电防护 第2部分：风险管理[S].北京：中国标准出版社，2008.
[4] 赵永涛.俄罗斯油气管道运营状况及事故统计分析[J].化工安全与环境，2005，27：10-12.
[5] 杨仲江，卢燕.热电厂雷电灾害风险评估探讨与实践[J].气象科技，2007，35(1)：79-84.
[6] 杨仲江.防雷工程检测审核与验收[M].北京：气象出版社，2005.
(本文作者：孙蔡亮1 宋木泉2 康国山1 1.福建省莆田市气象局；2.福建省泉州市气象局)
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