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LNG加气站防雷技术分析

2021-08-21 08:49:42
以下内容来源:《科学与技术》2020年第8期,信息转载,仅供参考!


摘要:在经济高速发展的时代,汽车成为当今不可缺少的交通工具,雾霆天气出现、尾气排放的增加也给人类生存带来了重大危害,改善城市空气质量,落实节能减排国策是重中之重 。天然气是一种优质、高效、清洁、方便的能源,发展天然气工业对于优化能源结构,保护生态环境,提高人民生活质量,促进国民经济和社会可持续发展,具有十分重要的意义。近年来,汽车行业得以迅速发展,相应的汽车加气站也随之发展,LNG汽车加气站是否能够安全运营,关键在于是否能够抵抗各项外界因素影响,雷击作为一种常见的自然灾害,对LNG汽车加气站的安全运营具有不良影响,因此,有必要重视起LNG汽车加气站防雷接地设计。

关键词:LNG加气站;管道风险分析

由于LNG体积小,密度大,储气瓶质量轻,小汽车充气一次可行驶300-800km,对汽车运行具有积极作用,深受很多驾驶员的喜爱。同时还可以像油品一样对其进行运输,具有压缩天然气、液化石油气的优点,还可以克服它们质量大,占用空间大,运输困难的缺陷,在实际工作中使用具有更为显著的优势和特点。由于LNG具有显著优点,同时还有利于保护环境,因而其应用也越来越广泛,LNG加气站的建设数量也在不断增多。


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LNG汽车加气站防雷接地设计分析
1.1建筑物直击雷防护

根据我国《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010、《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012当中相关规定,LNG汽车加气站当中加气区与加注区等生产区域作为爆炸危险二级区域环境,在具体的设计过程中,则需要按照第二类防雷建筑物设计。对于LNG汽车加气站当中的一些辅助房,作为正常环境,在具体的防雷接地设计时,可以按照第三类防雷建筑物设计。

1.1.1接闪器。一是:鉴于LNG卧式储罐、CNG储气瓶组等壁厚远远超过4毫米,便可以不设置接闪杆,主要是利用设备本体做接闪器。针对LNG高压气化器壁厚没有超过4毫米,则需要单独设置高10米的独立接闪杆,并且需要将其做好接闪保护工作。除此之外,独立接闪杆支柱与接地装置需要与低下管道或者是金属物,均需要保持一定的距离,避免周边物受到影响。关于独立接闪杆的设置,必须保证常年实测接地电小于10Ω。另外,储罐区一侧的阻火器并不需要设置接闪器,但是需要做接地处理。二是:加气区。加气区的构成CNG加气机、CNG加气柱。罩棚屋面均需要通过接闪网做接闪器。三是:站房。站房作为加气站生产辅助设施,主要有站房便利店、综合办公室、控制室、配电室等。通常情况下,站房屋面需要同加气区做同样的防雷处理。四是:路灯利用其金属灯罩作接闪器。

1.1.2引下线。加气棚、加气亭的防雷设计,主要是借助引下线方式,进行防雷接地设计,通常情况下,需要在对角设置主钢筋作为引下线,并且需要在距离地面0.8米设断接卡子,其主要用于测量接地电阻。除此之外,罩棚钢结构、砼柱与接地网需要确保电气通路的正常。在站房设计引下线,通常会在外围结构的结构柱设为引下线,其主要目的在于减低进入室内空间的磁场强度,同时在减低分流系数方面具有重要作用。

1.1.3接地装置。除了上述的独立接闪杆以及接引下线之外,加气站内所有接地系统等均需要设置必要的接地装置,例如防雷接地、电气系统工作接地、保护接地等,但是需要引起注意的是接地电阻,均不能超过4Ω。除此之外,LNG汽车加气站当中的全部电气设备金属外壳均需要做接地处理。然而路灯、高大招牌等孤立物体,还需要设置独立接地装置,通常情况下,接地电阻不超过10Ω。

1.2防雷电波侵入设计

LNG汽车加气站防雷电波侵入设计,主要包括三个方面的内容,接下来,对其加以具体说明。

1.2.1电缆、金属线槽和管道接地。鉴于LNG汽车加气站所采用的低压配电系统为TN-S接地系统,因此,在具体的设计当中,有必要在低压电源引入处,设置总等电位连接板MEB,其主要目的在于保护总体结构。针对低压配电线路、室外信号传输线全线等,主要是在金属铠装电缆或护套处理之后,将其埋地敷设,并且需要讲电缆穿线钢管以及金属同等电位相连接。另外,在爆炸危险区域内的输气管道及其组成件,均可以采用法兰连接。值得注意的是在一些腐蚀地区并不能采用法兰连接。同时还需要引起注意的是管道交叉点距离低于10厘米时,交叉点的跨接,需要应用金属线。

1.2.2安装电涌保护器。一是电源系统,在供配电系统的电源端安装电涌保护器。二是信息系统。加气站信息系统的配线路首、末端均需要设置电压相符的电涌保护器。除此之外,对于一些其他的电力设备,也均需要设置电压相符的电涌保护器。

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LNG加气站管道的危险性分析


LNG液相管道为低温深冷管道,采用绝热材料绝热,但当保温失效时,液相管道压力剧增,此时安全阀自动开启,可以降低管道内的压力,除此之外,还可能产生如下情况:

2.1液击现象与管道振动。LNG的输送管道中,由于加气车辆的随机性,泵反复启停,液相管道内的液体流速发生突然变化,有时是十分激烈的变化,液体流速的变化使液体的动量改变,造成管道内压力的变化有时是很大的,突然升压严重时可使管道爆裂,迅速降压形成的管内负压可能使管子失稳,导致管道振动。

2.2管道中的两相流与管道振动。LNG的液相管道中,管内液体在流动的同时,由于吸热、磨擦及泵内加压等原因,势必有部分液体要气化为气体(尽管气体的量很小),液体同时因受热而体积膨胀,这种有相变的两相流因流体的体积发生突然的变化,流体的流型和流动状态也受到扰动,管子内的压力可能增大,这种情况可能激发管道振动。当气化后的气体在管道中以气泡的形式存在时,形成两相流;当气体流速增大时,气泡随之增大,其截面可增至接近管径,这两种流型都有可能激发管道振动,尤其是在流经弯头时振动更为剧烈。

2.3管道中蒸发气体不稳定。LNG储罐连接的液相管道中的液体可能受热而产生蒸发气体,当气体量小时压力较小,不能及时的上升到液面,随着受热不断增加,蒸发气体增大时,气体压力增大克服储罐中的静压(即液柱和顶部蒸发气体压力之和)时,气体会突然喷发,喷发时将管路中的液体也推向储罐内,管道中气体、液体与储罐中的液体进行热交换,储罐中液面发生闪蒸现象。

2.4储罐液位超限。LNG储罐在生产过程中要防止液位超限,进液超限可能使多余液体从溢满阀流出来,出液超限会使泵抽空,并且下次充装前要重新预冷。此种情况下,监测报警系统会启动,并连锁关闭阀门,避免事故发生。

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结语

综上所述,LNG汽车加气站的运行环境通常处于雷电高风险环境下,为确保LNG汽车加气站安全运营,就需要在设计阶段,注重防雷接地设计,本文主要从两个方面入手论述了如何实现防雷接地设计,希望本文的论述能够为同行工作提供一些参考文献。

参考文献:

[1]潘艳威.LNG加气站保冷材料选择与施工关键技术研究[J].中小企业管理与科技(上旬刊),201801
[2]金柏正,李智强,陆叶强.加快LNG客车发展势在必行[J].运输经理世界,201307
[3]李忠仕.加快发展LNG产业江北公司助力新能源汽车[J].时代汽车,201402
[4]《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010
[5]《汽车加油加气站设计与施工规范》GB50156-2012


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