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摘要：随着城市化进程的加速,越来越多的高楼大厦拔地而起,高层建筑（构）物的增加,要求燃气管道安装技术要求也越来越高，根据燃气管道的特点，防雷问题也日趋严峻，本文针对燃气管道的雷电危害方式进行了分析，并提出了相应的防雷技术措施。
关键词：燃气管道 防雷接地
东莞市属亚热带季风气候，长夏无冬，日照充足，雨量充沛，温差振幅小，季风明显。从历史上看，东莞出现雷电最频繁的月份是6、7、8月，以8月为最高。我市雷电时间长，从每年的2月一直持续到10月，年平均雷电日数为85.14天。气象记录显示雷击事故平均每年已接近数10例，造成较大的经济损失及人员伤亡。
目前，东莞范围内燃气管道壁厚都达到不少于4mmm, 管道的气体都是天然气体，天然气体是一种易燃易爆气体。雷电对安装在建筑物外墙及天面的燃气管道的威胁是显而易见的。
近年来，受消防及其他因素限制，燃气管道通常沿建筑物外部安装至屋面，然后进入室内。这种现象的增加，使得燃气管道的防雷安全显得尤为重要。下面就雷电对燃气管道的防雷要求及危害方式进行详细分析，提出相应的防护措施。
1燃气管道防雷要求
《建筑物防雷設计规范》GB50057-94第3.2.3条第二款规定:架空金属管道,在进出建筑物处,应与防雷电感应的接地装置相连;埋地或地沟内的金属管道,在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。第3.2.４条第七款规定:①当建筑物高于30m时,尚应采取以下防侧击雷的措施:从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连。② 30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。第3.3.9条第四款规定:架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连。第3.3.10条第四款规定:竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。第3.4.9条第三款规定:进出建筑物的架空金属管道,在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独自接地,其冲击接地电阻不宜大于30Ω。第3.4.10条规定高度超过60m的建筑物，其防侧击和等电位的保护措施应符合本规范第3.3.10条一、二、四款的规定，并应将60m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。《城镇燃气设计规范》GB50028-2006第10.8.5条规定:进出建筑物的燃气管道的进出口处、室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃气设备等处均应有防雷、防静电接地设施。
2 燃气管道的雷电危害方式
2.1 直击雷危害
对于架空或埋地的燃气管道遭受直接雷电袭击，闪电中的电压高达几万伏乃至十亿伏，及易导致管道被击穿所引起的危害，同时产生的机械效应或热效应，使燃气产生燃烧或爆炸伤人的事故。
2.2 感应雷危害
雷云在起电、移动和先导放电的过程中，对燃气管道产生静电感应，使之产生异号静电位，一旦雷云对地放电管道中的束缚电荷成为自由电荷，以冲击波的形式对称地向管道两端移动，电荷移动所形成的电流为雷电感应电压。
雷电闪击时，将在空间产生强大瞬变电磁场，处于临近的管道、燃气设备及燃气器具作切割磁力线运动，如图1 所示：
图1 防雷装置附近开口环路感应电压示意图
矩形开口环路上（即在电气接触不良和开口处）将以互感偶合形式在闭合环路开
口处ab 间产生如下式的瞬态冲击过电压：
E = −M
M 为互感系数，其值为M= ⋅ l ln
则E=0.2×⋅ l ⋅ ln ⋅
式中μ0为空气导磁率，μ0 = 4π× (H /m)。
将D=500m，l =10m，di=104kA，dt=2.5μs 代入即得E=1.6kV。可见，当导体环路有接触不良情况哪怕仅有1mm 间隙时，也会产生电火花而引爆可燃气体。因此，必须作好等电位技术处理。
2.3 雷电波侵入危害
雷电波侵入是指直击雷或感应雷沿燃气管道等金属的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的雷击事故。这种事故的发生率很高，而且往往事故又严重。
综上所述，燃气管道的雷电危害方式主要有以上三种，无论直击雷还是雷电波侵入，其危害都远远大于雷电静电感应。而雷电静电感应可导致1mm 间隙产生电火花引爆可燃气体，因此对直击雷与雷电波侵入的危害可想而知。
3 燃气管道的雷电防护技术
燃气管道的供气通常有以下两种方法：一种是埋地引入建筑物（通常是低层建筑物）内，沿管道井或穿越楼梯间至室内用户的燃气设备或燃气器具；另一种是燃气管道埋地引至建筑物附近后，沿建筑物（通常是高层建筑物）的外墙敷设直至屋顶，然后进入燃气设备房或燃气用户。对第一种方法采取相应的防雷措施这里不再分析；采用第二种方法的原因：一是根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）第5.2.4 条“输送可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道，严禁穿过防火墙。其它管道不宜穿过防火墙，当必须穿过时，应采用不燃烧材料将其周围的空隙填塞密实”、第6.2.5.2 条“楼梯间及防烟楼梯间前室内不应敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道，并不应有影响疏散的突出物”及第6.2.5.3 条“居住建筑内的煤气管道不应穿过楼梯间，当必须水平穿过时，应穿套管保护”规定，建设单位和燃气供气公司对高层建筑物的燃气管道采取沿建筑物或构筑物
的外墙敷设直至屋顶，然后进入燃气设备房或燃气用户。二是燃气供气公司为安装的简捷方便，无论高层还是低层均采取这种方式。针对这种情况，根据现行国家标准《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)和《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)，结合东莞市的特殊气候背景、雷电参数等实际情况，我们必须采取相应的防直击雷、防雷电静电感应和雷电波侵入措施。
3.1 直击雷（或侧击雷）防护技术
燃气管道沿建筑物或构筑物的外墙铺设直至屋顶，其中沿外墙上的部分为防止雷电侧击的危害，应将室外燃气管道与建筑物的均压环连接，一类防雷建筑物均压环高度为30米，二类防雷建筑物均压环高度为为45米，三类防雷建筑物均压环高度为为60米，以便燃气管道对雷电流达到快速散流的目的。
对屋面上铺设的燃气管道，为了避免雷电直接击在燃气管道，因此，燃气管道不应跨越建筑物女儿墙（由于燃气管道不在建筑物防雷设施的保护范围之内），应从建筑物女儿墙底部进入室内。燃气管道与屋顶避雷网采用规格为φ8镀锌圆钢或-25×4扁钢以上材料就近相连,连接点不小于二处,每隔25m连接一处，法兰、阀门及附件均用BVR-6mm2铜芯软线跨接,跨接电阻不大于0.03Ω,屋顶调压箱与燃气管道或避雷网相连。如燃气管与防雷网相交净距小于l00mm时也应连接。屋面的燃气管及放散管尽量远离建筑物雷击率最高的部位,即屋角、檐角、女儿墙的上方、屋脊等,一般不少于3m。因特殊情况燃气管道设置于屋顶防雷保护范围之外的,燃气管道被动地变成了接闪器,燃气管道应增加壁厚,且不小于4mm,并加强与屋顶避雷网连接的可靠性。燃气管与防雷装置的连接应采有搭接焊接，且搭接长度为单面焊不小于12d,双面焊为6d。同时燃气管道底端应与建筑物基础钢筋作可靠连接。
3.2 雷电波侵入防护技术
雷击燃气管道或雷电感应电流的雷电波侵入的防护，应在燃气管道进入室内处作好绝缘技术处理，即在燃气管道入户处应插入绝缘段以与户外埋地的燃气管道隔离或在法兰盘处插入绝缘段处理（如图2、图3）。
图2 法兰盘绝缘处理
图3 管道加入绝缘段处理
3.3 雷电静电感应防护技术
管道无论安装在建筑物内还是建筑物外，都要保证与相邻管线和设备有一定的安全距离，因为雷电感应会影响相邻管线的安全；架空的管道与其他管线交叉时，也应保证一定的垂直净距。管道与其他管线同沟敷设时，必须保持安全距离。沿建筑物外墙敷设的管道距门窗的净距为：中压管道不应小于0．5m，低压管道不应小于0．3m。考虑到管道在环境温度下的极限变形和静电防护，当管道与其他管线一起敷设时，应敷设在其他管线的外侧。
当管道绝缘连接时，由于室内管道的静电无法消除，极易产生火花引起事故，因此必须接地。在管道的绝缘处理中，绝缘段前端的管道应与建筑物外部的防雷结构钢筋做等电位技术处理，绝缘段后端进入室内的管道应与建筑物内部的防雷结构钢筋作等电位技术处理，确保管道上可能感应的雷电流经内部结构钢筋散流。
如果管道的法兰盘、阀门接头之间生锈腐蚀或接触不良，即使在电流幅值相当低的情况下，法兰盘间也能产生火花。因此，对室内燃气设备及燃具应做防雷电感应接地，对燃气仪表应跨接，做好等电位技术处理。对于可能遭受雷电静电感应的管道，每隔25m应设防雷电感应接地，接地电阻不应大于10Ω；在管道的分支处，应设防静电接地，接地电阻不应大于30Ω。
4 結论
（1）室外沿外墙铺设的燃气管道应与建筑物的底端基础钢筋、均压制环、顶端防雷装置连接，从建筑物女儿墙底部进入室内；在燃气管道的绝缘处理中，绝缘段前端的燃气管道应通过放电间隙与绝缘段后端的燃气管道（或总等电位连接带）做等电位连接；室内燃气设备及燃气器具应做防雷电感应接地；对于燃气仪表等应跨接，做好等电位技术处理。屋面上的燃气管道应尽量在防雷装置保护范围之内；燃气管道作为接闪器时尽量远离建筑物雷击率最高的部位；同时应就近与防雷装置相连,连接点不小于二处,每隔25m连接一次。
（2）燃气供气公司应采取积极有效措施，对燃气管道及设施采取相应的防雷措施和维护措施。对燃气管道防雷方案送防雷主管部门审查，并接受其监督检查。
(3)考虑到目前许多燃气管道施工的延后性，燃气管道施工方应尽早与防雷施工方协商预留接地点提供燃气管道接地。
参考文献：
[1] 建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000 年版) .北京：中国计划出版社，2000年
[2] 建筑物防雷检测规范GB/T51431-2008
[3] 城镇燃气设计规范.GB50028-2006
[4]《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）
关键词：燃气管道 防雷接地
东莞市属亚热带季风气候，长夏无冬，日照充足，雨量充沛，温差振幅小，季风明显。从历史上看，东莞出现雷电最频繁的月份是6、7、8月，以8月为最高。我市雷电时间长，从每年的2月一直持续到10月，年平均雷电日数为85.14天。气象记录显示雷击事故平均每年已接近数10例，造成较大的经济损失及人员伤亡。
目前，东莞范围内燃气管道壁厚都达到不少于4mmm, 管道的气体都是天然气体，天然气体是一种易燃易爆气体。雷电对安装在建筑物外墙及天面的燃气管道的威胁是显而易见的。
近年来，受消防及其他因素限制，燃气管道通常沿建筑物外部安装至屋面，然后进入室内。这种现象的增加，使得燃气管道的防雷安全显得尤为重要。下面就雷电对燃气管道的防雷要求及危害方式进行详细分析，提出相应的防护措施。
1燃气管道防雷要求
《建筑物防雷設计规范》GB50057-94第3.2.3条第二款规定:架空金属管道,在进出建筑物处,应与防雷电感应的接地装置相连;埋地或地沟内的金属管道,在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。第3.2.４条第七款规定:①当建筑物高于30m时,尚应采取以下防侧击雷的措施:从30m起每隔不大于6m沿建筑物四周设水平避雷带并与引下线相连。② 30m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。第3.3.9条第四款规定:架空和直接埋地的金属管道在进出建筑物处应就近与防雷的接地装置相连。第3.3.10条第四款规定:竖直敷设的金属管道及金属物的顶端和底端与防雷装置连接。第3.4.9条第三款规定:进出建筑物的架空金属管道,在进出处应就近接到防雷或电气设备的接地装置上或独自接地,其冲击接地电阻不宜大于30Ω。第3.4.10条规定高度超过60m的建筑物，其防侧击和等电位的保护措施应符合本规范第3.3.10条一、二、四款的规定，并应将60m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置连接。《城镇燃气设计规范》GB50028-2006第10.8.5条规定:进出建筑物的燃气管道的进出口处、室外的屋面管、立管、放散管、引入管和燃气设备等处均应有防雷、防静电接地设施。
2 燃气管道的雷电危害方式
2.1 直击雷危害
对于架空或埋地的燃气管道遭受直接雷电袭击，闪电中的电压高达几万伏乃至十亿伏，及易导致管道被击穿所引起的危害，同时产生的机械效应或热效应，使燃气产生燃烧或爆炸伤人的事故。
2.2 感应雷危害
雷云在起电、移动和先导放电的过程中，对燃气管道产生静电感应，使之产生异号静电位，一旦雷云对地放电管道中的束缚电荷成为自由电荷，以冲击波的形式对称地向管道两端移动，电荷移动所形成的电流为雷电感应电压。
雷电闪击时，将在空间产生强大瞬变电磁场，处于临近的管道、燃气设备及燃气器具作切割磁力线运动，如图1 所示：
图1 防雷装置附近开口环路感应电压示意图
矩形开口环路上（即在电气接触不良和开口处）将以互感偶合形式在闭合环路开
口处ab 间产生如下式的瞬态冲击过电压：
E = −M
M 为互感系数，其值为M= ⋅ l ln
则E=0.2×⋅ l ⋅ ln ⋅
式中μ0为空气导磁率，μ0 = 4π× (H /m)。
将D=500m，l =10m，di=104kA，dt=2.5μs 代入即得E=1.6kV。可见，当导体环路有接触不良情况哪怕仅有1mm 间隙时，也会产生电火花而引爆可燃气体。因此，必须作好等电位技术处理。
2.3 雷电波侵入危害
雷电波侵入是指直击雷或感应雷沿燃气管道等金属的引入线引入建筑物内，发生闪击而造成的雷击事故。这种事故的发生率很高，而且往往事故又严重。
综上所述，燃气管道的雷电危害方式主要有以上三种，无论直击雷还是雷电波侵入，其危害都远远大于雷电静电感应。而雷电静电感应可导致1mm 间隙产生电火花引爆可燃气体，因此对直击雷与雷电波侵入的危害可想而知。
3 燃气管道的雷电防护技术
燃气管道的供气通常有以下两种方法：一种是埋地引入建筑物（通常是低层建筑物）内，沿管道井或穿越楼梯间至室内用户的燃气设备或燃气器具；另一种是燃气管道埋地引至建筑物附近后，沿建筑物（通常是高层建筑物）的外墙敷设直至屋顶，然后进入燃气设备房或燃气用户。对第一种方法采取相应的防雷措施这里不再分析；采用第二种方法的原因：一是根据《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）第5.2.4 条“输送可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道，严禁穿过防火墙。其它管道不宜穿过防火墙，当必须穿过时，应采用不燃烧材料将其周围的空隙填塞密实”、第6.2.5.2 条“楼梯间及防烟楼梯间前室内不应敷设可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道，并不应有影响疏散的突出物”及第6.2.5.3 条“居住建筑内的煤气管道不应穿过楼梯间，当必须水平穿过时，应穿套管保护”规定，建设单位和燃气供气公司对高层建筑物的燃气管道采取沿建筑物或构筑物
的外墙敷设直至屋顶，然后进入燃气设备房或燃气用户。二是燃气供气公司为安装的简捷方便，无论高层还是低层均采取这种方式。针对这种情况，根据现行国家标准《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)和《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94)，结合东莞市的特殊气候背景、雷电参数等实际情况，我们必须采取相应的防直击雷、防雷电静电感应和雷电波侵入措施。
3.1 直击雷（或侧击雷）防护技术
燃气管道沿建筑物或构筑物的外墙铺设直至屋顶，其中沿外墙上的部分为防止雷电侧击的危害，应将室外燃气管道与建筑物的均压环连接，一类防雷建筑物均压环高度为30米，二类防雷建筑物均压环高度为为45米，三类防雷建筑物均压环高度为为60米，以便燃气管道对雷电流达到快速散流的目的。
对屋面上铺设的燃气管道，为了避免雷电直接击在燃气管道，因此，燃气管道不应跨越建筑物女儿墙（由于燃气管道不在建筑物防雷设施的保护范围之内），应从建筑物女儿墙底部进入室内。燃气管道与屋顶避雷网采用规格为φ8镀锌圆钢或-25×4扁钢以上材料就近相连,连接点不小于二处,每隔25m连接一处，法兰、阀门及附件均用BVR-6mm2铜芯软线跨接,跨接电阻不大于0.03Ω,屋顶调压箱与燃气管道或避雷网相连。如燃气管与防雷网相交净距小于l00mm时也应连接。屋面的燃气管及放散管尽量远离建筑物雷击率最高的部位,即屋角、檐角、女儿墙的上方、屋脊等,一般不少于3m。因特殊情况燃气管道设置于屋顶防雷保护范围之外的,燃气管道被动地变成了接闪器,燃气管道应增加壁厚,且不小于4mm,并加强与屋顶避雷网连接的可靠性。燃气管与防雷装置的连接应采有搭接焊接，且搭接长度为单面焊不小于12d,双面焊为6d。同时燃气管道底端应与建筑物基础钢筋作可靠连接。
3.2 雷电波侵入防护技术
雷击燃气管道或雷电感应电流的雷电波侵入的防护，应在燃气管道进入室内处作好绝缘技术处理，即在燃气管道入户处应插入绝缘段以与户外埋地的燃气管道隔离或在法兰盘处插入绝缘段处理（如图2、图3）。
图2 法兰盘绝缘处理
图3 管道加入绝缘段处理
3.3 雷电静电感应防护技术
管道无论安装在建筑物内还是建筑物外，都要保证与相邻管线和设备有一定的安全距离，因为雷电感应会影响相邻管线的安全；架空的管道与其他管线交叉时，也应保证一定的垂直净距。管道与其他管线同沟敷设时，必须保持安全距离。沿建筑物外墙敷设的管道距门窗的净距为：中压管道不应小于0．5m，低压管道不应小于0．3m。考虑到管道在环境温度下的极限变形和静电防护，当管道与其他管线一起敷设时，应敷设在其他管线的外侧。
当管道绝缘连接时，由于室内管道的静电无法消除，极易产生火花引起事故，因此必须接地。在管道的绝缘处理中，绝缘段前端的管道应与建筑物外部的防雷结构钢筋做等电位技术处理，绝缘段后端进入室内的管道应与建筑物内部的防雷结构钢筋作等电位技术处理，确保管道上可能感应的雷电流经内部结构钢筋散流。
如果管道的法兰盘、阀门接头之间生锈腐蚀或接触不良，即使在电流幅值相当低的情况下，法兰盘间也能产生火花。因此，对室内燃气设备及燃具应做防雷电感应接地，对燃气仪表应跨接，做好等电位技术处理。对于可能遭受雷电静电感应的管道，每隔25m应设防雷电感应接地，接地电阻不应大于10Ω；在管道的分支处，应设防静电接地，接地电阻不应大于30Ω。
4 結论
（1）室外沿外墙铺设的燃气管道应与建筑物的底端基础钢筋、均压制环、顶端防雷装置连接，从建筑物女儿墙底部进入室内；在燃气管道的绝缘处理中，绝缘段前端的燃气管道应通过放电间隙与绝缘段后端的燃气管道（或总等电位连接带）做等电位连接；室内燃气设备及燃气器具应做防雷电感应接地；对于燃气仪表等应跨接，做好等电位技术处理。屋面上的燃气管道应尽量在防雷装置保护范围之内；燃气管道作为接闪器时尽量远离建筑物雷击率最高的部位；同时应就近与防雷装置相连,连接点不小于二处,每隔25m连接一次。
（2）燃气供气公司应采取积极有效措施，对燃气管道及设施采取相应的防雷措施和维护措施。对燃气管道防雷方案送防雷主管部门审查，并接受其监督检查。
(3)考虑到目前许多燃气管道施工的延后性，燃气管道施工方应尽早与防雷施工方协商预留接地点提供燃气管道接地。
参考文献：
[1] 建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000 年版) .北京：中国计划出版社，2000年
[2] 建筑物防雷检测规范GB/T51431-2008
[3] 城镇燃气设计规范.GB50028-2006
[4]《高层民用建筑设计防火规范》（GB50045—95）