第一篇：油氣站場金屬管道法蘭跨接導線設置認識上的誤區(qū)

油氣站場金屬管道法蘭跨接導線設置認識上的誤區(qū)

潘永東

王洪明

（中國石油華北油田公司質(zhì)量安全環(huán)保處，河北任丘，062552）

摘要： 油氣站場屬易燃易爆場所，其生產(chǎn)設施的雷電與靜電防護歷來是現(xiàn)場安全管理工作的重點，但由于部分企業(yè)安全技術(shù)及管理人員，甚至政府部門的個別安全監(jiān)管人員對該問題認識不深刻，概念不清晰，導致油氣站場金屬管道雷電與靜電防護措施設臵不當。本文通過分析油氣站場金屬管道系統(tǒng)雷電和靜電危害的形成機理、危害方式和危害后果，深入研究兩者之間的聯(lián)系和區(qū)別，糾正了人們在金屬管道法蘭跨接導線設臵認識上存在的誤區(qū)，提出相應的安全防護意見，進而提高油氣站場的本質(zhì)安全水平。本文還向國家有關(guān)部門提出相關(guān)建議，希望藉此推動國家標準化事業(yè)的健康發(fā)展。關(guān)鍵詞：管道法蘭

防雷

防靜電

跨接導線

設臵

The misunderstanding on the installing of metal pipeline flange jumper

wire in oil and gas station

Pan Yongdong，Wang Hongming（HSE Department of PetroChina Huabei Oilfield Company, Renqiu, Hebei，062552）

Abstract: Oil and gas stations are parts of flammable or explosive environment, how to protect the production facility from the damage of thunder and static is the key point of safety management work on site.But because of parts of safety technology and management personnel in company, so much as some safety supervise personnel in the government don’t know the problem deeply and concepts clearly, it result in setting up the method unreasonable to protect the metal pipeline from the damage of thunder and static.By analyzing the formation mechanism, the way of damage and harmful consequences of destroying the metal pipeline by the damage of thunder and static, this paper studies the connection and difference between the two, corrects people’s misunderstanding on the installing of metal pipeline flange jumper wire, puts forward corresponding opinions about safety protection, and then improves the standard of intrinsically safe in oil and gas station.At the same time, this paper puts forward some suggestions to the related departments, and wants to push forward the healthy development of national standardization undertakings.Key words: pipeline flange, anti-lightning, anti-static, jumper wire, set up

作者簡介：

潘永東，男，1962年生，1983年畢業(yè)于華東石油學院機械系化工機械專業(yè)，大學文化，工學學士，高級工程師，國家注冊安全工程師，國家一級建造師，長期從事油氣田工程建設及油氣安全生產(chǎn)管理工作，曾發(fā)表多篇安全技術(shù)論文，獨立編著《陸上油（氣）田油氣集輸系統(tǒng)安全風險與控制》。電話：0317-2723718，E-mail: zjz_pyd@petrochina.com.cn 1 引言

油氣站場屬易燃易爆場所，一旦發(fā)生雷擊或靜電打火極易引發(fā)火災爆炸，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，各油氣生產(chǎn)企業(yè)普遍將油氣站場雷電與靜電防護作為生產(chǎn)現(xiàn)場安全管理工作的重點。但由于部分企業(yè)安全技術(shù)及安全管理人員，甚至政府部門的個別安全監(jiān)管人員在防雷防靜電認識上存在誤區(qū)，導致防雷防靜電措施設置不當。

誤區(qū)1：

為避免靜電打火，當管道金屬法蘭連接螺栓少于5根時，應進行導線跨接。誤區(qū)2：

對少于5根螺栓連接的金屬管道法蘭設置防雷防靜電跨接導線，僅僅針對易燃易爆介質(zhì)管道。

本文僅針對上述兩種觀念，就油氣站場金屬管道法蘭跨接導線設置問題進行探討。2 油氣站場金屬管道靜電危害與防護

油氣生產(chǎn)工藝一般由設備、管道、閥門等組成，從而實現(xiàn)油氣集輸、處理、儲存和外輸?shù)雀黜椆δ堋Ｍ瑫r，系統(tǒng)中的設備、管道和各種管件的存在對靜電的形成、積聚和消散又會產(chǎn)生較大的影響，因此，加強管道系統(tǒng)靜電危害管理至關(guān)重要。2.1 金屬管道法蘭靜電危害分析

靜電是一種自然現(xiàn)象，它滯留于物體表面，是正電荷和負電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果，它通過電子或離子轉(zhuǎn)移而形成[1]。在油氣站場管道系統(tǒng)，介質(zhì)在管道中流動，與管道內(nèi)壁接觸形成“雙電層”，在湍動沖擊和熱運動的作用下，部分帶電荷的分子離去時，在管壁上吸附一層極薄的不隨介質(zhì)移動的離子，并且因介質(zhì)的電阻率不同而顯示出不同的靜電電位。為消除靜電對系統(tǒng)的危害，一般采用接地方法將靜電釋放和消散，避免造成靜電積聚，從而實現(xiàn)消除靜電危害的目的。

事實上，油氣站場管道系統(tǒng)并不是一根完整的管子，除管子以外，往往還包括閥門、法蘭、儀表及其它管件，在這些部位，介質(zhì)流動狀態(tài)會因介質(zhì)性質(zhì)、壓力、流速不同而發(fā)生很大的改變，并影響靜電的形成和集聚。在金屬法蘭處，設備、管件的存在會加大管道介質(zhì)的 2

湍動沖擊，甚至影響其熱運動，從而加快電子或離子的轉(zhuǎn)移并滯留于管壁，提高金屬法蘭的靜電電位。一方面，法蘭的存在影響了管道的完整性，提高了管道系統(tǒng)的對地電阻，影響管道的靜電釋放，并在兩片法蘭之間形成電容。當電容電壓達到一定極限后將產(chǎn)生放電打火現(xiàn)象，此時，若環(huán)境中存在易燃易爆物質(zhì)，將可能引發(fā)火災。而法蘭盤之間的電壓又和兩片法蘭之間的電阻成正比，并取決于法蘭連接螺栓的數(shù)量和可靠性。另一方面，當油氣管道法蘭泄漏時，油氣噴射與周圍的空氣摩擦將產(chǎn)生大量靜電，可導致靜電放電，進而引發(fā)火災爆炸事故。

2.2 金屬管道法蘭靜電導通性分析

從2.1可以看出，在不考慮管道介質(zhì)流動狀態(tài)和電阻率的前提下，管道系統(tǒng)的靜電釋放效果與法蘭盤之間的電阻有關(guān)，電阻越大，系統(tǒng)對地電阻越大，靜電積聚的可能性增大。同時，電阻越大，法蘭盤之間的電壓越大，更容易造成靜電打火。因此，金屬管道的靜電危害在一定程度上取決于法蘭盤之間的電阻值大小，即金屬管道法蘭的靜電導通性。

相對于雷電和工頻電來講，由于靜電電流很小，往往以微安計，對靜電導通材料的電阻大小要求很低。國家標準《防止靜電事故通用導則》（GB 12158-2006）將靜電導體定義為：在任何條件下，體積電阻率小于或等1×106Ω·m的物料（標準退火銅在20℃時體積電阻率為1.7241×10-8Ω·m）及表面電阻率小于或等于1×107Ω的固體表面。也就是說，很多電氣絕緣材料都可以滿足靜電導體的要求。為此，《石油化工靜電接地設計規(guī)范》（SH 3097-2000）第4.3.3條規(guī)定，在管道系統(tǒng)上，當金屬法蘭采用金屬螺栓或卡子緊固時，一般可不必另裝靜電連接線，但應保證至少有兩個螺栓或卡子間具有良好的導電接觸面。不僅如此，《化工企業(yè)靜電接地設計規(guī)程》（HG/T 20675-1990）和《化工企業(yè)靜電安全檢查規(guī)程》（HG/T 23002-92）也有相同的規(guī)定。事實上，從不少單位的實踐經(jīng)驗來看，用金屬螺栓相連的金屬法蘭之間，僅是螺栓相連，已具有足夠的靜電導通性[2]。因此，對少于5條連接螺栓的金屬法蘭設置導線跨接并非是出于靜電防護的需要。3 油氣站場金屬管道雷電安全防護 3.1 油氣站場雷電危害分析

雷電是一種自然現(xiàn)象，發(fā)生雷電時，強大的雷電能量可摧毀建（構(gòu)）筑物、生產(chǎn)設備，引燃或引爆油氣，造成火災爆炸、人員傷亡及財產(chǎn)損失。雷擊的危害形式大致可劃分為三類：

（1）直擊雷：雷電直接擊于建（構(gòu)）筑物、設備設施、大地或外部防雷裝置上，產(chǎn)生電效應、熱效應和機械力。雷擊放電所產(chǎn)生的數(shù)萬乃至數(shù)百萬伏的沖擊電壓，可將無防雷裝置或防雷裝置存在缺陷的油氣生產(chǎn)設施擊毀，造成油氣生產(chǎn)裝置爆炸或火災。巨大的沖擊電

壓還可產(chǎn)生數(shù)千安至數(shù)百千安的電流，并在雷擊電流通道上瞬時轉(zhuǎn)變成巨大熱能，將雷擊電流通道上的物體加熱，其溫度可達8000—10000℃，使金屬迅速熔化燃燒。雷擊所釋放的機械能，可直接對被擊物體造成機械破壞。

（2）閃電感應：由于雷云的作用，使附近導體上感應出與雷云符號相反的電荷，雷云主放電時，先導通道中的電荷迅速中和，在導體上的感應電荷得到釋放，如沒有就近泄入大地之中，就會產(chǎn)生很高的電位，形成閃電靜電感應。另一方面，由于雷電流迅速變化在其周圍空間產(chǎn)牛瞬變的強電磁場，使附近導體上感應出很高的電動勢，從而形成閃電電磁感應。這些導體如果沒有構(gòu)成回路或連接不牢，會使導體各部件之間產(chǎn)生火花放電，引起油氣爆炸和燃燒。

（3）閃電電涌侵入：閃電擊于防雷裝置或管線上以及由閃電靜電感應或雷擊電磁脈沖引發(fā)，表現(xiàn)為過電壓、過電流的雷電波，可沿著這些管線侵人屋內(nèi)，危及人身安全或損壞設備。

油氣站場屬易燃易爆場所，不僅表現(xiàn)在站場內(nèi)部設備、管道存有大量的易燃易爆介質(zhì)，當這些設施遭受雷擊后，在電效應、熱效應和機械力的沖擊下，造成油氣生產(chǎn)設施的破壞，引發(fā)介質(zhì)泄漏，并由此導致火災爆炸。而且閃電感應可導致金屬設備、管道各部件之間產(chǎn)生火花，引起環(huán)境中的油氣爆炸和燃燒。閃電電涌侵人還將直接危及操作人員的安全。3.2 油氣站場金屬管道防雷技術(shù)措施

油氣站場防雷是一項系統(tǒng)工程，其防護措施的實施往往并不是針對某一類型的雷電危害。油氣站場防雷的主要技術(shù)手段是接地和等電位連接。通過系統(tǒng)接地，將雷電與雷電電磁脈沖的能量通過大地泄放，使區(qū)域內(nèi)物體免遭雷擊。等電位連接就是保持系統(tǒng)各部分不產(chǎn)生足以致?lián)p的電位差，避免金屬導電體之間放電。

雷電電流巨大，其泄放通道內(nèi)的電阻大小直接影響管道系統(tǒng)的雷電防護效果，而金屬法蘭在管道系統(tǒng)中的大量存在，又對系統(tǒng)電阻產(chǎn)生很大的影響。一方面，金屬管道法蘭連接的可靠性直接影響管道系統(tǒng)接地有效性。由于金屬管道法蘭的電阻遠遠高于金屬管子本體，其電阻值的大小直接影響雷電電流的釋放，甚至導致管道防直擊雷措施失效。另一方面，金屬管道法蘭之間電阻過高，將因閃電感應在法蘭盤之間形成較高電壓，可導致法蘭盤之間放電并引發(fā)事故。為此，國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》（GB 50057-2010）4.2.2明確規(guī)定，第一類防雷建筑物內(nèi)，當長金屬管道彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。對不少于5根螺栓連接的法蘭盤，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接。這里必須注意的是，該內(nèi)容僅僅是針對第一類防雷建筑物。

關(guān)于第一類防雷建筑物，GB 50057-2010標準3.0.2給出了如下定義：在可能發(fā)生對地閃擊的地區(qū)，遇下列情況之一時，應劃為第一類防雷建筑物：（1）凡制造、使用或貯存火炸藥及其制品的危險建筑物，因電火花而引起爆炸、爆轟，會造成巨大破壞和人身傷亡者。（2）具有0區(qū)或20區(qū)爆炸危險場所的建筑物。（3）具有1區(qū)或21區(qū)爆炸危險場所的建筑物，因電火花而引起爆炸，會造成巨大破壞和人身傷亡者。由此可以看出，在第一類防雷建筑物內(nèi)，對少于5根螺栓連接的金屬管道法蘭設置導線跨接，并不僅僅是針對易燃易爆介質(zhì)管道，而是針對有可能造成嚴重后果的爆炸火災區(qū)域。在這些區(qū)域，所有金屬管道上的少于5根螺栓連接的法蘭均應進行導線跨接。

而對于第二類（如：爆炸后果較低的一般小型油泵房、計量間等）、第三類（如：密閉儲存可燃氣體的容器等）建筑物以及室外空曠環(huán)境下的平面管網(wǎng)，雖然不會因閃電感應引發(fā)特別嚴重的后果，但卻會由于法蘭電阻增大降低管道系統(tǒng)的雷電釋放效果，引發(fā)直擊雷破壞，造成管道破裂。巨大的電流還可能使金屬法蘭接觸面熔化，進而引發(fā)易燃易爆介質(zhì)泄漏并導致火災爆炸事故發(fā)生。因而，除第一類防雷建筑物外，其它區(qū)域的易燃易爆介質(zhì)管道金屬法蘭當少于5根螺栓連接時，應進行導線跨接。為此，《石油與石油設施雷電安全規(guī)范》（GB 15599-2009）4.7.1明確規(guī)定：輸油管路可用其自身作接閃器，其彎頭、閥門、金屬法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。對有不少于五根螺栓連接的金屬法蘭盤，在非腐蝕環(huán)境下，可不跨接，但應構(gòu)成電氣通路。

另一方面，由于國家標準《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》（GB 50235-2010）7.3.6明確規(guī)定：當鋼制管道安裝遇到下列情況之一時，螺栓、螺母應涂刷二硫化鉬油脂、石墨機油或石墨粉等。（1）不銹鋼、合金鋼螺栓和螺母；（2）設計溫度高于100℃或低于0℃；（3）露天裝置；（4）處于大氣腐蝕環(huán)境或輸送腐蝕介質(zhì)。當這些螺栓涂刷二硫化鉬潤滑脂后，勢必影響金屬管道的電氣導通性，這對于不少于5根螺栓連接的法蘭是否可以滿足過渡電阻不大于0.03Ω的要求增加諸多不確定性。為此，對于超過5根連接螺栓的金屬法蘭，建議采用電力復合脂代替二硫化鉬潤滑脂，或通過測量電阻值確定是否進行導線跨接，確保在金屬法蘭盤之間具有良好的電氣導通性。如何認識油氣站場金屬管道雷電與靜電安全防護之間的關(guān)聯(lián)

雷電與靜電均屬自然現(xiàn)象。靜電的產(chǎn)生主要取決于流體性質(zhì)與流體狀態(tài)，而雷電僅與氣象條件有關(guān)。同時，雷電中的閃電靜電感應也可以導致金屬管道產(chǎn)生靜電。

在危害方式上，雷電與靜電均與管道系統(tǒng)電氣釋放通道的可靠性有關(guān)。從危害形成的機理看，在不考慮油氣泄漏引發(fā)靜電危害事故的情況下，靜電危害主要取決于管道系統(tǒng)的靜電

電位；而雷電危害則更多的取決于管道系統(tǒng)電氣釋放通道電阻的大小。從法蘭過渡電阻對系統(tǒng)電氣釋放效果的影響來看，由于靜電具有高電位、低電量等特點，其靜電電流多以微安計，對系統(tǒng)電阻要求很低，金屬法蘭連接的過渡電阻對靜電釋放的影響很??；而雷電釋放電流巨大，對系統(tǒng)電阻大小要求較高，金屬法蘭的連接可靠性對雷電防護的影響較為突出。從危害后果來看，法蘭盤之間的靜電放電僅對易燃易爆環(huán)境造成危害，而雷電除對爆炸火災環(huán)境形成威脅外，還可以直接破壞金屬管道和連接法蘭，危害后果更為嚴重。另一方面，由于雷電的感應作用，只要氣象條件具備，無論管道系統(tǒng)處于什么環(huán)境，是否存在靜電危害，是否直接遭到雷擊，都會受到雷電的威脅，其危害影響范圍更廣。至此。我們可以認為，相對于靜電危害來講，雷電危害的影響范圍更廣，且后果更為嚴重。當然，雷電危害的可能性更多的取決于油氣站場所在區(qū)域的雷擊次數(shù)，但并沒有由此降低雷電安全風險。

另外，在雷電與靜電安全防護問題上，導致諸多錯誤認識的原因并不僅僅在于安全技術(shù)和管理人員本身，國家和行業(yè)標準在管道靜電防護方面也存在著概念模糊問題。如：《壓力管道規(guī)范—工業(yè)管道 第4 部分 制作與安裝》（GB/T 20801.4-2006），《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》（GB 50235—2010），《石油化工金屬管道工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50517-2010）等均有規(guī)定：有靜電接地要求的管道，每對法蘭或螺紋接頭間電阻值大于0.03Ω時，應設導線跨接。事實上，這些要求均屬雷電防護內(nèi)容，而這種突出靜電防護的安全規(guī)定卻從某種程度上淡化了雷電防護，這也是人們對防雷防靜電認識模糊的原因之一。5 結(jié)束語

油氣站場金屬管道法蘭跨接導線設置不規(guī)范，反映出企業(yè)在防雷防靜電方面的認識不足，但卻從深層次反映出當前國家及行業(yè)標準的認識不規(guī)范、不統(tǒng)一問題。基于這一點，企業(yè)安全技術(shù)和管理人員應加強對油氣站場防雷防靜電技術(shù)的深層次研究，積極探索雷電和靜電安全防護的有效途徑，確保油氣站場的運行安全。同時，建議國家有關(guān)部門加強對標準化工作的協(xié)調(diào)管理，確保防雷、防靜電標準的規(guī)范、協(xié)調(diào)和統(tǒng)一，以此推動國家標準化事業(yè)的健康發(fā)展。

參考資料：

[1] 劉成文，宋振宇．《靜電防護系統(tǒng)理論的探討及其實際應用》[J]．電子工藝技術(shù)．2002年9月．第5期．223 [2] HG/T 20675-1990《化工企業(yè)靜電接地設計技術(shù)規(guī)程 編制說明》