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1、油气站场金属管道法兰跨接导线设置认识上的误区潘永东 王洪明（中国石油华北油田公司质量安全环保处，河北任丘，062552）摘要： 油气站场属易燃易爆场所，其生产设施的雷电与静电防护历来是现场安全管理工作的重点，但由于部分企业安全技术及管理人员，甚至政府部门的个别安全监管人员对该问题认识不深刻，概念不清晰，导致油气站场金属管道雷电与静电防护措施设置不当。本文通过分析油气站场金属管道系统雷电和静电危害的形成机理、危害方式和危害后果，深入研究两者之间的联系和区别，纠正了人们在金属管道法兰跨接导线设置认识上存在的误区，提出相应的安全防护意见，进而提高油气站场的本质安全水平。本文还向国家有关部门提出相关建
2、议，希望藉此推动国家标准化事业的健康发展。关键词：管道法兰 防雷 防静电 跨接导线 设置The misunderstanding on the installing of metal pipeline flange jumper wire in oil and gas stationPan Yongdong，Wang Hongming（HSE Department of PetroChina Huabei Oilfield Company, Renqiu, Hebei, 062552）Abstract: Oil and gas stations are parts of flammable o
3、r 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 dont k
4、now 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
5、 and static, this paper studies the connection and difference between the two, corrects peoples 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 st
6、ation. 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作者简介：潘永东，男，1962年生， 1983年毕业于华东石油学院机械系化工机
7、械专业，大学文化，工学学士，高级工程师，国家注册安全工程师，国家一级建造师，长期从事油气田工程建设及油气安全生产管理工作，曾发表多篇安全技术论文，独立编著陆上油（气）田油气集输系统安全风险与控制。电话：0317-2723718， E-mail: zjz_1 引言油气站场属易燃易爆场所，一旦发生雷击或静电打火极易引发火灾爆炸，造成人员伤亡和财产损失。因此，各油气生产企业普遍将油气站场雷电与静电防护作为生产现场安全管理工作的重点。但由于部分企业安全技术及安全管理人员，甚至政府部门的个别安全监管人员在防雷防静电认识上存在误区，导致防雷防静电措施设置不当。误区1：为避免静电打火，当管道金属法兰连接螺栓
8、少于5根时，应进行导线跨接。误区2：对少于5根螺栓连接的金属管道法兰设置防雷防静电跨接导线，仅仅针对易燃易爆介质管道。本文仅针对上述两种观念，就油气站场金属管道法兰跨接导线设置问题进行探讨。2 油气站场金属管道静电危害与防护油气生产工艺一般由设备、管道、阀门等组成，从而实现油气集输、处理、储存和外输等各项功能。同时，系统中的设备、管道和各种管件的存在对静电的形成、积聚和消散又会产生较大的影响，因此，加强管道系统静电危害管理至关重要。2.1 金属管道法兰静电危害分析静电是一种自然现象，它滞留于物体表面，是正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡的结果，它通过电子或离子转移而形成1。在油气站场管道系统，
9、介质在管道中流动，与管道内壁接触形成“双电层”，在湍动冲击和热运动的作用下，部分带电荷的分子离去时，在管壁上吸附一层极薄的不随介质移动的离子，并且因介质的电阻率不同而显示出不同的静电电位。为消除静电对系统的危害，一般采用接地方法将静电释放和消散，避免造成静电积聚，从而实现消除静电危害的目的。事实上，油气站场管道系统并不是一根完整的管子，除管子以外，往往还包括阀门、法兰、仪表及其它管件，在这些部位，介质流动状态会因介质性质、压力、流速不同而发生很大的改变，并影响静电的形成和集聚。在金属法兰处，设备、管件的存在会加大管道介质的湍动冲击，甚至影响其热运动，从而加快电子或离子的转移并滞留于管壁，提高金
10、属法兰的静电电位。一方面，法兰的存在影响了管道的完整性，提高了管道系统的对地电阻，影响管道的静电释放，并在两片法兰之间形成电容。当电容电压达到一定极限后将产生放电打火现象，此时，若环境中存在易燃易爆物质，将可能引发火灾。而法兰盘之间的电压又和两片法兰之间的电阻成正比，并取决于法兰连接螺栓的数量和可靠性。另一方面，当油气管道法兰泄漏时，油气喷射与周围的空气摩擦将产生大量静电，可导致静电放电，进而引发火灾爆炸事故。2.2 金属管道法兰静电导通性分析从2.1可以看出，在不考虑管道介质流动状态和电阻率的前提下，管道系统的静电释放效果与法兰盘之间的电阻有关，电阻越大，系统对地电阻越大，静电积聚的可能性增
11、大。同时，电阻越大，法兰盘之间的电压越大，更容易造成静电打火。因此，金属管道的静电危害在一定程度上取决于法兰盘之间的电阻值大小，即金属管道法兰的静电导通性。相对于雷电和工频电来讲，由于静电电流很小，往往以微安计，对静电导通材料的电阻大小要求很低。国家标准防止静电事故通用导则（GB 12158-2006）将静电导体定义为：在任何条件下，体积电阻率小于或等1106m的物料（标准退火铜在20时体积电阻率为1.724110-8m）及表面电阻率小于或等于1107的固体表面。也就是说，很多电气绝缘材料都可以满足静电导体的要求。为此，石油化工静电接地设计规范（SH 3097-2000）第4.3.3条规定，在
12、管道系统上，当金属法兰采用金属螺栓或卡子紧固时，一般可不必另装静电连接线，但应保证至少有两个螺栓或卡子间具有良好的导电接触面。不仅如此，化工企业静电接地设计规程（HG/T 20675-1990）和化工企业静电安全检查规程（HG/T 23002-92）也有相同的规定。事实上，从不少单位的实践经验来看，用金属螺栓相连的金属法兰之间，仅是螺栓相连，已具有足够的静电导通性2。因此，对少于5条连接螺栓的金属法兰设置导线跨接并非是出于静电防护的需要。3 油气站场金属管道雷电安全防护3.1 油气站场雷电危害分析雷电是一种自然现象，发生雷电时，强大的雷电能量可摧毁建（构）筑物、生产设备，引燃或引爆油气，造成火
13、灾爆炸、人员伤亡及财产损失。雷击的危害形式大致可划分为三类：（1）直击雷：雷电直接击于建（构）筑物、设备设施、大地或外部防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力。雷击放电所产生的数万乃至数百万伏的冲击电压，可将无防雷装置或防雷装置存在缺陷的油气生产设施击毁，造成油气生产装置爆炸或火灾。巨大的冲击电压还可产生数千安至数百千安的电流，并在雷击电流通道上瞬时转变成巨大热能，将雷击电流通道上的物体加热，其温度可达800010000，使金属迅速熔化燃烧。雷击所释放的机械能，可直接对被击物体造成机械破坏。（2）闪电感应：由于雷云的作用，使附近导体上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅
14、速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如没有就近泄入大地之中，就会产生很高的电位，形成闪电静电感应。另一方面，由于雷电流迅速变化在其周围空间产牛瞬变的强电磁场，使附近导体上感应出很高的电动势，从而形成闪电电磁感应。这些导体如果没有构成回路或连接不牢，会使导体各部件之间产生火花放电，引起油气爆炸和燃烧。（3）闪电电涌侵入：闪电击于防雷装置或管线上以及由闪电静电感应或雷击电磁脉冲引发，表现为过电压、过电流的雷电波，可沿着这些管线侵人屋内，危及人身安全或损坏设备。油气站场属易燃易爆场所，不仅表现在站场内部设备、管道存有大量的易燃易爆介质，当这些设施遭受雷击后，在电效应、热效应和机械力的冲击下，造成油气
15、生产设施的破坏，引发介质泄漏，并由此导致火灾爆炸。而且闪电感应可导致金属设备、管道各部件之间产生火花，引起环境中的油气爆炸和燃烧。闪电电涌侵人还将直接危及操作人员的安全。3.2 油气站场金属管道防雷技术措施油气站场防雷是一项系统工程，其防护措施的实施往往并不是针对某一类型的雷电危害。油气站场防雷的主要技术手段是接地和等电位连接。通过系统接地，将雷电与雷电电磁脉冲的能量通过大地泄放，使区域内物体免遭雷击。等电位连接就是保持系统各部分不产生足以致损的电位差，避免金属导电体之间放电。雷电电流巨大，其泄放通道内的电阻大小直接影响管道系统的雷电防护效果，而金属法兰在管道系统中的大量存在，又对系统电阻产生
16、很大的影响。一方面，金属管道法兰连接的可靠性直接影响管道系统接地有效性。由于金属管道法兰的电阻远远高于金属管子本体，其电阻值的大小直接影响雷电电流的释放，甚至导致管道防直击雷措施失效。另一方面，金属管道法兰之间电阻过高，将因闪电感应在法兰盘之间形成较高电压，可导致法兰盘之间放电并引发事故。为此，国家标准建筑物防雷设计规范（GB 50057-2010）4.2.2明确规定，第一类防雷建筑物内，当长金属管道弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03时，连接处应用金属线跨接。对不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接。这里必须注意的是，该内容仅仅是针对第一类防雷建筑物。关于第一类防雷建筑物，GB 50057-2010标准3.0.2给出了如下定义：在可能发生对地闪击的地区，遇下列情况之一时，应划为第一类
