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摘要：结合工程实际，电厂烟气脱硝系统氨区防雷接地方式进行了探讨。
关键词：防雷分类 接闪器 引下线 接地装置 接地电阻
1、前言
烟气脱硝采用选择性催化还原法（SCR）是目前主流的脱硝技术，在国内烟气脱硝工程中SCR约占95%，常用的还原剂有液氨、尿素和氨水。SCR脱硝技术是指在催化剂的作用下，还原剂（氨气）与烟气中的氮氧化物反应生成无害的氮和水，从而去除烟气中的NOx。 选择性是指还原剂NH3和烟气中的NOx发生还原反应，而不与烟气中的氧气发生反应。
由于还原剂采用液氨的运行、投入费用最低，其在烟气脱硝系统中作为还原剂的应用比较广泛，应用历史也比较长久。但氨作为重点监管的危险化学品，具有与空气混合形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧和爆炸，与氟、氯等接触会发生剧烈的化学反应，若遇高热，容器内压增大，液氨储罐有开裂和爆炸的危险。因此电厂脱硝系统氨区做好防雷接地设计非常重要。
2、电厂脱硝系统氨区的防雷接地设计
2.1、氨区一般布置
当采用液氨作为还原剂时，需设置专门的氨储存、制备与供应系统，系统内主要设备包括液氨卸料压缩机、液氨储罐、液氨蒸发槽、氨气缓冲槽、氨气稀释槽、废水池和废水泵等，SCR反应区所需氨气需从氨制备区通过氨气输送管道输送至SCR反应区。一般的氨区布置图见图1。
为防止阳光暴晒，液氨储罐及氨制备区上部设遮阳棚，遮阳棚根据氨罐等设备大小，高度一般在7米左右，一般采用轻钢结构，屋顶采用彩钢压型板。压型钢板是以彩色涂层钢板或镀锌钢板为基材，经辊压冷弯成型的建筑用围护板材，此种板材现场制作，有利于解决大范围内面板搭接易于出现的接缝不严情况，现场复合使整个大面积的屋面成为一个整体，更加坚固、易排水、防漏，建筑外形更加统一、协调、美观。氨区遮阳棚设置实物图见图2。
2.2、氨区防雷设计
烟气脱硝反应所用的还原剂为氨气，氨气是靠存储在液氨存储罐的液氨进入蒸发槽加热蒸发而成的。液氨（anhydrous ammonia）在GB12268《危险货物品名表》名录中规定为危险品，危险物编号为23003。在GB536《液体无水氨》中的第6.1条指出液氨是强腐蚀性有毒物质。而在GB18218《重大危险源辨识》中把氨归为有毒物质，在生产场所如果存储量大于10t就是重大危险源。
同时，气态氨气和空气混合物的爆炸极限浓度是16～25％（V/V），最易引燃浓度是17％，氨气和空气混合物达到上述浓度范围遇明火会燃烧和爆炸；按照GB50160《石油化工企业设计防火规范》中的有关的规定，爆炸浓度下限≥10%的气体为乙类火灾危险的可燃气体，所以氨气属于乙类火灾危险气体。氨泄漏时，会对现场工作的人员及居住在附近社区的居民造成相当程度的危害。
根据《建筑物防雷设计规范》，根据建筑物的重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，氨区属于具有2区爆炸危险场所，且液氨储罐属于有爆炸危险的露天钢制封闭气罐，按建筑物防雷分类，氨区遮阳棚应按第二类防雷建筑进行防雷设计。对于第二类防雷建筑物而言，《建筑物防雷设计规范》规定，其防雷措施宜采用装设在建筑物上的接闪器、接闪带或接闪杆做为防直击雷的保护措施。根据轻钢结构建筑物的特点，显然，高大沉重的避雷针不适合在氨区遮阳棚上安装。
目前，由于电厂除脱硝系统外，很少有区域像氨区一样储存大量化工危险品的场所，因此，专业的环保公司和电厂都非常重视氨区的防雷设计，一般都设置独立接闪杆（避雷针）做为防直击雷的保护措施。因此，根据氨区大小和遮阳棚高度，往往需要在遮阳棚以外的空地上合适位置设置至少2支高度约为30米左右避雷针才能实现对整个氨区的防直击雷保护。根据《建筑物防雷设计规范》规定，独立接闪杆和架空接闪线或网的支柱及其接地装置与被保护建筑物及与其有关的管道、电缆等金属物之间的间隔距离应按规定公式计算，且不得小于3米。这样，由于避雷针的存在，对氨区其他设备的布置就造成影响，加大总图布置和施工难度，增加工程造价。
对接闪器而言，《建筑物防雷设计规范》同时还规定，在符合相关规定的前提下，除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面做为接闪器，且金属屋面厚度不应小于0.5mm。从结构专业角度出发，屋面板的厚度选择一般考虑三个因素：第一是风荷载；第二是雪荷载；第三是檩距。所以，不同地域可能所选的屋面板厚度就不一样，电气设计人员需要和结构专业及时沟通，厚度满足规范要求时，再考核其他条件。比如在新疆，檩距在1.5m左右时，屋面面板厚度一般为0.6mm，底板厚度一般为0.5mm，是满足规范的厚度要求的。若厚度不满足要求怎么办？则应该参考国家标准图集《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》（01J925-1）做避雷带，压型钢板屋面避雷带的细部做法参见48页。此图集是建筑专业图集，电气设计人员较少接触，而国家标准图集《建筑物防雷设施安装》（99D501-2）和《利用建筑物金属体做防雷及接地装置安装》（03D501-3）都没有轻钢结构屋面避雷带的细部做法。所以，电气设计人员引用标准做法时应注意。避雷带网格大小应该按规范的要求和各类建筑物的防雷类别严格对应，施工图纸应当按规范划分的标准准确标注。
轻钢结构屋面连接方式一般为咬合或者搭接。压型钢板外观为瓦楞形，在施工中采用搭接时的搭接长度至少要达到一个波峰或波谷，超过100mm则完全满足规范的要求。另外规范注释提到“薄的油漆保护层”不算是绝缘被覆层，因此可以认为彩色涂层钢板无绝缘被覆层，而镀锌钢板则更是电的良好导体。
因此，氨区遮阳棚及下面设备可利用屋面彩钢板作为防雷接闪器，具体做法及要求：1）彩钢板的厚度应不小于0.5mm，如采用搭接，其搭接长度应大于100mm；2）利用遮阳棚钢支柱做防雷引下线，防雷引下线与金属屋面的连接可参照国标图集《建筑物防雷设施安装》（99D501-1）有关页次进行，防雷引下线在距地 0.5m位置设接地测试端子；3）所有高出顶棚的金属构件均应与屋面避雷带作可靠电气连接；4）氨区防雷接地、保护接地、防静电接地、电气系统重复接地组成共同接地系统，共用一组接地装置，一般要求接地电阻小于4欧；5）所有工艺金属设备、金属管道、金属构架等均就近接至接地干线上。
3、结束语
通过上述分析，笔者认为厚度达到0.5mm的轻钢结构建筑物的压型钢板屋面完全可以作为接闪器，而不必采用单独设置避雷针的做法，防雷接地对周围设施的要求和影响也可降到最低，降低工程造价及施工难度。
参考文献:
[1]建筑物防雷设计规范.北京: 中国计划出版社,2011
[2]电力工程电力设计手册.北京: 中国电力出版社,2014
论文作者:程志会,罗平
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/13
标签：防雷论文; 建筑物论文; 屋面论文; 氨气论文; 烟气论文; 还原剂论文; 厚度论文; 《电力设备》2017年第31期论文;