平湖_八角亭油气田平台防雷改造方案

平湖及八角亭油气田平台

防雷设施改造方案

上海西派埃自动化仪表工程有限责任公司上海邦盛防雷避电技术有限公司

2009年4月10日

设计说明

在初步设计方案的基础上，我们在中海油上海有限公司和相关各方的配合支持下，于2008年8月和2009年2月两次先后上八角亭平台和平湖平台进行实地调研，系统了解平台的总体结构、并登上平湖平台钢井架顶部，设计避雷针的固定方案和避雷针引下线的走向和固定方法、了解了电源配电系统的分布等情况。

本方案基于实地调查获得的一些数据和信息，对平台防雷的具体技术方案作了进一步细化。

一个完整的防雷系统应包括外部防雷（防直击雷）和内部防雷（防雷电电磁脉冲）等措施进行综合防护。

因弱电系统线路错综复杂、控制室可操作空间小、现场仪表有防爆要求，且弱电信号线的防雷改造会影响平台的正常生产，现考虑到本方案防直击雷措施实施后，感应雷会大大削弱，加上弱电系统的24V电源加装SPD后，感应雷对弱电系统的影响会进一步削弱，甚至不殃及平台弱电部分，因此本方案没有涉及对弱电的信号线的防感应雷的改造，此部分防感应雷改造建议在以后对平台进行全面升级改造时实施，同时建议在以后建设新平台时应予以考虑。

一、平湖、八角亭防雷设施概况

雷击是海上平台的又一重要危险有害因素。综合现场察看和文件资料查验情况，目前平台上的防直击雷的避雷针设施情况如下：

1、八角亭平台在33.3m的钢井架上设置了一根约1m高的普通（富兰克林）避雷针，用于接闪直击雷。该避雷针直接固定在钢井架上（未作任何绝缘处理），同时用绝缘电缆作引下线沿钢井架引下接至平台工作面，并与平台钢结构固定；

2、平湖平台采用了类似的避雷系统，但经现场察看，焊接在钢井架顶部的避雷针，由于锈蚀的原因已不见踪影。

经初步计算，采用上述普通避雷针，最大保护半径仅为30m，且避雷针至少比钢井架高出3.5m~8m才能保护整个钢井架，否则遭雷击时，钢井架将和避雷针同时接闪雷电，雷电流将沿钢井架入地。因此，仅高出井架1m的避雷针，不符合防雷设计要求。

二、海洋平台防雷综述

海上石油平台防直击雷与建筑物防直击雷有多项不同之处，它们分别是：

1）避雷针和被保护物之间的连结要求不同

建筑物不管是砖木结构、钢筋混凝土结构，甚至金属结构（金属板屋顶、金属板墙），避雷针都可以直接固定在建筑物上，两者之间无须绝缘；海上石油平台是全金属结构，但避雷针不可以直接固定在平台的最高点上，两者之间必须绝缘固定，目的不使平台钢架成为雷电流的泄放主通道，尽可能减少雷电流通过平台钢架入海。

2）平台上设备的防直击雷要求大大高于建筑物

钢筋混凝土的建筑物能抗雷击，遭到直击雷的建筑物，往往只击毁建筑物的一个角，对建筑物内的设备和人员通常不会产生伤害。

平台上的设备处于直击雷的范围内，一旦遭到直击雷，其后果是严重的。平台上还有工作人员走动，对防直击雷的要求更高，因此平台上设备的防直击雷要求，大大高于建筑物的防直击雷要求。

3）抗风浪要求，平台大大高于建筑物

海上台风的威力远高于城市台风的威力，因此海上平台对避雷针抗风的要求远高于在城市中应用时的要求。

4）防腐蚀要求平台大大高于建筑物

暴露在海洋空气中的避雷针，其抗腐蚀要求高于处于城市空气中的避雷针的要求。

正是由于上述原因，本设计方案选用的避雷针，制造商除应提供常规的技术性能报告外，还应提供抗风浪和抗腐蚀的承诺书。

总之，避雷针供应商和施工方，应提供给用户方以下文件资料：1）避雷针制造商原生产地权威机构的检测报告；

2）中国权威机构的检测报告；

3）中国大陆地区代表性的应用案例；

4）中国境内保险公司的投保备案；

5）避雷针制造商提供的抗风浪和抗腐蚀的承诺书；

6）设计、安装单位有国家颁发的防雷工程设计、施工资质；

7）安装单位在施工完毕后提供完工报告，并同意按用户方提出的验收要求，配合完成验收工作。

三、具体改造方案设计

由于平台上能安装避雷针的地方不多，为了减少避雷针数量，并确保整个平台全部设备设施受到保护，宜采用提前放电避雷针。

具体设计计算如下：

1）滚球半径的选取

计算避雷针的保护范围时采用滚球法,滚球半径由设计人员根据被保护对象的重要性等而决定,国际电工委员会标准IEC62305对雷电的防护等级分为四级，每级相应的滚球半径如表1所示。

表1 对应各种雷电防护等级（LPL）的

雷击电流参数和滚球半径最大值

截取判据LPL

符号单位ⅠⅡⅢⅣ

1016

最小峰值电流I kA 3

5

滚球半径 R m 20304560 必须注意装了避雷针后仍旧会有可能雷电流进入避雷针保护区，但不同的滚球半径，有可能进入的雷电流也是不同的，由表1可看出，如果选用60m滚球半径，则16kA的雷电流有可能进入避雷针保护区，若选用20m滚球半径，则只有3kA的雷电流才有可能进入避雷针保护区，海上石油平台需要高度保护，因此选用20m的滚球半径。

2）避雷针选择

钢井架顶部绝缘安装一支顶部高出航空障碍灯2m、提前先导时间60μs的避雷针（增强型主动接闪器）,计算避雷针保护范围时取滚球半径20m，查制造厂说明书(表2),在航空障碍灯的顶部的平面,

避雷针的保护范围为32m，足以保护航空障碍灯及钢架的顶部。

表2增强型主动接闪器保护半径速查表

一类保护（高度保护）D=20m

x x x

式中：R x——在离增强型主动接闪器顶部h x距离的保护半径

h x——增强型主动接闪器顶部到被保护面的垂直高度

D——滚球半径，取决于被保护物的保护级别，对于一类、二类、三类保护级别，D的取值分别为20米、45米、

60米（见表1）。本方案取20米.

∆L——上行抢先距离，∆L=V（m/µS）×∆T（µS）

V：先导传播速度，实验数据表明：V=1m/µS，

∆T：提前先导时间，由实验室实际测量得出，它取

决于增强型主动接闪器的设计，常见的有25µS、

40µS、60µS三种。

公式（1）只适用于h x等于或大于5米，当h x<5米时，不能用公式（1）计算，表3数据h x等于或大于5m是计算结果，小于5米