Промышленные трубы: молниезащита и заземление

Высокие дымовые и вентиляционные трубы – характерный элемент индустриального пейзажа и очевидная цель для молний. При внешней простоте промышленная труба – сложный инженерный объект, от функциональности которого зависят экономичность и надежность ТЭС, котельной, промпредприятия.

Дымовая труба, например для теплоэлектростанции, – вспомогательное оборудование, но затраты на ее сооружение сопоставимы со стоимостью основного оборудования ТЭС. Прямой удар молнии в такую трубу – нештатная ситуация, опасная, когда производственные мощности работают под большим избыточным давлением, с высокотемпературной средой, газовым топливом. Защитить дорогостоящий объект от воздействия молнии способна продуманная система молниезащиты с надежным заземлением.

Нормативная база

Правила проектирования промышленных дымовых труб устанавливает СП 375.1325800.2017. Пункт 18.9 этого документа посвящен молниезащите. Системой из молниеприемников, двух токоотводов и заземлителя необходимо оборудовать:

• неметаллические трубы и газоотводящие стволы;
• металлические трубы и газоотводящие стволы с наружной тепловой изоляцией.

Молниезащита металлических труб, металлических газоотводящих стволов без наружной тепловой изоляции, а также несущих башен может иметь иной вид. При этом важно обеспечить непрерывность электропроводящей цепи в местах фланцевых соединений и заземление.

Свод правил ссылается на инструкцию по молниезащите СО 153-34.21.122-2003 (СО), в которой дымовые трубы как особый объект молниезащиты не рассматриваются. Развернутые указания дает инструкция РД 34.21.122-87 (РД), согласно которой дымовые трубы от 15 м и выше в местности со среднегодовой продолжительность гроз 10 часов и более относятся к III категории молниезащиты. В п. 2.31 этого документа даны рекомендации относительно молниеприемников, токоотводов и заземлителей для труб, башен и вышек. Часть положений этих РД и СО устарела, но и сегодня проектировщики вправе использовать рекомендации обоих документов и при необходимости сочетать их.

Более современные указания по молниезащите зданий и сооружений, в том числе по конфигурации заземлителей, содержит ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010).

Молниеприемники и токоотводы

Высокая стальная труба без внешней изоляции (при толщине металла ≥ 4 мм) – сама по себе и молниеприемник, защищающий ближайшие постройки меньшей высоты, и токоотвод, по поверхности которого ток молнии стекает к заземлителю.

Металлические трубы с наружной изоляцией, а также железобетонные, стеклопластиковые и кирпичные должны быть защищены стержневыми молниеприемниками и стальными токоотводами. В качестве молниеприемника может также использоваться защитный колпак, который устанавливается на дымовых трубах с футеровкой (облицовкой) внутренней поверхности, а на трубах высотой более 150 м стальное кольцо, проложенное по торцу ствола.

Учитывая агрессивную газовую среду и высоту сооружения молниеприемники и молниеотводы дымовой трубы должны быть защищены от коррозии, например оцинкованы или выполнены из нержавеющей стали, и выдерживать ветровые нагрузки. Молниеприемники и другие компоненты молниезащиты должны соответствовать требованиям ГОСТ Р МЭК 62561.1–ГОСТ Р 62561.7.
Молния может ударить и внутрь трубы, а сажа и конденсат могут послужить проводниками скользящего разряда. Пострадать могут приборы и оборудование в трубе и газоходе, в том числе включенные в АСУТП объекта, датчики, системы экологического и технического мониторинга. Такое развитие событий предотвратит стальной зонт (флюгарка) – конструкция, защищающая трубы и расположенные в них вентиляционные и дымоходные каналы.

В качестве токоотводов могут использоваться стальные арматурные стержни, ходовые металлические лестницы, несущие башни, фермы и другие вертикальные металлические конструкции, обеспечивающие непрерывность электрической цепи.

Заземление дымовой трубы

В отличие от молниеприемника и токоотвода заземлитель – обязательный элемент молниезащиты дымовой трубы всех конструкций и из любых материалов. Согласно СП 375.1325800.2017 сопротивление заземления этого сооружения не должно превышать 50 Ом, а ГОСТ Р 59789-2021 (МЭК 62305-3:2010) для любых объектов ограничивает это значение 10 Ом (за исключением заземлителей в скальном грунте).

Кроме того, заземление молниезащиты дымовой трубы и заземляющее устройство здания/цеха с основным оборудованием связаны между собой. Соответственно, если для АСУТП и другой чувствительной техники необходимо функциональное заземление с сопротивлением 4 Ом, то таким же должно быть сопротивление общего заземляющего устройства.

По возможности для дымовой трубы используют фундаментный заземлитель. Со временем его сопротивление может увеличиваться, тогда рядом размещают дополнительные электроды, чтобы увеличить площадь контакта заземления с грунтом.

Если фундаментное заземление невозможно, используют обеспечивающие нормируемое значение сопротивления глубинные или заземлители другой конфигурации на базе модульно-штыревых электродов. Термодиффузионное цинковое покрытие защищает стальные стержни и соединяющие их резьбовые муфты от коррозии и обеспечивает 30-летний срок службы.

В грунте, удельное сопротивление которого более 100 Ом∙м, целесообразно использовать электролитические заземлители. Вертикальные и горизонтальные перфорированные электроды, наполненные смесью минеральных солей, позволяют с меньшими затратами достичь нормированного значения сопротивления в песке, известняке, гравии, в зоне многолетней мерзлоты.
Состояние молниезащиты промышленной трубы необходимо регулярно проверять. Сопротивление заземления рекомендуется измерять, когда грунт максимально промерз или высох, и фиксировать значение в Журнале проверки состояния устройств молниезащиты, который входит в Паспорт дымовой трубы ТЭС или котельной (Приложение Е к рекомендациям по приемке дымовых труб СО 153-34.21.408-2003).

Каждая труба ГРЭС, ТЭЦ, ПГУ, котельной или производственного комплекса рассчитана на определенные мощности котлов и печей, объем и химический состав выбросов, учитывает температуру и скорость газового потока, климат района, неоднородность грунта и т. д. Грамотная молниезащита снизит вероятность повреждения молнией промышленной трубы – уникального дорогостоящего сооружения.