化工儲(chǔ)罐區(qū)防雷狀況分析

姚 薇 李明軍

（1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.南京市六合區(qū)防雷中心，南京 211500）

1 雷電的危害

當(dāng)今世界科技發(fā)展日新月異，物質(zhì)文明和精神文明健康發(fā)展。但是我們所賴以生存的地球還遭受著雨雪、風(fēng)暴、雷電、地震等等自然災(zāi)害，這些都影響著我們?nèi)祟惖陌l(fā)展進(jìn)步。對(duì)于這些因素我們現(xiàn)在雖然可以去解釋、防范，卻無法從根本上去消除對(duì)我們不利的一面。雖然科學(xué)家們對(duì)雷雨云的帶電機(jī)制及電荷有規(guī)律分布，進(jìn)行了大量的觀測(cè)和試驗(yàn)，積累了許多資料，并提出各種各樣的解釋，可有些論點(diǎn)至今還有爭(zhēng)論。這就說明我們對(duì)自然還有著很多未知的謎。但現(xiàn)在我們卻已經(jīng)可以對(duì)雷電的防范上做出很多措施，從而保護(hù)我們自己。

七八月份是我國(guó)大部分地區(qū)的雷電高發(fā)期。雷電過電壓具有高電壓及高熱量的特點(diǎn)：它的瞬時(shí)電壓會(huì)有數(shù)億伏，放電通道溫度可以達(dá)到 20000℃至30000℃ ，所以一旦遭受雷擊，必將帶來的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因雷電造成的經(jīng)濟(jì)損失，美國(guó)每年不低于20億美元，我國(guó)也在幾億元以上，并且呈現(xiàn)擴(kuò)大跡象。在我國(guó)，僅廣東省在1990年以后的5年中，因雷擊造成的人員直接傷亡達(dá)981人，經(jīng)濟(jì)損失近億元。2006年8月7日，中國(guó)石化管道公司南京輸油處儀征加油站就發(fā)生一起15萬m3原油儲(chǔ)罐遭雷擊起火事故，起火點(diǎn)多達(dá)5處。發(fā)生事故的油罐原油儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)容量為15萬m3，直徑100m，高22m，事故發(fā)生時(shí)實(shí)際容量為11萬m3進(jìn)口原油，僅儲(chǔ)油價(jià)值就達(dá)到 5億人民幣之多[1]。因此雷電危害呈上升趨勢(shì)的時(shí)代，我們必須引起足夠的重視。

許多人對(duì)企業(yè)油罐的雷擊事故可能沒有深刻的認(rèn)識(shí)，因?yàn)楫吘拱l(fā)生雷擊導(dǎo)致油罐爆炸的事件幾率較小，不像明火那么經(jīng)常面對(duì)，以至于很多企業(yè)不重視油罐的防雷設(shè)計(jì)。但據(jù)石油儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)火災(zāi)事故的統(tǒng)計(jì)資料表明，由明火引燃的占67%以上，其余多為雷擊、靜電等。據(jù)估計(jì)，我國(guó)每年因?yàn)楦鞣N類型的油庫火災(zāi)、事故而帶來的損失達(dá)數(shù)億元。我們可以看出油罐雷害事故不是很多，可一旦發(fā)生其后果卻非常嚴(yán)重。在雷擊事故中特別重大的如 1989年的青島市黃島油庫事件，罐區(qū)5號(hào)罐遭雷擊爆炸起火，并相繼引爆鄰罐，罐區(qū)全部燒毀，死19人，傷74人，燒掉原油4萬噸，還使630噸原油流入大海，造成巨大的人員和經(jīng)濟(jì)損失。所以油罐的雷電防護(hù)我們必須加以重視。

2 油罐區(qū)雷電防護(hù)措施運(yùn)行現(xiàn)狀分析

那么，現(xiàn)在對(duì)罐區(qū)的防雷我們?cè)谠O(shè)計(jì)和執(zhí)行時(shí)有什么困擾呢？現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的油罐有什么問題呢？下面從以下兩方面來進(jìn)行分析。

2.1 防雷設(shè)計(jì)規(guī)范的分歧

1）《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50074—2002關(guān)于浮頂油罐的防雷設(shè)計(jì)中規(guī)定：大型外浮頂油罐不應(yīng)裝設(shè)避雷針，對(duì)于浮頂與罐體的連接是采用2根橫截面積不小于25mm2的軟銅復(fù)絞線做電氣連接。

2）《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50074—2002還規(guī)定：大型外浮頂油罐的頂板厚度等于或大于4mm時(shí)，就不應(yīng)該裝設(shè)避雷針。只有在外浮頂油罐頂板厚度小于4mm時(shí)，才在油罐周圍裝設(shè)避雷針（網(wǎng)），同時(shí)要求避雷針（網(wǎng)）應(yīng)保護(hù)整個(gè)油罐。

3）在DLT620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定：發(fā)電廠和變電所可采用避雷針或避雷線進(jìn)行直擊雷過電壓保護(hù)；但又明確指出露天油罐不需要進(jìn)行避雷針的防護(hù)。

2.2 油罐區(qū)防雷工程設(shè)計(jì)不足

1）采用浮頂油罐本體防雷存在的主要問題

（1）伴隨油罐容積的不斷增大，10萬立方的油罐直徑近百米，分布在空曠場(chǎng)地的油罐很容易遭受直接雷擊的危害。雷電一旦擊到浮盤密封處，很容易引發(fā)爆炸事故。

（2）浮盤與罐壁之間只有兩條編織軟導(dǎo)線，不能滿足直接雷擊發(fā)生時(shí)低阻抗的通道的要求。雷云與地面設(shè)施之間的感應(yīng)放電現(xiàn)象會(huì)引起油罐浮頂電場(chǎng)分布的巨大變化，雷擊消失時(shí)，為了達(dá)到電荷平衡，油罐浮盤上的感應(yīng)電荷瞬間變化，依靠?jī)H有的兩條編織軟導(dǎo)線夜無法滿足電流瞬間釋放的要求；并且鋼材的磁導(dǎo)率較高，在感應(yīng)雷的高頻特性下，浮頂表面產(chǎn)生的集膚效應(yīng)會(huì)增大交流阻抗，也會(huì)影響雷電流的泄放。

（3）在浮盤遭受雷擊時(shí)，由于電阻的存在，浮頂和罐壁之間會(huì)形成瞬時(shí)電位差。浮頂及密封件等金屬物體一旦與罐壁的電位差距達(dá)到放電條件，就會(huì)放電產(chǎn)生火花，引起雷擊事故。

2）油罐區(qū)不設(shè)置獨(dú)立避雷針，采用油罐本體接閃的基礎(chǔ)是油罐不會(huì)有油氣泄漏，當(dāng)雷擊在油罐頂部就不會(huì)引起爆炸等事故。事實(shí)是不是這樣呢?來分析油罐的實(shí)際運(yùn)行狀況。當(dāng)油罐儲(chǔ)存閃點(diǎn)低于或等于環(huán)境溫度的易燃油品，油罐在正常情況下，呼吸閥處于關(guān)閉狀態(tài)，不會(huì)有油氣泄漏現(xiàn)象，呼吸閥周圍的油氣與空氣混合物達(dá)不到爆炸規(guī)定的濃度要求，此時(shí)遇雷電火花也不會(huì)引起爆炸火災(zāi)事故。雷電多發(fā)的季節(jié)多是夏季，也是溫度最高的時(shí)候，油罐經(jīng)太陽暴曬或者油罐進(jìn)油，都會(huì)使油罐內(nèi)氣壓升高，迫使油罐呼吸閥開啟來釋放氣壓。此時(shí)呼吸閥周圍的油氣與空氣混合物就存在著爆炸危險(xiǎn)性，這時(shí)如遇雷電火花，就會(huì)引起爆炸火災(zāi)事故[2]。而目前，大型原油儲(chǔ)罐大都采用外浮頂結(jié)構(gòu)，而不是內(nèi)浮頂?shù)臋C(jī)構(gòu)。外浮頂?shù)母”P與罐壁之間必然存在環(huán)形間隙，以保證浮頂上下移動(dòng)的需要。為了保證儲(chǔ)罐的嚴(yán)密性，規(guī)定要求在此環(huán)形間隙內(nèi)需設(shè)置浮頂密封裝置，即設(shè)一次和二次雙重密封，因此在一、二次密封之間有一個(gè)環(huán)形密閉空間。當(dāng)存儲(chǔ)的油品易揮發(fā)時(shí)，在這個(gè)空間內(nèi)會(huì)存在一定量的揮發(fā)油氣。如果密封有缺陷或磨損時(shí)，并且當(dāng)氣溫比較高時(shí)，空間內(nèi)油氣濃度就會(huì)非常高，很容易形成爆炸環(huán)境。

根據(jù)對(duì)某新建油庫2臺(tái)10×104m3油罐的一次、二次密封間環(huán)形密封空間油氣濃度進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析，具體結(jié)果見表1[3]。

表1 外浮頂油罐一次、二次密封間油氣濃度%LEL

由表1 可以看出，1＃ 油罐環(huán)形空間內(nèi)的東南檢測(cè)點(diǎn)油氣濃度已達(dá)85%LEL，2＃ 油罐環(huán)形空間內(nèi)東南檢測(cè)點(diǎn)油氣濃度達(dá)70%LEL，油氣濃度均已接近爆炸極限。試想一下，剛投用且密封完好的油罐油氣濃度就已接近爆炸下限，那么經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后密封有缺陷的油罐油氣濃度將更高。事實(shí)上，從多起發(fā)生雷擊爆炸現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控錄像中也可以清晰發(fā)現(xiàn)油罐遭雷擊后，基本都是先在油罐的浮盤密封處發(fā)生爆炸，隨后才引發(fā)油罐內(nèi)的原油燃燒。這也從證據(jù)上表明，發(fā)生事故油罐的一、二次密封環(huán)形密閉空間內(nèi)局部的油氣濃度在雷擊發(fā)生時(shí)已經(jīng)非常高了，具備爆炸燃燒條件。

3）而現(xiàn)階段對(duì)雷擊的直接防護(hù)中仍然主要是采用避雷針，但目前有的罐區(qū)設(shè)計(jì)或施工中并沒有廣泛采用避雷針，并對(duì)其作用有不同的看法。這就有必要正確認(rèn)識(shí)、分析避雷針在油罐區(qū)防雷的作用與意義，研究它的可能影響，并研究解決方法，進(jìn)而正確指導(dǎo)我們實(shí)際工作。

3 油罐區(qū)防雷的必要性

3.1 油庫儲(chǔ)存油品的特性所決定

油罐儲(chǔ)油是當(dāng)前應(yīng)用最主要且普遍的一種儲(chǔ)油方式。因此油罐是儲(chǔ)存油料最為重要的設(shè)備。在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，我們必須對(duì)油品的特性進(jìn)行了解。各種油品具有易揮發(fā)、易流失、易燃燒、易爆炸等性質(zhì)，一旦大量的油品發(fā)生火災(zāi)或爆炸，必然會(huì)造成重大的人員、設(shè)備的損失。所以掌握油品的性質(zhì)，對(duì)于防雷工作具有重要意義[4]～[5]。

1）易燃性

石油產(chǎn)品都屬于極易燃燒的物體。原油及其產(chǎn)品都是碳?xì)浠衔?，遇火或受熱很容易燃燒。其燃燒危險(xiǎn)性大小取決于油品閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)這三個(gè)參數(shù)。油品的性質(zhì)由其化學(xué)組成和餾分組成決定。

2）易爆性

爆炸是一種物質(zhì)發(fā)生非常迅速變化的一種形式。伴隨爆炸瞬間產(chǎn)生的大量能量，迫使其周圍空氣壓力也同時(shí)發(fā)生突變，發(fā)出巨大的聲音，其釋放的能量更造成災(zāi)難性的后果。爆炸危險(xiǎn)性常用爆炸極限來表示，包括爆炸下限和爆炸上限。當(dāng)混合物濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限時(shí)，都不會(huì)發(fā)生不會(huì)爆炸。但當(dāng)混合物濃度在爆炸極限范圍內(nèi)時(shí)，在點(diǎn)火源的作用下，混合氣體就會(huì)爆炸并燃燒。并且在混合物濃度超過爆炸上限時(shí)，在點(diǎn)火源的作用下會(huì)先燃燒，待混合物濃度下降到爆炸范圍內(nèi)時(shí)，隨即會(huì)爆炸。

3）揮發(fā)性

石油產(chǎn)品尤其是輕質(zhì)油品具有容易揮發(fā)的特性。所謂揮發(fā)性是指油品由液體變?yōu)闅怏w的性質(zhì)，油品的沸點(diǎn)越低其揮發(fā)性越大。油品由于容易揮發(fā)，因此會(huì)在浮頂形成爆炸性氣體環(huán)境，在外來火源的作用下極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故，造成罐體和人員的傷害。同時(shí)，揮發(fā)就會(huì)使油品中輕質(zhì)餾分減少，造成油品質(zhì)量變差。

3.2 儲(chǔ)存油品的危險(xiǎn)性所決定

經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步，石油及石油產(chǎn)品在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越普遍，而油庫、 加油站分布眾多，油罐內(nèi)儲(chǔ)存的各種不同的石油液體，如原油、成品汽油、柴油、等，都是易燃易爆產(chǎn)品，極易發(fā)生火災(zāi)爆炸。分析以往事故數(shù)據(jù)及資料，在我國(guó)成品油儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)中發(fā)生的582例事故中，設(shè)備損壞及其它占9.8%，混油事故占22%，火災(zāi)、爆炸事故占30.80%，由于跑、冒、滴、漏等造成的未遂事故占37.4%[6]。從分析可以看出在事故中油罐發(fā)生火災(zāi)爆炸的比例是比較高的。而油罐一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，都會(huì)帶來巨大的設(shè)備損壞的及人身傷亡事故，且影響程度和范圍也很嚴(yán)重。我們已經(jīng)有過這方面的教訓(xùn)了，在1989年8月12日，山東省黃島油庫的就因?yàn)槔讚舭l(fā)生特大火災(zāi)事故，大火整整燃燒了104個(gè)小時(shí)，燒掉原油3.6×104噸，燒毀油罐5座，事故造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)3300萬元，人員傷亡達(dá)百人，可估計(jì)的間接損失就達(dá)5200萬元，如果加上后期治理環(huán)境污染的費(fèi)用就更多了。采用大型化油罐儲(chǔ)油是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)，這是我國(guó)石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國(guó)家原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備庫項(xiàng)目所決定的。目前在大型罐區(qū)單罐容積已達(dá)10×104m3以上的儲(chǔ)罐已是屢見不鮮。如此巨大的油罐一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸等突發(fā)事故，將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，社會(huì)影響也是難以估量的。

3.3 油罐區(qū)設(shè)計(jì)防雷規(guī)范的要求

我國(guó)化工類廠區(qū)儲(chǔ)存地油罐區(qū)地域分布設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)符合《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50074-2002》，主要是要滿足下列條件：

1）在鋼油罐體上必須做接地點(diǎn)；要求接地點(diǎn)不應(yīng)少于 2處；接地點(diǎn)沿油罐周長(zhǎng)的間距不宜大于30m，否則要增加接地點(diǎn)；每個(gè)接地點(diǎn)的接地電阻不宜大于10?。

2）浮頂鋼油罐的頂板厚度等于或大于4mm時(shí)，規(guī)范指出一般不應(yīng)裝設(shè)避雷針；應(yīng)將浮頂與罐體用2根導(dǎo)線做電氣連接，發(fā)生雷擊事故時(shí)將雷擊產(chǎn)生的電流通過導(dǎo)線引入大地中。

3）石油庫內(nèi)的信息系統(tǒng)配線電纜，宜采用帶有屏蔽的電纜，如鎧裝電纜等；電纜采用鋼管防護(hù)配線時(shí)，要將鋼管上下2處與罐體做電氣連接并接地。

4）石油庫內(nèi)信息系統(tǒng)的配電線路與電子器件連接時(shí)，在首末端需裝設(shè)與電子器件耐壓水平相適應(yīng)的過電壓保護(hù)保護(hù)設(shè)備，如浪涌保護(hù)器。

4 結(jié)論

根據(jù)對(duì)一些化工企業(yè)儲(chǔ)油罐的現(xiàn)場(chǎng)觀察分析可知，現(xiàn)在化工儲(chǔ)油罐區(qū)存在很多問題，特別是對(duì)雷電的防護(hù)方面。防雷其實(shí)是一個(gè)系統(tǒng)的工程，也是一個(gè)需要實(shí)際情況檢驗(yàn)的工程。從方案的確定、資金的來源、防雷浪涌保護(hù)器的選擇、施工時(shí)的質(zhì)量等方面都會(huì)直接影響到防雷的整體效果。只有精心設(shè)計(jì)、科學(xué)經(jīng)濟(jì)、合理配置、精細(xì)施工才能達(dá)到理想的防雷效果。

[1]馬劍群.“8.7”中石化儀征分輸站 15萬方原油儲(chǔ)罐雷擊火災(zāi)后的思考[C].2007年中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)年會(huì),2007.

[2]孔祥欣.油庫的雷電防護(hù)[J].山東氣象,2003(9).

[3]宮宏.大型浮頂儲(chǔ)罐浮盤密封圈雷擊起火事故分析,2008,8(10).

[4]姚勤.淺談大型油庫潛在的火災(zāi)危險(xiǎn)與防范[J].消防技術(shù)與管理,2004[S1]:45-47.

[5]狄建華.油庫火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析[J].安全、健康和環(huán),2002,2(8):34-35.

[6]張曉冬,章保東.油庫火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性分析與控制[J].中國(guó)計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào),2005(9):251-254.