黔東南州液化石油儲配站雷電風(fēng)險評估

楊再奎，劉 崛，楊翼飛

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000;2.貴州省麻江縣氣象局，貴州 麻江 557600)

1 引言

雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十種自然災(zāi)害之一，是電子時代的一大公害［1］。而風(fēng)險評估是認(rèn)識和評價風(fēng)險的有效方法，也是風(fēng)險控制和風(fēng)險管理的前提和基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的災(zāi)害風(fēng)險評估是風(fēng)險管理的決策依據(jù)［2］。

雷電風(fēng)險評估既是指導(dǎo)與統(tǒng)籌防雷工程設(shè)計以及防雷工程施工的需要，也是科學(xué)防雷、規(guī)范防雷的重要工作［3］。為了減少或避免黔東南州液化石油儲配遭受雷擊而引起雷電災(zāi)害，為了科學(xué)的指導(dǎo)防雷設(shè)計和施工，對項目進(jìn)行了雷擊風(fēng)險評估。計算出該項目的風(fēng)險值與最大容許值進(jìn)行比較。通過對資料數(shù)據(jù)的具體分析，計算出風(fēng)險值是否達(dá)到容許范圍值，并提出完善整個防雷裝置的建議，使防雷裝置達(dá)到良好的防護(hù)作用。

2 數(shù)據(jù)來源與分析

2.1 項目概況

黔東南州常樂燃?xì)庥邢挢?zé)任公司液化石油儲配站位于 26°36'1433″N 、107°57'2152″E，建設(shè)占地面積約7 453.5 m2，主要包括:儲罐區(qū)長34.2 m、寬13.85 m、排氣管頂端距地高度6.95 m;充裝房體量24.0 m×7.0 m×4.8 m;辦公室宿舍體量20.0 m×15.0 m×13.5 m;儲罐100 m35臺，20 m3殘液罐1臺;值班室體量13.2 m×4.5 m×4.0 m。

2.2 凱里市1964—2008年氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由圖1可以看出凱里市年平均雷暴日為56 d。雷電活動主要發(fā)生在4—8月，月平均雷暴日接近9 d;雷暴日最多的年份為1964年(76 d);雷暴日最少年份為1986年(39 d)。初雷日最早為1月5日發(fā)生在1993年;終雷日最晚為12月31日發(fā)生在1978年;初終間跨度最長的年份為1978年，從1月22日—12月31日。

圖1 1964—2008年凱里市雷暴日月分布

凱里市雷暴日的年際變化趨勢較大，介于39～76 d之間。

雷暴日僅僅反映了某區(qū)域大致的雷電活動特征，但不能準(zhǔn)確表征地閃的頻繁程度與雷暴強(qiáng)度。因此，在進(jìn)行建(構(gòu))筑物年雷擊次數(shù)的估算、雷擊風(fēng)險計算時，本報告采用項目所處區(qū)域?qū)嶋H雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)。

2.3 近5 a(2006—2010年)雷電監(jiān)測網(wǎng)數(shù)據(jù)分析

2.3.1 雷暴日 凱里市年平均雷暴日為73 d，月平均雷暴日超過6 d，4—8月為雷電多發(fā)期，月平均雷暴日數(shù)超過11 d。

2.3.2 地閃密度 凱里市雷電流年平均地閃次數(shù)為3 317次，地閃密度為2.6次/(km2·a)?！扒瓥|南州常樂燃?xì)庥邢挢?zé)任公司液化石油氣儲配站”區(qū)域內(nèi)(以項目地址中心位置3 km半徑范圍)雷電流年平均地閃次數(shù)144次，地閃密度為51次/(km2·a)。本報告采用該值作為雷電風(fēng)險計算參數(shù)。

2.3.3 地閃強(qiáng)度與累積概率 凱里市最大正、負(fù)地閃強(qiáng)度分別為244.5 kA、241.8 kA，其中地閃強(qiáng)度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA的概率分別是3.13%、50.1%、14.6% ，平均地閃強(qiáng)度345 kA。

2.3.4 地閃季節(jié)變化 凱里市地閃主要活動期是4—8月，92%以上的地閃都發(fā)生在這5個月。

凱里市地閃主要活躍在14—07時，92.0%的地閃都發(fā)生這個時段，08—13時地閃相對較少，約8.0%的地閃發(fā)生在這個時段。

2.4 土壤電阻率

本文中所用的土壤電阻率數(shù)值是實際勘測數(shù)據(jù)。2011年10月在儲配站項目所處區(qū)域現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)。采用溫納四極法結(jié)合庫區(qū)范圍內(nèi)的周邊環(huán)境、地理地貌選取2個測試點進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集時土壤較濕潤，取季節(jié)系數(shù)Ψ=1.2，取接地極間距離a=5 m，所測量土壤電阻率為地表至地下5.0 m土壤層的平均土壤電阻率。訂正后的土壤電阻率為40.12Ω·m。

3 雷電災(zāi)害風(fēng)險評估

3.1 儲配站分區(qū)

根據(jù)本工程區(qū)域內(nèi)的建構(gòu)筑物使用功能和位置分布情況，劃分以下防雷區(qū)域:罐區(qū)域(Z1)、充裝區(qū)域(Z2)、辦公室區(qū)域(Z3)、值班室區(qū)域(Z4)。

建筑物周邊環(huán)境:根據(jù)貴州雷電監(jiān)測網(wǎng)資料，項目所在地地閃密度為Ng=5.1次/(km2·a);本項目用地地形東面南面均為布滿灌木叢荒山。氣站周邊特征參見表1。

表1 液化石油儲配站環(huán)境特征

區(qū)域特征見表2～表5。

表2 罐區(qū)域(Z1區(qū))的特征

表3 充裝房/機(jī)泵房區(qū)域(Z2區(qū))的特征

表4 辦公室宿舍區(qū)域(Z3區(qū))的特征

表5 值班室區(qū)域(Z4區(qū))的特征

3.2 人身傷亡風(fēng)險的估算

雷擊風(fēng)險的組成(Ng=51次/(km2·a))

表6 雷擊風(fēng)險的組成

根據(jù)現(xiàn)有情況對風(fēng)險進(jìn)行估算，該項目充裝房、辦公室宿舍、值班室人員傷亡風(fēng)險值大于《QX/T85－2007》中可承受風(fēng)險(1.00 E－05)。原防雷設(shè)計無相應(yīng)的防雷電波侵入措施，為了減少雷擊安全隱患，需補(bǔ)充防雷措施。

4 評估結(jié)果

①氣象觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計的凱里市年平均雷暴日數(shù)為56 d，按照《GB50343－2004》對雷暴強(qiáng)弱等級劃分，凱里市屬高雷暴區(qū)域。庫區(qū)3 km半徑區(qū)域范圍內(nèi)年平均地閃次數(shù)144次，地閃密度約為5.1次/(km2·a)，大于凱里市年地閃密度2.6次/(km2·a)，該項目所處區(qū)域易遭受雷擊。

②凱里市最大正、負(fù)地閃強(qiáng)度分別為244.5 kA、241.8 kA，超過規(guī)范《GB50057－2010》中對閃電強(qiáng)度說明的規(guī)定值，說明該區(qū)域閃電強(qiáng)度大。其中地閃強(qiáng)度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA的比例分別是31.3%、50.1%、14.6% 。平均地閃強(qiáng)度34.5 kA，高于全國平均水平(27.80 kA)。

③燃?xì)鈳靺^(qū)域中充裝房、辦公室宿舍、值班室人員傷亡風(fēng)險值分別為:1.04 E－02、6.06 E－05、5.66 E－05，均大于可承受風(fēng)險《QX/T85－2007》規(guī)定的可承受風(fēng)險值(1.00 E－05)。

④庫區(qū)所處區(qū)域土壤電阻率變化不大，平均土壤電阻率為40.12Ω·m，根據(jù)《GB/T 17949.1－2000》的規(guī)定屬于低土壤電阻率區(qū)域，易于接地裝置的制作。

根據(jù)國際防雷標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:雷擊造成人員傷亡損失的最大風(fēng)險可容許值RT=1.00×10－5。而在本論文中由雷擊造成的人員傷亡損失風(fēng)險R=5.66×10－5，超出可承受的范圍，需做防雷工程。

5 工程描述

5.1 具體防雷措施

①本項目的罐區(qū)應(yīng)按第一類防雷建筑物設(shè)計，首次雷擊電流參數(shù)應(yīng)按不＜250 kA設(shè)計;充裝房/泵房應(yīng)按第二類防雷建筑，首次雷擊電流參數(shù)應(yīng)按不＜200 kA設(shè)計;辦公室應(yīng)按第三類防雷建筑物設(shè)計，首次雷擊電流參數(shù)應(yīng)按不＜150 kA設(shè)計。

②燃?xì)鈳炜傋兣潆娛野惭b的第一級電涌保護(hù)器，其通流量不低于60 kA(波形8/20μs)。充裝房、辦公室宿舍、值班室區(qū)域應(yīng)加強(qiáng)雷電防護(hù)，進(jìn)出管網(wǎng)、線路應(yīng)采取等電位連接、靜電防護(hù)、金屬管屏蔽等措施。

③燃?xì)鈳齑箝T前、罐庫區(qū)充裝房前設(shè)置導(dǎo)人體靜電裝置。

5.2 工程完成后的風(fēng)險

由雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風(fēng)險。

綜上采取相應(yīng)措施后，雷電風(fēng)險值降至規(guī)范規(guī)定可承受的范圍(1.00×10－5)。

［1］黃崇福.自然災(zāi)害風(fēng)險分析［M］.北京:師范大學(xué)出版社，2001.

［2］楊仲江.雷電災(zāi)害風(fēng)險評估及管理基礎(chǔ)［M］.北京:氣象出版社，2010.

［3］張繼權(quán)，李寧.主要氣象災(zāi)害風(fēng)險評價與管理的數(shù)量化方法及其應(yīng)用［M］.北京:北京師范大學(xué)出版社，2007.

［4］IEC62305－2.雷電防護(hù)－第2部分:風(fēng)險管理［S］.2006:21－25.

［5］葉蜚譽(yù).關(guān)于雷擊風(fēng)險評估的若干問題［J］.電氣工程應(yīng)用，2007，(02).

［6］趙東，等.石化行業(yè)雷擊風(fēng)險評估技術(shù)方法應(yīng)用［J］.陜西氣象，2008(4).

［7］史雅靜，涂山山.雷擊風(fēng)險評估方法初探［J］.湖北氣象，2008(2).