淺析石化廠區(qū)避雷策略

＊楊曉健

（河北英科石化工程有限公司 河北 050001）

淺析石化廠區(qū)避雷策略

＊楊曉健

（河北英科石化工程有限公司 河北 050001）

我國(guó)是一個(gè)雷電災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，每年因?yàn)槔纂姙?zāi)害造成大量的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在石油化工企業(yè)中，由于其生產(chǎn)的原料和產(chǎn)品都具有一定的危險(xiǎn)性，如何有效的預(yù)防雷電災(zāi)害則是一個(gè)非常重要的課題。

石油化工廠區(qū)；避雷；雷電災(zāi)害；避雷裝置

雷電自古以來就一直存在，而人類對(duì)雷電從最初的恐懼到今天的理性防御，對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)也從最初的原始崇拜到今天的科學(xué)認(rèn)知，人類的防雷歷史其實(shí)就是人類與自然抗?fàn)幍恼鎸?shí)寫照。在我們生活的地球上每秒鐘就有100次閃電發(fā)生，每個(gè)閃電強(qiáng)度可達(dá)到幾十萬(wàn)伏，一個(gè)中等規(guī)模的雷暴其單位功率和一個(gè)小型核電站功率相等，其危害之大可想而知。根據(jù)我國(guó)氣象部門統(tǒng)計(jì)我國(guó)每年因?yàn)槔纂娫斐杉s三千多人傷亡，財(cái)產(chǎn)損失約百億人民幣，而在世界范圍內(nèi)每年因?yàn)槔纂娫斐杉s一萬(wàn)多人傷亡。在我國(guó)華南與華東地區(qū)是雷電的高發(fā)區(qū)，特別是農(nóng)村空曠地區(qū)和高大建筑物附近是雷電的高發(fā)區(qū)。目前，我國(guó)相當(dāng)一部分電力企業(yè)、石化企業(yè)、通訊企業(yè)的生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)設(shè)施都是在人口較為稀少的農(nóng)村地區(qū)，而由于生產(chǎn)企業(yè)均有規(guī)模較大的建筑群這使得企業(yè)的防雷工作顯得異常重要。尤其是化工企業(yè)其廠區(qū)一般擁有大量的石化產(chǎn)品儲(chǔ)罐和化工設(shè)備，不但容易遭受雷電災(zāi)害而且一旦遭受雷電災(zāi)害就會(huì)引發(fā)廠區(qū)內(nèi)大量化工產(chǎn)品連鎖反應(yīng)。尤其近年來我國(guó)大型石化裝置大量上馬，石化裝置本身體型高大而且均是金屬材質(zhì)更容易引起落雷。而在化工廠區(qū)內(nèi)增設(shè)的各種架空長(zhǎng)導(dǎo)線使得雷電更容易使避雷針失去作用而引發(fā)雷電災(zāi)害。

1.雷電危害機(jī)理及避雷原理

雷電在日常生活中是一種常見的大氣放電現(xiàn)象，其放電時(shí)間短，可以在很短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾十萬(wàn)伏的高壓電，雷電過程中產(chǎn)生的電流可以達(dá)到幾十萬(wàn)安培，閃電內(nèi)釋放的高壓電弧溫度也可達(dá)到幾千度。雷電對(duì)于石化企業(yè)中的金屬罐區(qū)及反應(yīng)塔器都具有極大的危險(xiǎn)，一旦擊中石化單位常常引起起火爆炸事故，造成大量死傷。上世紀(jì)八十年代，我國(guó)青島市黃島油庫(kù)遭雷擊失火，傷亡近百人。進(jìn)入21世紀(jì)以后由于我國(guó)石化企業(yè)自動(dòng)化控制的進(jìn)程加快，大量傳感器件和電子設(shè)備應(yīng)用在反應(yīng)塔器和金屬罐區(qū)之中，由于電子設(shè)備與企業(yè)的數(shù)據(jù)存貯網(wǎng)絡(luò)相連，一旦遭受雷擊會(huì)給企業(yè)帶來無法彌補(bǔ)的巨大損失。

雷擊一般為三種主要形式，分別是直擊雷、感應(yīng)雷和球形雷。直擊雷是帶電云層與大地之間直接的迅猛放電過程。直擊雷對(duì)地面放電時(shí)，其瞬時(shí)電流可以達(dá)到幾十萬(wàn)安培，同時(shí)其溫度可達(dá)到六千攝氏度以上。感應(yīng)雷是當(dāng)直擊雷對(duì)地發(fā)生放電的過程中，由于電擊過程中產(chǎn)生強(qiáng)大的電流，這會(huì)引起周圍金屬物質(zhì)產(chǎn)生電磁感應(yīng)進(jìn)而發(fā)生高電壓閃擊的現(xiàn)象。感應(yīng)雷是我們最常見的雷電災(zāi)害，其破壞面積較直擊雷要大很多。球形雷是一種外形為球體的雷電，其內(nèi)部成分目前尚沒有確切定論。

雷擊電流雖然很高但是其作用時(shí)間很短，其瞬時(shí)高溫也僅僅可以使雷擊處小面積金屬熔化。在實(shí)際生產(chǎn)中，當(dāng)化工產(chǎn)品儲(chǔ)罐或者反應(yīng)塔器壁厚超過四毫米就可以直接承受雷擊。當(dāng)雷擊擊中化工罐區(qū)或者反應(yīng)塔上的金屬鋼筋時(shí)，由于金屬導(dǎo)體通路橫截面積比較大，雷擊產(chǎn)生的高溫不足以熔化這些金屬。但是當(dāng)金屬鋼筋有部分區(qū)域電阻過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生熔化飛濺現(xiàn)象，容易引起火災(zāi)事故。同時(shí)，如果雷擊電流順著金屬鋼筋侵入電子線路或者供電線路時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)事故。雷擊過程中還會(huì)產(chǎn)生一定的沖擊波，可以導(dǎo)致雷擊區(qū)域建筑物的倒塌。由于化工廠區(qū)內(nèi)大量的容器和反應(yīng)器均是金屬體的建筑物，在雷雨天氣，容器和反應(yīng)器的頂部容易積聚電荷，如果接地線斷開或者電阻過大就會(huì)造成局部火花放電，危及廠區(qū)安全。當(dāng)雷擊通過防雷擊系統(tǒng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的電磁脈沖，當(dāng)避雷系統(tǒng)附近有電源線或者信號(hào)線時(shí)，會(huì)對(duì)電源線和信號(hào)線產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾，造成事故。

雷電災(zāi)害還和一定的地理關(guān)系有聯(lián)系，我國(guó)華南、西南、華東和長(zhǎng)江流域是雷電災(zāi)害比較多的地區(qū)而華北、東北、西北等地是雷電災(zāi)害比較少的地區(qū)，而且雷電災(zāi)害一般多發(fā)于山區(qū)或者河流與山川交匯地帶。在地下水位較高、河流以及山頂?shù)貛б彩抢纂姙?zāi)害的多發(fā)區(qū)。同時(shí)應(yīng)該避免在空曠的地區(qū)修建廠區(qū)等設(shè)施，防止雷電災(zāi)害發(fā)生。

2.石油化工廠區(qū)防雷措施

近年來我國(guó)興建了許多大型石化企業(yè)，在進(jìn)行石化企業(yè)選址過程中除了考慮交通、用水等因素還應(yīng)該考慮興建在雷電災(zāi)害比較少的地區(qū)。避免在山區(qū)、礦藏地區(qū)、山川河流交匯地帶興建石油化工單位。同時(shí)在平原地區(qū)興建石油化工單位時(shí)要做好相應(yīng)的防雷措施，防患于未然。

在石油化工單位廠區(qū)中無論在廠區(qū)還是辦公區(qū)，只要有條件應(yīng)該加裝避雷設(shè)備。針對(duì)金屬油罐在我國(guó)《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定“裝有阻火器的地上臥式油罐的壁厚和地上固定油罐的頂板等于或者大于4毫米不應(yīng)裝設(shè)避雷針”。但是在實(shí)際生產(chǎn)中由于油罐頂端呼吸閥和阻火器故障而造成的雷電火災(zāi)事故屢見不鮮。所以在化工單位罐區(qū)裝上避雷設(shè)備是避免雷電災(zāi)害事故所必備的。在反應(yīng)塔以及罐區(qū)的避雷裝置僅針對(duì)直擊雷產(chǎn)生作用，對(duì)于感應(yīng)雷和球形雷是不起作用的，所以在反應(yīng)塔和罐區(qū)還應(yīng)設(shè)置其他防雷裝置。

常見的直擊雷避雷裝置一般由三部分組成，分別是接閃器、引下線和接地裝置三部分。接閃器是指避雷針、避雷網(wǎng)、避雷帶、架空避雷網(wǎng)或者架空避雷線及其附件構(gòu)成。引下線適當(dāng)接閃器接收到雷電后由引下線引導(dǎo)雷電電流向地下傳導(dǎo)，最后通過接地裝置導(dǎo)入地下。安裝引下線時(shí)要注意，應(yīng)該使引下線有足夠大的截面積，避免雷電電流過大而導(dǎo)致引下線斷裂，發(fā)生事故。所有引下線應(yīng)該進(jìn)行鍍鋅或者涂漆處理，防止因?yàn)楦g而產(chǎn)生設(shè)備故障。引下線應(yīng)該裝在人不易碰到的隱蔽地點(diǎn)，同時(shí)當(dāng)引下線距離地面小于兩米時(shí)應(yīng)該用絕緣的塑料或者陶瓷套管套住，防止在傳導(dǎo)雷電過程中擊傷路過行人。

接地裝置是避雷裝置的中心環(huán)節(jié)，所有雷電電流全靠接地裝置導(dǎo)入地下，同時(shí)在地面不能產(chǎn)生很大的電壓差，跨步電壓要求降到最小。目前我國(guó)接地裝置一般以等電位連接的方式進(jìn)行連接。在化工廠區(qū)中接地裝置要使地面電場(chǎng)分布均勻，在地面不能產(chǎn)生較大的電位梯度。一般的做法是把接地裝置與廠區(qū)建筑物內(nèi)的混凝土鋼筋、自來水管、熱力管道及其他金屬管道、大型的金屬填埋物等進(jìn)行可靠的導(dǎo)電連接，使得整個(gè)廠區(qū)的建筑物和廠區(qū)設(shè)備形成一個(gè)大的等電位體。當(dāng)雷電電流通過接地裝置導(dǎo)入地下后會(huì)均勻的分布在所有的設(shè)備和建筑物之間，相互電壓相等，防止由于地面電壓差而導(dǎo)致的事故。同時(shí)這樣的接地裝置也大大降低了化工廠施工的難度和成本。

除了技術(shù)上防雷，還應(yīng)該在化工廠區(qū)的各個(gè)儲(chǔ)罐和反應(yīng)塔器的布局上進(jìn)行科學(xué)布置。目前我國(guó)化工原料儲(chǔ)罐間距比歐美發(fā)達(dá)國(guó)家化工原料儲(chǔ)罐的間距要小，一旦發(fā)生雷擊事故就容易產(chǎn)生連鎖反應(yīng)。我國(guó)目前化工原料儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)容量越來越大，隨著儲(chǔ)量的加大其儲(chǔ)存危險(xiǎn)系數(shù)也隨增加。適當(dāng)增大化工原料儲(chǔ)罐間距可以增大防雷間距同時(shí)增大防火間距，提高防火堤內(nèi)的有效容積，在突發(fā)事故時(shí)可以讓儲(chǔ)罐內(nèi)的液體儲(chǔ)存在防火堤內(nèi)，避免事故的擴(kuò)大化。同時(shí)可以通過提高防火堤的有效容積，增大化工廠罐區(qū)的安全系數(shù)。

石化廠區(qū)內(nèi)的避雷策略是涉及避雷技術(shù)、化工廠選址、化工廠區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)以及各化工設(shè)備設(shè)計(jì)等多方面共同作用的結(jié)果。在石油化工單位實(shí)際生產(chǎn)中，必須把防雷電措施做到位才能保證石化單位生產(chǎn)的正常運(yùn)行。

(責(zé)任編輯：李田田)

Analysis of the Lightning-protection Strategies in Petrochemical Factory Area

Yang Xiaojian

（Hebei Yingke Petrochemical Engineering Co., ltd, Hebei, 050001）

China is a country with frequent lighting disaster and large number of casualties and property loss will be caused by lighting disaster each year. For petrochemical enterprises, due to the produced raw materials and products have certain degree of danger, how to prevent lighting disaster effective is one very important subject.

petrochemical factory area；lightning-protection；lightning disaster；lightning-protection device

T < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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楊曉?。?979～)，女，河北英科石化工程有限公司；研究方向：化工工藝研究，化工操作，化工設(shè)計(jì)等。