油田罐區(qū)接地隱患分析與整改建議

王金毅（大慶石油管理局技術(shù)監(jiān)督中心）

接地裝置廣泛地應(yīng)用于油田的生產(chǎn)作業(yè)過程中，并發(fā)揮著重要的作用，特別是設(shè)置在油罐的防雷防靜電裝置，可以有效地減少雷擊災(zāi)害和靜電引起的爆炸事故。近些年來，在全國范圍內(nèi)發(fā)生過幾次大型石油儲罐雷擊事故，雷擊引起的油罐爆炸與火災(zāi)，致使多人傷亡，國家蒙受財產(chǎn)損失。2006年8月，中石化管道公司南京輸油處儀征輸油站一15×104m3的儲油罐因雷擊發(fā)生爆炸起火，僅油罐本身的經(jīng)濟(jì)損失就高達(dá)5億元人民幣[1]。究其最終的原因，這些事故主要是由于接地裝置的安裝工藝、阻值不符合相關(guān)要求，導(dǎo)致雷電能量或靜電電荷不能平穩(wěn)、及時地泄放，從而引起爆炸和火災(zāi)[1]。

1 油田罐區(qū)接地隱患分析

1.1 接地的分類

接地裝置用于傳導(dǎo)雷電流并將其流散入大地，由接地體和接地線組成[2]。接地一般分為保護(hù)接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地和防靜電接地5大類[3]，各類接地的作用見表1所示。

1.2 接地的重要性

由表1可以明顯看出，接地廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，并直接肩負(fù)著設(shè)備設(shè)施、生產(chǎn)生活場所的安全重任，必須得到足夠的重視。

在油田原油儲存過程中，油罐所涉及的接地類型主要有防雷接地、防靜電接地和保護(hù)接地。一方面，油罐作為儲存原油的設(shè)備，以大慶油田某油庫10×104m3的儲罐為例，其本體的高度為30 m，算上其附屬的金屬護(hù)欄，高度可達(dá)31 m左右，在空曠的野外，整體為金屬結(jié)構(gòu)的油罐，非常容易受到雷電的攻擊。當(dāng)雷直擊到油罐后，強大的雷電流從浮頂經(jīng)罐壁入地，在電流泄放的過程中，在浮頂與罐壁近距離的金屬物就會發(fā)生放電現(xiàn)象。如果此時密閉空間的油氣濃度高于爆炸極限的下限時，必然會引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故[4]。所以，必須有可靠的接地裝置才能避免因雷擊造成的重大損失。

另一方面，油罐內(nèi)存儲的石油作為丙類危險物質(zhì)，揮發(fā)處的氣體極易被電火花引爆，所以，防止靜電產(chǎn)生電火花成為重要的課題。接地是消除靜電災(zāi)害最簡單、最常用的方法[5]，一般情況下，油罐罐體的靜電荷由接地裝置導(dǎo)入大地，而操作人員人體靜電荷通過靜電釋放器來消除。

表1 接地類型及其用途

最后，油罐上安裝有電動機等設(shè)備，為了保證可能接觸這些設(shè)備的人員人身安全，也必須設(shè)置保護(hù)接地裝置。

1.3 隱患分析

在原油儲存罐區(qū)，通常情況下的油罐接地裝置示意圖如圖1所示。其中油罐的防雷接地和設(shè)備保護(hù)接地的接地極可以共用，在接地裝置的安裝工藝上是相同的，但是，接地電阻的阻值必須取二者之中較小的那一個，才能滿足兩類接地的需要。

圖1 油罐接地裝置示意圖

油罐接地裝置在安裝、日常維護(hù)、檢修和使用過程中，會因人員、材料質(zhì)量及環(huán)境的變化等原因產(chǎn)生安全隱患，具體隱患的類型和危害如下。

1）接地裝置引下線搭接長度不足。目前，這一類隱患常見于油田各類場所、各類裝置上。隱患產(chǎn)生的主要原因就是接地線和引下線、或者引下線（接地線）在連接過程中接觸面積不足，進(jìn)而形成較大的電阻值，一旦巨大的雷電流通過接觸部位，電阻增大，接觸部位產(chǎn)生的熱就越多，故而將引下線或接地線融化，產(chǎn)生雷擊事故。按照GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的要求，正確的連接方式為：扁鋼—扁鋼連接，應(yīng)至少為扁鋼寬度的2倍，不少于3面焊接；圓鋼—圓鋼連接，應(yīng)至少為圓鋼直徑的6倍，延長邊雙面焊接；扁鋼—圓鋼連接，應(yīng)至少為圓鋼直徑的6倍，延長邊雙面焊接。搭接長度及焊接形式見圖2。

2）接地裝置的接地極（接地體）外露。接地極（接地體）是雷電流泄放的載體，是埋藏于地下的裝置接地極（接地體）示意圖見圖3。一般情況下，接地極埋藏在凍土層以下，其頂端應(yīng)距地面0.5 m，深度應(yīng)為2.5 m。接地極（接地體）因土壤沉降作用，被拱出地面，不利于雷電流的泄放，可能造成接地電阻阻值超差，接地網(wǎng)斷開連接，使整個接地裝置失去防雷、防靜電等作用。

圖2 搭接長度及焊接形式圖

圖3 接地極（接地體）示意圖

3）接地裝置銹蝕嚴(yán)重。在油罐接地裝置中，埋入地下部分和露在空氣中的部分都會受到水和空氣的腐蝕，接地裝置阻值的大小也會跟隨腐蝕變化，影響著防雷系統(tǒng)的安全運行[6]，腐蝕甚至?xí)沟叵虏糠纸拥鼐W(wǎng)的斷開，從而不能發(fā)揮正常泄放電荷的功能。而地上部分的銹蝕，將使引下線和接地線的有效截面積、搭接面積減小，從而增大電阻，也會出現(xiàn)雷電流通過時，燒毀引下線和接地線后造成爆炸與火災(zāi)事故。

4）接地裝置阻值超差。根據(jù)GB/T 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》的要求，防雷接地電阻值最大不超過10Ω。而工作接地和保護(hù)接地電阻值不大于4Ω。當(dāng)接地共用時防雷接地、防靜電接地、電氣設(shè)備的工作接地、保護(hù)接地及信息系統(tǒng)的接地等宜共用接地裝置，接地電阻應(yīng)不大于4Ω[7]。當(dāng)油品流動時會產(chǎn)生自有電荷或電離子，進(jìn)而造成帶有正負(fù)電荷的靜電荷出現(xiàn)在油品和管道帶上[8]。防靜電接地時，因靜電荷需要釋放到大地中，過小的接地電阻將產(chǎn)生較大的電流，從而引起電火花，為了避免這一現(xiàn)象，防靜電接地電阻值可以適當(dāng)增大，但不應(yīng)不大于100Ω。但是，在接地裝置生命周期的每個環(huán)節(jié)，可能因環(huán)境腐蝕、土壤沉降等原因，造成接地裝置的損壞，以致接地電阻超過規(guī)范要求而形成隱患。

2 整改建議

在認(rèn)清接地裝置隱患產(chǎn)生的內(nèi)外因后，就可以應(yīng)用全面質(zhì)量管理理論中，具體從影響產(chǎn)品質(zhì)量的5個因素，即：人、機、料、法、環(huán)入手，制定整改措施。

1）提升人員技術(shù)水平。一方面，這需要原有儲存企業(yè)通過內(nèi)外部的人員培訓(xùn)工作來提升相關(guān)人員的技術(shù)水平，使他們能夠掌握接地裝置的組成、接地裝置的原理等內(nèi)容，以及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，定期對油罐接地開展日常巡查與管理，檢查接地裝置的結(jié)構(gòu)形式和安裝位置，校核每根引下線的接地有效面積[9]，及時發(fā)現(xiàn)隱患。另一方面，接地裝置安裝企業(yè)人員技術(shù)的提升，才能從源頭上避免防雷安全隱患的產(chǎn)生，這是因為，接地裝置的接地極、接地線等組件深埋地下，日常無法進(jìn)行管理，只有嚴(yán)把安裝質(zhì)量關(guān)，才能確保油罐的安全運行。

2）確保施工及檢測設(shè)備精準(zhǔn)。在施工過程中，通過儀器設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，才能確保安裝工藝符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，這包括接地極安裝深度、防雷分區(qū)的劃分、接地網(wǎng)的設(shè)置、引下線與接地線連接工藝等。同時，在對接地裝置進(jìn)行驗收、年度和日常巡查檢測過程中，針對接地電阻值的測量也需要儀器的精準(zhǔn)，才能真實反映出接地裝置的現(xiàn)狀，為油罐的維護(hù)管理提供支撐和依據(jù)。

3）嚴(yán)把物料入廠關(guān)口。接地裝置避免雷電災(zāi)害的原理就是將雷電流通過金屬導(dǎo)體，泄放至大地，裝置的制作材料電導(dǎo)通性的好壞直接關(guān)乎于接地的有效性。所以，必須從材料入手，例如：在制作接地網(wǎng)時，注意施工材料選取低漏電的鍍鋅材料，并進(jìn)行材料檢測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在質(zhì)量問題，應(yīng)及時更換材料[10]，選擇符合國家標(biāo)準(zhǔn)的角鋼、扁鋼和圓鋼。這樣才能從源頭入手，確保防雷裝置的可靠與有效。

4）運用正確的技術(shù)方法。在油田生產(chǎn)、儲存和轉(zhuǎn)輸場所，每一類建構(gòu)筑物的高度、材質(zhì)、危險性程度都是不同的，這就需要油田企業(yè)因地制宜，運用正確的接地技術(shù)方法，而不能“整齊劃一”地照搬套用一個接地模板，而是應(yīng)該綜合考量建構(gòu)筑物對接地的需求類型，防護(hù)面積，選擇既經(jīng)濟(jì)、適當(dāng)，又能滿足需要的接地裝置。

5）根據(jù)氣象、水文和地質(zhì)條件選擇適當(dāng)?shù)慕拥匦问健Ｔ陂_展接地裝置的設(shè)計、施工、日常維護(hù)和檢測過程中，要充分考慮到油罐所在地區(qū)的環(huán)境因素。通常需要獲得全年平均雷暴日、土壤電阻率、降水量、凍土層厚度等數(shù)據(jù)，為接地裝置的設(shè)計、施工、維護(hù)和檢測工作提供指導(dǎo)，以使接地裝置達(dá)到高效的狀態(tài)。

3 結(jié)束語

綜上所述，在確保油田安全生產(chǎn)的總體指導(dǎo)思想下，樹立全面質(zhì)量管理的思維，運用正確的管理方法，嚴(yán)格把關(guān)材料質(zhì)量，定時定期開展防雷防靜電檢測，及時查找隱患，分析隱患產(chǎn)生的原因，制定相應(yīng)的整改措施。對那些普遍存在的共性隱患類型，開展集中治理。這樣，才能保證油田罐區(qū)油罐接地裝置的可靠性、有效性，才能避免發(fā)生雷電災(zāi)害，才能保證人員安全，才能保證我國原油戰(zhàn)略儲備，為油田安全生產(chǎn)保駕護(hù)航，為我國經(jīng)濟(jì)、社會，以及民生的發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。