危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷設(shè)計(jì)

付明立

（武漢長(zhǎng)江航運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖北武漢 430030）

引言

隨著我國(guó)水運(yùn)的快速發(fā)展，港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的數(shù)量、規(guī)模正在日益增加，安全管理風(fēng)險(xiǎn)不斷增加，其中危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷安全尤為重要。在《港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS176-2020）發(fā)布之前，危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷基本參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2020），該規(guī)范主要針對(duì)建筑物防雷，其中僅有一條文是可燃露天堆場(chǎng)的防雷規(guī)定：“糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場(chǎng)，當(dāng)其年預(yù)計(jì)雷擊次數(shù)大于或等于0.05 時(shí)，應(yīng)采用獨(dú)立接閃桿或架空接閃線防直擊雷。獨(dú)立接閃桿和架空接閃線保護(hù)范圍的滾球半徑可取100 m”[2].有部分設(shè)計(jì)單位并未通過計(jì)算或考慮不全，利用堆場(chǎng)高桿燈來滿足堆場(chǎng)防雷保護(hù)，普通集裝箱堆場(chǎng)尚可如此，港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)就不一定能滿足防雷要求。JTS176-2020 中對(duì)港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)名詞解釋為：“港區(qū)內(nèi)露天堆存危險(xiǎn)貨物集裝箱的專用場(chǎng)所”[1]，本文將結(jié)合具體項(xiàng)目通過具體計(jì)算和軟件模型闡述如何滿足以上規(guī)范要求，達(dá)到港口危險(xiǎn)貨物集裝箱安全管理的目標(biāo)。

1 項(xiàng)目概況

某危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)位于國(guó)外某港口，堆場(chǎng)長(zhǎng)約276 m，寬約23.5 m，堆存貨種如下表所示，堆場(chǎng)內(nèi)設(shè)置常規(guī)箱區(qū)、冷藏箱區(qū)、應(yīng)急場(chǎng)、工具間等功能。堆高層數(shù)按三層考慮，堆高約7.5 m。

表1 危險(xiǎn)品貨物種類及堆高層數(shù)

2 防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)

首先確定危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷等級(jí)。普通集裝箱堆場(chǎng)按可燃堆場(chǎng)考慮，危險(xiǎn)貨物堆場(chǎng)則不同?！陡劭谖ｋU(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTS176 -2020 第8.2 節(jié)要求符合GB50057、JT556 的規(guī)定，并未明確危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷等級(jí)，而該規(guī)范的送審稿第8.2.2 條明確說明：“港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷設(shè)施，不應(yīng)低于第二類防雷建筑物的規(guī)定要求。堆存易燃易爆危險(xiǎn)貨物集裝箱的，應(yīng)按第一類防雷建筑物設(shè)計(jì)”。筆者認(rèn)為可結(jié)合GB50057 的規(guī)定和送審稿的條文設(shè)計(jì)。

結(jié)合集裝箱堆場(chǎng)的布局特征選擇保護(hù)方案，目前有3 種方案可供采納：?jiǎn)蝹?cè)布置接閃桿、雙側(cè)布置接閃桿、端部接閃帶塔。其中接閃桿和接閃帶塔的區(qū)別在于：接閃桿布置在堆場(chǎng)四周，一般不會(huì)影響RTG（輪胎式集裝箱龍門起重機(jī)）運(yùn)行，接閃桿的高度一般在20 m 左右；接閃帶塔布置在堆場(chǎng)的縱向端部，為了不干涉RTG 的運(yùn)行，一般用于保護(hù)獨(dú)立的堆場(chǎng)，高度較高，一般為40 m 左右，懸掛的接閃帶懸垂高度要高于RTG 并留有余量，類似架空線布置。本文主要介紹前面2 種接閃桿的布局方案，相比接閃帶塔更加實(shí)用和經(jīng)濟(jì)。

最后還需要考慮接閃桿或接閃帶塔的基礎(chǔ)與被保護(hù)物體（危險(xiǎn)貨物集裝箱）的地中、地空間距。同時(shí)要注意接閃裝置、接地極、包括安裝螺栓的防腐蝕措施，如選擇熱鍍鋅、銅包鋼等材質(zhì)，特別是沿海等腐蝕嚴(yán)重地區(qū)。

3 實(shí)例分析

根據(jù)項(xiàng)目概況，危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)可視作長(zhǎng)寬高=250×19×7.5 m 的長(zhǎng)方體，下面分別按第二類、第一類防雷等級(jí)設(shè)計(jì)。

3.1 按第二類防雷等級(jí)設(shè)計(jì)

1）防雷等級(jí)

參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010第3.0.2 條，確定堆場(chǎng)為二類防雷等級(jí)。

2）防雷接閃桿布置要求

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010第4.2.1 條第5 款要求獨(dú)立接閃桿本體及基礎(chǔ)與被保護(hù)物的間隔距離不得小于3 m。

單側(cè)接閃桿計(jì)算：

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010附錄D 第D.0.1 條公式（D.0.1-1）計(jì)算單支接閃桿在hx=7.5 m（堆箱最高面）高度上的保護(hù)半徑：

圖1 EAP 軟件模型單側(cè)保護(hù)斷面圖（未能保護(hù)箱角）

其中接閃桿高度h 按最大取值（二類防雷滾球半徑45 m），計(jì)算值不滿足保護(hù)要求。

根據(jù)計(jì)算，應(yīng)采取兩側(cè)布置保護(hù)堆場(chǎng)：

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010附錄D 第D.0.1 條公式（D.0.2-1）計(jì)算兩支接閃桿要保護(hù)：hx≥7.5 m，即

得出：7.5≤h≤82.5

同時(shí)h≤45（二類防雷滾球半徑45 m）

綜合可得：7.5≤h≤45。

圖2 EAP 軟件模型兩側(cè)保護(hù)斷面圖（完全保護(hù)）

再復(fù)核縱向保護(hù)：由兩側(cè)接閃桿布置后形成4支等高接閃桿，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010 附錄D 公式D.0.4-1

其中ho為保護(hù)范圍最低高度應(yīng)≥7.5 m，

即：

取h 最大值45 代入得D3≤88.74 m，進(jìn)而計(jì)算接閃桿為45 m 高時(shí)，橫向間距D1≤84.2 m。

另：

滿足前提條件。

取h=19 代入得D3≤60.09 m，進(jìn)而計(jì)算接閃桿為19 m 高時(shí)橫向間距D1≤53.17 m。

另：

滿足前提條件。

接閃桿高度取值h=19 m，橫向側(cè)間距D1 不大于53.17 m?？紤]到多曲面采用博超軟件布置，校驗(yàn)保護(hù)范圍能否通過，D1 距離為47 m 時(shí)能全范圍保護(hù)。

圖3 橫向側(cè)保護(hù)斷面圖

圖4 EAP 軟件模型兩側(cè)布置通過防雷保護(hù)校驗(yàn)

綜上，接閃桿布置方案的保護(hù)條件：堆場(chǎng)長(zhǎng)約250 m，箱最高面7.5 m 時(shí)，堆場(chǎng)兩側(cè)布置接閃桿，高度h=19 m，橫向側(cè)間距取47 m，且接閃桿本體及基礎(chǔ)與箱變的間隔距離不得小于3 m。

3.2 按第一類防雷等級(jí)

1）防雷等級(jí)

依據(jù)《港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（水科院送審稿）》2016.2 條款8.2.2 要求，并參照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010 第3.0.2 條，確定堆場(chǎng)為一類防雷等級(jí)。

2）防雷接閃桿布置要求

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010第4.2.1 條第5 款要求獨(dú)立接閃桿本體及基礎(chǔ)與被保護(hù)物的間隔距離不得小于3 m。

單側(cè)接閃桿計(jì)算：

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010附錄D 公式D.0.1-1 計(jì)算單支接閃桿在hx=9 m（堆箱最高面）高度上的保護(hù)半徑：

其中接閃桿高度h 按最大取值（一類防雷滾球半徑30 m），計(jì)算值不滿足保護(hù)要求。

圖5 EAP 軟件模型單側(cè)保護(hù)斷面圖

根據(jù)計(jì)算，故而應(yīng)采取兩側(cè)布置接閃桿保護(hù)堆場(chǎng)：

依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010附錄D 公式D.0.2-1 計(jì)算兩支接閃桿要保護(hù)hx≥ 9 m，

即：

得出：14.34≤h≤45.65，

同時(shí)h ≤30（一類防雷滾球半徑30 m），

綜合可得：14.34≤h≤30。

由兩側(cè)接閃桿布置后形成4 支等高接閃桿，依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50057-2010 附錄D第公式D.0.4-1

其中ho為保護(hù)范圍最低高度應(yīng)≥9 m，

即：

取h 最大值30 代入得D3≤57.27 m，進(jìn)而計(jì)算接閃桿為30 m 高時(shí)橫向間距D1≤49.9 m。

另：

滿足前提條件。

取h=19 代入得D3≤44.72 m，進(jìn)而計(jì)算接閃桿為19 m 高時(shí)橫向間距D1≤34.8 m。

另：

滿足前提條件

接閃桿高度取值h=19 m，每側(cè)間距不大于 34.8 m。

接閃桿高度取值h=30 m，每側(cè)間距不大于 49.9 m。

圖6 EAP 軟件模型兩側(cè)保護(hù)斷面圖

圖7 EAP 軟件模型保護(hù)橫端面（局部）

綜上，接閃桿布置方案：堆場(chǎng)兩側(cè)布置接閃桿，高度h=19 m，每側(cè)間距30 m?；蚨褕?chǎng)兩側(cè)布置接閃桿，高度h=30 m，每側(cè)間距49 m。

圖8 兩側(cè)布置接閃桿保護(hù)集裝箱斷面圖

4 結(jié)語

結(jié)合新版《港口危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》JTS176-2020 規(guī)范，通過某危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)具體項(xiàng)目，采用EAP 軟件模型校驗(yàn)和理論計(jì)算相結(jié)合的方式，準(zhǔn)確、快捷、合理、有效地提出危險(xiǎn)貨物集裝箱堆場(chǎng)的防雷保護(hù)設(shè)計(jì)的方法要點(diǎn)。