油庫雷電預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉 璇，劉全楨，劉寶全，畢曉蕾，高 鑫，高 劍，姜 輝，劉 娟

(中國石化安全工程研究院，山東青島 266071)

油庫雷電預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

劉 璇，劉全楨，劉寶全，畢曉蕾，高 鑫，高 劍，姜 輝，劉 娟

(中國石化安全工程研究院，山東青島266071)

介紹了雷電預(yù)警系統(tǒng)的主要功能以及結(jié)構(gòu)組成，并在某油庫進(jìn)行試運(yùn)行，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑睦纂姅?shù)據(jù)，對其運(yùn)行效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明，該雷電預(yù)警系統(tǒng)閃電監(jiān)測準(zhǔn)確，預(yù)警信息發(fā)布及時。

油庫安全 雷電預(yù)警 系統(tǒng)設(shè)計 應(yīng)用效果

1 雷電事故案例

雷電災(zāi)害是“聯(lián)合國國際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的十大自然災(zāi)害之一，近年來頻繁發(fā)生，極大地影響了人們的生產(chǎn)、生活[1]。油庫是存儲及發(fā)放油品的重要場所，一旦遭受雷擊，往往會引起爆炸起火，造成重大人員傷亡及財產(chǎn)損失。通過對以往眾多油庫火災(zāi)爆炸事故的統(tǒng)計可知，雷電引發(fā)的油罐火災(zāi)占各類油罐火災(zāi)總數(shù)的61%[2]，由雷電引起的油庫事故不僅發(fā)生頻次高，而且破壞性極大。文獻(xiàn)[3]指出，1972-1999年國內(nèi)共發(fā)生較大油罐雷擊著火爆炸事故20多起，造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡；特別是1989年8月12日山東黃島油庫遭雷擊，導(dǎo)致5號罐起火并引爆1～4號罐，大火燃燒104 h，造成19人死亡、100多人受傷，直接經(jīng)濟(jì)損失超過3 500萬元。2006年至今，我國連續(xù)發(fā)生了數(shù)起儲罐雷擊著火事故，某油庫2007年5月和6月先后兩次遭受雷擊，上海某輸油站儲油罐同年7月遭雷擊而爆炸著火等等，均造成重大經(jīng)濟(jì)損失[4-5]。因此，研究油庫雷電預(yù)警預(yù)報方法，建立有效的雷電監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，對于減少雷電對人民生命和財產(chǎn)造成的損失有著重要的意義[6-7]。

為了解決油庫小區(qū)域空間雷電預(yù)警問題，基于無線傳輸與移動互聯(lián)技術(shù)，組建了適合石油化工行業(yè)的雷電預(yù)警系統(tǒng)。研制的新型固態(tài)大氣電場儀，取代了傳統(tǒng)磨機(jī)式雷電預(yù)警探頭，并在一定范圍內(nèi)組網(wǎng)部署，解決了單個探頭可靠性低、虛警率高的缺點(diǎn)；開發(fā)了無線傳輸蜂窩布局雷電預(yù)警數(shù)據(jù)處理與計算軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雷暴云預(yù)計到達(dá)位置和時間的預(yù)警，并在某油庫應(yīng)用。

2 雷電預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計

雷電預(yù)警系統(tǒng)主要由雷電預(yù)警裝置、服務(wù)器及客戶終端組成，如圖1所示。通過電場傳感探頭，對大氣中的環(huán)境電場進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，同時將采集的大氣電場數(shù)據(jù)實(shí)時傳送到控制主機(jī)中，采用有線或無線的方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，把數(shù)據(jù)發(fā)送到服務(wù)器端，通過軟件進(jìn)行分析計算，得出本地電場的活動趨勢，并進(jìn)一步對有可能產(chǎn)生的雷電活動提前預(yù)判，再轉(zhuǎn)發(fā)到工作站顯示，從而提供及時、有效、準(zhǔn)確的雷電預(yù)警信息。

圖1 雷電預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

雷電預(yù)警裝置是雷電預(yù)警系統(tǒng)的核心元件，它的數(shù)量、種類、布局和運(yùn)行質(zhì)量決定了一個系統(tǒng)的規(guī)模、效率和精度。針對現(xiàn)有磨機(jī)式雷電預(yù)警探頭造價高，防水防塵、防腐等級較低，每年需要檢修，且不滿足防爆要求等缺點(diǎn)，本系統(tǒng)研制了一種價格低、穩(wěn)定性好、能長時間穩(wěn)定運(yùn)行、2～5年無需維護(hù)的新型電子調(diào)制固態(tài)雷電預(yù)警探頭，適應(yīng)于石油庫、加油站長期連續(xù)工作狀態(tài)下的雷電監(jiān)測應(yīng)用?？紤]到現(xiàn)場安裝環(huán)境復(fù)雜多變，系統(tǒng)可采用市電和太陽能供電兩種方式。如果現(xiàn)場不方便采用市電供電，可以采用太陽能電池板供電，并采用大容量蓄電池作為貯備，用于夜間及陰雨天氣下的供電。

為了能夠更高效、快速、便捷地提供服務(wù)，本系統(tǒng)對實(shí)時采集的信息使用高速通道傳輸?shù)焦苍?，在云端進(jìn)行雷電預(yù)警綜合分析與計算以及雷電預(yù)警運(yùn)算數(shù)據(jù)存儲與管理。并把預(yù)警信息發(fā)送到監(jiān)控平臺，監(jiān)控平臺再根據(jù)預(yù)警時間、等級做出相應(yīng)的提醒服務(wù)。從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)篩選、信息判斷到預(yù)警服務(wù)的智能化處理，免去人工繁復(fù)的工作，降低維護(hù)成本，提高效率。

3 雷電預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例及效果

3.1 雷電預(yù)警系統(tǒng)示范應(yīng)用

雷電預(yù)警系統(tǒng)的4個探頭分別安裝在油庫的最外圍，形成四邊形布局形狀，保護(hù)范圍可覆蓋整個油庫及周邊。4個探頭的安裝位置分別位于辦公樓樓頂、庫區(qū)西北角、污水處理池旁和二油計量樓頂，如圖2所示。

雷電預(yù)警系統(tǒng)安裝位置應(yīng)盡量平坦開闊，至少周圍半徑10 m內(nèi)沒有其它更高的物體。采用太陽能供電和無線數(shù)據(jù)傳輸方式的大氣電場探測儀安裝時無需另接電源線和數(shù)據(jù)線，只需要一個日照充足的安裝位置即可，無故障情況下無需人員管理。具體安裝方式采用以下兩種：可通過固定法蘭直接安裝在建筑物的女兒墻上，也可直接安裝于室外無阻擋的開闊地，安裝時使探頭的視野立體角盡量大(最小為90度)，以保證天空和云層都在探測范圍內(nèi)。雷電預(yù)警系統(tǒng)客戶端主機(jī)裝設(shè)在油庫調(diào)度中心，工作人員可以隨時查看雷電預(yù)警信，指導(dǎo)并合理安排企業(yè)的安全生產(chǎn)。

圖2 雷電預(yù)警系統(tǒng)探頭安裝位置示意

3.2 雷電預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)行效果

研制的雷電監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)已在某油庫進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，經(jīng)試驗(yàn)運(yùn)行效果看，該系統(tǒng)能夠有效實(shí)現(xiàn)雷電預(yù)警?，F(xiàn)以2014年7月15日、2014年7月22日、2014年7月23日和2014年7月24日的雷電預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警過程為例(表1)，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀缶痔峁┑睦纂姅?shù)據(jù)，說明雷電預(yù)警系統(tǒng)的雷電預(yù)警能力。

7月15日12∶04∶43，雷電預(yù)警系統(tǒng)檢測到附近有閃電發(fā)生，發(fā)出報警信息。從氣象資料看，從雷電預(yù)警系統(tǒng)開始報警到解除報警，這一時間段內(nèi)共發(fā)生了13次閃電，最早發(fā)生的一次閃電的時間為12∶28∶48，閃電發(fā)生位置位于膠南市，距離油庫較遠(yuǎn)，雷擊風(fēng)險很小。第二次閃電時間為12∶39∶14，距離油庫較近，對油庫存在潛在雷擊風(fēng)險，雷電預(yù)警系統(tǒng)報警時間提前了24 min左右。

表1 雷電預(yù)警系統(tǒng)預(yù)警數(shù)據(jù)

7月22日15∶15∶19，雷電預(yù)警系統(tǒng)檢測到附近有閃電發(fā)生，發(fā)出報警信息。從氣象資料看，從雷電預(yù)警系統(tǒng)開始報警到解除報警，這一時間段內(nèi)共發(fā)生了33次閃電。最早發(fā)生的一次閃電的時間為15∶41∶50，位于油庫西北海域，距離油庫較近，對油庫存在潛在雷擊風(fēng)險，最高級別雷電預(yù)警系統(tǒng)報警時間提前了26 min左右。

7月23日8∶03∶17，雷電預(yù)警系統(tǒng)檢測到附近有閃電發(fā)生，發(fā)出報警信息。從氣象資料看，從雷電預(yù)警系統(tǒng)開始報警到解除報警，這一時間段內(nèi)共發(fā)生了7次閃電。最早發(fā)生的一次閃電的時間為8∶27∶23，位于青島市市區(qū)，距離油庫較遠(yuǎn)，雷電預(yù)警系統(tǒng)報警時間提前了24 min左右。

7月24日雷電預(yù)警系統(tǒng)分別在17∶45∶46和21∶23∶40發(fā)出了2次報警信息。從氣象資料看，這兩次報警時間內(nèi)，共發(fā)生了4次閃電。第一次報警時間內(nèi)有3次閃電發(fā)生，最早發(fā)生的一次閃電的時間為18∶18∶55，最高級別雷電預(yù)警系統(tǒng)報警時間提前了33 min左右。第二次報警時間內(nèi)有1次閃電發(fā)生，時間為21∶48∶31，最高級別報警時間提前了22 min左右。

通過以上報警信息和氣象資料的對比分析來看，本文雷電預(yù)警系統(tǒng)可以對雷電活動進(jìn)行有效預(yù)警，報警準(zhǔn)確率高。該過程中，此系統(tǒng)雷電預(yù)警時間較之雷電實(shí)況提前約10～30 min，雷電警報及解除準(zhǔn)確及時，從預(yù)警到閃電發(fā)生時間間隔較短，避免了企業(yè)在閃電未發(fā)生前停止作業(yè)時間過長，為企業(yè)的安全生產(chǎn)換取了寶貴時間，有利于提高企業(yè)安全生產(chǎn)效率。從服務(wù)對象反饋信息看，其服務(wù)效果較好。

4 結(jié)論

從應(yīng)用效果看，該雷電預(yù)警系統(tǒng)能適用于石油化工行業(yè)，可以對雷電活動進(jìn)行有效預(yù)警，報警準(zhǔn)確率高，預(yù)警及時，起到了很好的雷電預(yù)警作用，可更好地滿足油庫應(yīng)對雷電災(zāi)害的需求，為今后雷電預(yù)警的廣泛應(yīng)用提供了有力的研究數(shù)據(jù)和應(yīng)用基礎(chǔ)。

[1] 張義軍，周秀驥.雷電研究的回顧和進(jìn)展[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2006，17(6)：829-834.

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DesignandApplicationofOilDepotLightningWarningSystem

Liu Xuan，Liu Quanzhen，Liu Baoquan，Bi Xiaolei，Gao Xin，Gao Jian，Jiang Hui，Liu Juan

(SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao 266071)

The main functions and structure of the lightning early warning system are introduced, and the test results are analyzed with the lightning data provided by the local meteorological bureau. The results show that the lightning early warning system is accurate and the early warning information is timely.

oil depots safety; lightning warning; system design; application effect

2016-08-13

劉璇，注冊安全工程師，2014年畢業(yè)于北京工業(yè)大學(xué)控制科學(xué)與工程專業(yè)，現(xiàn)在中國石化安全工程研究院從事雷電安全方面的工作。