大型儲(chǔ)罐雷電防護(hù)措施和技術(shù)現(xiàn)狀

姚森

（國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)東部原油儲(chǔ)運(yùn)有限責(zé)任公司滄州輸油處， 河北 滄州 061000）

中國(guó)實(shí)行原油戰(zhàn)略儲(chǔ)備計(jì)劃，儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)大型化已成為發(fā)展方向，建成的最大儲(chǔ)罐容積為15×104m3。油庫(kù)通常建于空曠偏僻地區(qū)，儲(chǔ)罐比較孤立和突出，受到雷擊的可能性較大。由于原油易燃易爆特點(diǎn)，儲(chǔ)罐雷擊火災(zāi)事故將造成嚴(yán)重人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。2006年和2007年中石化儀征站、鎮(zhèn)海儲(chǔ)備庫(kù)、鎮(zhèn)海煉化油庫(kù)、白沙灣站連續(xù)發(fā)生5起10×104m3和15×104m3儲(chǔ)罐雷擊著火事故[1]。儲(chǔ)罐雷電預(yù)防是一項(xiàng)強(qiáng)制性和綜合性工程。應(yīng)遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)防雷設(shè)施進(jìn)行檢查測(cè)試，為油庫(kù)安全運(yùn)行提供有效保障[3]。本文介紹了國(guó)內(nèi)外儲(chǔ)罐雷電安全措施與技術(shù)現(xiàn)狀，對(duì)提高我國(guó)管道行業(yè)安全管理水平具有一定指導(dǎo)意義。

1 雷電產(chǎn)生機(jī)理及危害形式

儲(chǔ)罐運(yùn)行過程中雷擊型式是感應(yīng)雷、直擊雷和球形雷，其中感應(yīng)雷引起的儲(chǔ)罐著火事故最多。感應(yīng)雷產(chǎn)生機(jī)理為：金屬儲(chǔ)罐感應(yīng)、積聚與雷雨云極性相反的電荷，雷雨云放電，雷雨云與地面之間的電勢(shì)快速減小，但儲(chǔ)罐表面電荷不能立即散失，產(chǎn)生巨大感應(yīng)電壓并對(duì)大地放電。直擊雷是雷電直接擊中高大建筑物并泄放電流入地，建筑物產(chǎn)生震動(dòng)和溫升過程，造成水分蒸發(fā)或氧氣/氫氣分解體積聚集膨脹引起爆炸。球形雷是雷電產(chǎn)生的發(fā)光火球，直徑在20cm-10m不等，移動(dòng)速度可達(dá)2m/s，可從儲(chǔ)罐呼吸閥、采樣孔、檢尺孔等串入罐體內(nèi)部。雖然雷擊產(chǎn)生、放電時(shí)間非常短暫，但瞬間感應(yīng)電壓可達(dá)上百千伏。儲(chǔ)罐密封處油氣濃度較高，雷擊火花極易引發(fā)火災(zāi)事故。雷電在電擊點(diǎn)的金屬體連接區(qū)域產(chǎn)生極高的對(duì)地電壓，導(dǎo)致操作人員接觸電壓或者跨步電壓發(fā)生人身觸電傷亡事故。

2 儲(chǔ)罐雷擊著火原因分析

固定頂儲(chǔ)罐容積較?。ㄐ∮?5×104m3），且裝有避雷器、機(jī)械呼吸閥和阻火器，遭受雷擊時(shí)電流沿罐體通過接地裝置直接導(dǎo)入大地，雷擊風(fēng)險(xiǎn)性小。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年之前107例儲(chǔ)罐火災(zāi)案例，65例為雷擊火災(zāi)，其中79%是浮頂罐火災(zāi)[2]。

浮頂罐浮頂與罐壁存在200-300mm間隙距離。大型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)有二次密封裝置，其中一次密封是機(jī)械式密封，也是油氣泄漏、局部聚集的集中區(qū)域。大型浮頂儲(chǔ)罐雷擊火災(zāi)發(fā)生在儲(chǔ)罐密封圈不嚴(yán)密處，可燃油氣濃度達(dá)到燃燒或者爆炸限值，雷擊管體金屬物產(chǎn)生電弧火花或感應(yīng)電火花，引燃油氣混合甚至罐內(nèi)油氣爆炸。儲(chǔ)罐密封圈不嚴(yán)密或失效的原因有：

（1）儲(chǔ)罐建設(shè)施工過程中罐體橢圓度、垂直度和局部不圓度偏差超過設(shè)計(jì)限值；

（2）儲(chǔ)罐長(zhǎng)期運(yùn)行后基礎(chǔ)墊層沉降，導(dǎo)致儲(chǔ)罐和浮頂幾何尺寸、幾何形狀發(fā)生變化；

（3）橡膠密封材料受光照、風(fēng)力侵蝕產(chǎn)生老化和變形；

（4）儲(chǔ)罐油品充裝過程中液面不穩(wěn)定導(dǎo)致浮盤產(chǎn)生漂移或移動(dòng)。

3 儲(chǔ)罐雷電安全措施及技術(shù)現(xiàn)狀

公認(rèn)的應(yīng)用廣泛的儲(chǔ)罐雷電安全措施包括接閃器、電流分流、金屬屏蔽、均壓、等電位連接（電氣連接）和接地等方法和技術(shù)。

3.1 浮頂軟密封結(jié)構(gòu)

調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)儲(chǔ)罐浮頂與罐壁間一次密封做法較多地采用機(jī)械密封，實(shí)際使用效果并不理想。推薦采用軟密封結(jié)構(gòu)替代機(jī)械密封，軟質(zhì)物料填充后密封下側(cè)與液面接觸，可明顯降低油氣濃度。二次密封制造應(yīng)采用耐油導(dǎo)靜電材質(zhì)，沿罐周向間隔1.5m安裝靜電導(dǎo)觸片與罐壁接觸，形成電氣通路，泄放雷電電流。應(yīng)關(guān)注軟密封長(zhǎng)期使用后的老化情況和密封效果，及時(shí)檢查更換。調(diào)研國(guó)外儲(chǔ)罐在頂部設(shè)計(jì)氮封裝置，即對(duì)一次、二次密封上部環(huán)形空間進(jìn)行氮?dú)饷芊?，在發(fā)生火災(zāi)狀態(tài)下發(fā)揮冷卻、隔熱和初期滅火功能[3]。

3.2 儲(chǔ)罐防雷接地做法

根據(jù)GB 50074-2014《石油庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，大型儲(chǔ)罐罐壁厚度高于4mm，不需設(shè)置避雷針接閃，通過罐壁、引下線和接地裝置將雷電導(dǎo)入地面泄放。推薦做法和施工質(zhì)量要求：

（1）罐體及基礎(chǔ)墊層自然接地體與油庫(kù)公用接地裝置連接，連接點(diǎn)至少2處，應(yīng)用耐腐蝕強(qiáng)、導(dǎo)電性能良好的材料。

（2）儲(chǔ)罐防雷接地點(diǎn)沿罐周向設(shè)置間隔應(yīng)小于18m，罐體周向接地點(diǎn)應(yīng)均勻設(shè)置，接地電阻測(cè)試值小于10Ω。

（3）儲(chǔ)罐與油庫(kù)公用接地裝置連接的引下線，規(guī)格不低于40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼，在距地面1m設(shè)置斷接卡。引下線和斷接卡采用2個(gè)M12螺栓連接，并用防松墊片加以固定。

3.3 儲(chǔ)罐等電位連接做法

大型儲(chǔ)罐等電位連接推薦做法和施工質(zhì)量要求：

（1）浮頂和罐體等電位連接應(yīng)至少2根導(dǎo)線連接，規(guī)格是不低于橫截面積50mm2，材料為絕緣阻燃護(hù)套軟銅復(fù)絞線（或扁平鍍錫軟銅復(fù)絞線），連接處用銅質(zhì)接線端子和2個(gè)M12不銹鋼螺栓，并用防松墊片加以固定。

（2）外扶梯和罐壁之間以及轉(zhuǎn)動(dòng)扶梯和浮頂之間至少做2處等電位連接。利用儲(chǔ)罐頂部中央排水管將罐體與浮頂進(jìn)行電氣連接。導(dǎo)線規(guī)格和材料質(zhì)量要求同上。

（3）儲(chǔ)罐溫度/液位測(cè)量裝置、消防系統(tǒng)和可燃?xì)怏w探測(cè)器也與罐體做等電位連接。

（4）與罐體連接的自動(dòng)化儀表線纜應(yīng)采用金屬套管進(jìn)行屏蔽，金屬套管上下兩端與罐壁做電氣連接。

4 儲(chǔ)罐防雷設(shè)施檢查檢測(cè)

在每年夏季或雷雨頻繁期之前，對(duì)儲(chǔ)罐防雷裝置、接地裝置進(jìn)行全面、系統(tǒng)檢測(cè)，并與日常定期檢查結(jié)果比較，必要時(shí)進(jìn)行開挖，驗(yàn)證接地裝置腐蝕狀況。儲(chǔ)罐防雷設(shè)施定期檢查項(xiàng)目為：

（1）接地裝置（地下部分）腐蝕情況和導(dǎo)電性。

（2）接地引下線表面有無裂紋、斷裂、松脫等跡象，檢查有無燒損和閃燃跡象。

（3）連接斷接卡的不銹鋼螺栓有無損壞，防松墊片是否牢固。

（4）扶梯、浮頂、罐壁之間的電氣連接線有無裂紋、斷裂、松脫等跡象。

（5）測(cè)試接地電阻值是否滿足要求。

5 儲(chǔ)罐密封油氣檢測(cè)

儲(chǔ)罐雷擊著火主要表現(xiàn)為浮頂儲(chǔ)罐密封圈不嚴(yán)密處的油氣閃燃或閃爆。保證儲(chǔ)罐一、二次密封與罐壁、液面緊密貼合是減少油氣泄漏的根本途徑。應(yīng)定期檢測(cè)儲(chǔ)罐一、二次密封處油氣濃度體積分?jǐn)?shù)，同一檢測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)應(yīng)進(jìn)行歷史變化趨勢(shì)分析，以掌握密封運(yùn)行狀況。儲(chǔ)罐密封檢測(cè)點(diǎn)要求是，10×104m3儲(chǔ)罐沿周向均勻布置檢測(cè)點(diǎn)大于8個(gè)，5-10×104m3儲(chǔ)罐沿周向均勻設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)大于4個(gè)。

6 結(jié)論

儲(chǔ)罐密封圈處密封不嚴(yán)、油氣濃度大是導(dǎo)致儲(chǔ)罐雷擊火災(zāi)事故的根本原因，為提高儲(chǔ)罐安全運(yùn)行管理水平，建議如下：

（1）大型儲(chǔ)罐抗風(fēng)圈/加強(qiáng)圈設(shè)計(jì)應(yīng)避免金屬突出物，防止雷電感應(yīng)電荷集聚對(duì)金屬附件放電產(chǎn)生電弧火花引燃油氣混合物。

（2）大型儲(chǔ)罐密封做法宜采用軟密封以減少油氣泄漏，日常定期檢查檢測(cè)防雷接地和電氣連接等設(shè)施。

（3）新建儲(chǔ)罐或者儲(chǔ)罐大修過程中，精準(zhǔn)控制儲(chǔ)罐橢圓度（不圓度）、幾何形狀尺寸、垂直度以及密封施工質(zhì)量。

（4）確保工業(yè)監(jiān)視系統(tǒng)、可燃?xì)怏w探測(cè)系統(tǒng)和消防系統(tǒng)處于可靠、備用狀態(tài)。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 張健，謝輝，曹謝東，等. 油氣管道漏檢測(cè)技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)[J].儀器儀表與分析監(jiān)測(cè)，2011，(4)：39-41.

[2] 高宏揚(yáng). 管道泄漏檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2004，23(11)：1-2.

[3] 鄧?guó)櫽?，楊振坤，王? 基于負(fù)壓波的管道泄漏檢測(cè)與定位技術(shù)研究[J].計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2003，(7)：481-482+489.

[4] 陽(yáng)光，鄧松圣，張福倫. 油氣輸運(yùn)管道泄漏檢測(cè)的部分方法及優(yōu)缺點(diǎn)分析[J].中國(guó)儲(chǔ)運(yùn)，2010，(2)：102-103.