油氣庫的雷電及靜電安全防護(hù)分析

藺鼎讀

（中國石油長慶油田分公司第二采油廠消防大隊(duì)，甘肅慶陽 745000）

2001年8月，我國貴州省貴陽市曾發(fā)生一起雷擊加油站的事故，雷電擊中加油站的電源線路，雷電經(jīng)過金屬拉線接地入地，拉線接地位置距離油罐只有數(shù)米的距離，油罐中由于雷電形成的瞬間高壓形成火花，油罐中的柴油迅速爆燃，造成嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失。由此可見，油氣庫建立有關(guān)雷電的安全防護(hù)十分重要，靜電防護(hù)也是如此，靜電往往是引起雷擊的常見原因之一。

1 雷電對油氣庫的安全危害原因分析

1.1 雷擊

想要分析雷電對于油氣庫的安全危害，首先要清楚雷擊是如何形成的。通常情況下，云層攜帶的電并不會隨便擊穿空氣、擊中地面建筑物，因?yàn)榭諝庠诔Ｒ?guī)條件下是絕緣的。只有當(dāng)帶電云層與地面之間形成20～30kV/cm 的電場時(shí)，云層上的電才能夠擊穿絕緣的空氣向地面建筑放電。而云層放電的過程中，不止有電子的急速放射，還有擊穿通道上空氣劇烈膨脹而發(fā)生的轟鳴聲，二者結(jié)合在一起就是通常意義上提到的“雷電”，因此，對油氣庫造成最大影響的并非雷，而是電。電擊瞬間強(qiáng)大的能量能夠直接摧毀缺少防雷措施的地面建筑，引燃油氣庫中的原油和天然氣，引發(fā)爆燃及后續(xù)衍生傷害。

1.2 雷電對油氣庫的作用方式

1.2.1 電壓影響

雷擊的瞬間，雷電所攜帶的數(shù)萬伏電壓能夠輕易擊穿老化的絕緣層，對油氣庫、油氣罐造成直接的沖擊，引發(fā)爆炸、火災(zāi)等嚴(yán)重事故，造成不可忽視的經(jīng)濟(jì)損失、人身傷害。

1.2.2 熱能影響

雷電在擊中地面建筑的同時(shí)，還會產(chǎn)生數(shù)千安的電流，如此大規(guī)模的電流在流經(jīng)電路時(shí)會轉(zhuǎn)化成為大量的、短期無法消耗的熱能，導(dǎo)致低壓線路被迅速熔化、燃燒。低壓線路熔化、燃燒時(shí)形成的火花噴濺有較大幾率引起油氣庫的火災(zāi)或爆炸，危險(xiǎn)性很高。

1.2.3 電磁感應(yīng)影響

在雷擊過程中，除了雷電直接造成的電流、電壓影響外，強(qiáng)大的電磁場影響還會導(dǎo)致原本不帶電的物體帶電，或?qū)е略緹o電流溝通的金屬部件之間出現(xiàn)放電現(xiàn)象。因此，在電磁感應(yīng)的影響下，沒有構(gòu)成回路或接地的鋼筋、管道會出現(xiàn)局部的放電或發(fā)熱，這些火花和溫度有很大可能引發(fā)油氣庫中原油和天然氣的爆炸、燃燒。

2 靜電對油氣庫的安全危害原因分析

靜電是對油氣庫威脅較大的安全影響因素之一，當(dāng)靜電積累至一定量時(shí)，十分容易引發(fā)雷擊或火災(zāi)，而想要降低靜電對油氣庫的安全威脅，必須要了解油氣庫中靜電的來源，從源頭上進(jìn)行控制和干預(yù)。

2.1 油氣庫中靜電的來源

2.1.1 原油自帶靜電

原油本身攜帶著大量的靜電荷，且具有一定的導(dǎo)電效果。但原油的導(dǎo)電率與其中的靜電危險(xiǎn)性存在一定的關(guān)聯(lián)，可以通過控制導(dǎo)電率來適當(dāng)降低原油自帶靜電的威脅。原油導(dǎo)電率在10-12～10-11s/m 時(shí)，攜帶靜電荷量較大，危險(xiǎn)性很高；當(dāng)原油導(dǎo)電率在10-9s/m 時(shí)，所攜帶的靜電荷被大量釋放，危險(xiǎn)性隨之降低。原油的導(dǎo)電率與原油的含水率、流動(dòng)狀態(tài)都有關(guān)系，含水率較高的原油攜帶靜電荷的量大，湍流狀態(tài)下的原油攜帶靜電荷的量大，因此，降低原油含水率和保持運(yùn)輸管道的管壁平滑、管徑一致能夠有效控制原油的靜電危險(xiǎn)性。

2.1.2 灌裝時(shí)產(chǎn)生靜電

原油灌裝時(shí)會流經(jīng)泵頭和過濾器等裝置，對罐壁形成沖擊和噴濺，在此過程中流體的流速過快，很容易產(chǎn)生從罐壁上獲得大量的電子，導(dǎo)致電荷在原油中大量積累，卻無法及時(shí)被中和，也無法被短時(shí)間導(dǎo)出，導(dǎo)致原油攜帶的靜電危險(xiǎn)大幅度提升。

2.1.3 人體產(chǎn)生靜電

油氣庫中有大量的工作人員，負(fù)責(zé)油氣庫的管理和原油天然氣的輸送操作、灌裝操作等，而人體本身是導(dǎo)體，必然攜帶一定量的電荷，工作人員在油氣庫附近走動(dòng)時(shí)有一定可能將自身攜帶的靜電荷傳遞到原油、天然氣中，提高油氣庫的靜電危險(xiǎn)等級。纖維衣物在與各種介質(zhì)摩擦過程中容易出現(xiàn)放電現(xiàn)象，這也是冬天脫毛衣時(shí)常見靜電弧的原因，因此，油氣庫工作人員要注意自身的靜電防護(hù)，避免影響油氣庫的安全。

2.2 靜電對油氣庫的威脅方式

當(dāng)油氣庫中積累大量的靜電荷時(shí)，在雷云的影響下在金屬設(shè)施的頂部聚集大量的相反電荷，這是電場作用下的必然效果。當(dāng)相反電荷量積累到一定程度時(shí)，就會加大雷電擊穿的可能性，形成電打火，這在防雷措施防護(hù)不到位的情況下對油氣庫的安全威脅非常大。

3 油氣庫建立雷電及靜電安全防護(hù)的具體措施

3.1 油氣庫的雷電安全防護(hù)措施

3.1.1 建立油氣庫的防雷系統(tǒng)

在油氣庫中無論是建筑物、油氣罐、電源系統(tǒng)還是通訊系統(tǒng)都需要進(jìn)行防雷系統(tǒng)的建設(shè)，架設(shè)避雷針防止雷電直擊，盡可能避免雷電擊穿帶來的巨大電壓、電流或熱能影響，避免電流順著電源線、電話線等線路影響到油氣庫。目前，很多油氣庫在建筑物、油氣罐等部分的防雷系統(tǒng)架設(shè)比較完善，但容易忽視電源、信號線等環(huán)節(jié)的防雷系統(tǒng)架設(shè)，無法切實(shí)對油氣庫形成完備的雷電防護(hù)。

3.1.2 建立油氣庫的接地系統(tǒng)

油氣庫中往往采用垂直接地極的方式來進(jìn)行建筑物或設(shè)施的接地。角鋼、鋼管等材質(zhì)形成的接地極直接打入大地，能夠有效導(dǎo)走建筑物、油氣罐、運(yùn)輸管道等部分中積累的靜電荷，盡量避免引發(fā)雷電的擊穿現(xiàn)象，提高油氣庫的安全。油氣庫中的油氣罐可以設(shè)置環(huán)形接地，弧形距離小于等于30m，距離油氣罐的距離大于等于3m，且接地點(diǎn)位不少于2處，這樣設(shè)計(jì)能夠有效提高油氣罐的安全性。

3.2 油氣庫的靜電安全防護(hù)措施

3.2.1 避免原油中混入水分

原油中混入水分會大幅提升靜電荷積累的可能性，油氣庫中技術(shù)人員要盡可能將原油的含水率控制在5%以下，保證原油的安全性。空氣中同樣含有一定量的水分，為了避免水分的入侵，油氣罐中可以填充一定量的惰性氣體擠占空間，降低空氣與原油接觸的可能性，進(jìn)一步降低原油中的含水量。3.2.2 控制原油運(yùn)輸、存儲的流速

在原油運(yùn)輸和存儲過程中，勻速、勻減速狀態(tài)下的原油安全性最高，能夠有效降低原油中產(chǎn)生靜電的可能性。工作人員要保證輸油管道、油氣罐內(nèi)壁的光滑程度，避免原油因?yàn)閮?nèi)壁不平而產(chǎn)生碰撞或湍流，避免原油產(chǎn)生靜電。還要保證輸油管道的管徑一致、流速均勻，避免原油在轉(zhuǎn)彎時(shí)、通過泵頭時(shí)產(chǎn)生速度的大幅度變化，避免原油在變速情況下產(chǎn)生靜電荷。

3.2.3 做好人體靜電的預(yù)防

進(jìn)入油氣庫范圍工作的工作人員必須要做好自身的靜電防護(hù)，穿戴防靜電的服裝、佩戴防靜電的帽子、佩戴防止靜電接地的腕帶，此外，工作人員在接近油氣罐前還應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的靜電消除，中和自己身上攜帶的靜電荷，盡可能保證油氣庫的靜電荷在可控范圍之內(nèi)，避免影響油氣庫的靜電安全。

3.3 在油氣庫中建設(shè)預(yù)警系統(tǒng)

油氣庫中可以通過安裝探頭的方式來24h 監(jiān)測電場變化，同步監(jiān)測天空、地面、油氣庫本身的電壓、電流、電荷積累情況，鑒別電場的變化，預(yù)測可能出現(xiàn)的靜電威脅或雷電擊穿威脅。在建設(shè)和安裝探頭時(shí)，技術(shù)人員可以將探頭架設(shè)在1m 高的立桿上，并保持探頭的視野在150°，最大程度上發(fā)揮探頭的檢測效果。此外，油氣庫工作人員還要時(shí)刻關(guān)注氣象預(yù)報(bào)，關(guān)注雷電在附近的活動(dòng)，提高對雷電的預(yù)警和防護(hù)。

4 結(jié)語

油氣庫中雷電擊穿的預(yù)防和靜電威脅的預(yù)防十分重要，是保護(hù)油氣庫安全的重要工作，必須引起油氣庫管理團(tuán)隊(duì)的重視，從防雷、接地、防靜電產(chǎn)生、防靜電積累等數(shù)個(gè)方面做好預(yù)防工作，避免油氣庫受到威脅。