石化罐區(qū)防雷的危害分析及應(yīng)對(duì)措施

張宜欣

北京燕山玉龍石化工程有限公司，中國·北京 102500

1 引言

石化罐區(qū)儲(chǔ)存的油料、化工品屬于易燃易爆品，且儲(chǔ)量大，集中在露天，受雷電的影響大，因此石化罐區(qū)的防雷是一項(xiàng)重要安全事項(xiàng)。石化儲(chǔ)罐一般采用金屬鋼制儲(chǔ)罐，部分為非金屬儲(chǔ)罐，鋼制儲(chǔ)罐的主要形式有拱頂式、外浮頂式、內(nèi)浮頂式。罐體由底板、罐壁板、罐頂板、浮船等組成。

2 對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)與危害分析

2.1 雷電災(zāi)害

雷電災(zāi)害是一種氣象災(zāi)害，因直接雷擊而導(dǎo)致的人員或動(dòng)物傷亡、火災(zāi)或因雷電波入侵、雷擊電磁脈沖干擾而導(dǎo)致的電力系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、雷達(dá)天線及其他電子信息系統(tǒng)故障或失效而產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)損失或間接經(jīng)濟(jì)損失的現(xiàn)象統(tǒng)稱為雷電災(zāi)害。

雷電主要分為直擊雷、電磁脈沖、球雷、云閃。

2.2 雷電的危害性分析

①雷電流高壓效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設(shè)備，足以擊穿絕緣使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致燃燒、爆炸等直接災(zāi)害。

②雷電流高熱效應(yīng)會(huì)放出幾十至上千安的強(qiáng)大電流，并產(chǎn)生大量熱能，在雷擊點(diǎn)的熱量很高，可導(dǎo)致金屬熔化，引發(fā)火災(zāi)和爆炸。

③雷電流機(jī)械效應(yīng)主要表現(xiàn)為被雷擊物體發(fā)生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

④雷電流靜電感應(yīng)可使被擊物導(dǎo)體感生出與雷電性質(zhì)相反的大量電荷，當(dāng)雷電消失來不及流散時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生很高電壓發(fā)生放電現(xiàn)象從而導(dǎo)致火災(zāi)。

⑤雷電流電磁感應(yīng)會(huì)在雷擊點(diǎn)周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場，其感生出的電流可引起變電設(shè)備局部過熱而導(dǎo)致火災(zāi)。

⑥雷電波的侵入和防雷裝置上的高電壓對(duì)建筑物的反擊作用也會(huì)引起配電裝置、電氣線路、電子設(shè)備等燃燒導(dǎo)致火災(zāi)。

2.3 罐區(qū)存在的雷電隱患

罐區(qū)受到雷擊的主要方式有兩種：第一種是雷電的直接打擊，在雷電發(fā)生時(shí)間和區(qū)域，雷電直接通過儲(chǔ)罐、建構(gòu)筑物或附屬設(shè)施等對(duì)地放電，從而產(chǎn)生的電擊。第二種是雷電的間接打擊，雷電流通過靜電感應(yīng)、電磁脈沖輻射、電磁感應(yīng)、雷電過電壓入侵、雷電反擊等（統(tǒng)稱感應(yīng)雷）形式侵入儲(chǔ)罐、建構(gòu)筑物或附屬設(shè)施內(nèi)部，使儲(chǔ)罐、建構(gòu)筑物或附屬設(shè)施損壞或人身傷亡。

石化罐區(qū)的儲(chǔ)罐頂部或浮船上，對(duì)于雷電感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電壓與罐頂或浮船面積成正比，隨著儲(chǔ)罐直徑的增大，在儲(chǔ)罐頂部的面積接近甚至超過罐壁面積，由于金屬表面積越大，雷電感應(yīng)電壓和靜電感應(yīng)電壓也就越高。因此，儲(chǔ)罐存在以下雷電隱患：

①對(duì)于外浮頂罐，浮船與罐壁有200～300mm間隙，使用橡膠密封圈密封，靠兩條金屬導(dǎo)線保證浮船與罐壁之間的等電位連接，但在使用過程中，出現(xiàn)了浮頂油罐的等電位導(dǎo)線連接不完善或斷開，不能滿足大型存儲(chǔ)浮船與罐壁之間的等電位連接要求，從而缺少足夠的低阻抗通道，使得浮船與罐壁易產(chǎn)生電位差。

②由于油品反復(fù)輸送、浮船上下移動(dòng)、強(qiáng)風(fēng)等因素，浮船在罐內(nèi)上下移動(dòng)、搖擺，長期使用后增大了浮船與罐壁間的間隙，造成油氣逸出。

③長期的溫度、地質(zhì)沉降等環(huán)境變化等原因，會(huì)造成儲(chǔ)罐幾何結(jié)構(gòu)改變，特別是影響浮船與罐壁之間密封膠的密封性，容易產(chǎn)生油氣揮發(fā)。

④自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低，雷電所伴隨的強(qiáng)大的感應(yīng)電磁場以及在金屬導(dǎo)體中產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓，可影響電子設(shè)備的正常工作或損壞設(shè)備。

2.4 典型的石化罐區(qū)雷擊事故案例

①2021年3月，印度尼西亞國家某煉油廠發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，大火主要集中在罐區(qū)，事故發(fā)生時(shí)正下暴雨并伴隨閃電，由于雷擊儲(chǔ)罐導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故。

②2007年5月24日15:16，某儲(chǔ)備庫47號(hào)罐頂部遭雷擊（10萬方），雷擊引發(fā)油罐一次或二次密封上的金屬物與罐壁發(fā)生放電，電火花引爆了密封空間內(nèi)的油氣，高溫和沖擊波破壞了一次密封油氣膈膜后引燃了原油，明火于15:25被撲滅。

③2007年6月29日15:55，某煉化1臺(tái)內(nèi)浮頂石腦油罐遭雷擊（5000立方），雷擊引爆油罐呼吸口揮發(fā)油氣，并進(jìn)一步引爆儲(chǔ)油罐內(nèi)浮盤上方輕質(zhì)油氣與空氣的混合物，爆炸瞬間炸開罐頂面積的1/3，并導(dǎo)致內(nèi)浮頂失穩(wěn)，一側(cè)陷入石腦油中，引發(fā)的油罐內(nèi)部大火持續(xù)燃燒20分鐘后被撲滅。

3 罐區(qū)防雷的基本原則和裝置

罐區(qū)基本原則是提供一條使雷電對(duì)大地泄放合理的低阻抗路徑，而不是讓其隨機(jī)性的選擇放電通道。

根據(jù)雷電的性質(zhì)，防雷裝置可以分為外部防雷裝置和內(nèi)部防雷裝置。

外部防雷裝置也就是防直擊雷裝置，主要有三部分，即接閃器、引下線和接地裝置。這三部分主要是把雷電流接收下來，然后經(jīng)引下線通過良好的接地裝置迅速而又安全地把它送回大地。

內(nèi)部防雷裝置，為防感應(yīng)雷，包含屏蔽、等電位連接、合理布線、安裝防雷器等。

4 罐區(qū)防雷的具體措施

4.1 做好防雷接地

油罐、液化氣球罐以及其它裝有可燃液體與氣體的鋼制儲(chǔ)罐，儲(chǔ)罐壁厚大于等于4mm時(shí)無需安裝接閃器，但接地點(diǎn)不應(yīng)小于2處，接地沿罐周長的圓弧間距不宜大于30m，接地體與罐壁間距離不低于3m，接地電阻不宜大于10Ω。同時(shí)，在地上或管溝敷設(shè)的管道，在其起點(diǎn)、終點(diǎn)和分支處應(yīng)設(shè)防靜電和防感應(yīng)雷的聯(lián)合接地裝置，管道的接地電阻不應(yīng)大于30Ω。浮頂油罐可以不用安裝直擊雷預(yù)防設(shè)備，但應(yīng)使用截面不低于25mm2的軟銅線將浮船與罐體連接，連接點(diǎn)不少于2處，罐本體防雷接地沖擊電阻不超過10Ω，接地沿罐周長的圓弧間距不宜大于30m。浮頂油罐結(jié)構(gòu)密封性強(qiáng)，適宜選用耐油導(dǎo)靜電料產(chǎn)品，呼吸閥、阻火器、人孔、量油孔等金屬配件要等電位連接，接地電阻不超過10Ω。

4.2 避雷針的裝設(shè)

裝有阻火器的地上固定頂鋼罐，當(dāng)頂板厚度≥4mm時(shí)，可不裝設(shè)避雷針（線）；當(dāng)頂板厚度≤4mm時(shí)，應(yīng)裝設(shè)避雷針（線）。避雷針（線）的保護(hù)范圍應(yīng)包括整個(gè)油罐。

對(duì)于非金屬油罐，由于其常用于儲(chǔ)存易燃易爆油品，應(yīng)設(shè)置獨(dú)立的避雷針或網(wǎng)。獨(dú)立避雷針與被保護(hù)物水平間距不低于3m，接地獨(dú)立，沖擊接地電阻不低于10Ω。避雷針網(wǎng)可以用截面不低于24mm×5mm的鍍鋅扁鋼或直徑不低于8mm2圓鋼制作，網(wǎng)格不能超過6m×6m，不少于2根的引下線，且要與四周均勻或?qū)ΨQ布置，間距不能超過18m。非金屬油罐中，必須按照呼吸閥和阻火器，且要與人孔、透光孔、量油孔及管道等金屬部件連接和接地，并且在防雷直擊保護(hù)裝置范圍內(nèi)。

4.3 安裝阻火器

沒有阻火器的地上固定頂鋼罐，必須安裝阻火器；若安裝阻火器困難，則可按有關(guān)規(guī)定裝設(shè)避雷針（線）；阻火器必須與接地網(wǎng)有效連接。

4.4 浮盤與罐體的電氣連接

外浮頂油罐或內(nèi)浮頂油罐可不裝設(shè)避雷針（線），但應(yīng)將浮盤與罐體用兩根截面不小于50mm2的軟銅絞線作電氣連接。連接線的兩端必須分別與浮盤和罐體緊密連接，其連接處的接觸電阻不應(yīng)大于0.03Ω。

4.5 設(shè)置接地?cái)嘟涌?/h3>

油罐、液化氣球罐以及其他裝有可燃液體與氣體的鋼罐，防雷接地引下線上必須設(shè)有斷接卡。接地?cái)嘟涌ū仨毐┞对诿魈?，不得埋入水泥中或地下，斷接卡必須?個(gè)M12的螺栓連接并固定。斷接卡與接地線不得水平放置在地面上，斷接卡距地面高度在0.3～0.8m，斷接卡的接觸電阻值不得大于0.03Ω。

4.6 連接金屬跨接線

罐區(qū)內(nèi)的法蘭、閥門的連接處應(yīng)設(shè)金屬跨接線，其跨接接觸電阻值不大于0.03Ω。當(dāng)法蘭用5根以上螺栓連接時(shí)，法蘭可不用金屬線跨接，但必須構(gòu)成電氣通路，其法蘭間的電阻值不大于0.03Ω。

4.7 采用鎧裝電纜或鋼管配線

地上鋼罐的溫度、液位等測量裝置，應(yīng)采用鎧裝電纜或鋼管配線。電纜外皮或配線鋼管與罐體應(yīng)作電氣連接。鎧裝電纜的埋地長度不應(yīng)小于50m。

4.8 采用等電位連接

對(duì)于設(shè)備的外殼、相鄰金屬體之間，只要存在電位差和間隙，都存在放電的危險(xiǎn)，必須進(jìn)行等電位連接；連接形式按照當(dāng)過渡電阻大于0.03Ω時(shí)，必須采用金屬導(dǎo)線連接；對(duì)于有不少于5條螺栓連接的法蘭，在非腐蝕環(huán)境下，可以不跨接，但是目前石化儲(chǔ)罐大多建在海邊，海邊的鹽霧腐蝕較為嚴(yán)重，所以法蘭處還必須使用金屬導(dǎo)線進(jìn)行跨接。

4.9 金屬附件作電氣連接并接地

油罐的罐體及罐室的金屬構(gòu)件以及呼吸閥、安全閥、量油孔等金屬附件，應(yīng)作電氣連接并接地，接地電阻不應(yīng)大于10Ω。

4.10 導(dǎo)電片

在浮頂邊緣二次密封上方沿圓周每隔1.5m設(shè)置導(dǎo)電片，靠導(dǎo)電片的彈性保持與罐壁滑動(dòng)接觸，形成電氣通路。

4.11 浮梯接地

浮梯連接油罐的罐壁和浮盤，作為大型浮頂儲(chǔ)罐與罐壁可靠電氣連接的主要方式。

4.12 共同的接地裝置

油罐區(qū)防雷、防靜電、電氣設(shè)備、保護(hù)及信息系統(tǒng)等接地，宜選用共同的接地裝置，且接地電阻應(yīng)小于4Ω。

5 接地裝置維護(hù)保養(yǎng)

①每月對(duì)儲(chǔ)罐接地引下線的斷接卡部位檢查，對(duì)浮盤、轉(zhuǎn)動(dòng)扶梯接地線接頭及固定部位外觀檢查，對(duì)管線接地和跨接線、現(xiàn)場電氣設(shè)備、儀表、接線箱接地外觀檢查，并建立檢查記錄。

②對(duì)接閃器定期檢查，防止銹蝕，保證接觸良好；在雷電過后，必須檢查接閃器是否有松動(dòng)、折斷情況，當(dāng)發(fā)生折斷，要立即更換。

③加強(qiáng)對(duì)施工過程的管理，確保接地極、接地網(wǎng)的施工質(zhì)量，需要焊接的部位應(yīng)焊接牢固，并做好防腐；必要時(shí)，對(duì)于接地網(wǎng)可以定期開挖檢查腐蝕情況。

④委托防雷檢測機(jī)構(gòu)每6個(gè)月（每年4月、10月）對(duì)防雷接地檢查、檢測一次，并出具檢測報(bào)告；對(duì)于不合格點(diǎn)及時(shí)維修、復(fù)測。測量時(shí)，應(yīng)在連續(xù)晴好的天氣情況測量，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；測量時(shí)，應(yīng)在不同的方向測量，每個(gè)方位測量3～4次，取平均值；測量時(shí)應(yīng)避開地下金屬管線情況復(fù)雜檢測的位置，以減少誤差。

⑤對(duì)于內(nèi)部防雷設(shè)施，如電纜屏蔽、等電位連接、合理布線、安裝防雷器等，涉及不同的專業(yè)，也需要定期檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

⑥在現(xiàn)有的區(qū)域內(nèi)有地面或地下工程施工時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)接地極、接地網(wǎng)的保護(hù)。

6 雷電發(fā)生時(shí)的應(yīng)對(duì)措施

①工廠或作業(yè)場所，雷雨天氣時(shí)減少外出，若有外出時(shí)遠(yuǎn)離煙囪、高塔、儲(chǔ)罐、燈塔、路燈、大樹，不去空曠區(qū)域；穿戴雨衣，不使用金屬雨傘；不使用手機(jī)、對(duì)講機(jī)；避免雷擊造成人身傷害。

②出現(xiàn)雷擊火災(zāi)，及時(shí)報(bào)火警，并啟動(dòng)消防系統(tǒng)；初期火災(zāi)的處置非常關(guān)鍵。

③編制儲(chǔ)罐雷擊預(yù)案，按照預(yù)案沉著處置。

7 結(jié)語

通過分析，不難發(fā)現(xiàn)石油化工工程中，雷擊具有很大的危害性，由于其的不穩(wěn)定性致使我們難以預(yù)測石化罐區(qū)的防雷工作，至今重點(diǎn)是做好防護(hù)，安裝避雷針，防止罐區(qū)直接受到雷擊，同時(shí)對(duì)于靜電的防護(hù)也要加強(qiáng)，切實(shí)保證罐區(qū)的安全運(yùn)行。