化工儲罐區防雷狀況分析

姚 薇 李明軍

（1.淮安信息職業技術學院，江蘇 淮安 223003；2.南京市六合區防雷中心，南京 211500）

1 雷電的危害

當今世界科技發展日新月異，物質文明和精神文明健康發展。但是我們所賴以生存的地球還遭受著雨雪、風暴、雷電、地震等等自然災害，這些都影響著我們人類的發展進步。對于這些因素我們現在雖然可以去解釋、防范，卻無法從根本上去消除對我們不利的一面。雖然科學家們對雷雨云的帶電機制及電荷有規律分布，進行了大量的觀測和試驗，積累了許多資料，并提出各種各樣的解釋，可有些論點至今還有爭論。這就說明我們對自然還有著很多未知的謎。但現在我們卻已經可以對雷電的防范上做出很多措施，從而保護我們自己。

七八月份是我國大部分地區的雷電高發期。雷電過電壓具有高電壓及高熱量的特點：它的瞬時電壓會有數億伏，放電通道溫度可以達到 20000℃至30000℃ ，所以一旦遭受雷擊，必將帶來的人員傷亡和巨大的經濟損失。據統計，因雷電造成的經濟損失，美國每年不低于20億美元，我國也在幾億元以上，并且呈現擴大跡象。在我國，僅廣東省在1990年以后的5年中，因雷擊造成的人員直接傷亡達981人，經濟損失近億元。2006年8月7日，中國石化管道公司南京輸油處儀征加油站就發生一起15萬m3原油儲罐遭雷擊起火事故，起火點多達5處。發生事故的油罐原油儲罐設計容量為15萬m3，直徑100m，高22m，事故發生時實際容量為11萬m3進口原油，僅儲油價值就達到 5億人民幣之多[1]。因此雷電危害呈上升趨勢的時代，我們必須引起足夠的重視。

許多人對企業油罐的雷擊事故可能沒有深刻的認識，因為畢竟發生雷擊導致油罐爆炸的事件幾率較小，不像明火那么經常面對，以至于很多企業不重視油罐的防雷設計。但據石油儲運系統火災事故的統計資料表明，由明火引燃的占67%以上，其余多為雷擊、靜電等。據估計，我國每年因為各種類型的油庫火災、事故而帶來的損失達數億元。我們可以看出油罐雷害事故不是很多，可一旦發生其后果卻非常嚴重。在雷擊事故中特別重大的如 1989年的青島市黃島油庫事件，罐區5號罐遭雷擊爆炸起火，并相繼引爆鄰罐，罐區全部燒毀，死19人，傷74人，燒掉原油4萬噸，還使630噸原油流入大海，造成巨大的人員和經濟損失。所以油罐的雷電防護我們必須加以重視。

2 油罐區雷電防護措施運行現狀分析

那么，現在對罐區的防雷我們在設計和執行時有什么困擾呢？現場運行的油罐有什么問題呢？下面從以下兩方面來進行分析。

2.1 防雷設計規范的分歧

1）《石油庫設計規范》GB50074—2002關于浮頂油罐的防雷設計中規定：大型外浮頂油罐不應裝設避雷針，對于浮頂與罐體的連接是采用2根橫截面積不小于25mm2的軟銅復絞線做電氣連接。

2）《石油庫設計規范》GB50074—2002還規定：大型外浮頂油罐的頂板厚度等于或大于4mm時，就不應該裝設避雷針。只有在外浮頂油罐頂板厚度小于4mm時，才在油罐周圍裝設避雷針（網），同時要求避雷針（網）應保護整個油罐。

3）在DLT620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定：發電廠和變電所可采用避雷針或避雷線進行直擊雷過電壓保護；但又明確指出露天油罐不需要進行避雷針的防護。

2.2 油罐區防雷工程設計不足

1）采用浮頂油罐本體防雷存在的主要問題

（1）伴隨油罐容積的不斷增大，10萬立方的油罐直徑近百米，分布在空曠場地的油罐很容易遭受直接雷擊的危害。雷電一旦擊到浮盤密封處，很容易引發爆炸事故。

（2）浮盤與罐壁之間只有兩條編織軟導線，不能滿足直接雷擊發生時低阻抗的通道的要求。雷云與地面設施之間的感應放電現象會引起油罐浮頂電場分布的巨大變化，雷擊消失時，為了達到電荷平衡，油罐浮盤上的感應電荷瞬間變化，依靠僅有的兩條編織軟導線夜無法滿足電流瞬間釋放的要求；并且鋼材的磁導率較高，在感應雷的高頻特性下，浮頂表面產生的集膚效應會增大交流阻抗，也會影響雷電流的泄放。

（3）在浮盤遭受雷擊時，由于電阻的存在，浮頂和罐壁之間會形成瞬時電位差。浮頂及密封件等金屬物體一旦與罐壁的電位差距達到放電條件，就會放電產生火花，引起雷擊事故。

2）油罐區不設置獨立避雷針，采用油罐本體接閃的基礎是油罐不會有油氣泄漏，當雷擊在油罐頂部就不會引起爆炸等事故。事實是不是這樣呢?來分析油罐的實際運行狀況。當油罐儲存閃點低于或等于環境溫度的易燃油品，油罐在正常情況下，呼吸閥處于關閉狀態，不會有油氣泄漏現象，呼吸閥周圍的油氣與空氣混合物達不到爆炸規定的濃度要求，此時遇雷電火花也不會引起爆炸火災事故。雷電多發的季節多是夏季，也是溫度最高的時候，油罐經太陽暴曬或者油罐進油，都會使油罐內氣壓升高，迫使油罐呼吸閥開啟來釋放氣壓。此時呼吸閥周圍的油氣與空氣混合物就存在著爆炸危險性，這時如遇雷電火花，就會引起爆炸火災事故[2]。而目前，大型原油儲罐大都采用外浮頂結構，而不是內浮頂的機構。外浮頂的浮盤與罐壁之間必然存在環形間隙，以保證浮頂上下移動的需要。為了保證儲罐的嚴密性，規定要求在此環形間隙內需設置浮頂密封裝置，即設一次和二次雙重密封，因此在一、二次密封之間有一個環形密閉空間。當存儲的油品易揮發時，在這個空間內會存在一定量的揮發油氣。如果密封有缺陷或磨損時，并且當氣溫比較高時，空間內油氣濃度就會非常高，很容易形成爆炸環境。

根據對某新建油庫2臺10×104m3油罐的一次、二次密封間環形密封空間油氣濃度進行了數據分析，具體結果見表1[3]。

表1 外浮頂油罐一次、二次密封間油氣濃度%LEL

由表1 可以看出，1＃ 油罐環形空間內的東南檢測點油氣濃度已達85%LEL，2＃ 油罐環形空間內東南檢測點油氣濃度達70%LEL，油氣濃度均已接近爆炸極限。試想一下，剛投用且密封完好的油罐油氣濃度就已接近爆炸下限，那么經過長時間運行后密封有缺陷的油罐油氣濃度將更高。事實上，從多起發生雷擊爆炸現場的監控錄像中也可以清晰發現油罐遭雷擊后，基本都是先在油罐的浮盤密封處發生爆炸，隨后才引發油罐內的原油燃燒。這也從證據上表明，發生事故油罐的一、二次密封環形密閉空間內局部的油氣濃度在雷擊發生時已經非常高了，具備爆炸燃燒條件。

3）而現階段對雷擊的直接防護中仍然主要是采用避雷針，但目前有的罐區設計或施工中并沒有廣泛采用避雷針，并對其作用有不同的看法。這就有必要正確認識、分析避雷針在油罐區防雷的作用與意義，研究它的可能影響，并研究解決方法，進而正確指導我們實際工作。

3 油罐區防雷的必要性

3.1 油庫儲存油品的特性所決定

油罐儲油是當前應用最主要且普遍的一種儲油方式。因此油罐是儲存油料最為重要的設備。在進行風險分析時，我們必須對油品的特性進行了解。各種油品具有易揮發、易流失、易燃燒、易爆炸等性質，一旦大量的油品發生火災或爆炸，必然會造成重大的人員、設備的損失。所以掌握油品的性質，對于防雷工作具有重要意義[4]～[5]。

1）易燃性

石油產品都屬于極易燃燒的物體。原油及其產品都是碳氫化合物，遇火或受熱很容易燃燒。其燃燒危險性大小取決于油品閃點、燃點和自燃點這三個參數。油品的性質由其化學組成和餾分組成決定。

2）易爆性

爆炸是一種物質發生非常迅速變化的一種形式。伴隨爆炸瞬間產生的大量能量，迫使其周圍空氣壓力也同時發生突變，發出巨大的聲音，其釋放的能量更造成災難性的后果。爆炸危險性常用爆炸極限來表示，包括爆炸下限和爆炸上限。當混合物濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限時，都不會發生不會爆炸。但當混合物濃度在爆炸極限范圍內時，在點火源的作用下，混合氣體就會爆炸并燃燒。并且在混合物濃度超過爆炸上限時，在點火源的作用下會先燃燒，待混合物濃度下降到爆炸范圍內時，隨即會爆炸。

3）揮發性

石油產品尤其是輕質油品具有容易揮發的特性。所謂揮發性是指油品由液體變為氣體的性質，油品的沸點越低其揮發性越大。油品由于容易揮發，因此會在浮頂形成爆炸性氣體環境，在外來火源的作用下極易引發火災、爆炸事故，造成罐體和人員的傷害。同時，揮發就會使油品中輕質餾分減少，造成油品質量變差。

3.2 儲存油品的危險性所決定

經濟飛速發展、社會進步，石油及石油產品在生產、生活中的應用越來越普遍，而油庫、 加油站分布眾多，油罐內儲存的各種不同的石油液體，如原油、成品汽油、柴油、等，都是易燃易爆產品，極易發生火災爆炸。分析以往事故數據及資料，在我國成品油儲運環節中發生的582例事故中，設備損壞及其它占9.8%，混油事故占22%，火災、爆炸事故占30.80%，由于跑、冒、滴、漏等造成的未遂事故占37.4%[6]。從分析可以看出在事故中油罐發生火災爆炸的比例是比較高的。而油罐一旦發生火災爆炸事故，都會帶來巨大的設備損壞的及人身傷亡事故，且影響程度和范圍也很嚴重。我們已經有過這方面的教訓了，在1989年8月12日，山東省黃島油庫的就因為雷擊發生特大火災事故，大火整整燃燒了104個小時，燒掉原油3.6×104噸，燒毀油罐5座，事故造成的直接經濟損失達3300萬元，人員傷亡達百人，可估計的間接損失就達5200萬元，如果加上后期治理環境污染的費用就更多了。采用大型化油罐儲油是今后發展的必然趨勢，這是我國石油化工工業的發展以及國家原油戰略儲備庫項目所決定的。目前在大型罐區單罐容積已達10×104m3以上的儲罐已是屢見不鮮。如此巨大的油罐一旦發生火災爆炸等突發事故，將會導致嚴重的人員傷亡和財產損失，社會影響也是難以估量的。

3.3 油罐區設計防雷規范的要求

我國化工類廠區儲存地油罐區地域分布設計時應符合《石油庫設計規范GB 50074-2002》，主要是要滿足下列條件：

1）在鋼油罐體上必須做接地點；要求接地點不應少于 2處；接地點沿油罐周長的間距不宜大于30m，否則要增加接地點；每個接地點的接地電阻不宜大于10?。

2）浮頂鋼油罐的頂板厚度等于或大于4mm時，規范指出一般不應裝設避雷針；應將浮頂與罐體用2根導線做電氣連接，發生雷擊事故時將雷擊產生的電流通過導線引入大地中。

3）石油庫內的信息系統配線電纜，宜采用帶有屏蔽的電纜，如鎧裝電纜等；電纜采用鋼管防護配線時，要將鋼管上下2處與罐體做電氣連接并接地。

4）石油庫內信息系統的配電線路與電子器件連接時，在首末端需裝設與電子器件耐壓水平相適應的過電壓保護保護設備，如浪涌保護器。

4 結論

根據對一些化工企業儲油罐的現場觀察分析可知，現在化工儲油罐區存在很多問題，特別是對雷電的防護方面。防雷其實是一個系統的工程，也是一個需要實際情況檢驗的工程。從方案的確定、資金的來源、防雷浪涌保護器的選擇、施工時的質量等方面都會直接影響到防雷的整體效果。只有精心設計、科學經濟、合理配置、精細施工才能達到理想的防雷效果。

[1]馬劍群.“8.7”中石化儀征分輸站 15萬方原油儲罐雷擊火災后的思考[C].2007年中國科學技術協會年會,2007.

[2]孔祥欣.油庫的雷電防護[J].山東氣象,2003(9).

[3]宮宏.大型浮頂儲罐浮盤密封圈雷擊起火事故分析,2008,8(10).

[4]姚勤.淺談大型油庫潛在的火災危險與防范[J].消防技術與管理,2004[S1]:45-47.

[5]狄建華.油庫火災爆炸危險性分析[J].安全、健康和環,2002,2(8):34-35.

[6]張曉冬,章保東.油庫火災爆炸危險性分析與控制[J].中國計量學院學報,2005(9):251-254.