港口危險貨物集裝箱堆場防雷設計

柯喆

摘 要：自 “8·12天津濱海新區爆炸特別重大生產安全責任事故”以來，交通運輸部進一步落實危險貨物港口建設項目安全設施“三同時”要求，對危險貨物集裝箱堆場加強了設計等級。本文通過對東莞虎門沙田港區的兩種型式危險貨物集裝箱堆場工程實例，詳細說明獨立避雷線塔在危險貨物集裝箱堆場防雷設計中的應用。

關鍵詞：危險貨物;集裝箱;堆場;防雷設計

中圖分類號：U698? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2019）03-0043-03

隨著我國港口集裝箱碼頭的發展，港口危險貨物集裝箱堆場的數量不斷增加、規模及作業量不斷增大，其防雷設計等方面要求逐漸提高。目前針對危險貨物集裝箱堆場的相關防雷設計規范不太明晰，導致不同工程項目防雷設計等級相差甚遠的情況，很容易埋下安全隱患，以下將介紹東莞市虎門港沙田港區5#，6#危險貨物集裝箱堆場工程及東莞市虎門港沙田港區7#，8#危險貨物集裝箱堆場工程，兩個種類防雷設計思路及筆者對規范的理解。

1 危險貨物集裝箱堆場的防雷分類

1.1確定防雷等級主要有兩種方法

方法1：依據現行規范《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010），通過計算工程所在地年預計雷擊次數和危險貨物的種類確定建筑物（構筑物）的防雷類別，確定防雷建筑物等級，主要通過規范第3.0.3.9條。而4.5節“其他防雷措施”中第4.5.5條結合第3.0.3.9條來看，本規范適用于大量易燃物（如糧食、棉花）集中的危險貨物集裝箱堆場的情況;根據《爆炸危險環境電力裝置設計規范》（GB50058-2014）3.1.1.3條說明，實際大部分危險貨物集裝箱堆場不僅有火災危險性，還同時具有爆炸危險性，規范第4.5.5條已遠遠無法滿足要求。為此，通過《建筑物防雷設計規范》計算預計雷擊次數來確定火災危險區域內的防雷建筑物水平，對于有爆炸危險場所的集裝箱堆場的適用性較差。

方法2：依據《港口危險貨物集裝箱堆場技術標準》（送審稿）第8.2.2條，筆者認為詞條在實際實施過程中有需要商討的地方。其一，標準中“第一類防雷建筑物”或“第二類防雷建筑物”的定義是根據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）第3.0.1條確定，而《建筑物防雷設計規范》第1.0.2條指出“本規范適用于新建、擴建、改建建（構）筑物的防雷設計”，危險貨物集裝箱是在密閉容器內裝有危險品，不屬于建（構）筑物，劃分的依據較模糊。其二，若按標準規定按“第一類防雷建筑物設計”，依據《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）第4.2.1.1條，要滿足詞條規范只能在危險貨物集裝箱內布置非常多的獨立避雷線塔，對于整條集裝箱布置、儲存、裝卸帶來極大的困難，實際操作中，獨立避雷線塔由于需滿足規范所要求的網格最低距離要求，會設置的離危險貨物集裝箱很近，非常容易被裝卸設備撞壞，造成新的危險。其三，集裝箱由于在港口運營中需要重復進行儲存、裝卸，所以在堆場中沒有設置專門給集裝箱用的接地線，難以滿足《建筑物防雷設計規范》（GB 50057—2010）中第5.4節“接地裝置”的要求，并且危險貨物集裝箱堆場防雷設計與《石油庫設計規范》（GB 50074-2014）第14.2節的固定儲罐要求有所差別。為此，在現有規范不明晰的情況下，本文根據危險貨物集裝箱堆場的特點，從實際經驗出發，介紹東莞市虎門港沙田港區（5#，6#泊位及7#，8#泊位）兩個種類的危險貨物集裝箱堆場工程的一種防雷設計思路。

1.2火災爆炸危險性分析

危險貨物具有爆炸、易燃、毒害、感染、腐蝕、放射性等特性，容易造成人身傷亡、財產毀損或者對環境造成危害。兩個工程的危險貨物集裝箱堆場內均堆存有3～9類危險品，其中3～5類是有可能引起爆炸的危險貨物。根據中國安全科學研究院編制的重大危險源區域定量分析評價軟件（CASST-QRA），對7#，8#泊位危險貨物集裝箱堆場工程，模擬了第3類危險貨物存放量最大時發生事故的后果，從事故后果效果圖（圖1）中分析出：當發生危險貨物集裝箱整體破裂并引發池火災，其死亡半徑、重傷半徑、輕傷半徑、多米諾半徑分別達到54m、65m、93m、30m;死亡半徑覆蓋的范圍主要包括：危險貨物堆場部分區域、危險貨物堆場周邊空地和道路部分區域。由于危險貨物集裝箱堆場還堆存了其他危險貨物集裝箱，如第5.1類、第6.1類、第8類等貨物集裝箱。一旦堆場發生火災和爆炸事故，若引發多米諾效應，可能導致二次事故，使事故后果擴大。因此，根據危險貨物集裝箱堆場的重要性及發生事故的后果，滾球半徑按第一類防雷建筑物進行設計。

2 防雷接閃器的選擇與設計

2.1 7#，8#危險貨物集裝箱堆場工程（單避雷線的保護范圍的確定）

原7#，8#危險貨物集裝箱堆場由原重箱堆場區域改造而成，堆場外圍四周新建實體圍墻，堆場內危險貨物集裝箱堆高不超過3層，危險貨物集裝箱采用牽引半掛車作業。根據危險貨物集裝箱布置情況，在堆場周圍已建高桿燈或設置獨立避雷針均不能對整條集裝箱進行有效保護的情況下，設置2座30米高鋼結構獨立避雷線塔于危險貨物堆場兩端，架空線位于危險貨物集裝箱上方。用滾球法確定接閃器的保護范圍時，滾球半徑按第一類防雷建筑物取值，計算避雷線最低點在保護物高度平面上的保護半徑是否可有效保護危險貨物集裝箱。本工程計算保護物高度取9米，滾球半徑取30米，兩架空避雷線塔間距為155米架空避雷線弧垂取6米，避雷線保護范圍最高點h0=30m-6m=24m。根據以上條件，結合《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 附錄D.0.5計算保護范圍如下：

30m 避雷針塔在高度hx=9m平面上的保護寬度

bx =- =- = 8.6m;

接閃線中間段計入弧垂后在計算高度hx=9m平面上的保護寬度

bx=-=- =8m;

通過以上公式計算得，避雷線在9m高度平面上的最小保護寬度為8m，兩端獨立避雷塔在9m高度平面上的保護范圍半徑均為8.6m，根據以上計算繪制出避雷線塔保護范圍平面圖（圖2）。

2.2 5#，6#危險貨物集裝箱堆場工程（雙避雷線的保護范圍的確定）

5#，6#危險貨物集裝箱堆場由原危險貨物堆場區域改造而成，原危險貨物堆場防雷利用一組避雷線塔取滾球半徑100m設置。改造后的危險貨物堆場內危險貨物集裝箱堆高不超過3層，危險貨物集裝箱采用RTG和牽引半掛車作業，RTG軌道位于危險貨物集裝箱兩長邊，按照7#，8#泊位在兩端設置避雷線塔將影響RTG作業，在堆場周圍已建高桿燈或設置獨立避雷針均不能對整條集裝箱進行有效保護，因此在5#，6#危險貨物集裝箱堆場兩側及中間共設置6座30米高鋼結構獨立避雷線塔，危險貨物集裝箱根據工藝要求堆高為2～3層，架空線位于危險貨物集裝箱上方。用滾球法確定接閃器的保護范圍時，滾球半徑按第一類防雷建筑物取值，計算避雷線最低點在保護物高度平面上的保護半徑是否可有效保護危險貨物集裝箱。本工程計算保護物高度取9米，滾球半徑取30米，相鄰橫向兩架空避雷線塔間距為120米，相鄰縱向兩架空避雷線塔間距為43米，架空避雷線弧垂取5米，避雷線保護范圍計算高度為25m。根據以上條件，結合《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 附錄D.0.6計算保護范圍如下：

兩根接閃線之間保護范圍最低點的高度：

h0 =+ h - hr =+ 25 - 30 =15.9m;

地面每側的最小保護寬度：

b0 ===20.9m;

內移位置的距離：

x =-b0 =-20.9=5.6m;

30m 避雷針塔在高度hx=9m平面上的保護寬度：

bx =-=-=8.6m;

接閃線中間段計入弧垂后在計算高度hx=9m平面上的保護寬度

bx=- =- =8.1m;

通過以上公式計算，避雷線在9m高度平面上的最小保護寬度為8.1m，兩端獨立避雷塔在9m高度平面上的保護范圍半徑均為8.6m，根據以上計算繪制出避雷線塔保護范圍平面圖（圖3）。

3 接地網設計

為了限制接觸及跨步電壓，鋼結構獨立避雷線塔設置獨立的接地裝置。為此，鋼結構獨立避雷線塔的接地裝置不與集裝箱港區接地網相連接，且避雷線塔的每一引下線的沖擊接地電阻不宜大于10歐姆，如遇土壤電阻率高的地區，可適當增大沖擊接地電阻，且在3000歐姆以下的地區，沖擊接地電阻不應大于30歐姆。

獨立避雷線塔和架空接閃線或網的支柱及其接地裝置與被保護物及其有聯系的管道、電纜等金屬物之間的間隔距離，應按下列公式計算，且不得小于3m;

（1）地上部分：當計算點的高度hx小于5倍的獨立接閃桿的沖擊接地電阻Ri時（hx〈5Ri），空氣中的間隔距離大于等于0.4（Ri+0.1hx）;當計算點的高度hx大于等于5倍的獨立接閃桿的沖擊接地電阻Ri時（hx≥5Ri），空氣中的間隔距離大于等于0.1（Ri+0.1hx）。

（2）地下部分：地中的間隔距離Se1大于等于0.4倍的獨立接閃桿的沖擊接地電阻Ri（Se1≥0.4Ri）。

4 結語

危險貨物集裝箱堆場的主要危險有害因素有多種，如包裝破損、危險貨物泄漏，進而可能導致燃燒爆炸、中毒窒息、設備設施事故危險、電氣設備事故危險、船舶靠離泊危險、不良自然條件危險、道路交通事故危險、火災危險、物體打擊事故等事故危險。一旦發生事故后果非常嚴重。為此，從安全生產的角度來說，應對防雷接地等設施加以重視，確保整個港區人員及財產安全。

參考文獻：

[1]GB 50057—2010 建筑物防雷設計規范.

[2]中國航空規劃設計研究總院有限公司. 工業與民用供配電設計手冊[M]. 第四版. 北京： 中國電力出版社， 2016.12

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[5]GB 50058-2014 爆炸危險環境電力裝置設計規范[S].

[6]GB 50074-2014 石油庫設計規范[S].