加油站雷擊影響分析

吳量

河池市氣象局 廣西 河池 547000

引言

近年來，開展了較多對加油站的雷電防護研究，魏光龍[1]等對加油站的防雷設計進行了研究。朱鑫[2]等對加油站雷擊安全隱患進行了分析并列出具體防雷措施。本文以南丹丹城加油站為例，利用河池市閃電定位資料對該加油站進行雷擊影響分析。

1 資料來源與方法

本文采用的加油站尺寸、貯油量及基本情況等來源于南丹丹城加油站；采用2010-2017年河池市ADTD閃電定位資料。

2 加油站防雷類別劃分

丹城加油站設計為4個儲油罐，2個50m3汽油儲罐，2個50m3柴油儲罐。有加油機5臺，加油槍5支；加油棚為單層，站房為2層，高8.45米。

3 加油站雷擊電磁脈沖的評估

3.1 遭受鄰近雷擊

（1） LPZ0區磁場強度。LPZ0區中入射磁場強度H0可按下列公式估算：

雷擊所致的磁場強度最大值由首次雷擊產生，據河池市雷電監測網實測數據統計，項目所在地10km范圍內年均最大雷電流幅值i0=273.202kA。

鄰近雷擊時，雷擊點距離加油站大于50m時，建筑物內磁場強度H0均小于800A/m，滿足GB/T2887《電子計算機場地通用規范》要求“電子計算機場地內磁場干擾場強不大于800A/m”。將H0=800A/m，i0=273.202kA代入式（1），求得Sa=54.379m，即雷擊點在大于54.379m處為安全的。

（2）加油站自身直擊雷保護范圍。加油站站房高8.45m，根據滾球法，在地面上保護半徑即在加油站26.25m范圍內閃電將會被站房防雷裝置所接收，這時按加油站遭受直接雷擊時內部磁場強度進行計算。

3.2 遭受直接雷擊時內部磁場強度的評估

當加油站遭受直接雷擊時，依據GB50057《建筑物防雷設計規范》和QX/T 106《防雷裝置設計技術評價規范》可按如下方法計算建筑物內磁場強度。首次雷擊時，雷電流強度遠大于后續雷擊時的雷電流強度，因此，以下估算均討論首次雷擊的情形。

（1）LPZ1區內磁場強度。在LPZ1區內空間的內部任意一點由首次雷擊產生的磁場強度H1為：

當加油站屏蔽網格寬度為2m時，滿足GB/T2887《電子計算機場地通用規范》中電子計算機場地內磁場干擾場強不大于800A/m要求，因此，該加油站屏蔽網格可選用小于2m×2m的網格寬度。加油站的電子設備應盡量遠離屏蔽體，最好放置在LPZ1區的中心位置。

（2）LPZ2區內磁場強度。LPZ2區中入射磁場強度H2可按下列公式估算：

當加油站遭受臨近雷擊時，如加油站周邊有防雷設施能保護距離加油站26.25m到54.379m之間這個區間的情況下，加油站本身可以不用考慮臨近雷擊所產生的電磁場的影響的；當加油站遭受直接雷擊時，加油站的電子設備應盡量遠離屏蔽體，并采用小于2m×2m的屏蔽網格才能使LPZ1區的電磁場處于安全狀態。

4 雷擊危害范圍評估

4.1 雷擊火災燃燒影響范圍

儲油罐燃燒火焰的輻射熱可用下列公式計算：

該加油站灌區埋設了4個油罐，每個油罐的直徑D為2.8m，罐間距為1m，2個罐內裝有汽油，2個罐內裝有柴油。當油罐遭受雷擊引起火災時，對周圍的危害主要是由于輻射熱產生的，輻射熱量足夠時，會使輻射物體達到燃點。而一般輻射熱量小于16.74×106J/(h·m2)不會引起火災，輻射熱量達到(16.74～29.3)×106J/(h·m2)，則會引起杉木板起火，達到20.9×106J/(h·m2)時，會引起鋼材變形。

當油罐產生的輻射熱量達到16.74×106J/(h·m2)時，查有關資料，V汽油=4.8mm/min，ρ汽油=745kg/m3，Hc汽油=47.1×106J/kg，代入式(4)可求出角系數φ=0.082。通過查表可知，此值對應的S/D值為1.45，即汽油油罐遭雷擊引起的火災范圍S=2.8×1.45=4.06m。V柴油=3.28mm/min，ρ柴油=860kg/m3，Hc柴油=42.6×106J/kg，代入式(4)可求出角系數φ=0.116。查表知，此值對應的S／D值為1.194，則柴油油罐遭雷擊引起的火災范圍S=2.8×1.194=3.34m。因此，距離柴油油罐的安全距離必須大于3.34m時才能確保加油區和輔助用房的防雷安全。

而該加油站站房距離其最近的油罐為9.3m，達到安全距離4.06m的要求。

4.2 雷擊爆炸影響范圍

當加油站發生雷擊爆炸時，內部易燃液體幾乎全部燒凈，并形成巨大的高溫燃氣團，爆炸時的圓形區域直徑可用下式計算：式中：D為爆炸圓形區域直徑（單位：m）；W為易爆物品的重量（單位：kg）。根據該加油站油罐體積以及油的密度，計算得到四個油罐總儲油重量w為160500kg，從而計算出此加油站的爆炸圓形區域直徑為D=425.52m，因此加油站發生雷擊爆炸時以油罐為圓心，以425.52m為半徑的圓的范圍內都可能受雷擊爆炸產生的高溫燃氣團危害影響。

5 結束語

當加油站遭受臨近雷擊時，如加油站周邊有防雷設施能保護距離加油站26.25～54.379m，加油站本身可以不用考慮臨近雷擊所產生的電磁場的影響；當加油站油罐區由于雷擊引發爆炸后，其影響范圍達到425.52m，遠大于加油站本身且與油罐存量成正比，因此，當加油站所處區域屬于雷電活動頻繁時，應適當提高對雷擊電磁脈沖的設置水平。