危險貨物集裝箱堆場的防雷設計

付明立

（武漢長江航運規劃設計院有限公司，湖北武漢 430030）

引言

隨著我國水運的快速發展，港口危險貨物集裝箱堆場的數量、規模正在日益增加，安全管理風險不斷增加，其中危險貨物集裝箱堆場的防雷安全尤為重要。在《港口危險貨物集裝箱堆場設計規范》（JTS176-2020）發布之前，危險貨物集裝箱堆場的防雷基本參照《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2020），該規范主要針對建筑物防雷，其中僅有一條文是可燃露天堆場的防雷規定：“糧、棉及易燃物大量集中的露天堆場，當其年預計雷擊次數大于或等于0.05 時，應采用獨立接閃桿或架空接閃線防直擊雷。獨立接閃桿和架空接閃線保護范圍的滾球半徑可取100 m”[2].有部分設計單位并未通過計算或考慮不全，利用堆場高桿燈來滿足堆場防雷保護，普通集裝箱堆場尚可如此，港口危險貨物集裝箱堆場的防雷保護設計就不一定能滿足防雷要求。JTS176-2020 中對港口危險貨物集裝箱堆場名詞解釋為：“港區內露天堆存危險貨物集裝箱的專用場所”[1]，本文將結合具體項目通過具體計算和軟件模型闡述如何滿足以上規范要求，達到港口危險貨物集裝箱安全管理的目標。

1 項目概況

某危險貨物集裝箱堆場位于國外某港口，堆場長約276 m，寬約23.5 m，堆存貨種如下表所示，堆場內設置常規箱區、冷藏箱區、應急場、工具間等功能。堆高層數按三層考慮，堆高約7.5 m。

表1 危險品貨物種類及堆高層數

2 防雷設計要點

首先確定危險貨物集裝箱堆場的防雷等級。普通集裝箱堆場按可燃堆場考慮，危險貨物堆場則不同。《港口危險貨物集裝箱堆場設計規范》JTS176 -2020 第8.2 節要求符合GB50057、JT556 的規定，并未明確危險貨物集裝箱堆場的防雷等級，而該規范的送審稿第8.2.2 條明確說明：“港口危險貨物集裝箱堆場的防雷設施，不應低于第二類防雷建筑物的規定要求。堆存易燃易爆危險貨物集裝箱的，應按第一類防雷建筑物設計”。筆者認為可結合GB50057 的規定和送審稿的條文設計。

結合集裝箱堆場的布局特征選擇保護方案，目前有3 種方案可供采納：單側布置接閃桿、雙側布置接閃桿、端部接閃帶塔。其中接閃桿和接閃帶塔的區別在于：接閃桿布置在堆場四周，一般不會影響RTG（輪胎式集裝箱龍門起重機）運行，接閃桿的高度一般在20 m 左右；接閃帶塔布置在堆場的縱向端部，為了不干涉RTG 的運行，一般用于保護獨立的堆場，高度較高，一般為40 m 左右，懸掛的接閃帶懸垂高度要高于RTG 并留有余量，類似架空線布置。本文主要介紹前面2 種接閃桿的布局方案，相比接閃帶塔更加實用和經濟。

最后還需要考慮接閃桿或接閃帶塔的基礎與被保護物體（危險貨物集裝箱）的地中、地空間距。同時要注意接閃裝置、接地極、包括安裝螺栓的防腐蝕措施，如選擇熱鍍鋅、銅包鋼等材質，特別是沿海等腐蝕嚴重地區。

3 實例分析

根據項目概況，危險貨物集裝箱堆場可視作長寬高=250×19×7.5 m 的長方體，下面分別按第二類、第一類防雷等級設計。

3.1 按第二類防雷等級設計

1）防雷等級

參照《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010第3.0.2 條，確定堆場為二類防雷等級。

2）防雷接閃桿布置要求

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010第4.2.1 條第5 款要求獨立接閃桿本體及基礎與被保護物的間隔距離不得小于3 m。

單側接閃桿計算：

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010附錄D 第D.0.1 條公式（D.0.1-1）計算單支接閃桿在hx=7.5 m（堆箱最高面）高度上的保護半徑：

圖1 EAP 軟件模型單側保護斷面圖（未能保護箱角）

其中接閃桿高度h 按最大取值（二類防雷滾球半徑45 m），計算值不滿足保護要求。

根據計算，應采取兩側布置保護堆場：

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010附錄D 第D.0.1 條公式（D.0.2-1）計算兩支接閃桿要保護：hx≥7.5 m，即

得出：7.5≤h≤82.5

同時h≤45（二類防雷滾球半徑45 m）

綜合可得：7.5≤h≤45。

圖2 EAP 軟件模型兩側保護斷面圖（完全保護）

再復核縱向保護：由兩側接閃桿布置后形成4支等高接閃桿，依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 附錄D 公式D.0.4-1

其中ho為保護范圍最低高度應≥7.5 m，

即：

取h 最大值45 代入得D3≤88.74 m，進而計算接閃桿為45 m 高時，橫向間距D1≤84.2 m。

另：

滿足前提條件。

取h=19 代入得D3≤60.09 m，進而計算接閃桿為19 m 高時橫向間距D1≤53.17 m。

另：

滿足前提條件。

接閃桿高度取值h=19 m，橫向側間距D1 不大于53.17 m。考慮到多曲面采用博超軟件布置，校驗保護范圍能否通過，D1 距離為47 m 時能全范圍保護。

圖3 橫向側保護斷面圖

圖4 EAP 軟件模型兩側布置通過防雷保護校驗

綜上，接閃桿布置方案的保護條件：堆場長約250 m，箱最高面7.5 m 時，堆場兩側布置接閃桿，高度h=19 m，橫向側間距取47 m，且接閃桿本體及基礎與箱變的間隔距離不得小于3 m。

3.2 按第一類防雷等級

1）防雷等級

依據《港口危險貨物集裝箱堆場技術標準（水科院送審稿）》2016.2 條款8.2.2 要求，并參照《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 第3.0.2 條，確定堆場為一類防雷等級。

2）防雷接閃桿布置要求

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010第4.2.1 條第5 款要求獨立接閃桿本體及基礎與被保護物的間隔距離不得小于3 m。

單側接閃桿計算：

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010附錄D 公式D.0.1-1 計算單支接閃桿在hx=9 m（堆箱最高面）高度上的保護半徑：

其中接閃桿高度h 按最大取值（一類防雷滾球半徑30 m），計算值不滿足保護要求。

圖5 EAP 軟件模型單側保護斷面圖

根據計算，故而應采取兩側布置接閃桿保護堆場：

依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010附錄D 公式D.0.2-1 計算兩支接閃桿要保護hx≥ 9 m，

即：

得出：14.34≤h≤45.65，

同時h ≤30（一類防雷滾球半徑30 m），

綜合可得：14.34≤h≤30。

由兩側接閃桿布置后形成4 支等高接閃桿，依據《建筑物防雷設計規范》GB50057-2010 附錄D第公式D.0.4-1

其中ho為保護范圍最低高度應≥9 m，

即：

取h 最大值30 代入得D3≤57.27 m，進而計算接閃桿為30 m 高時橫向間距D1≤49.9 m。

另：

滿足前提條件。

取h=19 代入得D3≤44.72 m，進而計算接閃桿為19 m 高時橫向間距D1≤34.8 m。

另：

滿足前提條件

接閃桿高度取值h=19 m，每側間距不大于 34.8 m。

接閃桿高度取值h=30 m，每側間距不大于 49.9 m。

圖6 EAP 軟件模型兩側保護斷面圖

圖7 EAP 軟件模型保護橫端面（局部）

綜上，接閃桿布置方案：堆場兩側布置接閃桿，高度h=19 m，每側間距30 m。或堆場兩側布置接閃桿，高度h=30 m，每側間距49 m。

圖8 兩側布置接閃桿保護集裝箱斷面圖

4 結語

結合新版《港口危險貨物集裝箱堆場設計規范》JTS176-2020 規范，通過某危險貨物集裝箱堆場具體項目，采用EAP 軟件模型校驗和理論計算相結合的方式，準確、快捷、合理、有效地提出危險貨物集裝箱堆場的防雷保護設計的方法要點。