大型浮顶储罐防雷对策探究

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1、大型浮顶储罐防雷对策探究　　随着世界经济的发展，各国对石油的需求急剧增长，我国的石油供需缺口更是不断扩大。2002年，我国超过日本成为世界第二大石油消费国。石油作为一种重要的战略资源，它的不可再生性和国际石油市场的供求结构决定了石油储存的重要意义。　　安全的石油储备体系能够发挥蓄水池的作用，不仅可以保证我国石油的连续供应，而且能最大限度地减小油价大幅波动对我国经济的冲击。随着我国石油化工工业的发展和国家原油战略储备库、商业储备库项目的实施，大型原油储罐的数量将不断增长。　　然而，最近几年大型浮顶储罐频繁发生雷击事故。为此，中国石化安全工程研究院（简称“安工院”

2、）自2006年起，开展了一系列关于大型浮顶储罐雷击危害及防护技术的研究，逐步形成一套较为成熟的储罐雷电防护技术，并应用于多家企业，取得较好的效果。　　储罐雷击所致事故　　用于储存石油的大型浮顶储罐直径一般在60m～100m，由于浮盘面积大，而且直接暴露在大气中，雷电击中率明显增加，同时浮盘在雷云电场的作用下可感应出大量静电荷，储罐在对地泄放雷电流和感应电荷时，易产生火花放电，引燃油气造成雷击着火事故。　　在石油行业的SY/T6556-2003《大型地面常压储罐防火和灭火》标准附录中，分析了从1951年到1995年发生的各行业各类储罐的107例火灾原因，其中有6

3、5例火灾原因被确定为雷电，占总数的61%，可知雷电是引发浮盘储罐火灾的重要原因。　　我国从1972年到1999年间发生较大的储罐雷击着火爆炸事故20多起，造成较大的经济损失。特别是1989年8月12日，黄岛油库被雷击造成5号罐起火后，引爆1-4号罐，大火燃烧了104h，造成19人死亡、78人受伤，5个油罐报废，4万t原油燃烧，直接经济损失达1401万元。近几年，国内也连续发生了数起储罐雷击着火事故，如2011年11月22日，大连的两座10万t级储罐同时发生雷击火灾事故，给企业的安全生产带来巨大的压力。　　虽然储罐的设计、建设都按照国际标准采取各项措施，但雷击事

4、故仍时有发生，说明现有的大型储罐雷电防护措施仍存在不足，储罐在恶劣的雷暴天气条件下的长期安全运行仍面临巨大挑战，需要进一步研究和完善大型储罐的防雷技术措施。　　避雷针防护的缺陷　　目前大型浮顶储罐通常使用避雷针或依靠自身接闪进行直击雷电防护，但是此类防护都存在较大隐患。　　避雷针的防护机理是利用自身的高度使雷击时的电场发生畸变，将雷击点引至自身，使得被保护范围不遭受雷电直击。但是避雷针防护存在以下4个问题。一是当避雷针遭受雷击时，周围导体上会形成感应过电压，感应过电压容易导致产生雷击二次效应危害，会造成金属间隙之间的火花放电，引燃周围油气造成火灾事故。二是当避

5、雷针安装在储罐上方时，避雷针接闪时，会有数百千安的雷电流流过，当储罐金属部件之间存在不可靠的电气连接时，雷电流流过储罐会造成储罐金属部件之间的放电，引发火灾事故。三是由于储罐直径很大，根据滚球法计算，现有避雷针的保护范围无法全面覆盖储罐，而且雷电也可以绕过避雷针而击中被保护对象。再者，避雷针的设置增加了储罐周围区域遭受雷击的概率，也就是通常所谓的“引雷”。这样使得雷击储罐火灾事故的风险大大提高。　　按照GB15599-2009《石油与石油设施雷电安全规范》及GB50074-2002《石油库设计规范》等现有法规的要求，当储罐壁厚超过4mm时，不应装设避雷针，而应

6、采用罐壁进行接闪，但是雷击罐壁时，产生的雷电流泄放和电磁感应都有可能引发间隙放电，并且罐壁无法保护浮盘不遭受雷电直击。因此仅依靠罐壁进行接闪也存在一定的风险。　　储罐防雷新技术及应用　　安工院在参加了多起大型储罐的雷击事故分析工作后，又对国内数百座大型浮顶储罐进行调研，开展可燃气体环境的检测分析，掌握了大量的现场资料。　　在此基础上，安工院开展了多个储罐雷电防护课题的研究，从理论分析到实验室模拟和仿真计算的验证，从措施的提出到现场的应用，逐步形成系统的储罐雷击危险评估及治理措施。　　根据气隙的沿面放电原理，安工院对储罐的金属连接部位进行分析，发现储罐的许多金属

7、连接件之间不是可靠的电气连接，使得沿面放电电压将降低很多。结合理论仿真计算对储罐雷击时电位分布进行深入研究，安工院找出了二次密封导静电片与罐壁之间、机械密封金属板与罐壁之间等雷击火花放电的危险部位。　　通过实验室小型模拟装置开展的雷击模拟试验，安工院掌握了雷击火花放电的关键数据，提出通过改变原有的雷电泄放通道，降低储罐雷击时的电位的成套方案，以达到消除雷击点燃性火花放电，降低雷击火灾事故发生概率的目的。这套方案是以储罐自身为接闪器，改变储罐雷击时的电位分布特点，降低雷击火花放电的可能性。并且这套方案便于实施，不会增加储罐的雷击概率。　　安工院在大型浮顶储罐雷电

8、防护方面的研究成果已经得到国内外最新研