姚 薇 李明軍

（1.淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 淮安 223003；2.南京市六合區(qū)防雷中心，南京 211500）

1 雷電的危害

當(dāng)今世界科技發(fā)展日新月異，物質(zhì)文明和精神文明健康發(fā)展。但是我們所賴以生存的地球還遭受著雨雪、風(fēng)暴、雷電、地震等等自然災(zāi)害，這些都影響著我們?nèi)祟惖陌l(fā)展進步。對于這些因素我們現(xiàn)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(xué)家們對雷雨云的帶電機制及電荷有規(guī)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(xiàn)在我們卻已經(jīng)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(qū)的雷電高發(fā)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(shù)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(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，因雷電造成的經(jīng)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(xiàn)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(jīng)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(fā)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(fā)生事故的油罐原油儲罐設(shè)計容量為15萬m3，直徑100m，高22m，事故發(fā)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(yè)油罐的雷擊事故可能沒有深刻的認識，因為畢竟發(fā)生雷擊導(dǎo)致油罐爆炸的事件幾率較小，不像明火那么經(jīng)常面對，以至于很多企業(yè)不重視油罐的防雷設(shè)計。但據(jù)石油儲運系統(tǒng)火災(zāi)事故的統(tǒng)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(jù)估計，我國每年因為各種類型的油庫火災(zāi)、事故而帶來的損失達數(shù)億元。我們可以看出油罐雷害事故不是很多，可一旦發(fā)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(qū)5號罐遭雷擊爆炸起火，并相繼引爆鄰罐，罐區(qū)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(jīng)濟損失。所以油罐的雷電防護我們必須加以重視。

2 油罐區(qū)雷電防護措施運行現(xiàn)狀分析

那么，現(xiàn)在對罐區(qū)的防雷我們在設(shè)計和執(zhí)行時有什么困擾呢？現(xiàn)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(shè)計規(guī)范的分歧

1）《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB50074—2002關(guān)于浮頂油罐的防雷設(shè)計中規(guī)定：大型外浮頂油罐不應(yīng)裝設(shè)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(fù)絞線做電氣連接。

2）《石油庫設(shè)計規(guī)范》GB50074—2002還規(guī)定：大型外浮頂油罐的頂板厚度等于或大于4mm時，就不應(yīng)該裝設(shè)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(shè)避雷針（網(wǎng)），同時要求避雷針（網(wǎng)）應(yīng)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(guī)定：發(fā)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(qū)防雷工程設(shè)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(fā)爆炸事故。

（2）浮盤與罐壁之間只有兩條編織軟導(dǎo)線，不能滿足直接雷擊發(fā)生時低阻抗的通道的要求。雷云與地面設(shè)施之間的感應(yīng)放電現(xiàn)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(yīng)電荷瞬間變化，依靠僅有的兩條編織軟導(dǎo)線夜無法滿足電流瞬間釋放的要求；并且鋼材的磁導(dǎo)率較高，在感應(yīng)雷的高頻特性下，浮頂表面產(chǎn)生的集膚效應(yīng)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(chǎn)生火花，引起雷擊事故。

2）油罐區(qū)不設(shè)置獨立避雷針，采用油罐本體接閃的基礎(chǔ)是油罐不會有油氣泄漏，當(dāng)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(dāng)油罐儲存閃點低于或等于環(huán)境溫度的易燃油品，油罐在正常情況下，呼吸閥處于關(guān)閉狀態(tài)，不會有油氣泄漏現(xiàn)象，呼吸閥周圍的油氣與空氣混合物達不到爆炸規(guī)定的濃度要求，此時遇雷電火花也不會引起爆炸火災(zāi)事故。雷電多發(fā)的季節(jié)多是夏季，也是溫度最高的時候，油罐經(jīng)太陽暴曬或者油罐進油，都會使油罐內(nèi)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(zāi)事故[2]。而目前，大型原油儲罐大都采用外浮頂結(jié)構(gòu)，而不是內(nèi)浮頂?shù)臋C構(gòu)。外浮頂?shù)母”P與罐壁之間必然存在環(huán)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(guī)定要求在此環(huán)形間隙內(nèi)需設(shè)置浮頂密封裝置，即設(shè)一次和二次雙重密封，因此在一、二次密封之間有一個環(huán)形密閉空間。當(dāng)存儲的油品易揮發(fā)時，在這個空間內(nèi)會存在一定量的揮發(fā)油氣。如果密封有缺陷或磨損時，并且當(dāng)氣溫比較高時，空間內(nèi)油氣濃度就會非常高，很容易形成爆炸環(huán)境。

根據(jù)對某新建油庫2臺10×104m3油罐的一次、二次密封間環(huán)形密封空間油氣濃度進行了數(shù)據(jù)分析，具體結(jié)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(huán)形空間內(nèi)的東南檢測點油氣濃度已達85%LEL，2＃ 油罐環(huán)形空間內(nèi)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(jīng)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(fā)生雷擊爆炸現(xiàn)場的監(jiān)控錄像中也可以清晰發(fā)現(xiàn)油罐遭雷擊后，基本都是先在油罐的浮盤密封處發(fā)生爆炸，隨后才引發(fā)油罐內(nèi)的原油燃燒。這也從證據(jù)上表明，發(fā)生事故油罐的一、二次密封環(huán)形密閉空間內(nèi)局部的油氣濃度在雷擊發(fā)生時已經(jīng)非常高了，具備爆炸燃燒條件。

3）而現(xiàn)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(qū)設(shè)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(qū)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(dǎo)我們實際工作。

3 油罐區(qū)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(dāng)前應(yīng)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(shè)備。在進行風(fēng)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(fā)、易流失、易燃燒、易爆炸等性質(zhì)，一旦大量的油品發(fā)生火災(zāi)或爆炸，必然會造成重大的人員、設(shè)備的損失。所以掌握油品的性質(zhì)，對于防雷工作具有重要意義[4]～[5]。

1）易燃性

石油產(chǎn)品都屬于極易燃燒的物體。原油及其產(chǎn)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(shù)。油品的性質(zhì)由其化學(xué)組成和餾分組成決定。

2）易爆性

爆炸是一種物質(zhì)發(fā)生非常迅速變化的一種形式。伴隨爆炸瞬間產(chǎn)生的大量能量，迫使其周圍空氣壓力也同時發(fā)生突變，發(fā)出巨大的聲音，其釋放的能量更造成災(zāi)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(dāng)混合物濃度低于爆炸下限或高于爆炸上限時，都不會發(fā)生不會爆炸。但當(dāng)混合物濃度在爆炸極限范圍內(nèi)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(nèi)時，隨即會爆炸。

3）揮發(fā)性

石油產(chǎn)品尤其是輕質(zhì)油品具有容易揮發(fā)的特性。所謂揮發(fā)性是指油品由液體變?yōu)闅怏w的性質(zhì)，油品的沸點越低其揮發(fā)性越大。油品由于容易揮發(fā)，因此會在浮頂形成爆炸性氣體環(huán)境，在外來火源的作用下極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸事故，造成罐體和人員的傷害。同時，揮發(fā)就會使油品中輕質(zhì)餾分減少，造成油品質(zhì)量變差。

3.2 儲存油品的危險性所決定

經(jīng)濟飛速發(fā)展、社會進步，石油及石油產(chǎn)品在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用越來越普遍，而油庫、 加油站分布眾多，油罐內(nèi)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(chǎn)品，極易發(fā)生火災(zāi)爆炸。分析以往事故數(shù)據(jù)及資料，在我國成品油儲運環(huán)節(jié)中發(fā)生的582例事故中，設(shè)備損壞及其它占9.8%，混油事故占22%，火災(zāi)、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(fā)生火災(zāi)爆炸的比例是比較高的。而油罐一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，都會帶來巨大的設(shè)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(jīng)有過這方面的教訓(xùn)了，在1989年8月12日，山東省黃島油庫的就因為雷擊發(fā)生特大火災(zāi)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(jīng)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(huán)境污染的費用就更多了。采用大型化油罐儲油是今后發(fā)展的必然趨勢，這是我國石油化工工業(yè)的發(fā)展以及國家原油戰(zhàn)略儲備庫項目所決定的。目前在大型罐區(qū)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(fā)生火災(zāi)爆炸等突發(fā)事故，將會導(dǎo)致嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失，社會影響也是難以估量的。

3.3 油罐區(qū)設(shè)計防雷規(guī)范的要求

我國化工類廠區(qū)儲存地油罐區(qū)地域分布設(shè)計時應(yīng)符合《石油庫設(shè)計規(guī)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(yīng)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(guī)范指出一般不應(yīng)裝設(shè)避雷針；應(yīng)將浮頂與罐體用2根導(dǎo)線做電氣連接，發(fā)生雷擊事故時將雷擊產(chǎn)生的電流通過導(dǎo)線引入大地中。

3）石油庫內(nèi)的信息系統(tǒng)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(nèi)信息系統(tǒng)的配電線路與電子器件連接時，在首末端需裝設(shè)與電子器件耐壓水平相適應(yīng)的過電壓保護保護設(shè)備，如浪涌保護器。

4 結(jié)論

根據(jù)對一些化工企業(yè)儲油罐的現(xiàn)場觀察分析可知，現(xiàn)在化工儲油罐區(qū)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(tǒng)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(zhì)量等方面都會直接影響到防雷的整體效果。只有精心設(shè)計、科學(xué)經(jīng)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(zāi)后的思考[C].2007年中國科學(xué)技術(shù)協(xié)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(zāi)危險與防范[J].消防技術(shù)與管理,2004[S1]:45-47.

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

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