化工储罐区防雷状况分析

姚 薇 李明军

（1.淮安信息职业技术学院，江苏 淮安 223003；2.南京市六合区防雷中心，南京 211500）

1 雷电的危害

当今世界科技发展日新月异，物质文明和精神文明健康发展。但是我们所赖以生存的地球还遭受着雨雪、风暴、雷电、地震等等自然灾害，这些都影响着我们人类的发展进步。对于这些因素我们现在虽然可以去解释、防范，却无法从根本上去消除对我们不利的一面。虽然科学家们对雷雨云的带电机制及电荷有规律分布，进行了大量的观测和试验，积累了许多资料，并提出各种各样的解释，可有些论点至今还有争论。这就说明我们对自然还有着很多未知的谜。但现在我们却已经可以对雷电的防范上做出很多措施，从而保护我们自己。

七八月份是我国大部分地区的雷电高发期。雷电过电压具有高电压及高热量的特点：它的瞬时电压会有数亿伏，放电通道温度可以达到 20000℃至30000℃ ，所以一旦遭受雷击，必将带来的人员伤亡和巨大的经济损失。据统计，因雷电造成的经济损失，美国每年不低于20亿美元，我国也在几亿元以上，并且呈现扩大迹象。在我国，仅广东省在1990年以后的5年中，因雷击造成的人员直接伤亡达981人，经济损失近亿元。2006年8月7日，中国石化管道公司南京输油处仪征加油站就发生一起15万m3原油储罐遭雷击起火事故，起火点多达5处。发生事故的油罐原油储罐设计容量为15万m3，直径100m，高22m，事故发生时实际容量为11万m3进口原油，仅储油价值就达到 5亿人民币之多[1]。因此雷电危害呈上升趋势的时代，我们必须引起足够的重视。

许多人对企业油罐的雷击事故可能没有深刻的认识，因为毕竟发生雷击导致油罐爆炸的事件几率较小，不像明火那么经常面对，以至于很多企业不重视油罐的防雷设计。但据石油储运系统火灾事故的统计资料表明，由明火引燃的占67%以上，其余多为雷击、静电等。据估计，我国每年因为各种类型的油库火灾、事故而带来的损失达数亿元。我们可以看出油罐雷害事故不是很多，可一旦发生其后果却非常严重。在雷击事故中特别重大的如 1989年的青岛市黄岛油库事件，罐区5号罐遭雷击爆炸起火，并相继引爆邻罐，罐区全部烧毁，死19人，伤74人，烧掉原油4万吨，还使630吨原油流入大海，造成巨大的人员和经济损失。所以油罐的雷电防护我们必须加以重视。

2 油罐区雷电防护措施运行现状分析

那么，现在对罐区的防雷我们在设计和执行时有什么困扰呢？现场运行的油罐有什么问题呢？下面从以下两方面来进行分析。

2.1 防雷设计规范的分歧

1）《石油库设计规范》GB50074—2002关于浮顶油罐的防雷设计中规定：大型外浮顶油罐不应装设避雷针，对于浮顶与罐体的连接是采用2根横截面积不小于25mm2的软铜复绞线做电气连接。

2）《石油库设计规范》GB50074—2002还规定：大型外浮顶油罐的顶板厚度等于或大于4mm时，就不应该装设避雷针。只有在外浮顶油罐顶板厚度小于4mm时，才在油罐周围装设避雷针（网），同时要求避雷针（网）应保护整个油罐。

3）在DLT620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定：发电厂和变电所可采用避雷针或避雷线进行直击雷过电压保护；但又明确指出露天油罐不需要进行避雷针的防护。

2.2 油罐区防雷工程设计不足

1）采用浮顶油罐本体防雷存在的主要问题

（1）伴随油罐容积的不断增大，10万立方的油罐直径近百米，分布在空旷场地的油罐很容易遭受直接雷击的危害。雷电一旦击到浮盘密封处，很容易引发爆炸事故。

（2）浮盘与罐壁之间只有两条编织软导线，不能满足直接雷击发生时低阻抗的通道的要求。雷云与地面设施之间的感应放电现象会引起油罐浮顶电场分布的巨大变化，雷击消失时，为了达到电荷平衡，油罐浮盘上的感应电荷瞬间变化，依靠仅有的两条编织软导线夜无法满足电流瞬间释放的要求；并且钢材的磁导率较高，在感应雷的高频特性下，浮顶表面产生的集肤效应会增大交流阻抗，也会影响雷电流的泄放。

（3）在浮盘遭受雷击时，由于电阻的存在，浮顶和罐壁之间会形成瞬时电位差。浮顶及密封件等金属物体一旦与罐壁的电位差距达到放电条件，就会放电产生火花，引起雷击事故。

2）油罐区不设置独立避雷针，采用油罐本体接闪的基础是油罐不会有油气泄漏，当雷击在油罐顶部就不会引起爆炸等事故。事实是不是这样呢?来分析油罐的实际运行状况。当油罐储存闪点低于或等于环境温度的易燃油品，油罐在正常情况下，呼吸阀处于关闭状态，不会有油气泄漏现象，呼吸阀周围的油气与空气混合物达不到爆炸规定的浓度要求，此时遇雷电火花也不会引起爆炸火灾事故。雷电多发的季节多是夏季，也是温度最高的时候，油罐经太阳暴晒或者油罐进油，都会使油罐内气压升高，迫使油罐呼吸阀开启来释放气压。此时呼吸阀周围的油气与空气混合物就存在着爆炸危险性，这时如遇雷电火花，就会引起爆炸火灾事故[2]。而目前，大型原油储罐大都采用外浮顶结构，而不是内浮顶的机构。外浮顶的浮盘与罐壁之间必然存在环形间隙，以保证浮顶上下移动的需要。为了保证储罐的严密性，规定要求在此环形间隙内需设置浮顶密封装置，即设一次和二次双重密封，因此在一、二次密封之间有一个环形密闭空间。当存储的油品易挥发时，在这个空间内会存在一定量的挥发油气。如果密封有缺陷或磨损时，并且当气温比较高时，空间内油气浓度就会非常高，很容易形成爆炸环境。

根据对某新建油库2台10×104m3油罐的一次、二次密封间环形密封空间油气浓度进行了数据分析，具体结果见表1[3]。

表1 外浮顶油罐一次、二次密封间油气浓度%LEL

由表1 可以看出，1＃ 油罐环形空间内的东南检测点油气浓度已达85%LEL，2＃ 油罐环形空间内东南检测点油气浓度达70%LEL，油气浓度均已接近爆炸极限。试想一下，刚投用且密封完好的油罐油气浓度就已接近爆炸下限，那么经过长时间运行后密封有缺陷的油罐油气浓度将更高。事实上，从多起发生雷击爆炸现场的监控录像中也可以清晰发现油罐遭雷击后，基本都是先在油罐的浮盘密封处发生爆炸，随后才引发油罐内的原油燃烧。这也从证据上表明，发生事故油罐的一、二次密封环形密闭空间内局部的油气浓度在雷击发生时已经非常高了，具备爆炸燃烧条件。

3）而现阶段对雷击的直接防护中仍然主要是采用避雷针，但目前有的罐区设计或施工中并没有广泛采用避雷针，并对其作用有不同的看法。这就有必要正确认识、分析避雷针在油罐区防雷的作用与意义，研究它的可能影响，并研究解决方法，进而正确指导我们实际工作。

3 油罐区防雷的必要性

3.1 油库储存油品的特性所决定

油罐储油是当前应用最主要且普遍的一种储油方式。因此油罐是储存油料最为重要的设备。在进行风险分析时，我们必须对油品的特性进行了解。各种油品具有易挥发、易流失、易燃烧、易爆炸等性质，一旦大量的油品发生火灾或爆炸，必然会造成重大的人员、设备的损失。所以掌握油品的性质，对于防雷工作具有重要意义[4]～[5]。

1）易燃性

石油产品都属于极易燃烧的物体。原油及其产品都是碳氢化合物，遇火或受热很容易燃烧。其燃烧危险性大小取决于油品闪点、燃点和自燃点这三个参数。油品的性质由其化学组成和馏分组成决定。

2）易爆性

爆炸是一种物质发生非常迅速变化的一种形式。伴随爆炸瞬间产生的大量能量，迫使其周围空气压力也同时发生突变，发出巨大的声音，其释放的能量更造成灾难性的后果。爆炸危险性常用爆炸极限来表示，包括爆炸下限和爆炸上限。当混合物浓度低于爆炸下限或高于爆炸上限时，都不会发生不会爆炸。但当混合物浓度在爆炸极限范围内时，在点火源的作用下，混合气体就会爆炸并燃烧。并且在混合物浓度超过爆炸上限时，在点火源的作用下会先燃烧，待混合物浓度下降到爆炸范围内时，随即会爆炸。

3）挥发性

石油产品尤其是轻质油品具有容易挥发的特性。所谓挥发性是指油品由液体变为气体的性质，油品的沸点越低其挥发性越大。油品由于容易挥发，因此会在浮顶形成爆炸性气体环境，在外来火源的作用下极易引发火灾、爆炸事故，造成罐体和人员的伤害。同时，挥发就会使油品中轻质馏分减少，造成油品质量变差。

3.2 储存油品的危险性所决定

经济飞速发展、社会进步，石油及石油产品在生产、生活中的应用越来越普遍，而油库、 加油站分布众多，油罐内储存的各种不同的石油液体，如原油、成品汽油、柴油、等，都是易燃易爆产品，极易发生火灾爆炸。分析以往事故数据及资料，在我国成品油储运环节中发生的582例事故中，设备损坏及其它占9.8%，混油事故占22%，火灾、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]。从分析可以看出在事故中油罐发生火灾爆炸的比例是比较高的。而油罐一旦发生火灾爆炸事故，都会带来巨大的设备损坏的及人身伤亡事故，且影响程度和范围也很严重。我们已经有过这方面的教训了，在1989年8月12日，山东省黄岛油库的就因为雷击发生特大火灾事故，大火整整燃烧了104个小时，烧掉原油3.6×104吨，烧毁油罐5座，事故造成的直接经济损失达3300万元，人员伤亡达百人，可估计的间接损失就达5200万元，如果加上后期治理环境污染的费用就更多了。采用大型化油罐储油是今后发展的必然趋势，这是我国石油化工工业的发展以及国家原油战略储备库项目所决定的。目前在大型罐区单罐容积已达10×104m3以上的储罐已是屡见不鲜。如此巨大的油罐一旦发生火灾爆炸等突发事故，将会导致严重的人员伤亡和财产损失，社会影响也是难以估量的。

3.3 油罐区设计防雷规范的要求

我国化工类厂区储存地油罐区地域分布设计时应符合《石油库设计规范GB 50074-2002》，主要是要满足下列条件：

1）在钢油罐体上必须做接地点；要求接地点不应少于 2处；接地点沿油罐周长的间距不宜大于30m，否则要增加接地点；每个接地点的接地电阻不宜大于10Ω。

2）浮顶钢油罐的顶板厚度等于或大于4mm时，规范指出一般不应装设避雷针；应将浮顶与罐体用2根导线做电气连接，发生雷击事故时将雷击产生的电流通过导线引入大地中。

3）石油库内的信息系统配线电缆，宜采用带有屏蔽的电缆，如铠装电缆等；电缆采用钢管防护配线时，要将钢管上下2处与罐体做电气连接并接地。

4）石油库内信息系统的配电线路与电子器件连接时，在首末端需装设与电子器件耐压水平相适应的过电压保护保护设备，如浪涌保护器。

4 结论

根据对一些化工企业储油罐的现场观察分析可知，现在化工储油罐区存在很多问题，特别是对雷电的防护方面。防雷其实是一个系统的工程，也是一个需要实际情况检验的工程。从方案的确定、资金的来源、防雷浪涌保护器的选择、施工时的质量等方面都会直接影响到防雷的整体效果。只有精心设计、科学经济、合理配置、精细施工才能达到理想的防雷效果。

[1]马剑群.“8.7”中石化仪征分输站 15万方原油储罐雷击火灾后的思考[C].2007年中国科学技术协会年会,2007.

[2]孔祥欣.油库的雷电防护[J].山东气象,2003(9).

[3]宫宏.大型浮顶储罐浮盘密封圈雷击起火事故分析,2008,8(10).

[4]姚勤.浅谈大型油库潜在的火灾危险与防范[J].消防技术与管理,2004[S1]:45-47.

[5]狄建华.油库火灾爆炸危险性分析[J].安全、健康和环,2002,2(8):34-35.

[6]张晓冬,章保东.油库火灾爆炸危险性分析与控制[J].中国计量学院学报,2005(9):251-254.