危险货物集装箱堆场的防雷设计

付明立

（武汉长江航运规划设计院有限公司，湖北武汉 430030）

引言

随着我国水运的快速发展，港口危险货物集装箱堆场的数量、规模正在日益增加，安全管理风险不断增加，其中危险货物集装箱堆场的防雷安全尤为重要。在《港口危险货物集装箱堆场设计规范》（JTS176-2020）发布之前，危险货物集装箱堆场的防雷基本参照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2020），该规范主要针对建筑物防雷，其中仅有一条文是可燃露天堆场的防雷规定：“粮、棉及易燃物大量集中的露天堆场，当其年预计雷击次数大于或等于0.05 时，应采用独立接闪杆或架空接闪线防直击雷。独立接闪杆和架空接闪线保护范围的滚球半径可取100 m”[2].有部分设计单位并未通过计算或考虑不全，利用堆场高杆灯来满足堆场防雷保护，普通集装箱堆场尚可如此，港口危险货物集装箱堆场的防雷保护设计就不一定能满足防雷要求。JTS176-2020 中对港口危险货物集装箱堆场名词解释为：“港区内露天堆存危险货物集装箱的专用场所”[1]，本文将结合具体项目通过具体计算和软件模型阐述如何满足以上规范要求，达到港口危险货物集装箱安全管理的目标。

1 项目概况

某危险货物集装箱堆场位于国外某港口，堆场长约276 m，宽约23.5 m，堆存货种如下表所示，堆场内设置常规箱区、冷藏箱区、应急场、工具间等功能。堆高层数按三层考虑，堆高约7.5 m。

表1 危险品货物种类及堆高层数

2 防雷设计要点

首先确定危险货物集装箱堆场的防雷等级。普通集装箱堆场按可燃堆场考虑，危险货物堆场则不同。《港口危险货物集装箱堆场设计规范》JTS176 -2020 第8.2 节要求符合GB50057、JT556 的规定，并未明确危险货物集装箱堆场的防雷等级，而该规范的送审稿第8.2.2 条明确说明：“港口危险货物集装箱堆场的防雷设施，不应低于第二类防雷建筑物的规定要求。堆存易燃易爆危险货物集装箱的，应按第一类防雷建筑物设计”。笔者认为可结合GB50057 的规定和送审稿的条文设计。

结合集装箱堆场的布局特征选择保护方案，目前有3 种方案可供采纳：单侧布置接闪杆、双侧布置接闪杆、端部接闪带塔。其中接闪杆和接闪带塔的区别在于：接闪杆布置在堆场四周，一般不会影响RTG（轮胎式集装箱龙门起重机）运行，接闪杆的高度一般在20 m 左右；接闪带塔布置在堆场的纵向端部，为了不干涉RTG 的运行，一般用于保护独立的堆场，高度较高，一般为40 m 左右，悬挂的接闪带悬垂高度要高于RTG 并留有余量，类似架空线布置。本文主要介绍前面2 种接闪杆的布局方案，相比接闪带塔更加实用和经济。

最后还需要考虑接闪杆或接闪带塔的基础与被保护物体（危险货物集装箱）的地中、地空间距。同时要注意接闪装置、接地极、包括安装螺栓的防腐蚀措施，如选择热镀锌、铜包钢等材质，特别是沿海等腐蚀严重地区。

3 实例分析

根据项目概况，危险货物集装箱堆场可视作长宽高=250×19×7.5 m 的长方体，下面分别按第二类、第一类防雷等级设计。

3.1 按第二类防雷等级设计

1）防雷等级

参照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第3.0.2 条，确定堆场为二类防雷等级。

2）防雷接闪杆布置要求

依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第4.2.1 条第5 款要求独立接闪杆本体及基础与被保护物的间隔距离不得小于3 m。

单侧接闪杆计算：

依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录D 第D.0.1 条公式（D.0.1-1）计算单支接闪杆在hx=7.5 m（堆箱最高面）高度上的保护半径：

图1 EAP 软件模型单侧保护断面图（未能保护箱角）

其中接闪杆高度h 按最大取值（二类防雷滚球半径45 m），计算值不满足保护要求。

根据计算，应采取两侧布置保护堆场：

依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录D 第D.0.1 条公式（D.0.2-1）计算两支接闪杆要保护：hx≥7.5 m，即

得出：7.5≤h≤82.5

同时h≤45（二类防雷滚球半径45 m）

综合可得：7.5≤h≤45。

图2 EAP 软件模型两侧保护断面图（完全保护）

再复核纵向保护：由两侧接闪杆布置后形成4支等高接闪杆，依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 附录D 公式D.0.4-1

其中ho为保护范围最低高度应≥7.5 m，

即：

取h 最大值45 代入得D3≤88.74 m，进而计算接闪杆为45 m 高时，横向间距D1≤84.2 m。

另：

满足前提条件。

取h=19 代入得D3≤60.09 m，进而计算接闪杆为19 m 高时横向间距D1≤53.17 m。

另：

满足前提条件。

接闪杆高度取值h=19 m，横向侧间距D1 不大于53.17 m。考虑到多曲面采用博超软件布置，校验保护范围能否通过，D1 距离为47 m 时能全范围保护。

图3 横向侧保护断面图

图4 EAP 软件模型两侧布置通过防雷保护校验

综上，接闪杆布置方案的保护条件：堆场长约250 m，箱最高面7.5 m 时，堆场两侧布置接闪杆，高度h=19 m，横向侧间距取47 m，且接闪杆本体及基础与箱变的间隔距离不得小于3 m。

3.2 按第一类防雷等级

1）防雷等级

依据《港口危险货物集装箱堆场技术标准（水科院送审稿）》2016.2 条款8.2.2 要求，并参照《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 第3.0.2 条，确定堆场为一类防雷等级。

2）防雷接闪杆布置要求

依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010第4.2.1 条第5 款要求独立接闪杆本体及基础与被保护物的间隔距离不得小于3 m。

单侧接闪杆计算：

依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录D 公式D.0.1-1 计算单支接闪杆在hx=9 m（堆箱最高面）高度上的保护半径：

其中接闪杆高度h 按最大取值（一类防雷滚球半径30 m），计算值不满足保护要求。

图5 EAP 软件模型单侧保护断面图

根据计算，故而应采取两侧布置接闪杆保护堆场：

依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010附录D 公式D.0.2-1 计算两支接闪杆要保护hx≥ 9 m，

即：

得出：14.34≤h≤45.65，

同时h ≤30（一类防雷滚球半径30 m），

综合可得：14.34≤h≤30。

由两侧接闪杆布置后形成4 支等高接闪杆，依据《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 附录D第公式D.0.4-1

其中ho为保护范围最低高度应≥9 m，

即：

取h 最大值30 代入得D3≤57.27 m，进而计算接闪杆为30 m 高时横向间距D1≤49.9 m。

另：

满足前提条件。

取h=19 代入得D3≤44.72 m，进而计算接闪杆为19 m 高时横向间距D1≤34.8 m。

另：

满足前提条件

接闪杆高度取值h=19 m，每侧间距不大于 34.8 m。

接闪杆高度取值h=30 m，每侧间距不大于 49.9 m。

图6 EAP 软件模型两侧保护断面图

图7 EAP 软件模型保护横端面（局部）

综上，接闪杆布置方案：堆场两侧布置接闪杆，高度h=19 m，每侧间距30 m。或堆场两侧布置接闪杆，高度h=30 m，每侧间距49 m。

图8 两侧布置接闪杆保护集装箱断面图

4 结语

结合新版《港口危险货物集装箱堆场设计规范》JTS176-2020 规范，通过某危险货物集装箱堆场具体项目，采用EAP 软件模型校验和理论计算相结合的方式，准确、快捷、合理、有效地提出危险货物集装箱堆场的防雷保护设计的方法要点。