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1、钢质浮顶油罐起火原因与防雷设计王光波 1 冯华升 1 马贵东 1 吴长春 1 肖斌 2（1 阳江市气象局，广东阳江 529500；2 雷州市气象局，广东雷州 524200）摘要：储存易燃、可燃油品的专用场地主要是油库，而引发油库火灾或爆炸的主要原因是雷电。因此，做好油库的防雷工作，具有十分重要的意义。本文在分析钢质浮顶油罐雷击起火原因的基础上，针对原油浮顶油罐防雷设计现状和存在的主要问题，提出防范浮顶油罐因直击雷和感应雷引发火灾或爆炸等事故的技术措施，以供油库防雷设计和施工管理人员参考。关键词：浮顶油罐 起火原因 防雷现状 防雷设计措施随着石油化工行业的迅速发展，储运能力随之不断增大，油库却成
2、为储存易燃、可燃油品的专用场地，是协调原油加工和成品油销售供应的纽带。而雷电是大自然中的静电放电现象， 是一种自然灾害，当建筑物、构筑物遭受雷电时，会产生极高的电压和极大的电流，造成设备和设施等不同程度的毁坏，导致火灾或爆炸。油库一旦发生火灾事故，后果不堪设想。据调查，雷电是引发油库火灾或爆炸的主要原因。因此，做好油库的防雷设计工作，防止火灾或爆炸事故发生，对保障国家和人民生命财产的安全具有十分重要的意义。1 钢质浮顶油罐起火原因分析油罐中油品主要由碳氢化合物组成，受热、遇火以及与氧化物接触都有发生燃烧的危险。油品的闪电和自燃点越低，发生燃烧的危险就越大。石油产品的蒸汽与空气的混合比例达到爆炸
3、下限浓度时，遇火花即能爆炸，从而引发火灾。另外，原油的电阻率约为102cm，容易在装卸、罐装、泵送等作业过程中积累静电荷，接地不畅时容易引发火灾。据大型地面常压储罐防火和灭火SY/T65562003，在研究有记载的各行业各类油罐107 例火灾中，分析了87 例，其中79%为浮顶罐火灾；在研究的107 例中，有65 例火灾原因被确定为雷电，占总数的61%。因此，雷电是引发油罐火灾的重要原因。1.1 直击雷直击雷是带电云层（雷云）与建筑物、其它物体、大地或防雷装置之间发生的迅猛放电现象，并由此伴随而产生的电效应、热效应或机械力等一系列的破坏作用，主要危害建筑物、建筑物内电子设备和人。直击雷的电压峰
4、值通常可达几万伏甚至几百万伏，电流峰值可达几十 KA 乃至几百 KA，而雷云所蕴藏的能量都是在几 us 到几百 us 的时间释放出来，从瞬间功率来讲，能量是巨大的，所以其破坏性很强。当灌满原油时，浮盘上升到储罐顶部时更容易被直击雷击中。当直击雷击到浮盘上，产生强大的冲击电流，大电流从浮盘经罐壁入地，浮盘上与罐作者简介：王光波（1987 年生） ，男，大学专科，主要从事防雷业务工作. E-mail :壁近距离的金属物放电会产生大量电火花，当油气浓度达到着火混合比时引发火灾甚至爆炸。1.2 感应雷感应雷是当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，地面某些范围由于散流电阻大，出现局部高电压，或在直击雷放电
5、过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压、而发生闪击现象的二次雷。感应雷击又分为电磁感应雷和静电感应雷两种：(1) 电磁感应雷: 雷击发生在供电线路附近，或击在接闪杆上会产生强大的交变电磁场，此交变电磁场的能量将感应于线路并最终作用到设备上。由于储罐作为接闪器，当雷云之间和雷云与大地之间放电时，在放电通道周围产生的电磁感应，使储罐的金属浮盘上感应出雷电高电压，可能使金属部件之间产生火花。如果阻抗过高，泄流不畅通，浮盘与罐壁近距离的金属物会放电，产生火花可能引发火灾。因此，储罐的引下线通体要有良好的导电性，接地体一定要处于低阻抗状态。(2) 静电感应雷: 带有大量负电荷的
6、雷云所产生的电场将会在金属导线上感应出被电场束缚的正电荷。当雷云与大地放电之前，雷云聚集大量电荷，雷云与金属浮盘、储罐形成两个电容极板，在雷云电场的作用下，地面设施、金属浮盘、储罐等感应出与雷云电荷量相等的异性电荷，当雷云之间和雷云与大地之间放电后，雷云电荷在一瞬间消失（严格说是大大减弱） ，此时，金属浮盘上静电感应的大量静电荷也就在一瞬间失去了束缚；在电势能的作用下，这些大量静电荷将沿着罐壁产生大电流冲击，并对罐壁近距离的金属物放电，产生火花而引发火灾、爆炸，危及人身安全或对设备、系统造成的危害。1.3 雷电电磁脉冲入侵由于雷电对架空线路或金属管道的作用，雷电电磁脉冲可能沿着这些管道、线路入
7、侵室内，使电气设备短路或遭损坏，或者使建筑物内的易燃、可燃油品燃烧及爆炸。钢质浮顶罐从外部引入与系统设备连接的各类电源线和控制信号线，为雷电入侵的主要通道，将雷电感应高电压引到浮盘上，浮盘与罐壁近距离的金属物会放电，产生火花可能引发火灾；另外，钢质浮顶储罐浮盘导静电片在雷击时与罐壁会产生大量火花。如果储罐环行密封处与罐壁之间有间隙，当油气聚集浓度达到爆炸混合比时，可能引发火灾。2 防雷设计现状及存在问题石油库设计规范GB50074-2002 、 石油天然气工程设计防火规范GB501832004和石油化工企业设计防火规范GB5016092 关于浮顶油罐的防雷设计中规定：“浮顶油罐或内浮顶油罐不应
8、装设接闪杆，但应将浮顶与罐体用2 根导线做电气连接。浮顶油罐连接导线应选用横截面积不小于25mm2 的软铜复绞线。对于内浮顶油罐，钢质浮盘油罐连接导线应选用横截面积不小于16mm2 的软铜复绞线；铝质浮盘油罐连接导线应选用直径不小于1.8mm 的不锈钢钢丝绳。 ”目前，浮顶油罐防雷存在的主要问题有：一是浮盘与罐壁缺少足够的低阻抗通道，等电位连接不完善；二是浮盘与罐壁存在电位差；三是浮盘接地不良、泄流不畅、泄流通道阻抗过高；四是浮顶罐的材质均为相对磁导率很高的钢材，在直击雷或感应雷的高频率下，产生明显的集肤效应从而增大交流阻抗；五是一些浮顶油罐现有的两条导线难以满足大型存储浮盘与罐壁之间的等电位
9、连接要求。3 钢质浮顶油罐防雷设计措施3.1 防直击雷的措施钢质浮顶油罐的防雷设计应该遵循现行国家标准GB 500742011石油库设计规范修订2011-07和GB 501832004石油天然气工程设计防火规范 。根据规范，当浮顶油罐顶板厚度等于或大于4mm 时，对雷电有为堤高的范围内为2 区。外浮顶油罐：浮盘上部至罐壁顶部空间为1 区； 距储罐外壁和顶部3m 范围内及储罐外壁到防火堤， 其高度为堤高的范围内为2区。如图1所示。图1 内浮顶、外浮顶油罐爆炸危险区域划分根据GB50074-2011修订2011-07中14.2.3: 第2条 浮顶储罐或内浮顶储罐不应装设接闪杆，但应将浮顶与罐体用两
10、根导线做电气连接。浮顶储罐连接导线应选用横截面不小于25mm 2的软铜复绞线。对于内浮顶储罐，钢质浮盘储罐连接导线应选用横截面不小于16mm 2的软铜复绞线；铝质浮盘储罐连接导线应选用直径不小于1.8mm的不锈钢钢丝绳。为了防范浮顶油罐因直击雷引发的火灾，而采取防雷设计措施：一是利用罐体作为接闪器直接接闪，在浮顶油罐四周敷设环形接地网，罐体按其周长每隔30m设置一处接地点，要求每个接地点冲击接地电阻不大于10。二是浮盘与罐体间周围增加等电位泄流线，降低泄流线阻抗，将静电电压、雷电电磁脉冲感应电压降低到安全线以下。每隔不大于30m就沿浮顶罐体外壁周围安装一条泄流引下线，泄流引下线应均匀分部于浮盘
11、上，降低浮盘与罐体之间的电位差，同时泄流引下线与地网相连，确保接地泄流快速畅通；三是当浮顶罐储满原油时，浮盘上升到储罐顶部，浮盘遭受直击雷的可能性就会很高。应当对多雷区（年雷暴日大于40 天的地区）的浮顶油罐浮盘上加装防直击雷双极接闪杆阵列、浮顶罐加装防直击雷接闪线或在罐区外围安装独立接闪杆等措施。3.2 防感应雷的措施雷电感应高电压多是因供电电源线路或控制监控线路引起。因此，为了防范浮顶油罐因感应雷引发火灾，可以采取防雷设计措施：一是罐区内电源的进、出线不应采用架空线路，宜采用铠装电缆，且直接埋地敷设；二是罐区内电器设备交流配电宜采用TN-S 系统接地方式。当交流电源采用TN 系统时，从罐区
12、外总配电柜（箱）开始引出至罐区内的配电线路须采用TN-C-S 系统接地方式；三是控制线路、监控线路应采用屏蔽线，屏蔽层应两端接地，以防线路引入雷电电磁脉冲高电压；四是控制线路、监控线路的首末段与电子器件连接时，装设与电子器件耐压水平相适应的浪涌保护器。3.3 防雷电电磁脉冲侵入措施钢质浮顶油罐上的信息系统配线电缆应采用屏蔽电缆， 电缆穿线钢管上下2 端与罐体焊接以使钢管对电缆产生电磁封锁，减小雷电电磁脉冲沿电缆传输，将信息系统装置损坏。对于罐体上安装的自信系统装置，应将其金属外壳与罐体进行电气连接，从而使信息系统装置与油罐体达到等电位， 防止信息装置被雷电过电压损坏。3.4 其他防雷设计措施除
13、防范直击雷、感应雷和雷电电磁脉冲侵入外，先进、可靠、长寿命的接地系统也是防雷设计中不可缺少的重要组成部分。金属接地极长时间的埋在土壤中，随着时间的推延，金属接地极将会严重氧化腐蚀，缩短使用寿命，其接地电阻也会随之发生大幅度起伏，接地电阻不断增大，因此，选择接地装置材料时，要充分考虑其导电性、热稳定性、耐腐性和承受雷电流的能力。宜选用热镀锌钢材、铜材、接地模块及其他新型接地材料。在高土壤电阻率地区，为了降低接地装置的接地电阻，可采用降阻剂、增加接地装置面积、多支线外延接地法等方式。4 结束语油库防火是一项十分重要的工作，雷电是引发油库火灾的主要原因。钢质浮顶油罐的防雷设计，一定要严格执行石油库设
14、计规范GB 500742011、 石油天然气工程设计防火规范GB 501832004 及石油与石油设施雷电安全规范GB 155992009 等规范的相关规定。高度重视工程施工工艺质量，从设计和施工上消除雷电隐患事故，保证浮顶油罐的生产安全和可靠运行。影响油库防雷效果的因素还有很多，只有综合防雷，才能有效减少油库因雷击失火甚至爆炸事故的发生。参考文献1石油库设计规范修订 2011-07 GB5007420112石油天然气工程设计防火规范GB 5018320043石油与石油设施雷电安全规范GB1559920094建筑物防雷设计规范GB5005720105石油化工企业设计防火规范GB50160926 大型地面常压储罐防火和灭火 SY/T655620037 周毅,赵晓刚,潘仕祥,等.石油库大型储罐的综合防雷J.石油工程建设,381,5-88 林雪萍,刘玄,王飞凤.浅谈曲江汽车检测站的防雷设计J.广东气象,35增刊,67-69.作者简介：王光波（1987-04），男，汉族，广东省湛江市人，大专学历，现就读广东海洋大学大气科学本科专业，技术员， 从事雷击风险评估,防雷管理，防雷检测；雷电灾害防护工程技术工作。
