黔東南州液化石油儲配站雷電風險評估

楊再奎，劉 崛，楊翼飛

(1.貴州省黔東南自治州氣象局，貴州 凱里 556000;2.貴州省麻江縣氣象局，貴州 麻江 557600)

1 引言

雷電災害是“聯合國國際減災十年”公布的最嚴重的十種自然災害之一，是電子時代的一大公害［1］。而風險評估是認識和評價風險的有效方法，也是風險控制和風險管理的前提和基礎，準確的災害風險評估是風險管理的決策依據［2］。

雷電風險評估既是指導與統籌防雷工程設計以及防雷工程施工的需要，也是科學防雷、規范防雷的重要工作［3］。為了減少或避免黔東南州液化石油儲配遭受雷擊而引起雷電災害，為了科學的指導防雷設計和施工，對項目進行了雷擊風險評估。計算出該項目的風險值與最大容許值進行比較。通過對資料數據的具體分析，計算出風險值是否達到容許范圍值，并提出完善整個防雷裝置的建議，使防雷裝置達到良好的防護作用。

2 數據來源與分析

2.1 項目概況

黔東南州常樂燃氣有限責任公司液化石油儲配站位于 26°36'1433″N 、107°57'2152″E，建設占地面積約7 453.5 m2，主要包括:儲罐區長34.2 m、寬13.85 m、排氣管頂端距地高度6.95 m;充裝房體量24.0 m×7.0 m×4.8 m;辦公室宿舍體量20.0 m×15.0 m×13.5 m;儲罐100 m35臺，20 m3殘液罐1臺;值班室體量13.2 m×4.5 m×4.0 m。

2.2 凱里市1964—2008年氣象觀測數據統計

由圖1可以看出凱里市年平均雷暴日為56 d。雷電活動主要發生在4—8月，月平均雷暴日接近9 d;雷暴日最多的年份為1964年(76 d);雷暴日最少年份為1986年(39 d)。初雷日最早為1月5日發生在1993年;終雷日最晚為12月31日發生在1978年;初終間跨度最長的年份為1978年，從1月22日—12月31日。

圖1 1964—2008年凱里市雷暴日月分布

凱里市雷暴日的年際變化趨勢較大，介于39～76 d之間。

雷暴日僅僅反映了某區域大致的雷電活動特征，但不能準確表征地閃的頻繁程度與雷暴強度。因此，在進行建(構)筑物年雷擊次數的估算、雷擊風險計算時，本報告采用項目所處區域實際雷電監測網數據。

2.3 近5 a(2006—2010年)雷電監測網數據分析

2.3.1 雷暴日 凱里市年平均雷暴日為73 d，月平均雷暴日超過6 d，4—8月為雷電多發期，月平均雷暴日數超過11 d。

2.3.2 地閃密度 凱里市雷電流年平均地閃次數為3 317次，地閃密度為2.6次/(km2·a)。“黔東南州常樂燃氣有限責任公司液化石油氣儲配站”區域內(以項目地址中心位置3 km半徑范圍)雷電流年平均地閃次數144次，地閃密度為51次/(km2·a)。本報告采用該值作為雷電風險計算參數。

2.3.3 地閃強度與累積概率 凱里市最大正、負地閃強度分別為244.5 kA、241.8 kA，其中地閃強度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA的概率分別是3.13%、50.1%、14.6% ，平均地閃強度345 kA。

2.3.4 地閃季節變化 凱里市地閃主要活動期是4—8月，92%以上的地閃都發生在這5個月。

凱里市地閃主要活躍在14—07時，92.0%的地閃都發生這個時段，08—13時地閃相對較少，約8.0%的地閃發生在這個時段。

2.4 土壤電阻率

本文中所用的土壤電阻率數值是實際勘測數據。2011年10月在儲配站項目所處區域現場采集的數據。采用溫納四極法結合庫區范圍內的周邊環境、地理地貌選取2個測試點進行數據采集，采集時土壤較濕潤，取季節系數Ψ=1.2，取接地極間距離a=5 m，所測量土壤電阻率為地表至地下5.0 m土壤層的平均土壤電阻率。訂正后的土壤電阻率為40.12Ω·m。

3 雷電災害風險評估

3.1 儲配站分區

根據本工程區域內的建構筑物使用功能和位置分布情況，劃分以下防雷區域:罐區域(Z1)、充裝區域(Z2)、辦公室區域(Z3)、值班室區域(Z4)。

建筑物周邊環境:根據貴州雷電監測網資料，項目所在地地閃密度為Ng=5.1次/(km2·a);本項目用地地形東面南面均為布滿灌木叢荒山。氣站周邊特征參見表1。

表1 液化石油儲配站環境特征

區域特征見表2～表5。

表2 罐區域(Z1區)的特征

表3 充裝房/機泵房區域(Z2區)的特征

表4 辦公室宿舍區域(Z3區)的特征

表5 值班室區域(Z4區)的特征

3.2 人身傷亡風險的估算

雷擊風險的組成(Ng=51次/(km2·a))

表6 雷擊風險的組成

根據現有情況對風險進行估算，該項目充裝房、辦公室宿舍、值班室人員傷亡風險值大于《QX/T85－2007》中可承受風險(1.00 E－05)。原防雷設計無相應的防雷電波侵入措施，為了減少雷擊安全隱患，需補充防雷措施。

4 評估結果

①氣象觀測數據統計的凱里市年平均雷暴日數為56 d，按照《GB50343－2004》對雷暴強弱等級劃分，凱里市屬高雷暴區域。庫區3 km半徑區域范圍內年平均地閃次數144次，地閃密度約為5.1次/(km2·a)，大于凱里市年地閃密度2.6次/(km2·a)，該項目所處區域易遭受雷擊。

②凱里市最大正、負地閃強度分別為244.5 kA、241.8 kA，超過規范《GB50057－2010》中對閃電強度說明的規定值，說明該區域閃電強度大。其中地閃強度介于0～20 kA、20～50 kA、50～100 kA的比例分別是31.3%、50.1%、14.6% 。平均地閃強度34.5 kA，高于全國平均水平(27.80 kA)。

③燃氣庫區域中充裝房、辦公室宿舍、值班室人員傷亡風險值分別為:1.04 E－02、6.06 E－05、5.66 E－05，均大于可承受風險《QX/T85－2007》規定的可承受風險值(1.00 E－05)。

④庫區所處區域土壤電阻率變化不大，平均土壤電阻率為40.12Ω·m，根據《GB/T 17949.1－2000》的規定屬于低土壤電阻率區域，易于接地裝置的制作。

根據國際防雷標準規定:雷擊造成人員傷亡損失的最大風險可容許值RT=1.00×10－5。而在本論文中由雷擊造成的人員傷亡損失風險R=5.66×10－5，超出可承受的范圍，需做防雷工程。

5 工程描述

5.1 具體防雷措施

①本項目的罐區應按第一類防雷建筑物設計，首次雷擊電流參數應按不＜250 kA設計;充裝房/泵房應按第二類防雷建筑，首次雷擊電流參數應按不＜200 kA設計;辦公室應按第三類防雷建筑物設計，首次雷擊電流參數應按不＜150 kA設計。

②燃氣庫總變配電室安裝的第一級電涌保護器，其通流量不低于60 kA(波形8/20μs)。充裝房、辦公室宿舍、值班室區域應加強雷電防護，進出管網、線路應采取等電位連接、靜電防護、金屬管屏蔽等措施。

③燃氣庫大門前、罐庫區充裝房前設置導人體靜電裝置。

5.2 工程完成后的風險

由雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風險。

綜上采取相應措施后，雷電風險值降至規范規定可承受的范圍(1.00×10－5)。

［1］黃崇福.自然災害風險分析［M］.北京:師范大學出版社，2001.

［2］楊仲江.雷電災害風險評估及管理基礎［M］.北京:氣象出版社，2010.

［3］張繼權，李寧.主要氣象災害風險評價與管理的數量化方法及其應用［M］.北京:北京師范大學出版社，2007.

［4］IEC62305－2.雷電防護－第2部分:風險管理［S］.2006:21－25.

［5］葉蜚譽.關于雷擊風險評估的若干問題［J］.電氣工程應用，2007，(02).

［6］趙東，等.石化行業雷擊風險評估技術方法應用［J］.陜西氣象，2008(4).

［7］史雅靜，涂山山.雷擊風險評估方法初探［J］.湖北氣象，2008(2).