化工企業防雷安全監管現狀及對策

劉 洋，王思娜，鄭宗賢

福建省寧德市防雷中心，福建寧德 352100

作為一種自然現象，雷電實質是大氣放電。我國地域遼闊，地形復雜多樣，雷電的總體分布特征為夏季多發、春秋常有、冬季較少、陸地多于海洋、山區多于平原、南方多于北方。寧德市化工企業數量近幾年來逐漸增加，特別是一些新建中小型化工企業在防雷安全管理方面疏漏較多。在防雷監管檢測的同時，需要及時總結化工企業防雷經驗，根據現行防雷技術規范，提出相應改進的措施，有利于提升寧德市化工企業防雷安全管理水平[1]。

1 寧德市雷電特征

根據寧德市2000—2020年地面雷電觀測資料，本市年平均雷電日數為52.6 d，其中2014年年均雷電日數最多為70 d，2003年年均雷電日數最少，僅有40 d。20年間，年均雷電日數超過60 d的占24.7%，超過50 d但又在60 d以下的占39.6%，在50 d以下的占35.7%，特別是在2010—2020年間，雷電發生概率頻繁，年均雷電日數穩定在54 d附近。年雷電日數分布雙峰特征明顯，峰值分別在2004年和2014年。從雷電季節分布特征來看，6—8月雷電頻發，占年均雷電日數的63%。3—5月雷電日數占年均雷電日數的24%。9—11月雷電日數占年均雷電日數的占11%，12月至翌年2月雷電日數占年均雷電日數的占2%。6—8月間又以8月雷電出現次數最多，近20年間8月出現雷電平均日數占夏季平均雷電總日數的43.9%。從雷電日時段分布角度來看，每日平均每小時出現雷電7.5次；逐時平均雷電出現最多雷電次數為21.7次，出現在15:00~16:00；最少為1次，出現在07:00~08:00。雷電每日出現次數最多超過10次的時段在13:00~22:00，這說明寧德市午后至上半夜是雷電多發時段[2]。

2 化工企業的特點

2.1 化工企業各區域特點

罐區和泵區是化工企業的重要組成部分，常用作存放生產所用的各類原材料和生產出的成品。該區域的罐體之間和罐體與泵區之間通過管道相接通，泵區與罐區之間距離較近，便于將存貯在罐中的物質用機械真空泵等運輸至生產場所或抽離罐體再進行運輸。生產裝置區是化工企業的核心組成部分，該區域內的設備裝置結構較為復雜，精密度高，根據企業經營項目的不同有不同的工藝流程，流程所需的生產裝置種類也各不相同。在生產裝置內會發生各種化學或物理反應，在此過程中，涉及易燃易爆物質的安全生產問題，因為產生的廢氣、廢液或成品氣體液體大概率會導致燃燒爆炸的可能。煙囪和火炬是化工企業的明顯標志，煙囪用于排放生產過程中產生的熱量，火炬則用于排放燃燒各類易燃物體，通過壓縮機和氣柜等設備，使得火炬的氣壓自始至終要比正常空氣環境下的壓力大。管架是安置輸送管道或戶外電纜橋架的，電纜橋架是用來連通配電設施和用電設施并運輸電能的。生產控制室主要功能為控制整個生產過程，室內安裝有大量微電子設備，這些設備組合起來可以控制流程中任何一個環節。比如，啟動流水線、停車、監視生產狀況、激活危險警報，以及對罐區內各個罐體的液位和溫度進行監視。污水處理廠在企業生產過程中起著重要作用，處理生產中的多余廢水，這些廢水不能未經處理直接排放，而是要經處理后達標才能排放。消防泵房是放置消防設施的地方。變配電所是為了適應化工企業大功率生產作業而自主設立的，從公共變電站引出兩條高壓線，進入變電所，經變電所變壓后，輸送至各個區的分配電室，由分配電室出線至各用電設備。裝卸車設施由裝卸平臺、儲罐、管道和計量等設施組成[3]。

2.2 化工企業的環境特點

企業內生產所需的反應塔、儲存罐、儀表、管道、框架、電纜等一般都是金屬材質，而金屬材質傳導電流的能力較強，電導率可達10 S/cm以上。企業內所使用的生產設備，如加熱爐、空壓機泵房、管容器等長時間在溫度較高的高壓環境下持續使用，而且生產加工出的化工產品如石油及其半成品等材料具有易燃易爆的特性，稍有不慎便會發生安全事故。電子設施在現代化的化工企業中隨處可見，而且隨著流程自動化程度的提高，電子產品的應用率也在上升，諸如DCS、UPS、PLC等電子產品已成為化工企業中重要設備，從而降低了人工成本，提高了產品的優質率。但是，由于電子設備中存在大量集成電路，而這些集成電路對靜電壓的耐受程度低，所以對防雷標準的要求較高，特別是大規模集成塊，最易受到雷電過電壓的侵襲。化工產品的生產是一個持續進行的過程，從原材料輸送至生產裝置開始，流水線一旦啟動，后續需要不斷投入原材料，各生產環節緊密相扣，任何環節的一臺設備出現故障，都會造成停產甚至發生重大安全事故。可見，化工企業對雷電災害的化解能力較弱，安全防御重點在于防雷。

3 雷電對化工企業的危害

3.1 雷電過電壓的傳播

直擊雷產生的電壓是傳導過電壓，此時雷電放電先導通道沒有擊中地面，而是擊中企業內的輸電線路或高桿塔和其他建筑物時，大量雷電流經過被擊中物體，在被擊中物體的阻抗接地電阻上產生電壓降，被擊點出現很高的電位。由于雷雨距離地表物體的垂直高度達到一定值，帶電體移近絕緣導體，導體因感應而帶電，在地面物體上聚集了大量電荷，聚集在物體上的電荷和雷云中的電荷在放電后產生過電壓。雷電過電壓集中在運輸管道或儀表設備，那么會導致儀表失靈、傳感器輸出的模擬信號無法順利轉變為標準信號、變送器內部的電子線路板損毀。此外，雷電流進入儀表支架會產生強大的感應磁場，會對分散控制系統等造成極大的危害。

3.2 雷電危害效應分析

雷電過電壓產生的危害效應主要有機械效應、熱效應和電磁效應。機械效應是雷電流經過導體時產生失控的強大電動力，常使導體炸裂、劈開。熱效應是雷電產生強大電流，瞬間通過物體時產生高溫，引起燃燒、熔化、汽化，燒毀設備，引起火災。電磁效應是雷電放電時在導體上產生靜電感應和電磁感應，產生火花而引起火災或爆炸，或雷電流導入大地造成跨步電壓引起人畜傷亡；雷電沿著架牽線路或金屬管道侵入室內，危及人身安全和損壞設備。

直擊雷能直接作用于建筑物、地面物體表面和外設防雷裝置，并產生電效應、熱效應和機械效應。直擊雷對化工企業內危害表現：毀壞建筑物或構筑物和外部設備，尤其是罐區、戶外生產裝置集中區域、裝卸站設施等地方，雷電通道產生的高溫環境和以上區域中的危險物質發生反應，極易直接引起火災或爆炸。靜電感應是雷云底部存在大量未被抵消的電荷，當雷云處于某地區上空時，由于靜止電荷激發的電場的作用，雷云下面的金屬導體會感應出和雷云底部電荷性質相反的電荷，雷云放電時底部的電荷被中和掉，但此時地面導體表面的電荷仍存在并且失去控制變為自由電荷，這些自由電荷若未被及時泄放入地，則會產生較高點位，能夠與該物體相鄰的導電體產生火花放電，若此時有易燃物質存在于此空間中，則火花極易引起爆炸。雷電閃擊是釋放時長極短的脈沖波，霎時雷電流會驟升至上百千安培，然后又劇烈下降至零，雷電流抖動幅度極大，近環路上的感應電壓因此也極大，此感應電壓會因導體溫度較高或環路不通暢產生火花放電，同樣此時周圍存在易燃物就會發生火災或爆炸。雷電波入侵是一種高電壓脈沖波，雷電擊中輸送管道可引發這種現象，也有因雷電感應產生的入侵，當雷電波沿管線侵入建筑物，高電壓會對沿線設備或人員造成反擊。化工企業內往往管道交橫，電纜橋架分散布置較多，而且多為架空方式，這些管道線路通往建筑物，若雷電直接擊中這些管道線路或在這上面感應出過電壓，電壓便會在肉眼不可見的情況下侵入室內損壞設備，這時會有人員試圖接觸這些管線查明原因，極易因觸電而身亡。

4 化工企業防雷隱患分析

4.1 防雷設計規范引用不當

化工企業的室外裝置和民用建筑使用的設備有較大的不同，因此化工企業的防雷設計和分類不能盲從《建筑物防雷設計規范》，而是要根據《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》等適用于易燃易爆場所的規定進行防雷、防靜電的設計。化工企業內部分為生活區、生產區、辦公區，防雷等級的分類根據以下原則：第一，依據所存儲運輸的氣體的外部環境，按照爆炸性混合物的出現頻率和持續存在時長進行分區。第二，根據易燃易爆氣體、液體的逸出量，混合物的濃度、氣體液體的沸點和閃點、爆炸下限及通風量等來確定爆炸危險區域的范圍。第三，根據爆炸性粉塵環境，對粉塵爆炸危險介質和危險程度及本身性質不同進行分類。有些企業在建筑設計時只關注建筑物的火災爆炸危險環境分區，而忽視了建筑物的用途和年預計雷擊次數在劃分中的重要作用。有些企業的防雷表述中出現“爆炸和火災危險環境為二類防雷建筑，其余均為三類防雷建筑”的語句，這顯然與建筑物防雷的分類原則相悖，有些企業在設計防雷工程時不細究所處地理位置的雷暴活動特征，只是一味地照搬，最終防雷效果差，不經過雷擊風險評估就直接在表述中說明防雷類別實屬不當。

4.2 防雷設計審核不嚴格

化工企業防雷裝置圖紙設計必須經有關部門審查通過后才能施工，施工后檢驗合格后方能投產使用。在準備審核資料時，企業需要提供設計單位防雷裝置設計資質證書和防雷設計專業技術人員的從業資格證書，但由于防雷社會管理部門的疏忽，對證書審查不嚴，導致未取得防雷設計相關資質證的單位和未取得從業資格證書的人員參與防雷圖紙設計，而且最終設計的圖紙防雷措施不全面、簡單化，不能針對對象企業特點設置防雷電波入侵和防雷電感應措施，從而導致化工企業防雷安全生產在源頭上就存在安全隱患。

4.3 防雷技術服務存在的問題

首先，存在檢測覆蓋面不全的問題。第二類防雷建筑物的檢測頻次為每6個月1次，第三類防雷建筑物檢測頻次為1年1次，大部分化工企業能嚴格遵守規定配合防雷裝置檢測，但少數企業不按規定頻率甚至拒絕檢測。其次，存在檢測項目不完整的現象。在定期檢測中，防直擊雷裝置、雷擊感應防護裝置、雷電波侵入防護裝置、靜電防護裝置和綜合布線均為檢測對象，但在實踐中存在項目漏檢的情形。再次，一些地方防雷檢測中對化工企業防雷類別不作區別處理，統一要求。由于對化工企業使用原材料和生產產品特性的不夠了解，為了操作方便，會在定期檢測中不區分企業具體的防雷類別，統一以三類防雷級別或二類防雷級別加以處理，這是不符合規定的。最后，防雷檢測人員業務素質參差不齊。化工類產品種類較多，在生產過程中使用的原材料和半成品更多。一些檢測技術人員尚未完全掌握專業的防雷理論知識，對化工材料的物理化學特性不夠了解，導致出現防雷檢測技術服務質量不高的情況。

5 防雷安全監管的對策

5.1 正確劃分防雷類別

對于化工企業來說，爆炸性混合物的出現頻率高和持續性存在的場所為0區爆炸危險區域，爆炸性氣體混合物有概率出現的場所為1區爆炸危險區域，爆炸性氣體混合物正常情況下無出現可能的區域為2區爆炸危險區域。化工企業內的建筑物和構筑物有變配電室、餐廳、辦公樓、監控室燈，此類建筑物可以按照《建筑物防雷設計規范》進行等級識別和分類，根據這些場所的使用頻率、用途，遭受雷擊的概率和后果，為第三類防雷建筑物。比如，某石油化工企業的原油庫區的原油泵房若遭受雷擊，導致全廠停電停產，重要的區域則為第一類防雷建筑物。而卸油泵房遭受雷擊，可能導致操作中斷，但其遭受雷擊可能性比原油泵房低，所以宜將其劃為第二類防雷建筑物。變配電室是保障廠區內供電正常的重要建筑，若停電后果不堪設想，則應為第一類防雷建筑物，若停電后造成損失較小的配電室被劃為第二類防雷建筑物。控制室分類方法如上述所言，辦公區和用餐區是一般性工業建筑，為第三類防雷建筑物。

5.2 強化企業防雷意識和技能

氣象部門可定期為化工企業生產、維修等重點崗位工作人員宣講雷電基礎知識，主要從國內外雷電防護技術現狀、化工企業雷電災害防御與應急處置措施、防雷減災法律法規等方面進行講解，并結合寧德市防雷工作實際，介紹化工企業加強防雷安全管理的實踐經驗，目的在于進一步增強企業防雷安全意識和應急處置能力。化工企業應制定防雷應急演練預案，模擬雷擊發生時可能出現的情況。比如，在計量系統被破壞時，一名員工因在儀控系統旁工作而遭受雷擊產生強電弧電擊而昏迷，在輸供氣設備和管道受到影響的情況下，組織企業各部門、各班組及員工的協同救災，提高員工在事故處理過程中的應變能力和應急處理能力。同時在演練的過程中可檢驗企業已有防雷擊事故應急預案，以便日后加以完善。

5.3 強化防雷管理工作

及時調整防雷執法和氣象行政許可人員隊伍，擴大社會管理巡查覆蓋面，優化執法支持環境，使執法監管人員能夠公正執法。工作人員在防雷執法時要深入企業，實地勘察，對企業防雷裝置檢測、防雷安全管理臺賬等情況進行檢查，現場勘查油罐區卸油口接地等情況。對于存在防雷安全隱患和薄弱環節的企業，執法人員要指導企業現場整改，對無法立即整改的企業，執法人員應向企業提出改進措施并下發整改通知書，要求企業限期整改，消除防雷安全隱患。氣象部門要依法履行雷電災害防御工作的組織管理職責，認真做好防雷裝置的設計、施工單位和防雷裝置檢測單位專業資質管理工作，依法規范對化工企業防雷裝置的設計、施工、檢測等工作，加強竣工企業防雷裝置設計審核和竣工驗收工作，以及對跟蹤檢測和定期檢測的監督管理工作。

5.4 提高防雷檢測人員技術水平

防雷檢測各環節緊緊相扣，各環節技術服務人員需要具備高度的協作能力，全面掌握防雷法規、技術規范，系統了解不同化工企業的生產工藝流程。檢測人員要做到檢測一家企業便要熟悉企業生產、儲存、使用、運輸的不同化學原材料及其成品和半成品的存放位置和路徑。定期開展防雷從業人員檢測業務培訓，培訓內容要注重貼近實際檢測工作，科學模擬檢測場景進行檢測演練，優化授課方式，加大現場實操力度和增加專家答疑時間，重點解決學員在實際工作中遇到的問題。