石化罐區防雷的危害分析及應對措施

張宜欣

北京燕山玉龍石化工程有限公司，中國·北京 102500

1 引言

石化罐區儲存的油料、化工品屬于易燃易爆品，且儲量大，集中在露天，受雷電的影響大，因此石化罐區的防雷是一項重要安全事項。石化儲罐一般采用金屬鋼制儲罐，部分為非金屬儲罐，鋼制儲罐的主要形式有拱頂式、外浮頂式、內浮頂式。罐體由底板、罐壁板、罐頂板、浮船等組成。

2 對雷電的認識與危害分析

2.1 雷電災害

雷電災害是一種氣象災害，因直接雷擊而導致的人員或動物傷亡、火災或因雷電波入侵、雷擊電磁脈沖干擾而導致的電力系統、通信系統、雷達天線及其他電子信息系統故障或失效而產生直接經濟損失或間接經濟損失的現象統稱為雷電災害。

雷電主要分為直擊雷、電磁脈沖、球雷、云閃。

2.2 雷電的危害性分析

①雷電流高壓效應會產生高達數萬伏甚至數十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設備，足以擊穿絕緣使設備發生短路，導致燃燒、爆炸等直接災害。

②雷電流高熱效應會放出幾十至上千安的強大電流，并產生大量熱能，在雷擊點的熱量很高，可導致金屬熔化，引發火災和爆炸。

③雷電流機械效應主要表現為被雷擊物體發生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現象，導致財產損失和人員傷亡。

④雷電流靜電感應可使被擊物導體感生出與雷電性質相反的大量電荷，當雷電消失來不及流散時，即會產生很高電壓發生放電現象從而導致火災。

⑤雷電流電磁感應會在雷擊點周圍產生強大的交變電磁場，其感生出的電流可引起變電設備局部過熱而導致火災。

⑥雷電波的侵入和防雷裝置上的高電壓對建筑物的反擊作用也會引起配電裝置、電氣線路、電子設備等燃燒導致火災。

2.3 罐區存在的雷電隱患

罐區受到雷擊的主要方式有兩種：第一種是雷電的直接打擊，在雷電發生時間和區域，雷電直接通過儲罐、建構筑物或附屬設施等對地放電，從而產生的電擊。第二種是雷電的間接打擊，雷電流通過靜電感應、電磁脈沖輻射、電磁感應、雷電過電壓入侵、雷電反擊等（統稱感應雷）形式侵入儲罐、建構筑物或附屬設施內部，使儲罐、建構筑物或附屬設施損壞或人身傷亡。

石化罐區的儲罐頂部或浮船上，對于雷電感應電壓和靜電感應電壓與罐頂或浮船面積成正比，隨著儲罐直徑的增大，在儲罐頂部的面積接近甚至超過罐壁面積，由于金屬表面積越大，雷電感應電壓和靜電感應電壓也就越高。因此，儲罐存在以下雷電隱患：

①對于外浮頂罐，浮船與罐壁有200～300mm間隙，使用橡膠密封圈密封，靠兩條金屬導線保證浮船與罐壁之間的等電位連接，但在使用過程中，出現了浮頂油罐的等電位導線連接不完善或斷開，不能滿足大型存儲浮船與罐壁之間的等電位連接要求，從而缺少足夠的低阻抗通道，使得浮船與罐壁易產生電位差。

②由于油品反復輸送、浮船上下移動、強風等因素，浮船在罐內上下移動、搖擺，長期使用后增大了浮船與罐壁間的間隙，造成油氣逸出。

③長期的溫度、地質沉降等環境變化等原因，會造成儲罐幾何結構改變，特別是影響浮船與罐壁之間密封膠的密封性，容易產生油氣揮發。

④自動控制系統設備的耐壓和抗電磁干擾性能比較低，雷電所伴隨的強大的感應電磁場以及在金屬導體中產生的感應過電壓，可影響電子設備的正常工作或損壞設備。

2.4 典型的石化罐區雷擊事故案例

①2021年3月，印度尼西亞國家某煉油廠發生火災爆炸事故，大火主要集中在罐區，事故發生時正下暴雨并伴隨閃電，由于雷擊儲罐導致火災爆炸事故。

②2007年5月24日15:16，某儲備庫47號罐頂部遭雷擊（10萬方），雷擊引發油罐一次或二次密封上的金屬物與罐壁發生放電，電火花引爆了密封空間內的油氣，高溫和沖擊波破壞了一次密封油氣膈膜后引燃了原油，明火于15:25被撲滅。

③2007年6月29日15:55，某煉化1臺內浮頂石腦油罐遭雷擊（5000立方），雷擊引爆油罐呼吸口揮發油氣，并進一步引爆儲油罐內浮盤上方輕質油氣與空氣的混合物，爆炸瞬間炸開罐頂面積的1/3，并導致內浮頂失穩，一側陷入石腦油中，引發的油罐內部大火持續燃燒20分鐘后被撲滅。

3 罐區防雷的基本原則和裝置

罐區基本原則是提供一條使雷電對大地泄放合理的低阻抗路徑，而不是讓其隨機性的選擇放電通道。

根據雷電的性質，防雷裝置可以分為外部防雷裝置和內部防雷裝置。

外部防雷裝置也就是防直擊雷裝置，主要有三部分，即接閃器、引下線和接地裝置。這三部分主要是把雷電流接收下來，然后經引下線通過良好的接地裝置迅速而又安全地把它送回大地。

內部防雷裝置，為防感應雷，包含屏蔽、等電位連接、合理布線、安裝防雷器等。

4 罐區防雷的具體措施

4.1 做好防雷接地

油罐、液化氣球罐以及其它裝有可燃液體與氣體的鋼制儲罐，儲罐壁厚大于等于4mm時無需安裝接閃器，但接地點不應小于2處，接地沿罐周長的圓弧間距不宜大于30m，接地體與罐壁間距離不低于3m，接地電阻不宜大于10Ω。同時，在地上或管溝敷設的管道，在其起點、終點和分支處應設防靜電和防感應雷的聯合接地裝置，管道的接地電阻不應大于30Ω。浮頂油罐可以不用安裝直擊雷預防設備，但應使用截面不低于25mm2的軟銅線將浮船與罐體連接，連接點不少于2處，罐本體防雷接地沖擊電阻不超過10Ω，接地沿罐周長的圓弧間距不宜大于30m。浮頂油罐結構密封性強，適宜選用耐油導靜電料產品，呼吸閥、阻火器、人孔、量油孔等金屬配件要等電位連接，接地電阻不超過10Ω。

4.2 避雷針的裝設

裝有阻火器的地上固定頂鋼罐，當頂板厚度≥4mm時，可不裝設避雷針（線）；當頂板厚度≤4mm時，應裝設避雷針（線）。避雷針（線）的保護范圍應包括整個油罐。

對于非金屬油罐，由于其常用于儲存易燃易爆油品，應設置獨立的避雷針或網。獨立避雷針與被保護物水平間距不低于3m，接地獨立，沖擊接地電阻不低于10Ω。避雷針網可以用截面不低于24mm×5mm的鍍鋅扁鋼或直徑不低于8mm2圓鋼制作，網格不能超過6m×6m，不少于2根的引下線，且要與四周均勻或對稱布置，間距不能超過18m。非金屬油罐中，必須按照呼吸閥和阻火器，且要與人孔、透光孔、量油孔及管道等金屬部件連接和接地，并且在防雷直擊保護裝置范圍內。

4.3 安裝阻火器

沒有阻火器的地上固定頂鋼罐，必須安裝阻火器；若安裝阻火器困難，則可按有關規定裝設避雷針（線）；阻火器必須與接地網有效連接。

4.4 浮盤與罐體的電氣連接

外浮頂油罐或內浮頂油罐可不裝設避雷針（線），但應將浮盤與罐體用兩根截面不小于50mm2的軟銅絞線作電氣連接。連接線的兩端必須分別與浮盤和罐體緊密連接，其連接處的接觸電阻不應大于0.03Ω。

4.5 設置接地斷接卡

油罐、液化氣球罐以及其他裝有可燃液體與氣體的鋼罐，防雷接地引下線上必須設有斷接卡。接地斷接卡必須暴露在明處，不得埋入水泥中或地下，斷接卡必須用2個M12的螺栓連接并固定。斷接卡與接地線不得水平放置在地面上，斷接卡距地面高度在0.3～0.8m，斷接卡的接觸電阻值不得大于0.03Ω。

4.6 連接金屬跨接線

罐區內的法蘭、閥門的連接處應設金屬跨接線，其跨接接觸電阻值不大于0.03Ω。當法蘭用5根以上螺栓連接時，法蘭可不用金屬線跨接，但必須構成電氣通路，其法蘭間的電阻值不大于0.03Ω。

4.7 采用鎧裝電纜或鋼管配線

地上鋼罐的溫度、液位等測量裝置，應采用鎧裝電纜或鋼管配線。電纜外皮或配線鋼管與罐體應作電氣連接。鎧裝電纜的埋地長度不應小于50m。

4.8 采用等電位連接

對于設備的外殼、相鄰金屬體之間，只要存在電位差和間隙，都存在放電的危險，必須進行等電位連接；連接形式按照當過渡電阻大于0.03Ω時，必須采用金屬導線連接；對于有不少于5條螺栓連接的法蘭，在非腐蝕環境下，可以不跨接，但是目前石化儲罐大多建在海邊，海邊的鹽霧腐蝕較為嚴重，所以法蘭處還必須使用金屬導線進行跨接。

4.9 金屬附件作電氣連接并接地

油罐的罐體及罐室的金屬構件以及呼吸閥、安全閥、量油孔等金屬附件，應作電氣連接并接地，接地電阻不應大于10Ω。

4.10 導電片

在浮頂邊緣二次密封上方沿圓周每隔1.5m設置導電片，靠導電片的彈性保持與罐壁滑動接觸，形成電氣通路。

4.11 浮梯接地

浮梯連接油罐的罐壁和浮盤，作為大型浮頂儲罐與罐壁可靠電氣連接的主要方式。

4.12 共同的接地裝置

油罐區防雷、防靜電、電氣設備、保護及信息系統等接地，宜選用共同的接地裝置，且接地電阻應小于4Ω。

5 接地裝置維護保養

①每月對儲罐接地引下線的斷接卡部位檢查，對浮盤、轉動扶梯接地線接頭及固定部位外觀檢查，對管線接地和跨接線、現場電氣設備、儀表、接線箱接地外觀檢查，并建立檢查記錄。

②對接閃器定期檢查，防止銹蝕，保證接觸良好；在雷電過后，必須檢查接閃器是否有松動、折斷情況，當發生折斷，要立即更換。

③加強對施工過程的管理，確保接地極、接地網的施工質量，需要焊接的部位應焊接牢固，并做好防腐；必要時，對于接地網可以定期開挖檢查腐蝕情況。

④委托防雷檢測機構每6個月（每年4月、10月）對防雷接地檢查、檢測一次，并出具檢測報告；對于不合格點及時維修、復測。測量時，應在連續晴好的天氣情況測量，以保證數據的準確性；測量時，應在不同的方向測量，每個方位測量3～4次，取平均值；測量時應避開地下金屬管線情況復雜檢測的位置，以減少誤差。

⑤對于內部防雷設施，如電纜屏蔽、等電位連接、合理布線、安裝防雷器等，涉及不同的專業，也需要定期檢查，發現問題及時處理。

⑥在現有的區域內有地面或地下工程施工時，要加強對接地極、接地網的保護。

6 雷電發生時的應對措施

①工廠或作業場所，雷雨天氣時減少外出，若有外出時遠離煙囪、高塔、儲罐、燈塔、路燈、大樹，不去空曠區域；穿戴雨衣，不使用金屬雨傘；不使用手機、對講機；避免雷擊造成人身傷害。

②出現雷擊火災，及時報火警，并啟動消防系統；初期火災的處置非常關鍵。

③編制儲罐雷擊預案，按照預案沉著處置。

7 結語

通過分析，不難發現石油化工工程中，雷擊具有很大的危害性，由于其的不穩定性致使我們難以預測石化罐區的防雷工作，至今重點是做好防護，安裝避雷針，防止罐區直接受到雷擊，同時對于靜電的防護也要加強，切實保證罐區的安全運行。