中石化电气专家分析罐区防雷相关规范、管理、施工要求等问题

本文内容来自：中石化仪征化纤有限责任公司一级注建师（机电）、注册电气工程师（发输电）孙金伯先生在“2023第五届石油化工数字化（储运）罐区高峰论坛”上发表的报告。

罐区防雷讨论相关标准

GB 15599-2009 石油与石油设施雷电安全规范

GB 50650-2011 石油化工装置防雷设计规范

SH/T 3097-2017石油化工静电接地设计规范

GB 50057-2010建筑物防雷设计规范

GB 50174-2017数据中心设计规范

GB 50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范

GB 50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合

罐区防雷的内容

供电系统的防雷、弱电系统的防雷、储罐本体的防雷、防静电。在这些内容中，储罐本体的防雷问题是本次讨论的关键问题。

储罐本体的防雷

事故一

事故:某年某月24日15时16分，某国家储备库47号罐顶部遭雷击，雷击引发油罐一次或二次密封上的金属物与罐壁发生放电，电火花引爆了密封空间内的油气，高温和冲击波破坏了一次密封油气隔膜后引燃了原油，明火于15时25分被扑灭，6月24日某国家储备库47号罐再遭雷击起火

问题:如何防止雷击一次或二次密封上的金属物与罐壁发生放电？

事故二

事故:某年某月6月29日15时55分，**1台容积为5000立方米的内浮顶石脑油罐遭雷击，雷击引爆油罐呼吸口挥发油气，并进一步引爆储罐内浮盘上方轻质油气与空气的混合物，爆炸瞬间炸开罐顶面积的1/3，并导致内浮顶失稳一侧陷入石脑油中，引发的油罐内部大火持续燃烧20分钟后被扑灭。

问题:如何防止雷击引爆油罐呼吸口挥发油气 ?

事故三

事故:某年某月7月7日15时20分，**输油站3号油罐受雷暴天气影响，油罐产生感应放电并引爆了积累在罐顶密封装置间的可燃油气与空气的混合物，爆炸导致二次密封损坏严重，部分呼吸阀断裂泡沫堰板2处变形，爆炸连锁引燃了罐内油品，明火在持续了大约14分钟后，于15时34分扑灭。

问题:如何防止油罐产生感应放电 ?

雷击起火统计分析

1962年至2013年期间，国内54起和国外29起总共83起石油储罐火灾爆炸事故

雷击引起的火灾事故占19起，占比22.9%。外浮顶罐火灾事故中雷击为主要原因

外浮顶储罐基本采用二次密封结构，在一次密封与二次密封之间形成爆炸性环境

数据参考：蒋晓武，周良锋，周领,石油储罐火灾案例与安全现状调查分析。安全、健康和环境，2016年第16卷第3期。

技防措施

>通过“接闪、分流均压、屏蔽、隔离、滤波、限压、合理布线接地”等综合技术防治

归纳为DBSE技术

D: 分流Dividing

B:均压Bonding

S: 屏蔽Shielding

E: 接地Earthing

防雷的技术措施

避免遭直接雷击:将绝大部分雷电流直接引入地下泄散一避雷针、避雷线或避雷网

阻塞传播途径:阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的雷电侵入波一“屏蔽”、“合理布线”

限制过电压、过电流幅值:限制被保护设备上浪涌过电压、过电流的幅值一分流、安装避雷器或SPD。

等电位连接:不仅防雷和信息系统抗干扰的需要，也是安全的需要。

这些防线相互配合，各行其责

防止雷击起火的措施

一、是减少可燃物

例如改进二次密封技术，不让一次密封与二次密封之间形成爆炸性环境

二、是避免点火源

其中防止雷电、静电成为点火源就是重要的一环

先学习一下标准规范防雷防静电的要求

预防雷电危害的基本原则

GB15599-2009

石油和石油产品应贮存在密闭性的容器内，并避免油气混合物在容器周围积聚。一减少可燃物

油气可能泄漏或积聚的区域，应避免金属导体间产生火花放电。消除点火源

固定顶金属容器附件( 如呼吸阀、安全阀 ) 应装设阻火器-隔离可燃物与点火源

石油设施应采用防雷接地。防雷、防静电、电气设备、保护及信息系统等的接地，宜共用接地装置

金属储罐预防雷电危害的技术措施

GB15599-2009

钢储罐顶板钢体厚度不小于4mm时，不应装设避雷针。铝顶储罐顶板厚度小于7mm和钢储罐顶板厚度小于4mm，应装设防直击雷设备。

GB50650-2011引下线间距不大于18m。

金属储罐应作环型防雷接地，其接地点不应少于两处，并应沿罐周均匀或对称布置，其罐壁周长间距不应大于30m，接地体距罐壁的距离应大于3m。

引下线宜在距离地面0.3m至1.0m之间装设断接卡，用两个型号为M12的不锈钢螺栓加防松垫片连接。宜将储罐基础自然接地体与人工接地装置相连接，其接地点不应少于两处。冲击接地电阻不应大于102。

浮顶金属储罐应采用两根截面不小于50m㎡的扁平镀锡软铜复绞线或绝缘阻燃护套软铜复绞线将浮顶与罐体作电气连接，其连接点不少于两处。宜采用有效的、可靠的连接方式将浮顶与罐体沿罐周做均布的电气连接，连接点沿罐壁周长的间距不应大于30m。

金属储罐的阻火器、呼吸阀、量油孔、人孔、切水管、透光孔等金属附件应等电位连接。

与金属储罐相接的电气、仪表配线应采用金属管屏蔽保护。配线金属管上下两端与罐壁应做电气连接。在相应的被保护设备处，应安装与设备耐压水平相适应的浪涌保护器。

预防雷电危害的检测措施

GB15599-2009

每年雷雨季节之前，应检查、维修防雷电设备和接地。检查的主要项目包括:

检查防雷设备的外观形貌、连接程度，如发现断裂、损坏、松动应及时修复，运行15年及以上，腐蚀较严重区域的接地装置宜进行开挖检查，发现问题及时处理;

检测防雷设备接地电阻值、等电位连接接触电阻，如发现不符合要求，应及时修复;

清洗堵塞的阻火芯，更换变形或腐蚀的阻火芯，并应保证密封处不漏气。

GB 15999-2009版与1995版的修订

将“浮顶金属储罐的浮顶与罐体间电气连接导线由25mm2”增加到50mm2，并提出浮顶与罐体沿罐周每隔30m做均布的电气连接的要求。

减少浮顶与罐体间电气连接导线阻抗，增加连接线的可靠性和连接线数量。

规范中防止雷击起火的措施讨论

标准要求:钢储罐顶板钢体厚度不小于4mm时，不应装设避雷针铝顶储罐顶板厚度小于7mm和钢储罐顶板厚度小于4mm，应装设防直击雷设备。

条文解释 :防止雷电流烧穿储罐顶板一一雷电的热效应雷电流的几大效应

1。电磁效应: 直接雷和感应雷，损坏电气设备。

2。力效应: 会在通道的电弧处及雷击点迅速加热空气和水蒸气引起迅速膨胀而产生爆破声。

3.热效应 : 弧根会产生很高的温度( 3000-6000C ) 烧坏设备引起储罐内物质热膨胀。

GB 50057-2010

4.2.1 第一类防雷建筑: 应装设独立接闪杆或架空接闪线或网

3.0.2第一类防雷建筑物：

凡制造、使用或贮存火炸药及其制品的危险建筑物，因电火花而引起爆炸、爆轰，会造成巨大破坏和人身伤亡者。

3.0.3 第三类防雷建筑物 :

有爆炸危险的露天钢质封闭气罐.4.3.10有爆炸危险的露天钢质封闭气罐，当其高度小于或等于60m.罐顶壁厚不小于4mm时，或当其高度大于60m、罐顶壁厚和侧壁壁厚均不小于4mm时，可不装设接闪器，但应接地.....。

现在罐区的特点

单个储罐体积增加 大

罐区的总库容增大

后果

被雷击的概率增加

铁矿附近雷电多

空旷地带雷电多

被雷击损坏的概率增加

雷击起火的概率增加

针对上述特点，规范的应对措施-技术措施

浮顶与罐体间电气连接导线由25m㎡增加到50mm²

浮顶与罐体沿罐周每隔30m做均布的电气连接

等电位连接。

安装浪涌保护

这些措施的特点

>减少被雷击后产生火花的概率

设计上的措施

> 增加储罐的壁厚，防止被雷电流烧穿

针对上述特点，规范的应对措施-维护的措施

测接地电阻、等电位连接接触电阻

防止生锈减少接触电阻

清洗堵塞的阻火芯，更换变形或腐蚀的阻火芯，并应保证密封处不漏气。-阻止可燃物外泄

增加引下线数量，降低通过单根下线泄放的雷电流幅值>GB 50177-2005《氢气站设计规范》9.0.4条的条文解释:“螺栓连接的法兰盘之间如生锈腐蚀，在雷电流幅值相当低( 10.7kA )的情况下，法兰盘间也能发生火花。如果遇到可燃物，比如呼吸阀处呼吸出的油气或罐顶密封空间内的油气，就会引发火灾”

该方法的有效性探讨

生锈腐蚀的本质:接触电阻增大大电流通过电阻变化处如焊缝或两种材料的接合面等有过渡电阻的地方可能会产生明火。

GB50057-2010《建筑物防雷设计规范》4.2.2条规定:

当长金属物的弯头、阀门、法兰盘等连接处的过渡电阻大于0.03Q时，连接处应用金属线跨接。对有不少于5根螺栓连接的法兰盘，在非腐蚀环境下，可不跨接为什么会规定0.032 ?

如何防雷

一、设置架空接闪网

独立接闪杆和架空接闪线或网的支柱及其接地装置与被保护建筑物及与其有联系的管道、电缆等金属物之间的间隔距离计算见GB50057-2010

应用案例 : 污水池的防雷击起火一架避雷网

二、设置避雷针

自然界中的雷电不可能消失

人类对技术进步的向往和冲动也不可能终止

技术进步带来的潜在威胁

只能靠技术的继续进步来解决