关于罐区储罐本体防雷的意见[优秀]_储罐防雷接地分析

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关于石油储罐防雷标准的探讨

孙金伯

仪征化纤股份有限公司设备管理部 江苏省仪征市 211900

（发表于2008年中国设备工程第三期）

最近中国石化总公司通报了几起雷击油罐着火事故，从通报中看，这些油罐在防雷方面并没有任何地方违反了现有设计规范，也不存在人为的防雷设施维护不到位的问题，但为什么还被雷击起火呢？我认为：新的《石油库设计规范GB50074-2002》标准和老规范一样，在防直接雷方面存在不足。先看看中石化通报的几起事故：

事故

一、2007年5月24日15时16分，镇海国家储备库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膈膜后引燃了原油，明火于15时25分被扑灭；6月24日镇海国家储备库47号罐再遭雷击起火。

事故

二、6月29日15时55分，镇海炼化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。

事故

三、7月7日15时20分，管道储运公司南京输油处白沙湾输油站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。

新设计标准对罐区防雷的要求如下： “储存易燃油品的油罐防雷设计应满足：

（a）装有阻火器的地上卧式油罐的壁厚和地上固定顶钢油罐的顶板厚度等于或大于4mm时，不应装设避雷针。铝顶油罐和顶板厚度小于4mm的钢油罐，应装设避雷针（网），避雷针（网）应保护整个油罐。

（b）浮顶油罐或内浮顶油罐不应装设避雷针但应将浮顶与罐体用根导线做电气连接浮顶油罐连接导线应选用横截面不小于25mm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不小于16mm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。

22储存可燃油品的钢油罐不应装设避雷针（线），但必须做防雷接地。”

新标准认为储存易燃油品的浮顶油罐不安装避雷针的理由是：由于浮顶上的密封严密，浮顶上面的油气较少，一般都达不到爆炸下限，即使雷击着火，也只发生在密封圈不严处，容易扑灭，故不需装设避雷针（网）（见新标准的条文说明）。

储存可燃油品的油罐的气体空间，油气浓度一般都达不到爆炸极限下限，又因油品闪点高，雷电作用的时间很短（一般在几十µs以内），雷电花不能点燃油品而造成火灾事故。故储存可燃油品的金属油罐不需装设避雷针（网）。（见新标准的条文说明）。

上述设计规范有以下几个方面值得探讨：

一、装有阻火器的地上卧式油罐的壁厚和地上固定顶钢油罐的顶板厚度大于等于4mm时和储存可燃油品的钢油罐应不应该装设避雷针（线）。笔者认为应该装，分析如下：

1、设计规范忽视了雷电在力效应方面的破坏作用。雷电的破坏作用主要体现在三个方面：电效应、热效应和力效应。在新国家设计规范中，只考虑了前两者对油罐的破坏作用，没有考虑力效应的破坏作用。

设计规范中认为大于4mm厚的储罐不需要作专门的防雷装置，依据的是中国科学院80年-81年所做的试验：雷电流在146.6KA-220KA时，钢板的熔化深度为0.076-0.352mm之间，因此制订标准时，保守一点取4mm，认为这样做对防雷来讲是足够安全的，这是从雷电的热效应方面讲的。

雷电的另一个破坏作用是雷电的力效应。雷电的力效应对储罐有破坏作用，造成储罐局部变形，引起油气泄漏，在雷电流的作用下进一步引发火灾。分析如下：

新的储罐越做越大，这个大表现在两个方面：一是单体储罐的容积变大，过去5万方以上的储罐才是一级储罐，现在10万方以上的储罐才是一级储罐；二是整个罐区的占地面积变大。上述两个方面的增大，对防雷造成如下影响：

（1）单体储罐的容积变大使得罐体顶部面积变大，同样是4mm厚的钢板，受雷击后的变形程度不一样，局部变形引起油气泄漏，引起火灾。罐顶平时不承受任何应力，设计时如果不考虑雷电流的力效应，仍按雷电流的热效应即对钢板的熔化深度考虑，选用4mm左右的钢板，则在大的雷电流作用下，罐体顶部面积越大，变形越严重。

（2）整个罐区的占地面积变大，说明储罐数量变多，被雷击的几率增大。罐体都是钢板焊接而成，许多储罐放在一起，相当于罐区的整个地面上被铺设了一层钢板，钢板是导电的，根据雷击理论，由于导电体对雷电有吸引作用，该地区被雷击的可能性远远大于一般的草地。这一点从地下存在金属矿藏的地方容易受雷击可以得到佐证。

2、设计规范中考虑雷电的热效应时，只注意到雷电对钢板的熔化深度的影响，没有考虑到雷电流的热效应会引起储罐内气体的急剧膨胀，可能导致储罐局部薄弱环节如没有焊透的地方熔化变形或从膨胀气体通过呼吸阀外排，泄漏可燃气体在雷电流作用下可能会发生火灾。事故二、三就证明了这一点。

3、没有考虑大电流通过电阻变化处如焊缝或两种材料的接合面可能会产生明火的危险。根据有关资料介绍，当雷电流通过电阻发生处时，会引起电火花，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，引发火灾。事故一就证明了这一点。

上述几起雷击起火事故说明，新标准认为储存易燃油品的浮顶油罐和储存可燃油品的油罐不应安装避雷针是值得探讨的。那种认为火小容易扑灭就不装避雷针的理由更是不足取的，这是一种赌博心态，不是科学、负责的态度，没有人敢保证这种小火不能造成大灾难。

通过上述分析，笔者认为：石油储罐罐区应该安装避雷针（线）。

既然需要安装避雷针（线），则应该如何安装呢？新设计规范中规定“铝顶油罐和顶板厚度小于4mm的钢油罐，应装设避雷针（网），避雷针（网）应保护整个油罐”。这个规定是模糊的，是安装在储罐本体上，还是设置独立避雷针。笔者认为应该安装独立避雷针。分析如下：

要做好防雷工作，通常有两道防线：第一道防线是减少被保护设备受雷击的机会，甚至不受雷击，第二道防线是如果万一遭雷击，采取补救措施，使雷击后果在可控制范围内。因此，防雷防雷的最好理念是使被保护设备不遭雷击，而罐体上安装避雷针与此理念正好相反。简单的讲，避雷针的工作原理是：牺牲自己，保护别人，即由于避雷针是尖状物体，高度又高于被保护设备，因此，雷电被尖状的避雷针吸引，雷电将直接打到避雷针上，保护了被保护物体。从这个角度讲，避雷针直接安装在被保护设备上只会增加被雷击的危险。

因此，正确的做法是：应该在罐区安装独立的避雷针，而不应安装在罐体上，即在离开罐体3-5m处安装独立避雷针。离开3-5m的目的：防止雷击避雷针后，避雷针上的过电压击穿避雷针与罐体之间的空气间隔，产生电火花。

避雷针安装在罐体可以减小雷电在力效应方面的破坏作用。但是，罐体上安装避雷针对防雷有以下几点不利：：

（1）处理不好，容易造成罐体上安装的仪表等弱电设备的损坏；

（2）雷击避雷针后，当大电流通过罐体上电阻变化处，容易引起电火花，如有泄漏，则发生火灾。

（3）不能避免雷电流的热效应对罐顶气体加热膨胀的影响。当罐区面积较大时，为了降低造价，减小安装避雷针的铁塔数量，可以采取安装避雷线（网）的方法。

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