石化仓储码头雷电灾害风险评估与控制技术应用

石化仓储码头雷电灾害风险评估与控制技术应用

张勇,刘航,邓任庆,黄志坤,梁家浩

东莞三江港口储罐有限公司 广东东莞 523106

摘要：石化仓储码头作为石化行业核心组成的一部分，承担着石油和化工原材料的进出口枢纽功能，同时也是储存这些原材料的关键设施。由于石化行业的特殊性质，其生产过程中存在多种潜在风险，尤其是雷电灾害。雷击不仅会对码头设备和工艺造成损坏，还会对生产工艺的安全构成风险，并对周围环境产生不良影响。因此，如何评估石化仓储码头的雷电灾害风险，采取有效的控制手段，已成为当前石化行业亟待解决的重要议题。本文对石化仓储码头的雷电灾害风险评估与控制技术进行了探讨。

关键词：仓储码头；雷电灾害风险

1、雷电灾害对石化仓储码头的影响

1.1雷电灾害事故统计

根据《2022年广东省雷电灾害实例汇编》的统计，在2022年全年中，全省共计发生雷电灾害134起，导致的经济损失高达1486.94万元，全年共发生4起雷击人身伤亡事故，造成6人死亡，2人受伤。从行业分布的角度来看，住房建筑行业受雷电灾害的影响最大，占雷灾害事故总数的50%，其次是石化易燃行业。因此，石化仓储码头属于雷击事故高发行业，有必要采取有效的雷电灾害控制手段。

图一2022年雷灾行业分布

1.2石化仓储码头的易受雷击区域和设备

石化仓储码头中易受雷击威胁的主要场所和设备包括储罐、烟囱、桥吊、装卸机、起重机以及仓库周围的树木和建筑物。此类设施由于其高度和构造特性而易于受到雷击的影响。如储罐和烟囱，它们的金属材质使其顶部、侧面成为雷击的潜在区域；而桥吊、装卸机、起重机等，由于其金属结构和复杂的电气系统，也可能成为雷电的目标。此外，仓库周围的树木和建筑物也有可能成为雷击区域。

2、石化仓储码头雷电灾害风险评估

2.1内浮顶储罐雷击事故机理分析

①油气泄漏原因分析：大部分的内浮顶储罐采用一次性密封的形式，在实际运行时，容易出现油气通过浮盘间隙泄漏的情况：浮盘日常运行会造成罐壁磨损，致使罐壁凹陷，密封装置贴合不稳造成油气泄漏；浮盘沉降时罐壁上黏合的油品蒸发；浮盘上存在多处开孔（如量油孔），也会出现密封失效造成油气泄漏的情况等[32]。泄漏的油气会囤积在浮顶与罐顶之间，这样就会与从通气孔或者呼吸阀进入的空气形成油气混合物，只要其达到爆炸极限，燃烧爆炸的三要素就具备了可燃物与助燃物两个条件，存在极大的风险。

②雷击危险性分析：内浮顶一般安装有呼吸阀或通气孔，主要用来挥发浮盘上方囤积的油气，平衡罐内压力，降低油气混合物的浓度。由于呼吸阀自身的工作原理，在其周围有可能出现处于爆炸极限范围内的油气混合物，尤其是在雷雨季节，大气气压偏低，空气流动缓慢，呼吸阀附近的油气不能及时的挥发散开，很容易达到爆炸极限，倘若此时有雷电流通过，发生放电打火，火苗可能直接冲进罐内，造成囤积的油气混合物大面积燃烧，并且伴随着罐体的内部气压瞬间升高，气体无法及时泄出，储罐极易出现燃爆现象。

2.2拱顶储罐雷击事故机理分析

相比内浮顶储罐，拱顶罐并无浮盘配置，由于该结构的特点，油气集中分布在油面与罐顶之间。罐顶的呼吸阀能够维持内部压力平衡，与内浮顶储罐的通气孔表现相似。然而，在密封失效或雷雨天气时，呼吸阀的排气口可能存有处于爆炸界限范围内的油气混合物。如果遭受雷击产生闪络打火，这些油气混合物可能引发燃烧现象，火苗进而进入罐内，造成燃烧或爆炸。

2.3东莞三江港口储罐有限公司雷电灾害风险区划

雷电灾害危险性评价是通过采用已有的雷暴资料并结合自然灾害风险形成理论，基于雷电灾害风险的五个等级划分，运用数理统计、加权综合评价以及专家打分等方法进行。评估过程中包括气象致灾因子雷电灾害危险性评价，其评价指标主要关注年均单位面积的地闪密度（每平方公里每年）和雷暴日数。通过归一化处理以及加权平均求和，得到雷电危险性综合指数。同时结合当地孕灾环境分析，评估承灾体暴露度和脆弱性，并借助GIS技术对评估结果进行区划。由此，最终得出以下结论：

东莞三江港口储罐有限公司的罐体，高大建筑物，高压输配电铁塔和线路，装卸臂、登船梯等大型设备，电气设备，金属材料和设施，输油管道等为雷电高风险区。罐区和办公区为次高风险区，道路、空地、绿化带等区域为中等风险或次低风险区。

表1 雷电风险等级情况表

2.4雷击对储罐的作用机制及危害形式

（1）直击雷

直击雷是由带电云层直接与地面产生快速放电的现象。当直击雷在地面放电时，瞬间电流可能高达几十万安培，并能达到六千摄氏度以上的高温。但因其作用时间极短，瞬时高温仅能使雷击区域的小面积金属部分熔化。雷击会引发热效应、电效应或机械力等多种破坏效应，这些破坏作用可能使储罐发生物理化学变化，对储罐的正常运行和性能发挥产生负面影响，甚至对储罐周围的建筑物产生一定程度的影响。在严重的情况下，这些破坏可能威胁到储罐周边相关人员的生命和财产安全。

（2）雷电波侵入

雷电波侵入是雷电流沿着架空线路或金属管道侵入电子线路或者供电线路时，对人员及设备造成损坏。

（3）电磁脉冲

电磁脉冲指的是当周围发生雷击时，储罐、金属制电缆或者管道受到周围磁场变化影响等发生电磁感应现象产生雷电脉冲的情况，干扰弱电信号，导致相关金属部件产生电火花等，导致火灾爆炸危险。

3. 石化仓储码头雷电灾害控制技术应用

3.1直击雷的防护

直击雷防护措施涵盖避雷针、避雷网、引下线以及地网等。不仅是已安装避雷针、避雷网的建筑，地表上诸如高压输电线等所有突出物均可作为直接引导雷电入地的理想导体。直击雷在引下线上形成的强电流，在其周围激发出强烈磁场。因此，首先应对需保护的建筑物进行具体评估，选择适宜的接闪器类型、高度、引下线截面积、间距以及数量，以及满足设计要求的接地电阻等防护措施。

3.2感应雷的防护

对感应雷防护的处理方式与直击雷防护存在巨大差异。仅依赖避雷针、引下线及接地设施的安装，无法实现感应雷防护的有效保护和降低危害风险的目标。因此，降低云层中多种感应力的效果从而降低由电荷产生的损害成为感应雷防护的关键。在电源总线入口和设备前端都应配置与耐压等级相符合的电涌保护器。若平行敷设长金属物如构架、管道、电缆铠装层等，当间距小于100mm时，应每隔20至30m用金属线跨接；交叉间距小于100mm时，须进行跨接。依据电磁学原理，还可采取额外安装笼式避雷网的方法实现感应雷防护。对于储罐上安装的控制、计量、通信设备及相关金属线缆等，均需穿金属管敷设，具备埋地条件应埋地，同时要做好接地。

3.3接地保护

①土壤中敷设的垂直接地体宜采用热镀锌或镀铜材质的圆钢角钢或钢管：土壤中敷设的水平接地体宜采用热镀锌或铜包钢材质的圆钢或扁钢。接地线应与水平接地体的截面积相同。②垂直接地体和其他人工接地体敷设间距一般为5m，可根据场地情况适当调整③人工接地体埋设深度一般不小于0.5m，土壤电阻率高的地区应适当深埋。④工业储罐区内的防雷接地、工作接地、防静电接地及保护接地等均应共用接地，接地电阻不大于4Ω。

3.4等电位连接技术

等电位联接涵盖了金属性连通和SPD的连通，这种联结系统的目的在于阻断雷电的通路，从而防止它对内部设备造成损伤。等电位联结在各个电气设备、电子信息设备以及相关的导电装置间运用等电位连接导体，通过这种方式以降低建筑物金属构件与装置之间，以及装置与装置之间因为雷电导致的电位差。利用钢筋混凝土结构建筑物中多种金属构件的多重连接，构建一个三维的联接网络，这是实现等电位联接的首选方案。

3.5雷电预警系统

在库区及周边设置雷电预警系统的监测站点，利用网络将实时监测数据传输至监控中心，经过后台数据处理后，将结果上传至云端平台供用户查询。现场安装大气电场仪探头和数据处理控制箱这两个核心模块。大气电场仪探头的工作原理基于电荷感应，雷电预警系统具有提前报警时间长、高报警率、广泛探测范围、精确度高、多层次预警功能、长期数据存储及高等级防护性能等优点。这使得人们有足够的时间来制定相应的计划和应对措施，有助于减少雷电灾害造成的损失和风险。

4. 结论

根据对储罐的雷击致灾机理的讨论，储罐内可燃气体的浓度为引发火灾爆炸事故的重要因素。当储罐内可燃气体的浓度达到爆炸极限，会有引发燃烧和爆炸的可能性。因此，为了避免雷击事故，做好储罐上金属附件的等电位连接至关重要。此外，除了防止雷电传输形式造成的危害外，还需要进行雷电预测。本文给出了雷电的主要表现形式及危害方式，并对每种表现形式的防护技术进行了介绍。通过对雷电防护技术的讨论，对实际工作有重要的参考价值。