大型儲油罐防雷防靜電安全措施探討與分析

大型儲油罐防雷防靜電安全措施探討與分析

一、前言

長距離輸油管道是當(dāng)前我國原油輸送的主要途徑，大型儲油罐是長距離輸油管道系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，儲油罐安全運行是保證輸油站庫安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。以往輸油站庫罐區(qū)儲油罐發(fā)生雷擊起火，存在防雷防靜電安全隱患，應(yīng)引起高度重視，急需整改和完善，提出可行方案，做到儲油罐能可靠防雷防靜電安全運行。大型儲油罐防雷防靜電的安全措施是人們所關(guān)注的話題，也是業(yè)主需要解決的課題，為此，結(jié)合甬滬寧長距離進口原油管道的大型儲油罐防雷防靜電的狀況，提出大型儲油罐防雷防靜電可行的安全措施,進行探討與分析。

二、大型儲油罐防雷防靜電基本結(jié)構(gòu)概述

2004年建成投運的甬滬寧(寧波－上海－南京)長距離輸送進口原油管道，全線設(shè)有6座大型油庫和泵站，目前，總原油儲量399萬立方米。甬滬寧長距離輸送進口原油管道中間泵站嵐山輸油站擁有10萬立方米單盤結(jié)構(gòu)外浮頂鋼制儲油罐8座，總庫容80萬m3,儲油罐單罐直徑81m，罐壁高度23.5m,安全罐位2.5m至19.5m，制定油罐極限罐位19.9m至2.0m,立柱數(shù)量144個，底頂柱高1.96m，單盤半徑34.75m,罐浮艙數(shù)量45個，浮頂浮船外半徑39.75m，浮頂浮船重5.168T，浮頂集水坑數(shù)量5套，緊急排水管規(guī)格DN150,單盤人孔數(shù)量4套，罐壁人孔規(guī)格DN600,呼吸閥數(shù)量4套，導(dǎo)向管1根，量油管1根，浮艙與罐壁采納金屬靜電導(dǎo)輸線連接2根，罐壁連接防雷防靜電接地10處，一次密封為機械密封，二次密封為鍍鋅鋼板加內(nèi)隔膜密封，油罐采納外涂料與犧牲陽極的陰極保護聯(lián)合防腐措施，儲油罐的運行液位、油溫以及極限液位報警通過SDADA系統(tǒng)實現(xiàn)監(jiān)控，液位監(jiān)控采納雷達液位計，罐油溫檢測采納熱電阻，極限液位報警采納液位開關(guān)控制，配套自動化安全消防保護系統(tǒng)自成體系，采納計算機控制實現(xiàn)消防．站控、變電崗位聯(lián)合預(yù)警、報警和及時啟動消防措施，完成儲油罐的日常運行及安全消防管理。

甬滬寧長距離輸送進口原油管道站庫擁有10萬m3單盤結(jié)構(gòu)外浮頂鋼制儲油罐22座，〔其中冊子島油庫6座，嵐山輸油站8座，白沙灣輸油站8座〕。例舉表達此類型儲油罐在運行中曾經(jīng)出現(xiàn)的問題和安全隱患，需要研究解決。

〔1〕2006年8月7日12：45時，儀征輸油站G-16號15萬立方米儲油罐遭遇雷擊，造成浮頂與罐壁間的二次密封局部起火，火焰高6米以上，儀征輸油站迅速啟動火警預(yù)案，措施準(zhǔn)確果斷，13：15時得以成功撲滅。

〔2〕2007年5月24日16：16時，相鄰嵐山輸油站罐區(qū)距500m的鎮(zhèn)海國家儲備油庫G－47號10萬立方米儲油罐遭雷擊，造成浮頂與罐壁間的二次密封局部起火，火焰高4米以上，鎮(zhèn)海國家儲備油庫迅速啟動火警預(yù)案，措施準(zhǔn)確果斷，16：26時滅火得以成功。

〔3〕2007年6月24日16：03時，相臨嵐山輸油站罐區(qū)距500m的鎮(zhèn)海國家儲備油庫G－47號10萬立方米儲油罐第二次遭雷擊，造成浮頂與罐壁間的二次密封局部起火，火焰高4米以上，鎮(zhèn)海國家儲備油庫迅速啟動火警預(yù)案，措施準(zhǔn)確果斷，16：11時滅火得以成功。

〔4〕2007年7月7日15：20時，甬滬寧線白沙灣輸油站G-3號10萬立方米儲油罐一二次密封間被雷擊爆炸著火，爆炸和起火瞬間，火苗出罐頂4米以上，共有7處著火點，幾乎連成大半圈，一二次密封和局部泡沫堰板爆開，二次密封板局部支離破碎，浮船泡沫堰板以內(nèi)共有7個呼吸閥，有4個呼吸閥被爆開斷裂，密封膠皮完全燃燼，罐區(qū)火情監(jiān)控系統(tǒng)同時遭雷擊損壞無顯示，崗位人員及時觀到罐頂火焰，白沙灣輸油站迅速啟動火警預(yù)案，措施準(zhǔn)確果斷，15：43時滅火得以成功。從以上同種類型儲油罐雷擊起火，說明儲油罐區(qū)存在嚴(yán)重的防雷安全隱患。2007年7月16日17：10時,用XP-311A型標(biāo)準(zhǔn)可燃?xì)怏w測試儀進行分別對嵐山輸油站G-1〔油品是阿曼,油溫是31°C,罐位17.504米〕，G-2〔油品是卡賓達，油溫是29°C，罐位16.1米〕，G-3〔油品是卡賓達，油溫是29°C，罐位15.636米〕，G-5〔油品是奎都，油溫是30°C，罐位10.31米〕儲油罐二次密封內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度測試和2007年7月17日9：30時，用XP-311A型標(biāo)準(zhǔn)可燃?xì)怏w測試儀分別進行對嵐山輸油站G-4〔油品是阿曼，油溫是31°C，罐位16.56米〕，G-6〔油品是沙中重，油溫是29°C，罐位15.175米〕，G-7〔油品是沙中重，油溫是29°C，罐位11.068米〕，G-8〔油品凱沙杰，油溫是29°C，灌位13.512米〕儲油罐二次密封內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度測試，VOC綜合可燃?xì)饣馂?zāi)爆炸下限均為80％至100％范圍。一旦碰到明火當(dāng)即可燃可爆引起火災(zāi)。四．雷擊大型儲油罐引起火災(zāi)原因分析

雷電產(chǎn)生的原因很多，現(xiàn)象比較復(fù)雜。它的產(chǎn)生可簡單地解釋為：地面濕氣受熱上升，或空中不同冷熱氣團相遇，凝成水滴或冰晶，形成積云．積云運動時，使電荷發(fā)生分開，當(dāng)電荷積聚到足夠數(shù)量時，就在帶有不同電荷的云間，或在由于靜電感應(yīng)而產(chǎn)生不同電荷的云、地間，發(fā)生放電，即形成雷電．其電壓可高達數(shù)百萬伏至數(shù)千萬伏，電流可高達萬安以上。在雷暴日統(tǒng)計中，一天內(nèi)只要聞聲雷聲就稱為一個雷暴日，雷暴日是衡量雷電活動頻繁成度的依據(jù)。我國把年平均雷暴日不超過15日的地區(qū)叫少雷區(qū)，超過40日的叫多雷區(qū)。嵐山輸油站地處在寧波地區(qū)，近三年統(tǒng)計，雷暴日都在60日以上。從雷擊儲油罐引起火災(zāi)的事例分析，多是雷雨天氣，帶有一種雨云電荷移動到與罐區(qū)上方及周邊的另一種集聚的電荷相碰通過大罐金屬物體放電，產(chǎn)生閃電直擊罐區(qū)，如圖1所示，

雷電流幅值萬安以上，瞬間閃電及明火溫度高達千度以上，雷電直接對儲油罐放電，其過電壓所引起的強大雷電流將通過罐體入地，從而產(chǎn)生破壞性很大的熱效應(yīng)，直擊雷是引起儲油罐雷擊火災(zāi)的主要原因。

3.儲油罐區(qū)防雷的薄弱環(huán)節(jié)主要原因是阻雷設(shè)施不完善，罐區(qū)不能可靠屏蔽雷電進入罐區(qū)，一旦油罐上落雷，無論油罐壁接地優(yōu)良能及時放電，但罐頂金屬浮船單盤在雷電強大的高電壓大電流的作用下，放電過程將會產(chǎn)生火花引起火災(zāi)。無論在儲油罐發(fā)生雷擊引起火災(zāi)之后，采用了在罐頂金屬浮船單盤與罐壁接地系統(tǒng)增加了2根靜電導(dǎo)輸線措施，但從接地優(yōu)良的大樹遭雷擊，樹干被劈斷或燒焦的自然現(xiàn)象證實，依舊不能完全避免儲油罐遭雷擊引起火災(zāi)事故的發(fā)生。應(yīng)從罐區(qū)阻雷措施入手，防止雷電進入罐區(qū)，保證儲油罐安全運行。

五．阻止雷電措施原理

避雷針下端的引下線與接地裝置焊接，該引下線如采納圓鋼，直徑不得小于8毫米，如采納扁鋼，厚度不得小于4毫米，截面積不得小于48平方毫米,其接地電阻值應(yīng)小于10歐姆。

2.單避雷針保護范圍，從針的頂點向下作45°的斜線，構(gòu)成椎形保護空間的上部，45°的斜線在h/2處轉(zhuǎn)折，與地面上距針底各方向1.5h處相連接，圖2表示則其轉(zhuǎn)折點以下的斜線，即構(gòu)成保護空間的下半部。

如果用公式表達，則避雷針在地面上的保護半徑r=1.5h米。在儲油罐保護高度hx=23.5米的水平面上的保護半徑rx按下式計算：

(1)當(dāng)hx≥h/2時，rx=(h-hx)p米

(2)當(dāng)hx＜h/2時，rx=〔1.5h-2hx〕p米，式中

P-高度影響系數(shù)。h≤30米，P=1;

30米＜h≤√h。

3．對直擊雷防護，當(dāng)雷擊于避雷針，很大的雷電流通過接地引下線至接地裝置泄入大地時，在避雷針上將形成極高的電位，放電過成可能產(chǎn)生反擊電壓或跨步電壓，關(guān)于反擊的防止是降低接地電阻和保證避雷針與設(shè)備之間有足夠的距離，不發(fā)生避雷針向被保護物反擊的空間距離不應(yīng)小于5米。

4．避雷針安裝在罐區(qū)周邊比罐2倍高，遠(yuǎn)距罐30米至40米范圍是防雷主要可行措施。從雷擊儲油罐分析，主要原因是沒有足夠的避雷針做保護罐區(qū)。避雷針的作用，是它能對雷電場產(chǎn)生一個附加電場〔這附加電場是由于雷云對避雷針產(chǎn)生靜電感應(yīng)引起的〕，使雷電場畸變，而將雷云放電的道路吸引到本身，并由它及與它相聯(lián)的引下線和接地裝置，將雷電流泄放到大地中去，隔離雷電進入罐區(qū)，使儲油罐免受直接雷擊。

甬滬寧長距離輸送進口原油管道儲油罐的安全隱患整改，是保證輸油設(shè)備完好，優(yōu)化運行的基礎(chǔ)，現(xiàn)提出以下解決儲油罐安全隱患的整改措施；

1.儲油罐運行中曾出現(xiàn)的安全隱患主要是雷擊火災(zāi)事故發(fā)生，主要措施采納預(yù)防雷電進入罐區(qū)，應(yīng)在距灌區(qū)外30米以外處裝設(shè)高48m避雷針，引接直擊雷電直接入地，防止雷電進入罐區(qū)。

2．改造儲油罐密封結(jié)構(gòu)，改換一次密封為軟密封，有效封閉罐內(nèi)油氣外益,二次密封建議不帶內(nèi)隔膜形式的不銹鋼板。二次密封要與浮船做好電氣連接，防止一二次密封存積大量氣體，預(yù)防浮船移動產(chǎn)生靜電和雷擊引起火災(zāi)。

3.采用罐區(qū)阻雷措施，嵐山輸油站現(xiàn)有10萬m3單盤結(jié)構(gòu)外浮頂鋼制儲油罐8座，依據(jù)儲油罐位置，結(jié)合儲油罐現(xiàn)有的消防通道，每4座儲油罐劃分為一個防雷保護區(qū)，防雷保護區(qū)長200米，寬200米，每邊等距設(shè)避雷針3座，針高48米，防雷保護區(qū)相臨的消防通道已在阻雷保護之內(nèi)，不需裝設(shè)避雷針。一般移動的雷雨云面積大于30平方米，遇針即可放電，使云層內(nèi)的原子核顯中性，不顯電性?？蛇x用典型避雷針結(jié)構(gòu)制做，避雷針接地可采納典型獨立接地網(wǎng)?？勺柚估纂娺M入罐區(qū)。

4.罐區(qū)防雷保護加裝避雷針基本費用估算，每座避雷針制做和安裝綜合費用15萬元，嵐山輸油站現(xiàn)有10萬立方米單盤結(jié)構(gòu)外浮頂鋼制儲油罐8座，依據(jù)儲油罐位置劃分兩個阻雷區(qū)，需裝設(shè)16座避雷針。

5．嵐山輸油站罐區(qū)現(xiàn)有7座金屬架塔燈，高35米，相應(yīng)起到罐區(qū)阻雷作用，但不夠完全可靠，應(yīng)在現(xiàn)有可阻雷的6座金屬塔燈架上部焊接加高裝13米長的金屬針防雷，另外在原沒設(shè)塔燈的罐區(qū)進雷通道處需新設(shè)10座避雷針，估算費用共需165萬元人民幣。

大型儲油罐防雷防靜電安全措施,采納安裝避雷針，進行阻止雷電進入罐區(qū)，防止雷