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玻璃鋼儲罐防雷技術(shù)探討

文檔作者：劉福興李慶紅尤少燕陳斌文檔來源：中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年02月06日
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瓣 石油化工安全環(huán)保技術(shù) 謝
PETR0CHEMIcAL SAFETY AND ENVIR0NMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY 2012年第28卷第6期
防火防爆
玻璃鋼儲罐防雷技術(shù)探討
劉福興，李慶紅，尤少燕，陳 斌
(中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東 東營257000)
摘要：玻璃鋼儲罐具有壽命長、防腐性能好、電絕緣性好、自重輕、易制作、易清洗、
免維護(hù)和抗震等優(yōu)點(diǎn)。立式玻璃鋼儲罐主要用于油田的原油存儲、原油沉降和污水存儲等。由
于罐內(nèi)儲存液體的可燃性，當(dāng)遭受雷擊時(shí)，易產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)。目前有關(guān)玻璃鋼儲罐的雷電防
護(hù)技術(shù)措施薄弱。通過對玻璃鋼儲罐防雷現(xiàn)狀的調(diào)研及雷擊危害分析，根據(jù)雷電防護(hù)理論，
對玻璃鋼儲罐雷電防護(hù)技術(shù)進(jìn)行探討。
關(guān)鍵詞：玻璃鋼儲罐雷電危害 防雷技術(shù)
油田用立式玻璃鋼儲罐的建造，主要依據(jù)化
工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《耐化學(xué)腐蝕現(xiàn)場纏繞玻璃鋼大型容
器》(HGT 3983-2007)¨ 。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了耐化
學(xué)腐蝕現(xiàn)場繞制玻璃鋼大型容器的分類、技術(shù)要
求、檢驗(yàn)規(guī)則、標(biāo)志和說明等，但不包含防雷技
術(shù)措施。玻璃鋼儲罐的雷電防護(hù)應(yīng)依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)
《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》(GB l5599—
2009)12]。通過對油田用玻璃鋼儲罐防雷現(xiàn)狀進(jìn)
行調(diào)研和雷擊危害分析，綜合考慮雷電對玻璃鋼
儲罐的危害，結(jié)合現(xiàn)有雷電安全標(biāo)準(zhǔn)，提出玻璃
鋼儲罐防雷技術(shù)措施。
1 玻璃鋼儲罐防雷現(xiàn)狀
存在的主要問題有：
(1)直擊雷防護(hù)不符合《石油與石油設(shè)施雷
電安全規(guī)范》(GB 15599-2009)第4．2．1條的
要求。該條規(guī)定“非金屬儲罐應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針
(網(wǎng))等防直擊雷設(shè)備”。玻璃鋼儲罐未采取獨(dú)立
避雷針防護(hù)措施，依靠罐頂金屬護(hù)欄作為接閃
器；且罐頂呼吸閥、阻火器等金屬構(gòu)件高出護(hù)欄
0．5～1．0 m，不在護(hù)欄的防護(hù)范圍之內(nèi)。
(2)等電位連接及接地措施不完善，不符合
《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》(GB 15599—
2009)第4．2．4條的要求。該條規(guī)定“非金屬儲
罐的防護(hù)護(hù)欄、上罐梯、阻火器、呼吸閥、量油
孔、人孔、透光孔、法蘭等金屬附件均勻接地，
并應(yīng)在防直擊雷的保護(hù)范圍內(nèi)”。而實(shí)際玻璃鋼
儲罐在建設(shè)過程中，僅考慮了罐頂護(hù)欄和上罐梯
的接地，而呼吸閥、阻火器、量油孔、測溫孔、
人孔等金屬構(gòu)件均未等電位連接及接地。
2 玻璃鋼儲罐的雷擊危害
2．1 直擊雷熱效應(yīng)危害
直擊雷熱效應(yīng)可以在雷擊點(diǎn)局部范圍內(nèi)產(chǎn)生
高達(dá)6 000～10 000℃ ，甚至更高的溫度。一次電
荷量達(dá)180 oC的強(qiáng)雷電流，能量達(dá)250 kW ．h。
玻璃鋼儲罐主要原材料樹脂是熱固性塑料，一般
在200℃就開始分解，若雷擊點(diǎn)在玻璃鋼儲罐罐
體，雷擊點(diǎn)的高溫及能量足以引起玻璃鋼熱固塑
料分解甚至氣化。
玻璃鋼儲罐罐頂量油孔、呼吸閥等金屬構(gòu)
件，在雷云靜電感應(yīng)下聚集異性電荷，引起局部
電場的畸變，使其成為雷擊點(diǎn)的概率大大增加。
對于玻璃鋼儲油罐、原油沉降罐等，量油孔、呼
吸閥處常聚集油氣，雷擊可能引發(fā)火災(zāi)事故。
2．2 暫態(tài)電位升高與雷電反擊的危害
在直擊雷防護(hù)裝置中，當(dāng)接閃器受雷接閃
時(shí)，雷電流將沿接閃器經(jīng)引下線和接地體匯人大
收稿日期：2012—06—18。
作者簡介：劉福興，男，2008年畢業(yè)于西安科技大
學(xué)地質(zhì)工程專業(yè)，主要從事雷電防護(hù)和地震安全評
價(jià)工作，助理工程師。E—mail：350938774@qq．con
2012年第28卷第6期 禽 劉福興等．玻璃鋼儲罐防雷技術(shù)探討 謝
地。在此雷電流的傳輸過程中，防雷裝置中任意
一點(diǎn)的暫態(tài)電位可表示為：
uA=iRg+hLo (1)
式中： ——，4點(diǎn)對真實(shí)地的暫態(tài)電位，kV；
／ ——雷電流波頭時(shí)間變化率，kA／l~s；
— — 雷電流，kA；
船——接地體的沖擊接地電阻，Q；
— — 引下線單位長度電感，txH／m；
— — 4點(diǎn)到接地體的長度，m。
由(1)式可知，防雷裝置中任意一點(diǎn)暫態(tài)電
位的幅值取決于由雷電流幅值與沖擊接地電阻所
決定的電阻壓降和由雷電流波頭陡度與引下線的
電感壓降。電阻壓降和電感壓降使空氣擊穿的電
場強(qiáng)度是有差異的，電阻壓降的空氣擊穿場強(qiáng)可
近似取為500 kv／m，而電感壓降的空氣擊穿場強(qiáng)E
則與雷電流的波頭時(shí)間有關(guān)，它們之問的關(guān)系為：
E ：600(1+ ) (2)
1|
式中：E —— 電感壓降的空氣擊穿場強(qiáng)，kv／m；
r，—— 雷電流波頭時(shí)間， s。
防雷裝置暫態(tài)電位升高使得它與周圍不共地
或無接地的金屬體之間出現(xiàn)暫態(tài)電位差。當(dāng)玻璃
鋼儲罐防雷裝置或頂部金屬構(gòu)件遭受雷擊時(shí)，在
不共地的金屬構(gòu)件之間的暫態(tài)電位差“的作用
下，如果兩者之間的間隙距離滿足式(3)：
d < +
L ohI~ (3)
／5R tr／
則防雷裝置與玻璃鋼儲罐金屬構(gòu)件之間或玻
璃鋼儲罐金屬構(gòu)件之間的空氣間隙將被擊穿，使
得帶上高電位，并可能引發(fā)多個(gè)金屬構(gòu)件之間的
一系列反擊，導(dǎo)致嚴(yán)重的火災(zāi)事故、設(shè)施損
壞等。
2．3 電磁感應(yīng)危害
雷電感應(yīng)對玻璃鋼儲罐的危害主要通過由護(hù)
欄、上罐梯、保溫層骨架等金屬構(gòu)件組的回路感
應(yīng)產(chǎn)生的過電壓引起破壞或引發(fā)火災(zāi)、爆炸等
事故。
電磁感應(yīng)的過電壓幅值達(dá)到一定程度，回路
開口距離足夠小，才能產(chǎn)生破壞。回路開口處發(fā)
生擊穿的極限距離為：
d～ ： ： (4)
式中：d一——開口處發(fā)生擊穿的極限距離，ITI；
— — 電感降壓的空氣擊穿場強(qiáng)，E，．=
600(1+1／tz)；
— — 回路感應(yīng)電壓幅值，V；
肘— —互感系數(shù)；
，c——分支導(dǎo)體上流過的雷電流幅值，A；
7-廣雷電流波頭時(shí)間， s。
式(4)中，波頭時(shí)間可取為苛刻情況下的數(shù)
值0．25 txs。如果回路的開口距離小于d i ，則開
口處的空氣就會在回路感應(yīng)過電壓作用下發(fā)生擊
穿，出現(xiàn)火花放電，這將可能引燃周圍易燃介
質(zhì)，產(chǎn)生災(zāi)害。1989年黃島油庫大火，就是雷電
感應(yīng)在混凝土油罐暴露的鋼筋斷口，引起電火
花，引燃易燃介質(zhì)導(dǎo)致的重大雷電災(zāi)害事故。
3 玻璃鋼儲罐防雷技術(shù)措施
3．1 直擊雷防護(hù)措施
3．1．1 采用獨(dú)立避雷針防護(hù)
根據(jù)《石油與石油設(shè)施雷電規(guī)范》(GB
15599-2009)第4．2．1條、第4．2．2條及《建筑
物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057-2010)第4．2．1
條的規(guī)定 J，通過裝設(shè)獨(dú)立避雷針對玻璃鋼儲罐
進(jìn)行直擊雷防護(hù)，獨(dú)立避雷針與被保護(hù)儲罐的水平
距離應(yīng)滿足式(5)、(6)的要求，但不應(yīng)小于3 m。
當(dāng)h <5R 時(shí)，
S?！?．4( +0．1h ) (5)
當(dāng)h ≥5Ri時(shí)，
Js?！?．1(R +0．1h ) (6)
式中： ——儲罐頂高度或計(jì)算點(diǎn)的高度，IYI；
尺 ——避雷針接地裝置的沖擊接地電
阻，Q。
根據(jù)《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50074-2002)
附錄B中儲存易燃油品的地上固定頂油罐爆炸危
險(xiǎn)區(qū)域劃分 J，以通氣孔為中心半徑為1．5 m的
球形空間劃為1區(qū)。避雷針的保護(hù)范圍應(yīng)保護(hù)到
罐頂呼吸閥、阻火器上方1．5 m。獨(dú)立避雷針保
護(hù)范圍的計(jì)算方法采用滾球法，計(jì)算公式依據(jù)
《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50057-2010)附錄
A，取滾球半徑hr=30 ITI。等高雙針或等高四針
組合的保護(hù)范圍大于單針，優(yōu)先采用等高雙針或
等高四針。
豫 石油化工安全環(huán)保技術(shù) 蠢 2012年第28卷第6期
圖1 矩形布置的四支等高避雷針保護(hù)范圍示意
3．1．2 直接在罐頂裝設(shè)避雷針
在采用獨(dú)立避雷針難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，可在玻璃鋼
儲罐罐頂護(hù)欄處安裝3～4支避雷針，避雷針的保
護(hù)范圍應(yīng)保護(hù)到罐頂呼吸閥、阻火器上方1．5 m。
避雷針在護(hù)欄處的安裝位置應(yīng)均勻分布。避雷針
的規(guī)格應(yīng)滿足下列要求：
(1)針長

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