?????? [摘要]近年來(lái)，油罐雷擊著(zhù)火事故頻繁發(fā)生，產(chǎn)生的社會(huì )影響、后果及經(jīng)濟損失都十分嚴重。文章通過(guò)某公司G403雷擊爆炸著(zhù)火事故原因分析與防雷措施的探討，旨在儲油罐運行安全方面提出更全面、更有效的防雷技術(shù)措施與預防管理方法。
[關(guān)鍵詞]油罐 雷擊 石腦油 避雷針

在石油化工行業(yè)中，油品儲存設施基本采用鋼質(zhì)金屬油罐，具有一定高度，比一般建筑物更易引雷電，而它所儲存的油品、化工原料絕大多數為易燃、易爆物質(zhì)，一旦遭雷擊，勢必引發(fā)爆炸和火災事故的發(fā)生，后果不堪設想。特別在我國東南沿海部分地區春夏季節多為雷雨天氣，遭受雷擊的可能性更大，采取有效的技術(shù)措施，預防雷擊事故這一自然災害的發(fā)生成了石化企業(yè)的必修課。
油罐遭雷擊主要有兩種基本形式：一是雷電直接擊中油罐，強電流通過(guò)油罐放電入地，產(chǎn)生破壞力極強的熱效應，并伴隨著(zhù)強烈放電，放電溫度能高達2000℃，直接破壞物體，叫“直擊雷”。另一種叫“感應雷”，它的形成過(guò)程是由帶電云層接近地面，在油罐等凸出頂部感應出大量異性電荷。
當雷電擊中油罐，高電壓火放電產(chǎn)生火花直接引爆油罐內油氣體并產(chǎn)生巨大的轟炸聲，引燃罐內油品，瞬間造成油罐上方濃煙密布，火光沖天，毫無(wú)征兆可言，熱幅射將進(jìn)一步引爆鄰近多個(gè)油罐，更有甚至如其中有一油罐的中、底部炸裂，油品大量泄出，短時(shí)間內能將整個(gè)罐區變成一片火海，后果不可想象?？梢?jiàn)在石油化工行業(yè)中，一旦油罐遭雷擊，所產(chǎn)生的火災危害，其擴散速度極快、破壞力極大、危害性極強。
1 事故描述
2007年某日，某公司儲運部G403罐突遭雷電，當時(shí)油罐正在收Ⅰ加氫汽油、Ⅲ加氫汽油、Ⅳ加氫汽油、Ⅱ非芳汽油、輕烴回收T1102底石腦油，收油量為105t/h，罐內油溫35.4℃，15:54罐內液位9.53m。15:55左右，雷電突發(fā)，幾乎與此同時(shí)G403罐發(fā)生爆炸并著(zhù)火，油罐上方頓時(shí)濃煙滾滾，迅速升騰起七、八米高的火焰，崗位操作人員立即開(kāi)啟G403罐噴淋降溫冷卻，采取停止G403罐收油改進(jìn)G309罐等相應的工藝措施，同時(shí)有關(guān)人員迅速組織應急搶險工作。
消防大隊聽(tīng)到雷擊油罐爆炸聲后，以第一時(shí)間、最快的速度，緊急出動(dòng)一、二中隊消防車(chē)輛共14輛，于15:58到達事故現場(chǎng)，同時(shí)G403罐又相繼發(fā)生第二、第三次閃爆。公司領(lǐng)導及有關(guān)處室人員接到報警后立即趕赴現場(chǎng)，成立現場(chǎng)應急指揮部，對消防撲救和工藝處理實(shí)施了統一指揮，采取“以固為主、固移結合、四面合擊、重點(diǎn)突破”的戰術(shù)，迅速展開(kāi)撲救，大火在持續了20分鐘后于16:15基本撲滅，無(wú)一人員傷亡。
在此事故之前，離該公司不遠處的某油庫也發(fā)生了類(lèi)似雷擊事故，2007年5月24日、6月24日油庫的10萬(wàn)立油罐（外浮頂罐）竟連續兩次被雷擊著(zhù)火，所幸的只是浮盤(pán)密封處起火，消防系統啟動(dòng)迅速及時(shí)，當即撲滅了火情，無(wú)任何損失，而后于7月7日管道公司杭州白沙灣中轉站10萬(wàn)立原油罐也發(fā)生了雷擊著(zhù)火。
2 事故原因分析
G403罐為石腦油罐，石腦油的閃點(diǎn)為-58～10 ℃，爆炸極限為0.76%～6.9%。主要成份為C5～C12，組份輕，極易揮發(fā)，加上在油罐收石腦油時(shí)浮盤(pán)通氣孔會(huì )發(fā)生噴油現象（外浮頂罐經(jīng)常發(fā)生可以觀(guān)察到），由此得知，油罐浮盤(pán)上方空間很可能充滿(mǎn)著(zhù)易燃易爆油氣，并通過(guò)阻火器、呼吸口等處排放至大氣中。
事故發(fā)生后，對其它輕質(zhì)油罐罐頂采樣口可燃氣的檢測（見(jiàn)表1），可推測當時(shí)G403浮頂上方已聚集大量揮發(fā)油氣并形成爆炸氣體。
表1 輕質(zhì)油罐罐頂采樣口可燃氣含量
罐號
檢測日期
可燃氣含量
備注
G312
2007-07-03T16:00
>2%
可燃氣超過(guò)爆炸下限
G405
2007-07-03T16:30
>2%
可燃氣超過(guò)爆炸下限
G511
2007-07-04T14:30
>2%
可燃氣超過(guò)爆炸下限
G914
2007-07-05T15:00
>2%
可燃氣超過(guò)爆炸下限
經(jīng)調查確認，G403現場(chǎng)周?chē)鸁o(wú)施工或檢維修作業(yè)。從事故現場(chǎng)分析可推測爆炸點(diǎn)火源可能為雷擊、靜電火花、儀表電氣火花、硫化亞鐵自燃等因素造成。
2.1 當地氣象情況
公司地處屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均雷暴天數一般有31.1天，最長(cháng)有47天，最早出現在1月29日，最晚11月4日結束，屬典型的南方多雷雨天氣。４月至９月，尤其是６月到８月，是雷雨和暴雨的高發(fā)季節。6月29日，最高氣溫37℃，午后有雷陣雨。
2.2 儲罐設施情況
G403罐為石腦油罐系內浮頂結構，有效容積5 000 m3，罐高14.5 m，直徑22.2 m，安全高度12.5 m，罐壁厚度6～10 mm。2000年，該罐在原地重建，2006年6月大修時(shí)增設固定式消防冷卻水噴淋系統。事故后進(jìn)入罐體檢查發(fā)現，浮盤(pán)東側支架燒塌，浮盤(pán)向下傾斜，東側浮盤(pán)局部燒損，數只浮筒爆裂，罐內壁未過(guò)火處防腐層完好，未發(fā)現明顯腐蝕現象，罐壁表面基本沒(méi)有硫化亞鐵鐵銹，排除因硫化亞鐵自燃引爆油罐因素。
2.3 罐體防雷防靜電設施情況
油罐未裝設防直擊雷的避雷針（網(wǎng)）設置，符合國家規范GB 50074-2002 《石油庫設計規范》第14.2章“防雷”的要求可不裝設避雷針，油罐每月檢查浮盤(pán)與罐體間連接導線(xiàn)完好，并對G403罐體防雷設施進(jìn)行全面檢測如下：
（1）罐體接地點(diǎn)四處：罐體共設4組接地引下線(xiàn)，沿罐壁圓周基本呈對稱(chēng)分布。引下線(xiàn)之間的間距分別為：19.5 m、18.5 m、13.5 m、19 m。滿(mǎn)足國家標準接地不少于2點(diǎn)及間距不大于30 m的要求。
（2）接地電阻的檢測：分別為0.30 Ω、0.32 Ω、0.24 Ω、0.24 Ω；滿(mǎn)足國家標準不大于10 Ω的要求。
上述檢測表明排除靜電火花為點(diǎn)火源的可能性。
2.4 儀表、電氣等線(xiàn)路情況
油罐附屬儀表、電氣等設施，均采用防爆器材，因該罐為2006年進(jìn)行過(guò)大修，儀表電氣均完好，油罐爆炸著(zhù)火事故發(fā)生前控制室及現場(chǎng)未發(fā)生儀表及電氣等方面的異常，事故發(fā)生后現場(chǎng)查看也未發(fā)現儀表電氣線(xiàn)路老化、短路等現象，可排除儀表電氣產(chǎn)生火花的可能。
通過(guò)以上分析，結論該罐著(zhù)火爆炸的點(diǎn)火源為雷電且系直擊雷所致，確定事故原因為雷擊引爆G403罐罐壁通氣孔揮發(fā)油氣，進(jìn)一步引爆儲罐內浮盤(pán)上方油氣與空氣的混合物，撕裂罐頂鋼板后，罐內油品劇烈燃燒形成火災事故。
3 防雷技術(shù)措施
公司建廠(chǎng)30余年，在煉油化工行業(yè)中，無(wú)論是生產(chǎn)綜合管理，還是設施維護管理方面都經(jīng)驗豐富，專(zhuān)業(yè)技術(shù)一流，從建廠(chǎng)起就嚴格按國家標準、行業(yè)標準等有關(guān)規定對廠(chǎng)區內所有的生產(chǎn)設備、儲存設施、電氣、儀表等設施都采取了必需的防雷技術(shù)與措施。其雷電防護已達到標準化、系統化，形成了綜合治理、層層設防、立體防御、系統保護的現代雷電防護總體原則，應用接閃、分流、屏蔽、等電位連接、共用接地系統、合理布線(xiàn)等綜合措施進(jìn)行全方位系統防護。
事故前該公司油罐所采取的相關(guān)防雷措施：
（1）設置避雷針（網(wǎng)）。目前避雷針安裝有兩種方法，一種是在罐區油罐旁一定距離處設置若干避雷針，如1#原油罐區、2#渣油罐區、5#加氫柴油罐區等煉油老罐區；另一種是直接在油罐本體頂部邊沿裝設避雷針，如G302-308等拱頂油罐。避雷針、引下線(xiàn)與接地網(wǎng)絡(luò )形成構成一個(gè)完整的電氣通道，能將絕大部分雷電流直接引入地下泄散。避雷針的防雷原理可以用滾球法理論解釋?zhuān)矗喊霃綖镽的球與避雷針和地面相切繞避雷針滾動(dòng)一般所形成的陰影區域即為避雷針的保護范圍。R越小，進(jìn)入保護范圍的雷擊能量越小，避雷針?lè )览仔Ч胶?。它主要用于防直擊雷，因直擊雷概率雖小，但對設施破壞極大。
（2）罐體安裝防雷接地。油罐接地點(diǎn)根據罐容積量大小，不同設計安裝，如5000立油罐基本罐體接地點(diǎn)4處，但油罐防雷接地點(diǎn)均不少于2處；接地點(diǎn)沿油罐周長(cháng)的間距在設計建造時(shí)均小于30m，接地電阻小于10Ω，因接地點(diǎn)可能會(huì )因外界大氣、環(huán)境等因素腐蝕產(chǎn)生接地不良情況，由電氣專(zhuān)業(yè)人員定期檢測其電阻值。保證油罐的良好接地，可有效降低雷擊產(chǎn)生的危害。
（3）罐頂鋼板厚度大于4 mm且安裝阻火器。因裝有阻火器的油罐在導電性能上是連續的，當罐頂鋼板厚度大于或等于4mm時(shí)，對雷電有自身保護能力，可無(wú)需裝避雷針保護。中國科學(xué)院電工研究所與相關(guān)專(zhuān)業(yè)組曾進(jìn)行過(guò)石油儲罐雷擊模擬試驗。模擬雷電流的幅值為146.6～220kA(能量為133.4～201.8 J)，鋼板熔化深度為0.076～0.352mm?？紤]到實(shí)際上的各種不利因素（如材料的不均勻性、使用后鋼板腐蝕等）及富裕量，規定鋼板厚度大于或等于4mm，對防雷要求來(lái)說(shuō)是足夠安全的。
（4）對（內）浮頂罐的浮頂與罐體處裝設2根以上的連接導線(xiàn)。浮頂罐裝設橫截面為25 mm2的軟銅復絞線(xiàn)，內浮頂罐裝設橫截面為16 mm2的軟銅復絞線(xiàn)。其目的是導走浮盤(pán)上的感應雷電荷和油品傳到金屬浮盤(pán)上的靜電荷，防止浮盤(pán)上產(chǎn)生大最感應電荷與罐體間形成高電壓差出現火花。
（5）其它用于防護電氣、儀表等系統防雷措施，如采用屏蔽電纜、安裝浪涌保護器等。
事故后，從管理上采取的一系列措施：
（1）制訂夏季雷暴期間儲罐收付油品防范措施，減少油氣呼吸量，杜絕儲罐浮頂噴油現象。進(jìn)一步強化對收、付油品等相關(guān)操作和作業(yè)進(jìn)行危害識別和風(fēng)險評價(jià)，針對風(fēng)險評價(jià)結果，制定和落實(shí)相應的安全預防措施。①控制好石腦油的切割和進(jìn)罐溫度，在暴雨期間要控制進(jìn)罐量、分散進(jìn)料；②嚴格執行工藝紀律，上游裝置保持平衡操作，油品外放量要相對穩定；要采取措施確保出裝置油品溫度不超工藝卡片、不夾帶輕組份，盡量減少罐內油氣揮發(fā)；③當氣溫較高或雷雨來(lái)臨前，有噴淋設施的油罐要及時(shí)啟動(dòng)噴淋進(jìn)行降溫。
（2）抓好煉油裝置的源頭管理，減少操作波動(dòng)，穩定石腦油生產(chǎn)組份蒸汽壓，同時(shí)減少裝置出石腦油中C5等輕質(zhì)組份，增加石腦油罐容，緩和油罐的油氣揮發(fā)。
（3）開(kāi)展對設備防雷接地設施全面排查工作。按要求每年分兩次進(jìn)行接電測試，確保接地電阻值在國家規范要求范圍內。
（4）對部分無(wú)消防噴淋設施的輕質(zhì)油罐增設消防噴淋，一旦油罐發(fā)生火災，可快速開(kāi)啟水噴淋冷卻自身和鄰近周?chē)凸?，保護油罐設施，可有效抑制事故的擴散。
4 油罐頻遭雷擊分析
為什么在按國家標準規范要求采取了眾多防雷技術(shù)措施條件下，還是相繼出現油罐雷擊爆炸火災事故？針對目前雷電現象、儲油罐防雷措施方面，我們共同作如下分析：
（1）雷電為自然現象，根本無(wú)法消除也無(wú)法預測，只能采取相關(guān)防范措施。它的出現只與地區有關(guān)，雷電活動(dòng)的強度是因地區的不同而不同的，有的地區強，有的地區弱。雖說(shuō)雷電擊中油罐發(fā)生火災機率相對較小，但人為根本無(wú)法100%預防。
（2）目前一些大型儲罐浮盤(pán)與罐體間的連接導線(xiàn)導電性能不佳。雷云接近儲油罐時(shí)，浮盤(pán)的雷電荷無(wú)法快速消除之間產(chǎn)生的電壓差。對大型儲油罐而言，如某油庫10萬(wàn)，直徑達80米，于2007年5月24日、6月24日連續兩次發(fā)生雷擊，分析原因很可能是感應雷引起。云層中電荷累積到一定程度就形成高電壓，當雷云接近油罐時(shí)，直徑80米之大的浮盤(pán)上感應出大量異性電荷，而此時(shí)浮盤(pán)與罐體間只有兩根截面積為25 mm2接地銅絞線(xiàn)，浮盤(pán)上的大量電荷無(wú)法迅速導走消除，浮盤(pán)與罐壁間形成電壓差，導致機械密封處鐵板與罐壁間瞬間放電，產(chǎn)生火花引爆一次密封與二次密封間的爆炸氣體，發(fā)生火災。事故發(fā)生后，油庫相關(guān)技術(shù)專(zhuān)家馬上提出整改方案，在浮盤(pán)與罐體間又增設四根50mm2接地軟銅絞線(xiàn)。
（3）大多油罐（庫）未裝設避雷針（網(wǎng)）。油罐遭雷擊大多為浮頂儲油罐，采用浮盤(pán)密封，罐鋼板厚度均大于4mm，且裝有阻火器，接地良好，按國家規范要求可不裝設避雷針（網(wǎng)）保護。油罐不設避雷針（網(wǎng)）防護，其中有一重要因素是認為由于浮頂罐儲存油品采用浮盤(pán)密封，通常密封比較嚴密，理論來(lái)說(shuō)浮頂上的油氣較少，一般達不到爆炸下限，也就是說(shuō)即使雷電擊中油罐，其著(zhù)火也只發(fā)生在密封圈不嚴處，容易撲滅。再者避雷針實(shí)際是引雷的，當雷電引至避雷針經(jīng)引下線(xiàn)至接地網(wǎng)絡(luò )，其流入地處的地電位升高，引下線(xiàn)周?chē)臻g形成強烈的電磁脈沖。雷擊點(diǎn)附近的通訊線(xiàn)路、信號控制線(xiàn)路、射頻傳輸線(xiàn)路會(huì )通過(guò)反擊和電磁耦合的方式，形成暫態(tài)過(guò)電壓，并以雷電波的形式沿線(xiàn)路傳播，危害電子設備。其實(shí)不然，儲存易揮發(fā)的輕質(zhì)油罐的浮盤(pán)密封不管是機械密封、橡膠密封都不可能達到100%嚴密，對于密封性能很好的二次機械密封來(lái)講，其一次密封與二次密封間也存在爆炸氣體。實(shí)際上對外浮頂罐，浮盤(pán)上方直接與大氣相通，密封處所逃逸出的少量易燃易爆油氣很容易散開(kāi)，一般情況可能達不到爆炸下限；但對內浮頂罐則在浮盤(pán)上方是封閉空間，密封不嚴所產(chǎn)生少量易燃易爆油氣很容易聚積在一起，久而久之便形成達到爆炸下限的爆炸氣體（如表1），一旦遭雷擊，即瞬間爆炸。顯然可見(jiàn)，油罐既然儲存易燃易爆介質(zhì)，若無(wú)可靠、有效的防雷設施，安全隱患不小。
有人可能會(huì )認為，儲存易燃易爆的油罐無(wú)論如何都必須裝設避雷針。我們則認為就算裝設避雷針也不能全面防護油罐不受雷擊。有關(guān)防雷專(zhuān)家曾對避雷針保護范圍做了大量實(shí)驗，實(shí)驗表明避雷針只能保護一定范圍內的建筑物，如單支避雷針所能防護范圍見(jiàn)表2（注：當側方襲來(lái)的下行雷電先導被避雷針引近而未能在針端接閃時(shí)，會(huì )出現閃電擊中避雷針附近地面的情況，使得高架避雷針附近的地面落雷密度較該處平均落雷密度大，該地面稱(chēng)為散擊區）。多支避雷針?lè )雷o范圍計算詳見(jiàn)GB50057 94（2000版）《建筑物防雷設計規范》。如對于南京輸油處儀征輸油站16號15萬(wàn)方原油儲罐容量15萬(wàn)噸、直徑約100米、高22米來(lái)說(shuō)，理論上可能需安裝五六十米且多支避雷針?lè )娇?，而裝設了以后是否真正能起到防雷效果，也可以說(shuō)是個(gè)未知數，畢竟理論應立足實(shí)際現象來(lái)解決問(wèn)題。
表2 避雷針的高度對其保護區和散擊區的影響
避雷針高度/m
10
20
30
40
60
80
100
地面保護區半徑/m
32
45
52
56
60
60
60
地散擊區半徑/m
89
127
155
179
219
253
282
5 油罐防雷措施探討
從目前現狀來(lái)看，油罐的防雷已引起地方企業(yè)及業(yè)內專(zhuān)家的高度重視。對于油罐來(lái)說(shuō)，按照設計規范做好防雷、防靜電接地設施以外，還需要加強日常對防雷接地的測試，保證防雷設施有效。根據石油化工儲罐實(shí)際運行狀況分析及多年的工作經(jīng)驗，我們認為應進(jìn)一步對目前規范要求之外防雷措施與管理辦法方面的研究與探討：
（1）針對大型儲油罐防雷措施，一方面可通過(guò)加大浮盤(pán)與罐體間連接導線(xiàn)的截面積來(lái)加快電荷流動(dòng)，以平衡浮盤(pán)與罐體間的電壓；另一方面可利用油罐浮盤(pán)本體連接的設施中央排水管（因浮盤(pán)上下大幅度升降，需一根根密封相連可伸縮疊攏放置，俗稱(chēng)疊管），通過(guò)排水管連接至罐體將電荷導入地面，可在排水管法蘭連接絕緣處安裝截面積足夠大的連接導線(xiàn)，并保證整根疊管的電氣通道良好。通過(guò)此法可有效防止浮盤(pán)上感應雷電荷的積累，避免浮盤(pán)邊緣與罐體間產(chǎn)生火花，引爆一、二次密封間的爆炸氣體。
（2）在中雷區以上區域（一般認為年平均雷暴日不超過(guò)25天的地區為少雷區；年平均雷暴日在26～40天的地區為中雷區；年平均雷暴日在41～90天的地區為多雷區；年平均雷暴日超過(guò)90天的地區稱(chēng)為強雷區），對于大面積分布的易燃、易爆、易揮發(fā)性輕質(zhì)油品的中小型儲罐，條件許可的情況下建議裝設避雷針（網(wǎng)），裝設這種常規避雷設施可有效防范直雷擊，以降低雷擊事故的發(fā)生機率。
（3）對東南沿海地區的石油化工企業(yè)管理中，應加強防雷措施方面的應急生產(chǎn)管理，特別在雷暴多發(fā)季節里，應嚴格控制裝置出來(lái)油品組份，及時(shí)調整生產(chǎn)工藝、儲罐收付狀態(tài)等各類(lèi)管理措施來(lái)預防雷電危害。
防雷始終是石化企業(yè)必須面臨的一個(gè)問(wèn)題，如何能切實(shí)有效地防止雷電災害，可否采取一些更好的防雷手段，比如區域防雷是在防雷領(lǐng)域內的一個(gè)新思路，但是目前國內外涉及并取得良好效果的實(shí)例還不多；又如其它所謂的新型防雷設施：消雷器、限流避雷針、脈沖避雷針等各式非標準防雷裝置，應作嚴格而科學(xué)、客觀(guān)的調研及分析，不宜輕易地推廣和應用這些技術(shù)。我們應在嚴格按國家規范、標準防雷技術(shù)的基礎上作更進(jìn)一步深入的學(xué)習、研究與探討，以保障人民、企業(yè)、國家的財產(chǎn)不受雷害損失。


參考文獻
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