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1、大型储油罐防雷防静电安全措施探讨 1 大型储油罐基本结构2004 年建成投运的甬沪宁(宁波- 上海- 南京)长距离输送进口原油管道, 全线设有6 座大型油库和泵站。目前, 总原油储量399104 m3。其中的岚山输油泵站拥有10104 m3 单盘结构外浮顶钢制储油罐8 座, 总库容80104 m3, 储油罐单罐直径81 m, 罐壁高度23.5 m, 安全罐位2.5 m 至19.5 m, 设计极限罐位2.0 m 至19.9 m, 立柱数量144 个, 底顶柱高1.96 m, 单盘半径34.75 m, 罐浮舱数量45 个, 浮顶浮船外半径39.75 m, 浮顶浮船重325.168 t, 浮顶集水坑
2、数量5 套, 紧急排水管规格DN150, 单盘人孔数量4 套, 罐壁人孔规格DN600, 呼吸阀数量4 套, 导向管1根, 量油管1根, 浮舱与罐壁采用金属静电导输线连接2 根, 罐壁连接防雷防静电接地10 处, 配套自动化安全消防保护系统自成体系, 采用计算机控制实现消防,站控、变电岗位联合预警、报警和及时启动消防措施, 完成储油罐的日常运行及安全消防管理。2 大型油罐雷击事故案例甬沪宁长距离输送进口原油管道站库拥有10104m3 单盘结构外浮顶钢制储油罐22 座,( 其中册子岛油库6 座, 岚山输油站8 座, 白沙湾输油站8 座) 。例举此类型储油罐在运行中曾经出现的问题和安全隐患, 需要
3、研究解决。a) 2006 年8 月7 日12 时45 分, 仪征输油站G- 16 号15104 m3 储油罐遭遇雷击, 造成浮顶与罐壁间的二次密封局部起火, 火焰高6 m 以上。b) 2007 年5 月24 日16 时16 分, 相邻岚山输油站罐区距500 m 的镇海国家储备油库G- 47号10104 m3 储油罐遭雷击, 造成浮顶与罐壁间的二次密封局部起火, 火焰高4 m 以上。c) 2007 年6 月24 日16 时03 分, 相临岚山输油站罐区距500 m 的镇海国家储备油库G- 47号10104 m3 储油罐第2 次遭雷击, 造成浮顶与罐壁间的二次密封局部起火, 火焰高4 m 以上。d
4、) 2007 年7 月7 日15 时20 分, 甬沪宁线白沙湾输油站G- 3 号10104 m3 储油罐一二次密封间被雷击爆炸着火, 共有7 处着火点, 几乎连成大半圈, 一二次密封和局部泡沫堰板爆开, 二次密封板破坏。4 个呼吸阀被爆开断裂, 密封胶皮完全燃烬, 罐区火情监控系统同时遭雷击损坏。从以上案例可以看出, 原设计没有在罐区外边境装设避雷针进行防雷保护, 使储油罐区存在着严重的防雷安全隐患。3 可燃气体浓度检测结果2007 年7 月16 日17 时10 分, 用XP- 311A型标准可燃气体测试仪分别对岚山输油站G- 1( 油品是阿曼, 油温是31, 罐位17.504m) , G-
5、2( 油品是卡宾达, 油温是29, 罐位16.1m) , G- 3( 油品是卡宾达, 油温是29, 罐位15.636m) ,G- 5( 油品是奎都, 油温是30, 罐位10.31m) 储油罐二次密封内的可燃气体进行浓度测试。2007年7 月17 日9 时30 分, 用XP- 311A 型标准可燃气体测试仪分别对岚山输油站G- 4( 油品是阿曼,油温是31, 罐位16.56m) , G- 6( 油品是沙中重,油温是29, 罐位15.175m) , G- 7 ( 油品是沙中重, 油温是29, 罐位11.068m) , G- 8( 油品凯沙杰, 油温是29, 罐位13.512m) 储油罐二次密封内的
6、可燃气体进行浓度测试, VOC 综合可燃气浓度均到达爆炸下限的80%100% , 此范围表明一旦遇到明火立即可燃可爆, 引起火灾。4 雷电对罐区的危害我国把年平均雷暴日不超过15 天的地区叫少雷区, 超过40 天的叫多雷区。岚山输油站地处在宁波地区, 近3 年统计, 雷暴日都在60 天以上,是多雷区。从雷击储油罐引起火灾的事例分析, 多是雷雨天气, 带有一种雨云电荷移动到与罐区上方及周边的另一种集聚的电荷相碰通过大罐金属物体放电, 产生闪电直击罐区。雷电电流强度可达万安以上, 瞬间闪电及明火温度高达千度以上, 雷电直接对储油罐放电, 其过电压所引起的强大雷电流将通过罐体入地, 从而产生破坏性很
7、大的热效应,直击雷是引起储油罐雷击火灾的主要原因。储油罐区防雷的薄弱环节主要原因是储油罐遭雷击之前, 罐区没有装设避雷针防雷, 仅靠罐壁上焊接1m 高的金属避雷带引放雷电流防雷并不可靠, 一旦油罐上落雷, 尽管油罐壁接地良好能及时放电, 但罐顶金属浮船单盘在雷电强大的高电压大电流的作用下, 放电过程将会产生火花引起火灾。在储油罐发生雷击引起火灾之后,即使在罐顶金属浮船单盘与罐壁接地系统增加了2 根静电导输线措施, 依然不能完全避免储油罐遭雷击引起火灾事故的发生。因此, 应从罐区阻雷措施入手, 防止雷电进入罐区, 确保储油罐安全运行。5 阻止雷电措施原理a) 防雷设备避雷针。避雷针下端的引下线与
8、接地装置焊接, 该引下线如采用圆钢, 直径不得小于8 mm, 如采用扁钢, 厚度不得小于4 mm, 截面积不得小于48 mm2,其接地电阻值应小于10。b) 单避雷针保护范围, 从针的顶点向下作45的斜线, 构成椎形保护空间的上部45的斜线在0.5h 处转折, 与地面上距针底各方向1.5h 处相连接, h 表示避雷针的高度( m) 。如图1 所示,其转折点以下的斜线, 即构成保护空间的下半部。如果用公式表达, 则避雷针在地面上的保护半径r =1.5h( m) 。在储油罐保护高度hx=23.5m 的水平面上的保护半径rx 按下式计算:当hx 0.5h 时, rx=(h- hx)P当hx 0.5h
9、 时, rx=( 1.5h- 2hx) P式中: P高度影响系数;当h30m, P=1; 当30m h120m, P=5.5/ !h 。c) 对直击雷防护。当很大的雷电流通过接地线引至接地装置泄入大地时, 在避雷针上将形成极高的电位, 放电过程可能产生反击电压或跨步电压。对于反击电压的防止, 是降低接地电阻和保证避雷针与设备之间有足够的距离, 其空间距离不应小于5 m。d) 避雷针安装在罐区周边, 且高于罐高2 倍,远距罐体30 m 至40 m 范围是防雷主要区域。从雷击储油罐分析, 主要原因是没有足够的避雷措施来保护罐区。6 整改措施甬沪宁长距离输送进口原油管道储油罐安全隐患的整改, 是确保
10、输油设备完好, 优化运行的基础, 现提出以下解决储油罐安全隐患的整改措施。a) 在罐区外边境合理位置装设避雷针构成阻雷措施, 以达到防护目的。在距罐区30 m 以外处装设高48 m 避雷针, 引接直击雷电直接入地, 防止雷电进入罐区。b) 改造储油罐密封结构, 将一次机械密封改为软密封, 有效封闭罐内油气外溢,二次密封建议采用不带内隔膜形式的不锈钢板。二次密封要与浮船做好电气连接, 防止一二次密封间存积大量气体, 预防浮船移动产生静电和雷击引起火灾。c) 采取罐区阻雷措施。岚山输油站现有10104 m3 单盘结构外浮顶钢制储油罐8 座, 根据储油罐位置, 结合储油罐现有的消防通道, 每4 座储
11、油罐划分为一个防雷保护区, 防雷保护区长200 m,宽200 m, 每边等距设避雷针3 座, 针高48 m, 防雷保护区相临的消防通道已在阻雷保护之内, 不需装设避雷针。一般移动的雷雨云面积大于30 m2,遇针即可放电, 使云层内的原子核显中性, 不显电性。可选用典型避雷针结构制做, 避雷针接地可采用典型独立接地网。7 结语大型储油罐防雷防静电安全措施, 采用安装避雷针, 阻止雷电进入罐区, 防止雷击到储油罐,还须进行可行性研究和分析。从大自然雷电现象分析, 通过避雷针引雷, 可使雷电云带有的电荷提前释放, 对罐区形成可靠的防雷隔离墙, 阻止雷电云移动到罐区上方危险区域, 起到阻止雷电进入罐区的作用, 防止雷击到储油罐, 引起火灾, 是比较可行的措施。