石油化工企业防雷技术

石油化工企业防雷技术中国石油天然气股份有限公司安全技术研究所第一部分石油化工和石油化工企业雷电灾害事故案例雷电是一种大气自然现象，它是联合国减灾十年委员会公布的对人类威胁最严重的八大自然灾害之一。在科学技术不发达的古代，雷电被蒙上了神秘的色彩，除了灾难，它留给人类更多的是迷信和恐惧。直到17世纪中叶，美国科学家富兰克林通过实验证实了天电（雷电）与地电的同一性，并发明和使用了“避雷针”，人们才逐步对雷电有了理性和科学的认识。地球上，任何时刻都会有约2000个地点出现雷暴，平均每天要发生800万次闪电，每次闪电在微秒级瞬间可释放出55KW·h以上能量。据统计，全球平均每年因雷电灾害造成的直接损失超过10亿美元，死亡人数在3千人以上，这个数据的统计还不包括我国。我国每年因雷击造成的人员伤亡约有3000人至4000人，财产损失在50亿到100亿元人民币。一、黄岛油库爆炸事故1、事故经过1989年8月12日9时55分，随着一条刺目的闪电撕破长空，其5号半地下储油罐内储存的1.6万吨原油燃烧，火焰高达数十米，形成3400余平方米的大火。黄岛油库火灾造成40名消防战士和5名油库职工牺牲，66名官兵和12名油库职工受伤，烧毁油罐5座，原油34.6万吨老罐区所有配套设施，造成直接经济损失3540万元。2事故原因是由于该库区遭受对地雷击产生感应火花而引起爆油气。根据是：(1)8月12日9时55分左右，有6人从不同地点目击，5号油罐起火前，在该区域有对地雷击。(2)中国科学院空间中心测得，当时该地区曾有过二三次落地雷，最大一次电流104kA。(3)5号罐的罐体结构及罐顶设施随着使用年限的延长，预制板裂缝和保护层脱落，使钢筋外露。罐顶部防感应雷屏蔽网连接处均用铁卡压固。油品取样孔采用九层铁丝网覆盖。5号罐体中钢筋及金属部件的电气连接不可靠的地方颇多，均有因感应电压而产生火花放电的可能性。(4)根据电气原理，50～60米以外的天空或地面雷感应，可使电气设施100～200毫米的间隙放电。从5号油罐的金属间隙看，在周围几百米内有对地的雷击时，只要有几百伏的感应电压就可以产生火花放电。(5)5号油罐自8月12时凌晨2时起到9时55分起火时，一直在进油。与此同时，必然向罐顶周围排放同等体积的油气，使罐外顶部形成一层达到爆炸极限范围的油气层。此外，根据油气分层原理，罐内大部分空间的油气虽处于爆炸上限，但由于油气分布不均匀，通气所孔及罐体裂缝处的油气浓度较低，仍处于爆炸极限范围。二、五万立方米浮顶原油罐雷击着火一九八七年八月十一日下午七时四十分左右，某石化公司五万立方米原油罐103#浮顶原油罐被雷击造成油气着火。职工及时发现报警，厂立即出动了8台消防车进行补救，十分钟左右控制住火势。附近文冲造船厂、黄埔港务局以及广州市消防队先后派出26台消防车前来支援，至晚上9时30分油罐火灾全部扑灭。火灾未发生人身伤亡，未影响正常生产，油罐设备未遭受损坏。据事故后调查计算，事故烧掉原油1.51吨。三、1999年8月27日凌晨2时许，浦东高桥上海炼油厂遭雷击，105号浮顶油罐（储油量2万吨）被雷击中起火。由于厂消防队扑救及时，火势于2时32分扑灭，未造成重大损失。经检查，油罐防雷装置符合设计规范要求。据分析，起火原因是油罐密封胶圈渗漏出的油气与空气混合被雷击中引起燃烧。四、黄陂县石油总公司横店石油储库“7．13”特大雷击火灾事故分析武汉市黄陂县石油总公司横店石油储库1998年7月13日下午4时10分遭直击雷击，造成库区4号储罐起火爆炸，烧毁0号柴油125t及1000m3柴油罐一座，造成重大经济损失。火灾发生后，出动消防车42台，参加灭火指挥及现场工作人员达300余人，经过1小时30分钟的全力抢救，大火于下午5时40分全部扑灭，保证了库内1万余吨石油的安全。事故原因为：1、由于该段时间武汉及郊县持续高温，连续4天气温高达38～39℃，持续高温给位于洼地的地槽（地下8m）内的4号储油罐不断加热，同时由于罐体与地槽壁相隔1m，使大量热量储存在罐体周围，不易散热，这样使油罐内的0号柴油加热气化。由于该储罐为1000m3，可储存2000t油，但当时油罐内仅储油211t，罐内存在大的空间，使气化的柴油气体受热膨胀，导致油气从呼吸阀外泄。当时由于该地区强对流天气发展，罐顶空气瞬时受抑制、少流动，这样外泄油气大量集中于油罐顶处，难以散发。4时10分，当雷击时，使罐体及油气在雷击金属罐体产生的电火花作用下，产生明火（当时有一名加油司机及一位加油工在50m外，听到一声惊雷后，首先发现4号罐顶产生明火）。由于明火燃烧后，通过排气阀引着罐内油气，在罐内燃烧膨胀，内压加大，使仅有2mm厚的罐顶首先爆炸引起大火。2、从当时的天气情况看，该地区正处于强烈发展的强对流区内，雷电活动频繁，武汉中心气象台雷达回波已证实，1998年7月13日下午4时后，每隔10分钟的雷达回波反映十分明显。另外从黄陂县气象站实况观测资料上可看出，该站西南方向的横店，从14时48分开始就有雷电由东南向西南发展，15时后雷电正处于横店地区，当日雷电活动时，黄陂降水量为28.8mm。以上观测事实证明，当时该油库遭到强烈雷击属实（当日该地区高压线均已打坏）。3、从该库防雷设施的检测结果看：4号罐于1975年建成后，罐底接地体已大部分腐烂，位于罐体周围的接地体连接方式为猴卡连接，不符合断接卡要求，由于接地体引下线为ф8钢筋，连接处接触面小，不利于雷电流下泄，同时4组地网间连接不良，互相同存在明显电位差，达不到均压要求。接地电阻值相差最大达3Ω，且有一组地网断接卡上下电阻值相差较大。4、原4号罐壁厚为4mm，罐顶厚为2mm，按国标《石油库设计规范》（GBJ74一84）及其局部修订条文的规定可设置避雷针。该罐避雷针高7m，为法兰盘连接，但均已锈蚀，且罐顶钢板存在明显腐烂，致使发生油气外泄。由于避雷针是以罐体作为引下线的，这样罐顶油气外泄时，正好处在引雷入地的避雷针下，当雷击产生电火花时易引起燃烧。五、微电子设备雷灾1、1998年6月17日中午，12点15分左右某石化分公司气体车间球罐区水罐上避雷针和罐装场地分别落雷。造成球罐操作室仪表多台损坏，办公大楼内的程控交换机损坏，严重影响生产的正常进行。2、某石化分公司98年10月26日的丙烷车间操作室仪器仪表雷电损坏事故。3、茂名石化公司97年4月19日的西罐区装车台计算机控制系统雷电损坏事故。4、2000年长岭炼油厂的DCS控制系统的雷电损坏事故等。5、2001年某石化分公司有机合成厂雷灾事故，造成大面积微电子设备损坏。六、加油站雷灾事故1、2000年9月20日，陕西米脂县城区加油中心卸油的油罐车、储油罐遭雷击，引起爆炸，损失40万元。2、2000年4月5日，陕西新桥加油站的加油机和计算机被雷电击坏，损失2万元。3、2000年7月24日8时前，上海营口路加油站遭雷击，雷电流强度达-36.0KA，击坏20KA电源避雷器、2个加油泵马达。4、2000年7月25日15:15时，上海纪王加油站遭雷击，雷电流强度达到-24.1KA，击坏20KA电源避雷器、读卡机线路板等设备。5、1999年8月12日，上海浦东有2个加油站遭雷电侵袭，加油机电脑损坏。6、2000年7月25日，位于上海周浦镇的公共加油站遭雷击，击坏加油泵马达。7、2001年８月２６日凌晨４时左右，广东省高州市根子镇和丰加油站遭雷击起火，烧掉汽油、柴油近２０吨，３个容量为１０吨的储油罐被烧变形，油库顶烧塌，加油机及一大批附属设施被烧毁。8、2002年全国上报雷电事故3372起，其中加油站的雷电事故74起，占雷电事故2.2%，74起加油站雷电事故的直接经济损失168.38万元。雷电事故主要损坏的是：计算机主板、接口板、税控机主板、电视机、电话机等等。第二部分石油化工企业防雷技术第一章雷电基础知识第一节雷击一、雷击所谓的雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。雷击形式.ppt二、雷击三种主要形式一是带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。二是带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于流散电阻大，以至出现局部高电压；或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应发生高电压以致发生闪击的现象，叫做“二次雷”或称“感应雷”。三是“球形雷”。在雷电频繁的雷雨天，偶然会发现紫色、殷红色、灰红色、蓝色的“火球”。这些火球有时从天空降落，然后又在空中或沿地面水平方向移动，有时平移有时滚动。这些“火球”一般直径为十到几十厘米，也有直径超过一米的。“火球”存在的时间从几秒到几分钟，一般为几秒到十几秒居多。这种“火球”能通过烟囱、开着的窗户、门和其他缝隙进入室内，或者无声地消失，或者发出丝丝的声音，或者发生剧烈的爆炸。这种“火球”虽然发生的几率很小，但发生的次数也相当多。人们常把它叫做“球形雷”。第二节雷电活动及雷击的选择性一、雷电活动雷电活动从季节来讲以夏季最为活跃，冬季最少；从地区分布来讲是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。二、雷电日一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣的天数称该地区年平均雷电日。三、雷电活动规律及雷击的选择性1、我国年平均雷电日数按地理环境分布规律2、地质条件3、地形与地物条件4、建筑物结构及其所附属构件条件5、建筑物内外设备的条件6、建筑物易受雷击的部位。第三节雷电危害方式一、直击雷危害雷电流热效应、雷电流冲击波效应、雷电流电动力效应二、雷电的二次危害作用静电感应、电磁感应、雷电反击和引入高电位第四节现代防雷技术一、现代防雷技术的特点：现代防雷技术的理论基础在于：闪电是电流源，防雷的基本途径就是要提供一条雷电流（包括雷电电磁脉冲辐射）对地泄放的合理的阻抗路径，而不能让其随机性选择放电通道，简言之就是要控制雷电能量的泄放与转换。现代防雷保护的三道防线：外部保护---将绝大部分雷电流直接引入地下泄散；内部保护及过电压保护----阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的侵入波危害设备；过电压保护----限制被保护设备上雷电过电压幅值。这三道防线相互配合，各尽其职，缺一不可。二、LPZ防雷分区：按电磁兼容的原理把微电子设备系统所在建筑物或构筑物按需要保护的空间由外到内分为不同的雷电防护区(LPZ),以确定各LPZ空间的雷击电磁脉冲的强度及应采取的防护措施。雷电防护区可分为：直击雷非防护区（LPZOA）：本区内的各类物体完全暴露在外部防雷装置的保护范围之外，都可能遭到直接雷击；本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属完全暴露的不设防区。直击雷防护区（LPZ0B）：本区内的各类物体处在外部防雷装置保护范围之内，应不可能遭到大于所选滚球半径雷电流直接雷击；但本区内的电磁场未得到任何屏蔽衰减，属充分暴露的直击雷防护区。第一屏蔽防护区（LPZ1）：本区内的各物体不可能遭到直接雷击，流经各类导体的电流比LPZ0B区进一步减小；且由于建筑物的屏蔽措施，本区内的电磁场强度也已得到了初步的衰减。第二屏蔽防护区（LPZ2）：为进一步减小所导引的电流或电磁场而增设的后续防护区。第三屏蔽防护区（LPZ3）需要进一步减小雷击电磁脉冲，以保护敏感设备的后续防护区。将一座内置微电子设备系统的建（构）筑物划分为几个雷电防护区示意图见图。三、防雷分区通俗说明：四、过电压造成建（构）筑物及设备损坏的几个方面：1、雷电（1）直击雷（2）感应雷（3）雷电波侵入（4）球形雷2、操作瞬间过电压3、地电位反击五、多层分级（类）保护的避雷装置1、外部无源保护在0级保护区即外部作无源保护，主要有避雷针（网、线、带）和接地装置（接地线、地极）。2、内部防护（1）电源部分防护（2）信号部分保护对于微电子设备系统（如DCS控制系统等），应分为粗保护和精细保护。粗保护量级根据所属保护区的级别确定，精细保护要根据电子设备的敏感度来进行确定。建议在所有微电子设备进入楼宇的电缆内芯线端，应对地加装避雷器，并做好屏蔽接地，其中应注意系统设备