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【摘要】通过对雷电危害的种类进行介绍，并对大型浮顶油罐雷击后起火进行分析，结合国内大型浮顶油罐防雷办法提出防雷安全措施。措施包括：设置合理的防雷接地装置；加强油罐防雷接地的测试；合理设置一、二次密封；防止罐区可燃气体浓度超标；加强油罐其他泄漏点的防护。
【关键詞】大型浮顶油罐 雷电危害 雷击原因 火灾 密封 防雷建议
随着我国国民经济的高速增长、国内石油市场供需矛盾日益突出，尽快建立石油储备有利于调配市场供需平衡，同时面对国际石油市场风云变幻，为了规避石油供应不足或中断的风险建立一定规模的石油储备库是我国国民经济发展重要的战略任务，但是频发雷电灾害对大型浮顶油罐安全运行造成了一系列影响，防止大型浮顶油罐雷击起火最为关键。
1 大型浮顶油罐雷击起火原因分析
1.1 雷电的危害
雷电的危害大致包括以下几个方面：①直接雷的热效应；②直接雷的机械效应；③直接雷的电效应；④雷电的静电感应；⑤雷电的电磁感应；⑥雷电波侵入；⑦防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用；⑧罕见的球状雷[3]。
1.2 造成雷电引发油罐起火的主要原因
1.2.1 油罐接地老化
接地是避雷技术最重要的环节，雷电通过接地装置导入大地使其与大地的异种电荷中和。大型油罐接地是以静电导电片、接地线、紧固件组合而成，根据现场调查发现油罐接地老化主要表现在接地紧固件锈蚀，接地线外皮破损，由于大型油罐接地点很多，因此消除接地老化是减少雷电危害的关键。
1.2.2 浮顶静电导出不畅
浮顶静电的导出主要靠二次密封静电导电片，常见的静电导电片形式为弹片式和包裹式两种。油品进入油罐后，罐壁覆盖了一层原油，油罐在运行过程中罐壁受到腐蚀及原油污染，使得静电导电片与罐壁之间形成间隙造成导电不良，尤其遇到油罐收发含蜡较多的油品时，弹片式静电导电片很难满足导电要求；包裹式静电导电片较弹片式静电导电片效果好，但遇浮顶不规则运动造成其某一侧与罐壁间隙增大时，包裹式静电导电片压紧力就会变小，使浮顶局部区域静电导出不畅。而二次密封装置的导电片依靠外界弹力进行贴合，并非连续的可靠电气连接，在运行过程中，一旦密封橡胶老化、浮顶移动等将会造成接触减弱，甚至产生短距离的空气间隙等情况，因此，二次密封装置的导电片在雷电流流过时，存在产生火花放电的可能性[2]。
1.2.3 油罐密封效果不好
油罐密封分为一次和二次密封，一次密封最为重要（图1）。
油罐受施工质量和制造误差的影响，存在罐壁不规则的问题，在浮顶升降过程中易发生一次密封密封不严，导致一次密封下部空间与一二次密封间的空间相通，油气上行至一二次密封间，使一二次密封之间、一次密封下部空间形成互相连通的爆炸危险区域
一次密封效果的优良取决于其抵抗油罐变形和浮顶漂移的能力。管式充液密封是浸液式的，充液管内液体可以根据环形间距的变化自由流动补偿，从而在环形间距一定变化范围内保持严紧的密封，密封效果最好。与管式充液密封相比，泡沫密封和硬密封效果次之，新建造的油罐上使用泡沫密封效果优于硬密封，但随着运行年限的增加，泡沫密封则会出现老化收缩，密封效果不及硬密封。
二次密封是一次密封的补充，而且承担了挡雨板的作用，能控制储液表面温度及变化幅度，又能降低风载荷引起的油气损耗，但二次密封在运行的过程中，在油壁挂油及日照的影响下造成橡胶刮板老化变形，使二次密封失去隔绝外界空气的性能，从而在橡胶刮板上方一定范围内存在达到爆炸下限的油气空间。
2 油罐防雷的建议
2.1 布置合理的防雷接地装置
根据气象资料、罐区的容量、罐体材质、单罐容积设计避雷针、线的保护范围，设置防雷接地装置，接地装置的接地电阻必须满足现行国家标准。例如：在接地体的布置上要考虑限制接地装置周围的雷击跨步电压，以免造成人员伤害；限制接地装置上的雷击高电位，防止雷击油罐时，雷电向其他金属物体发出反击；罐体基础自然接地体应与罐区接地装置相连，连接点不少于2处。
2.2 选择合理的接地材料
接地体应采用耐腐蚀且导电性能优良的材料，引下线应采用不小于4mm×40mm热镀锌扁钢，且宜在距离地面0.3～1.0m之间装设断接卡，断接卡应采用4mm×40mm不锈钢材料，断接卡用2个M12的不锈钢螺栓连接并加防松垫片固定[3]。
2.3 加强油罐防雷接地的测试
保证防雷设施有效，降低接地电阻值。例如：从罐壁接地卡直接入地的引下线要检查引线是否有破损，螺栓与连接件的表面有无松脱、锈蚀等现象。
2.4 大型浮顶罐可不设避雷针
根据《石油与石油设施雷电安全规范》的规定，浮顶金属油罐可不装设防直击雷设备，但必须用2根截面不小于25mm2的软铜绞线将浮船与罐体做电气连接，其连接点不应小于2处，连接点沿油罐周长的间距不应大于30 m。但根据近几年的实际应用情况，建议浮顶与罐体做电气连接时，连接导线不少于2根，每根导线应选用截面积不小于50mm2扁镀锡软铜复绞线，连接点用铜接线端子和2个M12的不锈钢螺栓连接并加防松垫片固定，宜采用可靠的连接方式将浮盘与罐体沿罐周做均布的电气连接。浮顶油罐的密封结构，宜采用耐油导静电材料制品[3]。
2.5 屏蔽保护
与罐体相接的电气、仪表配线应采用金属管屏蔽保护，配线金属管上下两端与罐壁应做电气连接，在相应的被保护设备处，应安装与设备耐压水平相适应的浪涌保护器[3]；装于罐体的信息系统装置，其金属外壳应与罐体做电气连接，配线电缆宜采用铠装屏蔽电缆，电缆外皮及所穿钢管应与罐体做电气连接。 2.6 一次密封的设置
一次密封应有利于消除油气空间或形成液封，并应与罐壁应贴合严密。当一次密封选用软密封时，应选择浸入液面的安装方式，密封安装后下部突出应规则，无扭曲现象；上部应平整，与罐壁应有良好的面接触。建议有条件的用户使用密封效果较好的管式充液密封，由于这种密封是浸液式的，充液管内液体可以根据环形间距的变化自由流动补偿，从而在环形间距一定变化范围内保持严紧的密封，对于罐壁变形较严重的储罐，这种密封非常有效，与传统的泡沫密封和挡雨板相比可减少95%～98%的油气损失[4]。
2.7 二次密封的设置
二次密封应采用带油气隔膜的密封结构，安装后应平整，承压板之间间隙均匀、搭接严密。橡胶刮板与罐壁应贴合严密，无缝隙，且具有足够的调节能力以适应罐壁与浮顶周边环向间隙尺寸上的偏差；承压板与浮船板的紧密接触，防止胶条和防蒸发隔膜将浮船与承压板隔绝；橡胶刮板上设置包覆式静电导电片时，除有效的电气连接外还应增大雷电泄放通道，例如可使用新型伸缩静电导出装置，将平时运行过程中浮顶的静电以及雷电时产生的束缚电荷迅速的传到罐壁，保证油罐导电顺畅。
2.8 防止罐区可燃气体浓度超标
在雷雨季节可在一、二次密封之间充入微正压的氮气，抑制油气挥发并降低油气混合物中氧气浓度，另外也可以采用负压抽气法，将一、二次密封之间的油气混合物抽离到安全区域，利用自然空气置换密封间可燃油气；通过增加收发油频率、加大刮蜡机构的配重、设置加热（蒸汽）除蜡装置的方法减少罐壁挂油；利用安全可靠的可燃气体检测装置进行全天候监测，并将数据传给数控中心，掌控可燃气体实时数据。2.9 加强油罐其他泄漏点的防护
使用包覆装置将支柱和导向装置包覆密封，尽量减少油气挥发；浮船人孔选择防火材料，盖板选择铝制、或铜质，密封垫片采用耐油、耐老化材料，减少油气挥发；罐内油品进出口均匀分布，防止浮顶偏移损坏密封或造成密封处泄漏。
3 结束语
雷电是无法消除的，只有罐区合理选址、设置有效的防静电雷击设备、选择导电良好的接地装置、最大限度减少罐区油气挥发、消除油罐本身的不安全因素，就可降低大型浮顶油罐雷击起火的概率。
参考文献
[1] 唐黎明，郝敏.油库防雷安全技术.石油库与加油站 ，2010，19（2）：21-23
[2] 刘宝全，刘全桢，高鑫，等.浮顶储罐二次密封装置的雷击危险性[J].油气储运，2012，31（3）：193-195
[3] 演強，夏政，贾海海，等.大型浮顶油罐防雷问题[J]，油气田地面工程，2010，29 （11）：57-58
[4] 王伶俐，陈春梅.外浮顶油罐密封系统分析，[J]油气田地面工程，2004，23 （7）：25-26
作者简介
张玉玺：工程师，2007年毕业于兰州交通大学机械设计制造及其自动化专业，现就职于西安长庆科技工程有限责任公司，长期从事油气田地面工程工作。
演强： 高级工程师，1990年毕业于石油大学（华东）化机专业，现就职于西安长庆科技工程有限责任公司，长期从事油气田地面工程工作。
【关键詞】大型浮顶油罐 雷电危害 雷击原因 火灾 密封 防雷建议
随着我国国民经济的高速增长、国内石油市场供需矛盾日益突出，尽快建立石油储备有利于调配市场供需平衡，同时面对国际石油市场风云变幻，为了规避石油供应不足或中断的风险建立一定规模的石油储备库是我国国民经济发展重要的战略任务，但是频发雷电灾害对大型浮顶油罐安全运行造成了一系列影响，防止大型浮顶油罐雷击起火最为关键。
1 大型浮顶油罐雷击起火原因分析
1.1 雷电的危害
雷电的危害大致包括以下几个方面：①直接雷的热效应；②直接雷的机械效应；③直接雷的电效应；④雷电的静电感应；⑤雷电的电磁感应；⑥雷电波侵入；⑦防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用；⑧罕见的球状雷[3]。
1.2 造成雷电引发油罐起火的主要原因
1.2.1 油罐接地老化
接地是避雷技术最重要的环节，雷电通过接地装置导入大地使其与大地的异种电荷中和。大型油罐接地是以静电导电片、接地线、紧固件组合而成，根据现场调查发现油罐接地老化主要表现在接地紧固件锈蚀，接地线外皮破损，由于大型油罐接地点很多，因此消除接地老化是减少雷电危害的关键。
1.2.2 浮顶静电导出不畅
浮顶静电的导出主要靠二次密封静电导电片，常见的静电导电片形式为弹片式和包裹式两种。油品进入油罐后，罐壁覆盖了一层原油，油罐在运行过程中罐壁受到腐蚀及原油污染，使得静电导电片与罐壁之间形成间隙造成导电不良，尤其遇到油罐收发含蜡较多的油品时，弹片式静电导电片很难满足导电要求；包裹式静电导电片较弹片式静电导电片效果好，但遇浮顶不规则运动造成其某一侧与罐壁间隙增大时，包裹式静电导电片压紧力就会变小，使浮顶局部区域静电导出不畅。而二次密封装置的导电片依靠外界弹力进行贴合，并非连续的可靠电气连接，在运行过程中，一旦密封橡胶老化、浮顶移动等将会造成接触减弱，甚至产生短距离的空气间隙等情况，因此，二次密封装置的导电片在雷电流流过时，存在产生火花放电的可能性[2]。
1.2.3 油罐密封效果不好
油罐密封分为一次和二次密封，一次密封最为重要（图1）。
油罐受施工质量和制造误差的影响，存在罐壁不规则的问题，在浮顶升降过程中易发生一次密封密封不严，导致一次密封下部空间与一二次密封间的空间相通，油气上行至一二次密封间，使一二次密封之间、一次密封下部空间形成互相连通的爆炸危险区域
一次密封效果的优良取决于其抵抗油罐变形和浮顶漂移的能力。管式充液密封是浸液式的，充液管内液体可以根据环形间距的变化自由流动补偿，从而在环形间距一定变化范围内保持严紧的密封，密封效果最好。与管式充液密封相比，泡沫密封和硬密封效果次之，新建造的油罐上使用泡沫密封效果优于硬密封，但随着运行年限的增加，泡沫密封则会出现老化收缩，密封效果不及硬密封。
二次密封是一次密封的补充，而且承担了挡雨板的作用，能控制储液表面温度及变化幅度，又能降低风载荷引起的油气损耗，但二次密封在运行的过程中，在油壁挂油及日照的影响下造成橡胶刮板老化变形，使二次密封失去隔绝外界空气的性能，从而在橡胶刮板上方一定范围内存在达到爆炸下限的油气空间。
2 油罐防雷的建议
2.1 布置合理的防雷接地装置
根据气象资料、罐区的容量、罐体材质、单罐容积设计避雷针、线的保护范围，设置防雷接地装置，接地装置的接地电阻必须满足现行国家标准。例如：在接地体的布置上要考虑限制接地装置周围的雷击跨步电压，以免造成人员伤害；限制接地装置上的雷击高电位，防止雷击油罐时，雷电向其他金属物体发出反击；罐体基础自然接地体应与罐区接地装置相连，连接点不少于2处。
2.2 选择合理的接地材料
接地体应采用耐腐蚀且导电性能优良的材料，引下线应采用不小于4mm×40mm热镀锌扁钢，且宜在距离地面0.3～1.0m之间装设断接卡，断接卡应采用4mm×40mm不锈钢材料，断接卡用2个M12的不锈钢螺栓连接并加防松垫片固定[3]。
2.3 加强油罐防雷接地的测试
保证防雷设施有效，降低接地电阻值。例如：从罐壁接地卡直接入地的引下线要检查引线是否有破损，螺栓与连接件的表面有无松脱、锈蚀等现象。
2.4 大型浮顶罐可不设避雷针
根据《石油与石油设施雷电安全规范》的规定，浮顶金属油罐可不装设防直击雷设备，但必须用2根截面不小于25mm2的软铜绞线将浮船与罐体做电气连接，其连接点不应小于2处，连接点沿油罐周长的间距不应大于30 m。但根据近几年的实际应用情况，建议浮顶与罐体做电气连接时，连接导线不少于2根，每根导线应选用截面积不小于50mm2扁镀锡软铜复绞线，连接点用铜接线端子和2个M12的不锈钢螺栓连接并加防松垫片固定，宜采用可靠的连接方式将浮盘与罐体沿罐周做均布的电气连接。浮顶油罐的密封结构，宜采用耐油导静电材料制品[3]。
2.5 屏蔽保护
与罐体相接的电气、仪表配线应采用金属管屏蔽保护，配线金属管上下两端与罐壁应做电气连接，在相应的被保护设备处，应安装与设备耐压水平相适应的浪涌保护器[3]；装于罐体的信息系统装置，其金属外壳应与罐体做电气连接，配线电缆宜采用铠装屏蔽电缆，电缆外皮及所穿钢管应与罐体做电气连接。 2.6 一次密封的设置
一次密封应有利于消除油气空间或形成液封，并应与罐壁应贴合严密。当一次密封选用软密封时，应选择浸入液面的安装方式，密封安装后下部突出应规则，无扭曲现象；上部应平整，与罐壁应有良好的面接触。建议有条件的用户使用密封效果较好的管式充液密封，由于这种密封是浸液式的，充液管内液体可以根据环形间距的变化自由流动补偿，从而在环形间距一定变化范围内保持严紧的密封，对于罐壁变形较严重的储罐，这种密封非常有效，与传统的泡沫密封和挡雨板相比可减少95%～98%的油气损失[4]。
2.7 二次密封的设置
二次密封应采用带油气隔膜的密封结构，安装后应平整，承压板之间间隙均匀、搭接严密。橡胶刮板与罐壁应贴合严密，无缝隙，且具有足够的调节能力以适应罐壁与浮顶周边环向间隙尺寸上的偏差；承压板与浮船板的紧密接触，防止胶条和防蒸发隔膜将浮船与承压板隔绝；橡胶刮板上设置包覆式静电导电片时，除有效的电气连接外还应增大雷电泄放通道，例如可使用新型伸缩静电导出装置，将平时运行过程中浮顶的静电以及雷电时产生的束缚电荷迅速的传到罐壁，保证油罐导电顺畅。
2.8 防止罐区可燃气体浓度超标
在雷雨季节可在一、二次密封之间充入微正压的氮气，抑制油气挥发并降低油气混合物中氧气浓度，另外也可以采用负压抽气法，将一、二次密封之间的油气混合物抽离到安全区域，利用自然空气置换密封间可燃油气；通过增加收发油频率、加大刮蜡机构的配重、设置加热（蒸汽）除蜡装置的方法减少罐壁挂油；利用安全可靠的可燃气体检测装置进行全天候监测，并将数据传给数控中心，掌控可燃气体实时数据。2.9 加强油罐其他泄漏点的防护
使用包覆装置将支柱和导向装置包覆密封，尽量减少油气挥发；浮船人孔选择防火材料，盖板选择铝制、或铜质，密封垫片采用耐油、耐老化材料，减少油气挥发；罐内油品进出口均匀分布，防止浮顶偏移损坏密封或造成密封处泄漏。
3 结束语
雷电是无法消除的，只有罐区合理选址、设置有效的防静电雷击设备、选择导电良好的接地装置、最大限度减少罐区油气挥发、消除油罐本身的不安全因素，就可降低大型浮顶油罐雷击起火的概率。
参考文献
[1] 唐黎明，郝敏.油库防雷安全技术.石油库与加油站 ，2010，19（2）：21-23
[2] 刘宝全，刘全桢，高鑫，等.浮顶储罐二次密封装置的雷击危险性[J].油气储运，2012，31（3）：193-195
[3] 演強，夏政，贾海海，等.大型浮顶油罐防雷问题[J]，油气田地面工程，2010，29 （11）：57-58
[4] 王伶俐，陈春梅.外浮顶油罐密封系统分析，[J]油气田地面工程，2004，23 （7）：25-26
作者简介
张玉玺：工程师，2007年毕业于兰州交通大学机械设计制造及其自动化专业，现就职于西安长庆科技工程有限责任公司，长期从事油气田地面工程工作。
演强： 高级工程师，1990年毕业于石油大学（华东）化机专业，现就职于西安长庆科技工程有限责任公司，长期从事油气田地面工程工作。