外浮頂油罐防雷技術

1、1中國石油集團安全環(huán)保技術研究院中國石油集團安全環(huán)保技術研究院 大型外浮頂油罐防雷技術大型外浮頂油罐防雷技術二二一三年六月一三年六月目錄2一、大型油罐雷電事故概況一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機理二、雷擊油罐機理三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀四、主要存在的問題危害性分析四、主要存在的問題危害性分析五、大型外浮頂油罐分路與分流措施五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術水平六、技術水平3 外浮頂罐的雷擊火災事故，需有氣體泄漏及泄漏附近發(fā)生放電兩個基本條件。放電兩種形式：一是直擊雷，二是感應雷。后者通常發(fā)生在不接地導體或接地不良導體情形。從國內以往發(fā)生的雷擊事故例看，除

2、2005年一起汽油罐事故找到感應雷放電的證據(jù)外，其它都是在浮頂2根接地線連接良好情況下發(fā)生的；其次，事故位置幾乎都在7080%以上液位處，用30m或20m滾球法測定，浮頂大部分處于暴露位置；如某石化4座5萬m3罐，用2個45m高消雷塔和罐上6支59m高避雷針聯(lián)合保護，當按30m滾球半徑計算保護范圍時，浮頂有44m2暴露區(qū)，當用20m滾球半徑計算時，浮頂暴露區(qū)面積為928m2（約為浮頂1/3面積）；2011年“11.22”雷擊著火事故，通過分析T031號油罐浮盤遭受直擊雷。因此，國內以往事故由直擊雷引起的可能性較大。 從這些事故看，初步得出以下現(xiàn)象與結論： （1）多數(shù)發(fā)生在高液位處，不能排除直擊

3、雷和感應雷形式； （2）二次密封空腔內積聚可燃氣體，并達到爆炸極限范圍； （3）導電片均為“包覆式”； （4）大型外浮頂油罐無高中頻雷電流分路設施，無中低頻雷電流分流設施。 （5）現(xiàn)行措施在防雷設計和管理上仍有漏洞，如接地電阻不合格，導電片與罐壁間的接觸電阻值不合等。一、大型油罐雷電事故概況一、大型油罐雷電事故概況目錄2一、大型油罐雷電事故概況一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機理二、雷擊油罐機理三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀四、主要存在的問題危害性分析四、主要存在的問題危害性分析五、大型外浮頂油罐分路與分流措施五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術水平六、技術水平二

4、、雷擊油罐機理二、雷擊油罐機理（一）直接性雷擊作用（一）直接性雷擊作用 將閃電與地面或者構建物的連接點命名為“連接點” 是標準的命名。儲罐的連接點處于最高的豎向電場區(qū)域，該區(qū)域包括儲罐的緣、通風口、護欄、量油桿（量油標尺）、照明燈和在殼頂?shù)钠渌矬w，或者包括大型儲罐的浮頂本身。雷電下降到地面不是走一個單獨的路徑。雷擊電流與每個有效路徑的電涌阻抗成比例劃分。從連接點開始，電流作為一個薄層在所有的導電路徑上流動。隨著電流在一個較大面積上展開，表面電荷即被中和。電流路徑的任何不連續(xù)都會在間隙上產(chǎn)生電弧。閃閃 電電電流沿儲罐殼體的外側向下流動電流沿儲罐殼體的外側向下流動地地 面面 閃電通往儲罐殼體頂部

5、的電流路線閃電通往儲罐殼體頂部的電流路線注意快速高電流脈沖沿殼體內側向下流動，并經(jīng)過邊緣密封和浮頂頂部流動。(只表示了兩條路線；實際上電流在整個罐頂頂部流動，并穿過沿整個罐頂周長的邊緣密封。)注意快速高電流脈沖沿所有方向經(jīng)浮頂流向邊緣密封和分路，然后向上并在殼體上流向地面。(只有在罐頂較高時，這才有可能是一個雷擊點)通往罐頂?shù)拈W電通往罐頂?shù)拈W電地地 面面閃電通往浮頂?shù)碾娏髀肪€閃電通往浮頂?shù)碾娏髀肪€ 如果雷擊在鄰近儲罐的地方發(fā)生，一些電流會在儲罐殼體的外皮上，經(jīng)過浮頂向下流到儲罐殼體另一側的地面。與直接遭受雷擊的儲罐相比，此時經(jīng)過儲罐的放電電流的能量要小得多。與直接雷擊一樣，電流路徑的任何不連續(xù)

6、，都會在間隙上產(chǎn)生電弧。（二）間接性雷擊作用（二）間接性雷擊作用電流從雷擊連接點起四處展開，包括向儲罐、向上和在儲罐上展開，并沿遠側向下展開，如典型的電流流動線和箭頭所示。這個電流流動平面圖僅適用于快速高電流脈沖。連續(xù)電流僅沿地面和罐底流動。通往地面的閃電通往地面的閃電地地 面面閃電通往浮頂儲罐附近地面的電流路線閃電通往浮頂儲罐附近地面的電流路線 之所以產(chǎn)生火花打火，那是因為：由于在儲罐上或者緊靠儲罐的驅動電流流過浮頂(經(jīng)過導電片或者經(jīng)過在浮頂和殼體之間有意或者無意間形成接觸的任何其它金屬)的任何雷擊都具有產(chǎn)生電流的傾向，因此火花最有可能因雷電在外浮頂式儲罐上引起儲罐火災。 對氣隙火花應作如下

7、考慮： （1）氣隙火花出現(xiàn)在這樣的部位，亦即該部位的導電物體之間具有一個很小的間隙，在那里雷電產(chǎn)生了一個足夠大的電壓，可導致氣隙內的空氣或蒸汽/空氣混合物發(fā)生電擊穿。 （2）如果處在易燃混合物范圍內，能量高于0.2毫焦的氣隙火花足以引燃產(chǎn)品的蒸汽/空氣混合物。 （三）火花打火（三）火花打火目錄2一、大型油罐雷電事故概況一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機理二、雷擊油罐機理三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀四、主要存在的問題危害性分析四、主要存在的問題危害性分析五、大型外浮頂油罐分路與分流措施五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術水平六、技術水平 通過對200余座5-15萬

8、m3外浮頂儲罐的雷電防護措施調查研究。調查結果如下：（1）外浮頂油罐密封有兩種形式，即“機械密封”、軟密封（囊式密封）；（2）外浮頂油罐浮盤導電片大多是“包覆式”；（3）外浮頂油罐二次密封密封度不嚴；（4）外浮頂油罐二次密封空腔內的可燃氣體濃度可以達到爆炸極限濃度；（5）外浮頂油罐一次密封空腔內金屬構件沒有進行等電位連接；（6）外浮頂油罐二次密封金屬密封擋板沒有等電位連接；（7）外浮頂油罐浮盤上的兩根接地連線的連接形式不正確；（8）外浮頂油罐浮盤扶梯沒有與浮盤、罐壁進行等電位連接；（9）部分導電片與浮盤間的電阻值不符合要求，有的阻值趨于“”；（10）大多數(shù)導電片與罐壁的電阻值不符合要求，大部分

9、阻值趨于“”；（11）外浮頂油罐浮盤沒有高中頻雷電流分路設施；（12）外浮頂油罐浮盤沒有中低頻雷電流分流設施；（13）浮盤上的呼吸閥沒有進行跨接；（14）浮盤上的強制呼吸閥沒有進行跨接；（15）油罐周圍設立高塔避雷針、高架燈。三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀目錄2一、大型油罐雷電事故概況一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機理二、雷擊油罐機理三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀四、主要存在的問題危害性分析四、主要存在的問題危害性分析五、大型外浮頂油罐分路與分流措施五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術水平六、技術水平四、主要存在的問題危害性分析四、主要存在

10、的問題危害性分析1 1、二次密封空腔可燃氣體濃度超標危害性分析、二次密封空腔可燃氣體濃度超標危害性分析 二次密封空腔內可燃氣體濃度達到爆炸極限范圍的油罐，一旦油罐遭受雷擊，就會引起油二次密封空腔內可燃氣體濃度達到爆炸極限范圍的油罐，一旦油罐遭受雷擊，就會引起油罐浮盤二次密封空間閃爆著火，如果初期火災沒有得到控制，進而會擴大火勢。罐浮盤二次密封空間閃爆著火，如果初期火災沒有得到控制，進而會擴大火勢。 二次密封空腔內可燃氣體濃度超過二次密封空腔內可燃氣體濃度超過25%LEL25%LEL的油罐，說明一次密封不好，如果氣體在繼續(xù)積的油罐，說明一次密封不好，如果氣體在繼續(xù)積聚，就可達到爆炸極限范圍，若遭

11、受雷擊，亦有可能著火。聚，就可達到爆炸極限范圍，若遭受雷擊，亦有可能著火。2 2、“包覆式包覆式”導電片分析導電片分析包覆式導電片其中一面在二次密封膠板內，在有雷流時，此處若有微小的間隙就會發(fā)生放包覆式導電片其中一面在二次密封膠板內，在有雷流時，此處若有微小的間隙就會發(fā)生放電。如果二次密封內部空腔可燃氣體濃度達到爆炸極限濃度，就會出現(xiàn)閃爆著火事故。電。如果二次密封內部空腔可燃氣體濃度達到爆炸極限濃度，就會出現(xiàn)閃爆著火事故。3 3、二次密封上部導電片個數(shù)不夠、二次密封上部導電片個數(shù)不夠 導電片其實是雷電流的一個分路措施，如果其數(shù)量不夠，每個導電片通過的雷電流就越大，導電片其實是雷電流的一個分路措

12、施，如果其數(shù)量不夠，每個導電片通過的雷電流就越大，就已出現(xiàn)打火現(xiàn)象。就已出現(xiàn)打火現(xiàn)象。4 4、導電片與罐壁間的電阻值、導電片與罐壁間的電阻值 導靜電片與罐壁間的電阻值，遠遠超高標準要求的不大于導靜電片與罐壁間的電阻值，遠遠超高標準要求的不大于0.030.03，最大值為，最大值為，不合格率，不合格率達達100%100%。導電片與罐壁間接觸電阻越大，形成的電位差越大，產(chǎn)生的放電電流就越大，危害就越大。導電片與罐壁間接觸電阻越大，形成的電位差越大，產(chǎn)生的放電電流就越大，危害就越大。目錄2一、大型油罐雷電事故概況一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機理二、雷擊油罐機理三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀三、大型

13、外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀四、主要存在的問題危害性分析四、主要存在的問題危害性分析五、大型外浮頂油罐分路與分流措施五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術水平六、技術水平五、大型外浮頂油罐分路與分流措施五、大型外浮頂油罐分路與分流措施（一）標準要求（一）標準要求1 1、 “ “防止靜電、雷電和雜散電流引燃技術導則防止靜電、雷電和雜散電流引燃技術導則”API RP2003API RP2003：20082008 防止雷電火災的最有效方法是采用緊密的密封和正確設計分路。分路分路是在罐頂周邊以不超過3米(10英尺)的間隔安放金屬帶，使浮頂與罐體跨接，以便將任何與雷電相關的電流傳導到大地，而且不會在可能引燃蒸氣

14、的區(qū)域內產(chǎn)生火花。 任何類型的主密封上方設有防風雨罩時，或者在設有刮蠟器或二次密封時，兩個密封間的區(qū)域可以含有易燃蒸氣空氣混合物。這種情況下，分路的安裝分路的安裝應能保證它們直接與二次密封上方的罐壁發(fā)生接觸。任何情況下，設計必須確保在罐頂最高處，保持分路與罐體的良好保持分路與罐體的良好接觸接觸( (例如：上方設置例如：上方設置51mm51mm的間隙的間隙) )。 還可以將分路安放在液體的下方，但由于檢查上的困難，不建議采用這種設計。2 2、API545-2009API545-2009地上易燃液體儲罐的雷電防護工業(yè)標準地上易燃液體儲罐的雷電防護工業(yè)標準規(guī)定規(guī)定4.2外浮頂式儲罐4.2.1.1 導

15、電分路 分路用于傳導雷擊電流的快速的和短時持續(xù)的時間分量。 分路沿浮頂周長以不大于3米(10英尺)的間隔排列。4.2.1.2 旁路導體 旁路導體用于傳導雷擊電流的快速和高中等持續(xù)時間分量。 應當采用直接電氣連接的方式，通過適當數(shù)量的旁路導體將儲罐的浮頂接到儲罐殼體上。包括接頭在內的每個導體的最大端-端電阻為0.03歐。旁路導體應具有使浮頂做最大移動所需的最小長度。旁路導體沿儲罐周長以不超過每30米(100公尺)的間距均勻排列，并且至少設有兩個旁路導體。 3 3、NFPA780-2011NFPA780-2011雷電保護系統(tǒng)的安裝標準雷電保護系統(tǒng)的安裝標準規(guī)定規(guī)定7.4.1.2外浮頂式儲罐7.4.

16、1.2.1 分路器安放 分路器在浮頂周界上的間隔不得大于3米(10英尺)。7.4.1.3旁路導體7.4.1.3.1 必須通過直接電氣連接，將儲罐的浮頂接到罐殼上。7.4.1.3.2 包括接頭在內的每個導體的最大端-端電阻必須為0.03歐姆。7.4.1.3.3 旁路導體必須具有允許浮頂做最大移動所需的最小長度。7.4.1.3.4 在儲罐周界至少設有兩個每個間隔不超過30米(100英尺)的均勻分布旁路導體。4 4、中國石油天然氣股份有限公司、中國石油天然氣股份有限公司輕質油品儲罐技術導則（試行）輕質油品儲罐技術導則（試行）3.7.8 浮頂油罐的浮頂泡沫堰板處與罐壁間每隔18m宜安裝一個有效可靠的雷

17、電分流及監(jiān)控器，連接線截面積不小于50mm2。 3.7.10 浮頂油罐二次密封上的導電片（分路器）沿周長間距不大于3m均勻分布，導電片（分路器）應安裝在二次密封上部，且保持與罐壁間電氣接觸良好。（二）（二）AJ/FL-1型高中頻雷電流分路器型高中頻雷電流分路器 目前，大型外浮頂油罐為了泄放浮盤落雷的雷電流，一般采用的是包覆式“導電片”，這種“導電片”存在以下幾個方面問題：一是沒有彈性，當運行出現(xiàn)變形時無法恢復原狀態(tài)，由此造成導電片與罐壁間存在間隙，有雷電流時會發(fā)生間隙性火花放電；二是導電片與罐壁間的接觸電阻值過大，主要是二者之間油層絕緣厚度大于2mm，當有雷電流時，絕緣層無法擊穿，會出現(xiàn)旁路“

18、跳火”，進而發(fā)生雷電流的火花放電；三是目前所有的導電片沒有任何技術數(shù)據(jù)為之提供技術支撐，就是采用普通銅或白鋼片制成，是否能夠達到泄放雷電流，并且不產(chǎn)生雷電火花，沒有進行實驗。上述三個方面的原因造成了二次密封空間導電片部分火花放電，致使二次密封空腔內的可燃氣體發(fā)生閃爆著火。 為了減少和消除大型外浮頂油罐一、二次密封空腔雷擊著火事故，我們開發(fā)研制出高中頻雷電流分路器，以替代過去的導電片。高中頻雷電流分路器具有足夠張力性、雷電流通流性、良好電氣連接性以及耐磨性。 高中頻雷電流分路器是大型外浮頂油罐浮盤高中頻雷電流泄流裝置，通過可調節(jié)裝置解決罐體微變形和浮盤位移造成的分路器與罐壁間隙差異，保證實現(xiàn)分路

19、器與罐壁無阻抗的電氣連接，確保浮盤上的高中頻雷電流得到及時釋放，并消除雷電流釋放過程產(chǎn)生的火花。 1、結構組成、結構組成 雷電流分路器由4個部分組成，即分流板、固定板、調節(jié)器、拉力計量器組成。 2、雷電流分路器技術參數(shù)、雷電流分路器技術參數(shù)（1）分路器的分流板張力50 N（2）分路器的分流板的傾斜角為 3度 15 度 。（3）分路器的分流板沿罐壁運行的磨損度0.69m/m。（4）分路器的分流板最大通流量大于25kA。（5）分路器的分流板打火電流大于5kA。注：在分流板與罐壁間處于良好的接觸條件下，通入8/20 S 波形雷電流，當雷電流達到11.12kA時，分流板與罐壁間開始打火。10萬m3外浮

20、頂油罐，周長為251m，按2.5m間距布設1個分路器，將布設100個。如果雷電流為100kA，則每個分路器通過的雷電流0.5 kA，不會打火。（6）分路器的分流板在張力=9N時，分路器與罐壁間的接觸電阻0.03。 （7）分路器與罐壁間存有的大于1012.m絕緣涂層，厚度為2mm時，沖擊擊穿電阻小于等于0.03，并不發(fā)生旁路跳火現(xiàn)象。（三）（三）AJ/FLQ-1型中低頻雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)型中低頻雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng) 雷電是一種能量極高并且發(fā)生極其頻繁的大氣自然現(xiàn)象，直擊雷、感應雷產(chǎn)生的破壞對大型外浮頂油罐帶來的損害非常大。雷電流基本波形有兩種，一是8/20S，另外一種是10/350S。而10/

21、350S一般反映的是直擊雷波形，為中低頻形式，處于大電流狀態(tài)。假如直擊雷直接落到浮盤上，就應該在最短時間將中低頻的大電流泄放到大地中，避免在浮盤上“運動”而產(chǎn)生間隙性的火花放電。故此我們研究了中低頻雷電流分流與監(jiān)控系統(tǒng)。 中低頻雷電流分流器是大型外浮頂油罐浮盤中低頻雷電流泄流裝置，通過可伸縮式導線盤及分流導線連接浮盤與罐壁，實現(xiàn)分流器與罐壁低阻抗的電氣連接，確保浮盤上的中低頻雷電流得到及時釋放。并增加雷電流檢測裝置，可實時將雷電流數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，實現(xiàn)雷擊數(shù)據(jù)的監(jiān)測與統(tǒng)計，并可與其它系統(tǒng)實現(xiàn)聯(lián)動控制。 1、結構組成、結構組成 中低頻雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)由雷電分流裝置、雷電流傳感器、雷電流記錄

22、發(fā)射器、監(jiān)控管理平臺組成。（1）雷電分流裝置由分流線、伸縮器、防護罩、安裝支架等組成。（2）雷電流傳感器由雷電流分流線、等電流分流環(huán)、磁敏傳感器組成。（4）雷電流記錄發(fā)射器由記錄儀（雷電流前置信號處理單元、管理單元、時鐘單元、存儲記錄單元）、無線自組網(wǎng)通信器、太陽能供電裝置。（5）監(jiān)控管理平臺由無線自組網(wǎng)通信器、工控機等組成。 2、雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)技術參數(shù)、雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)技術參數(shù)（1）雷電分流裝置 截面積：50mm2； 長度：25m； 最大沖擊阻抗（10/350S波形）最大沖擊阻抗1； 最大通流量最大通流量為200kA； 分流器與罐壁間的接觸電阻20m。(2) 雷電流傳感器 雷電流強度感應范圍：0.5KA200KA； 雷電流分流器的雷電流測試精度為5%； 防爆結構：高壓絕緣材料全程灌封，絕緣強度大于18KV/mm； 耐壓強度：大于10KV； 防水性能：-40/96h和80/96h，再進行IP65浸水實驗，符合GB/T2423和IP65； 工作環(huán)境溫度：-65+250； 測量誤差：小于5；(3) 雷電流記錄發(fā)射器 耐壓強度：大于10KV； 防水性能：-40/96h和80/96h，再進行IP68浸水實驗，符合GB/T2423和IP68； 工作環(huán)境溫度：-45+150。 測量誤差