外浮頂油罐防雷技術(shù)解析課件

1中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院

大型外浮頂油罐防雷技術(shù)二○一三年六月1中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院大型外浮頂油罐防雷技術(shù)二○一1目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂23外浮頂罐的雷擊火災(zāi)事故，需有氣體泄漏及泄漏附近發(fā)生放電兩個(gè)基本條件。放電兩種形式：一是直擊雷，二是感應(yīng)雷。后者通常發(fā)生在不接地導(dǎo)體或接地不良導(dǎo)體情形。從國內(nèi)以往發(fā)生的雷擊事故例看，除2005年一起汽油罐事故找到感應(yīng)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70～80%以上液位處，用30m或20m滾球法測(cè)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(gè)45m高消雷塔和罐上6支5～9m高避雷針聯(lián)合保護(hù)，當(dāng)按30m滾球半徑計(jì)算保護(hù)范圍時(shí)，浮頂有44m2暴露區(qū)，當(dāng)用20m滾球半徑計(jì)算時(shí)，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(hào)油罐浮盤遭受直擊雷。因此，國內(nèi)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(jié)論：（1）多數(shù)發(fā)生在高液位處，不能排除直擊雷和感應(yīng)雷形式；（2）二次密封空腔內(nèi)積聚可燃?xì)怏w，并達(dá)到爆炸極限范圍；（3）導(dǎo)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(shè)施，無中低頻雷電流分流設(shè)施。（5）現(xiàn)行措施在防雷設(shè)計(jì)和管理上仍有漏洞，如接地電阻不合格，導(dǎo)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3外浮頂罐的雷擊火災(zāi)事故，需有氣體泄漏及泄漏附3目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂4二、雷擊油罐機(jī)理（一）直接性雷擊作用

將閃電與地面或者構(gòu)建物的連接點(diǎn)命名為“連接點(diǎn)”是標(biāo)準(zhǔn)的命名。儲(chǔ)罐的連接點(diǎn)處于最高的豎向電場(chǎng)區(qū)域，該區(qū)域包括儲(chǔ)罐的緣、通風(fēng)口、護(hù)欄、量油桿（量油標(biāo)尺）、照明燈和在殼頂?shù)钠渌矬w，或者包括大型儲(chǔ)罐的浮頂本身。雷電下降到地面不是走一個(gè)單獨(dú)的路徑。雷擊電流與每個(gè)有效路徑的電涌阻抗成比例劃分。從連接點(diǎn)開始，電流作為一個(gè)薄層在所有的導(dǎo)電路徑上流動(dòng)。隨著電流在一個(gè)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(huì)在間隙上產(chǎn)生電弧。閃電電流沿儲(chǔ)罐殼體的外側(cè)向下流動(dòng)地面

閃電通往儲(chǔ)罐殼體頂部的電流路線注意快速高電流脈沖沿殼體內(nèi)側(cè)向下流動(dòng)，并經(jīng)過邊緣密封和浮頂頂部流動(dòng)。(只表示了兩條路線；實(shí)際上電流在整個(gè)罐頂頂部流動(dòng)，并穿過沿整個(gè)罐頂周長的邊緣密封。)二、雷擊油罐機(jī)理（一）直接性雷擊作用閃電電流沿儲(chǔ)罐殼體的外5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(shí)，這才有可能是一個(gè)雷擊點(diǎn))通往罐頂?shù)拈W電地面閃電通往浮頂?shù)碾娏髀肪€

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6如果雷擊在鄰近儲(chǔ)罐的地方發(fā)生，一些電流會(huì)在儲(chǔ)罐殼體的外皮上，經(jīng)過浮頂向下流到儲(chǔ)罐殼體另一側(cè)的地面。與直接遭受雷擊的儲(chǔ)罐相比，此時(shí)經(jīng)過儲(chǔ)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)，都會(huì)在間隙上產(chǎn)生電弧。（二）間接性雷擊作用電流從雷擊連接點(diǎn)起四處展開，包括向儲(chǔ)罐、向上和在儲(chǔ)罐上展開，并沿遠(yuǎn)側(cè)向下展開，如典型的電流流動(dòng)線和箭頭所示。這個(gè)電流流動(dòng)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(dòng)。通往地面的閃電地面閃電通往浮頂儲(chǔ)罐附近地面的電流路線

如果雷擊在鄰近儲(chǔ)罐的地方發(fā)生，一些電流會(huì)在儲(chǔ)罐7之所以產(chǎn)生火花打火，那是因?yàn)椋河捎谠趦?chǔ)罐上或者緊靠?jī)?chǔ)罐的驅(qū)動(dòng)電流流過浮頂(經(jīng)過導(dǎo)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(chǔ)罐上引起儲(chǔ)罐火災(zāi)。對(duì)氣隙火花應(yīng)作如下考慮：（1）氣隙火花出現(xiàn)在這樣的部位，亦即該部位的導(dǎo)電物體之間具有一個(gè)很小的間隙，在那里雷電產(chǎn)生了一個(gè)足夠大的電壓，可導(dǎo)致氣隙內(nèi)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(nèi)，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）火花打火之所以產(chǎn)生火花打火，那是因?yàn)椋河捎谠趦?chǔ)罐上或者8目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂9

通過對(duì)200余座5-15萬m3外浮頂儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)措施調(diào)查研究。調(diào)查結(jié)果如下：（1）外浮頂油罐密封有兩種形式，即“機(jī)械密封”、軟密封（囊式密封）；（2）外浮頂油罐浮盤導(dǎo)電片大多是“包覆式”；（3）外浮頂油罐二次密封密封度不嚴(yán)；（4）外浮頂油罐二次密封空腔內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度可以達(dá)到爆炸極限濃度；（5）外浮頂油罐一次密封空腔內(nèi)金屬構(gòu)件沒有進(jìn)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(jìn)行等電位連接；（9）部分導(dǎo)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(dǎo)電片與罐壁的電阻值不符合要求，大部分阻值趨于“∞”；（11）外浮頂油罐浮盤沒有高中頻雷電流分路設(shè)施；（12）外浮頂油罐浮盤沒有中低頻雷電流分流設(shè)施；（13）浮盤上的呼吸閥沒有進(jìn)行跨接；（14）浮盤上的強(qiáng)制呼吸閥沒有進(jìn)行跨接；（15）油罐周圍設(shè)立高塔避雷針、高架燈。三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀通過對(duì)200余座5-15萬m3外浮頂儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)措10目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂11四、主要存在的問題危害性分析1、二次密封空腔可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)危害性分析二次密封空腔內(nèi)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸極限范圍的油罐，一旦油罐遭受雷擊，就會(huì)引起油罐浮盤二次密封空間閃爆著火，如果初期火災(zāi)沒有得到控制，進(jìn)而會(huì)擴(kuò)大火勢(shì)。二次密封空腔內(nèi)可燃?xì)怏w濃度超過25%LEL的油罐，說明一次密封不好，如果氣體在繼續(xù)積聚，就可達(dá)到爆炸極限范圍，若遭受雷擊，亦有可能著火。四、主要存在的問題危害性分析1、二次密封空腔可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)122、“包覆式”導(dǎo)電片分析包覆式導(dǎo)電片其中一面在二次密封膠板內(nèi)，在有雷流時(shí)，此處若有微小的間隙就會(huì)發(fā)生放電。如果二次密封內(nèi)部空腔可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸極限濃度，就會(huì)出現(xiàn)閃爆著火事故。2、“包覆式”導(dǎo)電片分析133、二次密封上部導(dǎo)電片個(gè)數(shù)不夠?qū)щ娖鋵?shí)是雷電流的一個(gè)分路措施，如果其數(shù)量不夠，每個(gè)導(dǎo)電片通過的雷電流就越大，就已出現(xiàn)打火現(xiàn)象。4、導(dǎo)電片與罐壁間的電阻值

導(dǎo)靜電片與罐壁間的電阻值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超高標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于0.03Ω，最大值為∞，不合格率達(dá)100%。導(dǎo)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。3、二次密封上部導(dǎo)電片個(gè)數(shù)不夠4、導(dǎo)電片與罐壁間的電阻值14目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂15五、大型外浮頂油罐分路與分流措施（一）標(biāo)準(zhǔn)要求1、“防止靜電、雷電和雜散電流引燃技術(shù)導(dǎo)則”APIRP2003：2008

防止雷電火災(zāi)的最有效方法是采用緊密的密封和正確設(shè)計(jì)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(guān)的電流傳導(dǎo)到大地，而且不會(huì)在可能引燃蒸氣的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生火花。任何類型的主密封上方設(shè)有防風(fēng)雨罩時(shí)，或者在設(shè)有刮蠟器或二次密封時(shí)，兩個(gè)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，分路的安裝應(yīng)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(shè)計(jì)必須確保在罐頂最高處，保持分路與罐體的良好接觸(例如：上方設(shè)置51mm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(shè)計(jì)。2、API545-2009《地上易燃液體儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定4.2外浮頂式儲(chǔ)罐4.2.1.1導(dǎo)電分路分路用于傳導(dǎo)雷擊電流的快速的和短時(shí)持續(xù)的時(shí)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(dǎo)體旁路導(dǎo)體用于傳導(dǎo)雷擊電流的快速和高中等持續(xù)時(shí)間分量。應(yīng)當(dāng)采用直接電氣連接的方式，通過適當(dāng)數(shù)量的旁路導(dǎo)體將儲(chǔ)罐的浮頂接到儲(chǔ)罐殼體上。包括接頭在內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)體的最大端-端電阻為0.03歐。旁路導(dǎo)體應(yīng)具有使浮頂做最大移動(dòng)所需的最小長度。旁路導(dǎo)體沿儲(chǔ)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(shè)有兩個(gè)旁路導(dǎo)體。五、大型外浮頂油罐分路與分流措施（一）標(biāo)準(zhǔn)要求163、NFPA780-2011《雷電保護(hù)系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定7.4.1.2外浮頂式儲(chǔ)罐7.4.1.2.1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(dǎo)體7.4.1.3.1必須通過直接電氣連接，將儲(chǔ)罐的浮頂接到罐殼上。7.4.1.3.2包括接頭在內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)體的最大端-端電阻必須為0.03歐姆。7.4.1.3.3旁路導(dǎo)體必須具有允許浮頂做最大移動(dòng)所需的最小長度。7.4.1.3.4在儲(chǔ)罐周界至少設(shè)有兩個(gè)每個(gè)間隔不超過30米(100英尺)的均勻分布旁路導(dǎo)體。4、中國石油天然氣股份有限公司《輕質(zhì)油品儲(chǔ)罐技術(shù)導(dǎo)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(gè)有效可靠的雷電分流及監(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(dǎo)電片（分路器）沿周長間距不大于3m均勻分布，導(dǎo)電片（分路器）應(yīng)安裝在二次密封上部，且保持與罐壁間電氣接觸良好。3、NFPA780-2011《雷電保護(hù)系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定17（二）AJ/FL-1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(dǎo)電片”，這種“導(dǎo)電片”存在以下幾個(gè)方面問題：一是沒有彈性，當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)變形時(shí)無法恢復(fù)原狀態(tài)，由此造成導(dǎo)電片與罐壁間存在間隙，有雷電流時(shí)會(huì)發(fā)生間隙性火花放電；二是導(dǎo)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(dāng)有雷電流時(shí)，絕緣層無法擊穿，會(huì)出現(xiàn)旁路“跳火”，進(jìn)而發(fā)生雷電流的火花放電；三是目前所有的導(dǎo)電片沒有任何技術(shù)數(shù)據(jù)為之提供技術(shù)支撐，就是采用普通銅或白鋼片制成，是否能夠達(dá)到泄放雷電流，并且不產(chǎn)生雷電火花，沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。上述三個(gè)方面的原因造成了二次密封空間導(dǎo)電片部分火花放電，致使二次密封空腔內(nèi)的可燃?xì)怏w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(dǎo)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(diào)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(shí)現(xiàn)分路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(shí)釋放，并消除雷電流釋放過程產(chǎn)生的火花。

（二）AJ/FL-1型高中頻雷電流分路器181、結(jié)構(gòu)組成

雷電流分路器由4個(gè)部分組成，即分流板、固定板、調(diào)節(jié)器、拉力計(jì)量器組成。

1、結(jié)構(gòu)組成192、雷電流分路器技術(shù)參數(shù)（1）分路器的分流板張力≥50N（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(yùn)行的磨損度＜0.69μm/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：①在分流板與罐壁間處于良好的接觸條件下，通入8/20μS波形雷電流，當(dāng)雷電流達(dá)到11.12kA時(shí)，分流板與罐壁間開始打火。②10萬m3外浮頂油罐，周長為251m，按2.5m間距布設(shè)1個(gè)分路器，將布設(shè)100個(gè)。如果雷電流為100kA，則每個(gè)分路器通過的雷電流0.5kA，不會(huì)打火。（6）分路器的分流板在張力=9N時(shí)，分路器與罐壁間的接觸電阻≤0.03Ω。（7）分路器與罐壁間存有的大于1012Ω.m絕緣涂層，厚度為2mm時(shí)，沖擊擊穿電阻小于等于0.03Ω，并不發(fā)生旁路跳火現(xiàn)象。2、雷電流分路器技術(shù)參數(shù)20（三）AJ/FLQ-1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(yīng)雷產(chǎn)生的破壞對(duì)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8/20μS，另外一種是10/350μS。而10/350μS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(yīng)該在最短時(shí)間將中低頻的大電流泄放到大地中，避免在浮盤上“運(yùn)動(dòng)”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(dǎo)線盤及分流導(dǎo)線連接浮盤與罐壁，實(shí)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(shí)釋放。并增加雷電流檢測(cè)裝置，可實(shí)時(shí)將雷電流數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)雷擊數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，并可與其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。（三）AJ/FLQ-1型中低頻雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)211、結(jié)構(gòu)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、雷電流記錄發(fā)射器、監(jiān)控管理平臺(tái)組成。1、結(jié)構(gòu)組成22（1）雷電分流裝置由分流線、伸縮器、防護(hù)罩、安裝支架等組成。（1）雷電分流裝置由分流線、伸縮器、防護(hù)罩、安裝支架等組成。23（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。（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24（4）雷電流記錄發(fā)射器由記錄儀（雷電流前置信號(hào)處理單元、管理單元、時(shí)鐘單元、存儲(chǔ)記錄單元）、無線自組網(wǎng)通信器、太陽能供電裝置。（4）雷電流記錄發(fā)射器由記錄儀（雷電流前置信號(hào)處理單元、管理25（5）監(jiān)控管理平臺(tái)由無線自組網(wǎng)通信器、工控機(jī)等組成。

（5）監(jiān)控管理平臺(tái)由無線自組網(wǎng)通信器、工控機(jī)等組成。262、雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)（1）雷電分流裝置截面積：50mm2；長度：25m；最大沖擊阻抗（10/350μS波形）最大沖擊阻抗＜1Ω；最大通流量最大通流量為200kA；分流器與罐壁間的接觸電阻＜20mΩ。(2)雷電流傳感器雷電流強(qiáng)度感應(yīng)范圍：0.5KA～200KA；雷電流分流器的雷電流測(cè)試精度為5%；防爆結(jié)構(gòu)：高壓絕緣材料全程灌封，絕緣強(qiáng)度大于18KV/mm；耐壓強(qiáng)度：大于10KV；防水性能：-40℃/96h和80℃/96h，再進(jìn)行IP65浸水實(shí)驗(yàn)，符合GB/T2423和IP65；工作環(huán)境溫度：-65℃～+250℃；測(cè)量誤差：小于5％；2、雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)27(3)雷電流記錄發(fā)射器耐壓強(qiáng)度：大于10KV；防水性能：-40℃/96h和80℃/96h，再進(jìn)行IP68浸水實(shí)驗(yàn)，符合GB/T2423和IP68；工作環(huán)境溫度：-45℃～+150℃。測(cè)量誤差：小于5％；無線自組網(wǎng)通信器：發(fā)射功率：50mW（無線電管理部門允許自由使用功率范圍）；工作頻率：470～475MHz（無線電管理部門允許自由使用頻率范圍）；接口數(shù)據(jù)格式：8E1/8N1；接收靈敏度：-110dBm@9600bps（1%BER）；信道帶寬：100K@9600bps；接口速率：2400～38400bps；太陽能設(shè)備：使用磷酸鐵鋰電池；DC18V；電池獨(dú)立使用時(shí)間5天。（4）監(jiān)控管理平臺(tái)功能無線自組網(wǎng)通信器：發(fā)射功率50mW；工作頻率470～475MHz；接口數(shù)據(jù)格式8E1/8N1；接收靈敏度-110dBm@9600bps（1%BER）；信道帶寬100K@9600bps；接口速率2400～38400bps。工控機(jī)：5u標(biāo)準(zhǔn)全鋼機(jī)箱；具有抗沖擊、抗振動(dòng)、抗電磁干擾能力；機(jī)箱內(nèi)有專門電源，電源有較強(qiáng)的抗干擾能力；連續(xù)長時(shí)間工作能力，可以24小時(shí)連續(xù)工作Intel酷睿i3處理器；4GDDR31333內(nèi)存；500G硬盤；22寸液晶顯示器。(3)雷電流記錄發(fā)射器28目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂29六、技術(shù)水平1、創(chuàng)新點(diǎn)可靠分流高中頻雷電流（8/20μS波形）、中低頻雷電流（10/350μS波形），保證雷電流通過時(shí)不出現(xiàn)放電“打火”現(xiàn)象，同時(shí)有監(jiān)控系統(tǒng)，在操作室可實(shí)時(shí)監(jiān)控油罐是否遭受雷擊，遭受的雷電流幅值有多大，是否造成油罐著火。2、技術(shù)水平高中頻雷電分路器、中低頻雷電流分流與監(jiān)控系統(tǒng)屬國內(nèi)首創(chuàng)，屬國內(nèi)領(lǐng)先水平。六、技術(shù)水平1、創(chuàng)新點(diǎn)3031匯報(bào)結(jié)束謝謝！31匯報(bào)結(jié)束謝謝！311中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院

大型外浮頂油罐防雷技術(shù)二○一三年六月1中國石油集團(tuán)安全環(huán)保技術(shù)研究院大型外浮頂油罐防雷技術(shù)二○一32目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂333外浮頂罐的雷擊火災(zāi)事故，需有氣體泄漏及泄漏附近發(fā)生放電兩個(gè)基本條件。放電兩種形式：一是直擊雷，二是感應(yīng)雷。后者通常發(fā)生在不接地導(dǎo)體或接地不良導(dǎo)體情形。從國內(nèi)以往發(fā)生的雷擊事故例看，除2005年一起汽油罐事故找到感應(yīng)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70～80%以上液位處，用30m或20m滾球法測(cè)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(gè)45m高消雷塔和罐上6支5～9m高避雷針聯(lián)合保護(hù)，當(dāng)按30m滾球半徑計(jì)算保護(hù)范圍時(shí)，浮頂有44m2暴露區(qū)，當(dāng)用20m滾球半徑計(jì)算時(shí)，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(hào)油罐浮盤遭受直擊雷。因此，國內(nèi)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(jié)論：（1）多數(shù)發(fā)生在高液位處，不能排除直擊雷和感應(yīng)雷形式；（2）二次密封空腔內(nèi)積聚可燃?xì)怏w，并達(dá)到爆炸極限范圍；（3）導(dǎo)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(shè)施，無中低頻雷電流分流設(shè)施。（5）現(xiàn)行措施在防雷設(shè)計(jì)和管理上仍有漏洞，如接地電阻不合格，導(dǎo)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3外浮頂罐的雷擊火災(zāi)事故，需有氣體泄漏及泄漏附34目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂35二、雷擊油罐機(jī)理（一）直接性雷擊作用

將閃電與地面或者構(gòu)建物的連接點(diǎn)命名為“連接點(diǎn)”是標(biāo)準(zhǔn)的命名。儲(chǔ)罐的連接點(diǎn)處于最高的豎向電場(chǎng)區(qū)域，該區(qū)域包括儲(chǔ)罐的緣、通風(fēng)口、護(hù)欄、量油桿（量油標(biāo)尺）、照明燈和在殼頂?shù)钠渌矬w，或者包括大型儲(chǔ)罐的浮頂本身。雷電下降到地面不是走一個(gè)單獨(dú)的路徑。雷擊電流與每個(gè)有效路徑的電涌阻抗成比例劃分。從連接點(diǎn)開始，電流作為一個(gè)薄層在所有的導(dǎo)電路徑上流動(dòng)。隨著電流在一個(gè)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(huì)在間隙上產(chǎn)生電弧。閃電電流沿儲(chǔ)罐殼體的外側(cè)向下流動(dòng)地面

閃電通往儲(chǔ)罐殼體頂部的電流路線注意快速高電流脈沖沿殼體內(nèi)側(cè)向下流動(dòng)，并經(jīng)過邊緣密封和浮頂頂部流動(dòng)。(只表示了兩條路線；實(shí)際上電流在整個(gè)罐頂頂部流動(dòng)，并穿過沿整個(gè)罐頂周長的邊緣密封。)二、雷擊油罐機(jī)理（一）直接性雷擊作用閃電電流沿儲(chǔ)罐殼體的外36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(shí)，這才有可能是一個(gè)雷擊點(diǎn))通往罐頂?shù)拈W電地面閃電通往浮頂?shù)碾娏髀肪€

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37如果雷擊在鄰近儲(chǔ)罐的地方發(fā)生，一些電流會(huì)在儲(chǔ)罐殼體的外皮上，經(jīng)過浮頂向下流到儲(chǔ)罐殼體另一側(cè)的地面。與直接遭受雷擊的儲(chǔ)罐相比，此時(shí)經(jīng)過儲(chǔ)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)，都會(huì)在間隙上產(chǎn)生電弧。（二）間接性雷擊作用電流從雷擊連接點(diǎn)起四處展開，包括向儲(chǔ)罐、向上和在儲(chǔ)罐上展開，并沿遠(yuǎn)側(cè)向下展開，如典型的電流流動(dòng)線和箭頭所示。這個(gè)電流流動(dòng)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(dòng)。通往地面的閃電地面閃電通往浮頂儲(chǔ)罐附近地面的電流路線

如果雷擊在鄰近儲(chǔ)罐的地方發(fā)生，一些電流會(huì)在儲(chǔ)罐38之所以產(chǎn)生火花打火，那是因?yàn)椋河捎谠趦?chǔ)罐上或者緊靠?jī)?chǔ)罐的驅(qū)動(dòng)電流流過浮頂(經(jīng)過導(dǎo)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(chǔ)罐上引起儲(chǔ)罐火災(zāi)。對(duì)氣隙火花應(yīng)作如下考慮：（1）氣隙火花出現(xiàn)在這樣的部位，亦即該部位的導(dǎo)電物體之間具有一個(gè)很小的間隙，在那里雷電產(chǎn)生了一個(gè)足夠大的電壓，可導(dǎo)致氣隙內(nèi)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(nèi)，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）火花打火之所以產(chǎn)生火花打火，那是因?yàn)椋河捎谠趦?chǔ)罐上或者39目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂40

通過對(duì)200余座5-15萬m3外浮頂儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)措施調(diào)查研究。調(diào)查結(jié)果如下：（1）外浮頂油罐密封有兩種形式，即“機(jī)械密封”、軟密封（囊式密封）；（2）外浮頂油罐浮盤導(dǎo)電片大多是“包覆式”；（3）外浮頂油罐二次密封密封度不嚴(yán)；（4）外浮頂油罐二次密封空腔內(nèi)的可燃?xì)怏w濃度可以達(dá)到爆炸極限濃度；（5）外浮頂油罐一次密封空腔內(nèi)金屬構(gòu)件沒有進(jìn)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(jìn)行等電位連接；（9）部分導(dǎo)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(dǎo)電片與罐壁的電阻值不符合要求，大部分阻值趨于“∞”；（11）外浮頂油罐浮盤沒有高中頻雷電流分路設(shè)施；（12）外浮頂油罐浮盤沒有中低頻雷電流分流設(shè)施；（13）浮盤上的呼吸閥沒有進(jìn)行跨接；（14）浮盤上的強(qiáng)制呼吸閥沒有進(jìn)行跨接；（15）油罐周圍設(shè)立高塔避雷針、高架燈。三、大型外浮頂油罐防雷現(xiàn)狀通過對(duì)200余座5-15萬m3外浮頂儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)措41目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂42四、主要存在的問題危害性分析1、二次密封空腔可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)危害性分析二次密封空腔內(nèi)可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸極限范圍的油罐，一旦油罐遭受雷擊，就會(huì)引起油罐浮盤二次密封空間閃爆著火，如果初期火災(zāi)沒有得到控制，進(jìn)而會(huì)擴(kuò)大火勢(shì)。二次密封空腔內(nèi)可燃?xì)怏w濃度超過25%LEL的油罐，說明一次密封不好，如果氣體在繼續(xù)積聚，就可達(dá)到爆炸極限范圍，若遭受雷擊，亦有可能著火。四、主要存在的問題危害性分析1、二次密封空腔可燃?xì)怏w濃度超標(biāo)432、“包覆式”導(dǎo)電片分析包覆式導(dǎo)電片其中一面在二次密封膠板內(nèi)，在有雷流時(shí)，此處若有微小的間隙就會(huì)發(fā)生放電。如果二次密封內(nèi)部空腔可燃?xì)怏w濃度達(dá)到爆炸極限濃度，就會(huì)出現(xiàn)閃爆著火事故。2、“包覆式”導(dǎo)電片分析443、二次密封上部導(dǎo)電片個(gè)數(shù)不夠?qū)щ娖鋵?shí)是雷電流的一個(gè)分路措施，如果其數(shù)量不夠，每個(gè)導(dǎo)電片通過的雷電流就越大，就已出現(xiàn)打火現(xiàn)象。4、導(dǎo)電片與罐壁間的電阻值

導(dǎo)靜電片與罐壁間的電阻值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超高標(biāo)準(zhǔn)要求的不大于0.03Ω，最大值為∞，不合格率達(dá)100%。導(dǎo)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。3、二次密封上部導(dǎo)電片個(gè)數(shù)不夠4、導(dǎo)電片與罐壁間的電阻值45目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、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五、大型外浮頂油罐分路與分流措施六、技術(shù)水平目錄2一、大型油罐雷電事故概況二、雷擊油罐機(jī)理三、大型外浮頂46五、大型外浮頂油罐分路與分流措施（一）標(biāo)準(zhǔn)要求1、“防止靜電、雷電和雜散電流引燃技術(shù)導(dǎo)則”APIRP2003：2008

防止雷電火災(zāi)的最有效方法是采用緊密的密封和正確設(shè)計(jì)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(guān)的電流傳導(dǎo)到大地，而且不會(huì)在可能引燃蒸氣的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生火花。任何類型的主密封上方設(shè)有防風(fēng)雨罩時(shí)，或者在設(shè)有刮蠟器或二次密封時(shí)，兩個(gè)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，分路的安裝應(yīng)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(shè)計(jì)必須確保在罐頂最高處，保持分路與罐體的良好接觸(例如：上方設(shè)置51mm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(shè)計(jì)。2、API545-2009《地上易燃液體儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定4.2外浮頂式儲(chǔ)罐4.2.1.1導(dǎo)電分路分路用于傳導(dǎo)雷擊電流的快速的和短時(shí)持續(xù)的時(shí)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(dǎo)體旁路導(dǎo)體用于傳導(dǎo)雷擊電流的快速和高中等持續(xù)時(shí)間分量。應(yīng)當(dāng)采用直接電氣連接的方式，通過適當(dāng)數(shù)量的旁路導(dǎo)體將儲(chǔ)罐的浮頂接到儲(chǔ)罐殼體上。包括接頭在內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)體的最大端-端電阻為0.03歐。旁路導(dǎo)體應(yīng)具有使浮頂做最大移動(dòng)所需的最小長度。旁路導(dǎo)體沿儲(chǔ)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(shè)有兩個(gè)旁路導(dǎo)體。五、大型外浮頂油罐分路與分流措施（一）標(biāo)準(zhǔn)要求473、NFPA780-2011《雷電保護(hù)系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定7.4.1.2外浮頂式儲(chǔ)罐7.4.1.2.1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(dǎo)體7.4.1.3.1必須通過直接電氣連接，將儲(chǔ)罐的浮頂接到罐殼上。7.4.1.3.2包括接頭在內(nèi)的每個(gè)導(dǎo)體的最大端-端電阻必須為0.03歐姆。7.4.1.3.3旁路導(dǎo)體必須具有允許浮頂做最大移動(dòng)所需的最小長度。7.4.1.3.4在儲(chǔ)罐周界至少設(shè)有兩個(gè)每個(gè)間隔不超過30米(100英尺)的均勻分布旁路導(dǎo)體。4、中國石油天然氣股份有限公司《輕質(zhì)油品儲(chǔ)罐技術(shù)導(dǎo)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(gè)有效可靠的雷電分流及監(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(dǎo)電片（分路器）沿周長間距不大于3m均勻分布，導(dǎo)電片（分路器）應(yīng)安裝在二次密封上部，且保持與罐壁間電氣接觸良好。3、NFPA780-2011《雷電保護(hù)系統(tǒng)的安裝標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定48（二）AJ/FL-1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(dǎo)電片”，這種“導(dǎo)電片”存在以下幾個(gè)方面問題：一是沒有彈性，當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)變形時(shí)無法恢復(fù)原狀態(tài)，由此造成導(dǎo)電片與罐壁間存在間隙，有雷電流時(shí)會(huì)發(fā)生間隙性火花放電；二是導(dǎo)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(dāng)有雷電流時(shí)，絕緣層無法擊穿，會(huì)出現(xiàn)旁路“跳火”，進(jìn)而發(fā)生雷電流的火花放電；三是目前所有的導(dǎo)電片沒有任何技術(shù)數(shù)據(jù)為之提供技術(shù)支撐，就是采用普通銅或白鋼片制成，是否能夠達(dá)到泄放雷電流，并且不產(chǎn)生雷電火花，沒有進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。上述三個(gè)方面的原因造成了二次密封空間導(dǎo)電片部分火花放電，致使二次密封空腔內(nèi)的可燃?xì)怏w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(dǎo)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(diào)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(shí)現(xiàn)分路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(shí)釋放，并消除雷電流釋放過程產(chǎn)生的火花。

（二）AJ/FL-1型高中頻雷電流分路器491、結(jié)構(gòu)組成

雷電流分路器由4個(gè)部分組成，即分流板、固定板、調(diào)節(jié)器、拉力計(jì)量器組成。

1、結(jié)構(gòu)組成502、雷電流分路器技術(shù)參數(shù)（1）分路器的分流板張力≥50N（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(yùn)行的磨損度＜0.69μm/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：①在分流板與罐壁間處于良好的接觸條件下，通入8/20μS波形雷電流，當(dāng)雷電流達(dá)到11.12kA時(shí)，分流板與罐壁間開始打火。②10萬m3外浮頂油罐，周長為251m，按2.5m間距布設(shè)1個(gè)分路器，將布設(shè)100個(gè)。如果雷電流為100kA，則每個(gè)分路器通過的雷電流0.5kA，不會(huì)打火。（6）分路器的分流板在張力=9N時(shí)，分路器與罐壁間的接觸電阻≤0.03Ω。（7）分路器與罐壁間存有的大于1012Ω.m絕緣涂層，厚度為2mm時(shí)，沖擊擊穿電阻小于等于0.03Ω，并不發(fā)生旁路跳火現(xiàn)象。2、雷電流分路器技術(shù)參數(shù)51（三）AJ/FLQ-1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(yīng)雷產(chǎn)生的破壞對(duì)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8/20μS，另外一種是10/350μS。而10/350μS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(yīng)該在最短時(shí)間將中低頻的大電流泄放到大地中，避免在浮盤上“運(yùn)動(dòng)”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(dǎo)線盤及分流導(dǎo)線連接浮盤與罐壁，實(shí)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(shí)釋放。并增加雷電流檢測(cè)裝置，可實(shí)時(shí)將雷電流數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)雷擊數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)，并可與其它系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。（三）AJ/FLQ-1型中低頻雷電流分流及監(jiān)控系統(tǒng)521、結(jié)構(gòu)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、雷電流記錄發(fā)射器、監(jiān)控管理平臺(tái)組成。1、結(jié)構(gòu)組成53（1）雷電分流裝置由分流線、伸縮器、防護(hù)罩、安裝支架等組成。（1）雷電分流裝置由分流線、伸縮器、防護(hù)罩、安裝支架等組成。54（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。（2