?????? [摘要]近年來，油罐雷擊著火事故頻繁發生，產生的社會影響、后果及經濟損失都十分嚴重。文章通過某公司G403雷擊爆炸著火事故原因分析與防雷措施的探討，旨在儲油罐運行安全方面提出更全面、更有效的防雷技術措施與預防管理方法。
[關鍵詞]油罐 雷擊 石腦油 避雷針

在石油化工行業中，油品儲存設施基本采用鋼質金屬油罐，具有一定高度，比一般建筑物更易引雷電，而它所儲存的油品、化工原料絕大多數為易燃、易爆物質，一旦遭雷擊，勢必引發爆炸和火災事故的發生，后果不堪設想。特別在我國東南沿海部分地區春夏季節多為雷雨天氣，遭受雷擊的可能性更大，采取有效的技術措施，預防雷擊事故這一自然災害的發生成了石化企業的必修課。
油罐遭雷擊主要有兩種基本形式：一是雷電直接擊中油罐，強電流通過油罐放電入地，產生破壞力極強的熱效應，并伴隨著強烈放電，放電溫度能高達2000℃，直接破壞物體，叫“直擊雷”。另一種叫“感應雷”，它的形成過程是由帶電云層接近地面，在油罐等凸出頂部感應出大量異性電荷。
當雷電擊中油罐，高電壓火放電產生火花直接引爆油罐內油氣體并產生巨大的轟炸聲，引燃罐內油品，瞬間造成油罐上方濃煙密布，火光沖天，毫無征兆可言，熱幅射將進一步引爆鄰近多個油罐，更有甚至如其中有一油罐的中、底部炸裂，油品大量泄出，短時間內能將整個罐區變成一片火海，后果不可想象?？梢娫谑突ば袠I中，一旦油罐遭雷擊，所產生的火災危害，其擴散速度極快、破壞力極大、危害性極強。
1 事故描述
2007年某日，某公司儲運部G403罐突遭雷電，當時油罐正在收Ⅰ加氫汽油、Ⅲ加氫汽油、Ⅳ加氫汽油、Ⅱ非芳汽油、輕烴回收T1102底石腦油，收油量為105t/h，罐內油溫35.4℃，15:54罐內液位9.53m。15:55左右，雷電突發，幾乎與此同時G403罐發生爆炸并著火，油罐上方頓時濃煙滾滾，迅速升騰起七、八米高的火焰，崗位操作人員立即開啟G403罐噴淋降溫冷卻，采取停止G403罐收油改進G309罐等相應的工藝措施，同時有關人員迅速組織應急搶險工作。
消防大隊聽到雷擊油罐爆炸聲后，以第一時間、最快的速度，緊急出動一、二中隊消防車輛共14輛，于15:58到達事故現場，同時G403罐又相繼發生第二、第三次閃爆。公司領導及有關處室人員接到報警后立即趕赴現場，成立現場應急指揮部，對消防撲救和工藝處理實施了統一指揮，采取“以固為主、固移結合、四面合擊、重點突破”的戰術，迅速展開撲救，大火在持續了20分鐘后于16:15基本撲滅，無一人員傷亡。
在此事故之前，離該公司不遠處的某油庫也發生了類似雷擊事故，2007年5月24日、6月24日油庫的10萬立油罐（外浮頂罐）竟連續兩次被雷擊著火，所幸的只是浮盤密封處起火，消防系統啟動迅速及時，當即撲滅了火情，無任何損失，而后于7月7日管道公司杭州白沙灣中轉站10萬立原油罐也發生了雷擊著火。
2 事故原因分析
G403罐為石腦油罐，石腦油的閃點為-58～10 ℃，爆炸極限為0.76%～6.9%。主要成份為C5～C12，組份輕，極易揮發，加上在油罐收石腦油時浮盤通氣孔會發生噴油現象（外浮頂罐經常發生可以觀察到），由此得知，油罐浮盤上方空間很可能充滿著易燃易爆油氣，并通過阻火器、呼吸口等處排放至大氣中。
事故發生后，對其它輕質油罐罐頂采樣口可燃氣的檢測（見表1），可推測當時G403浮頂上方已聚集大量揮發油氣并形成爆炸氣體。
表1 輕質油罐罐頂采樣口可燃氣含量
罐號
檢測日期
可燃氣含量
備注
G312
2007-07-03T16:00
>2%
可燃氣超過爆炸下限
G405
2007-07-03T16:30
>2%
可燃氣超過爆炸下限
G511
2007-07-04T14:30
>2%
可燃氣超過爆炸下限
G914
2007-07-05T15:00
>2%
可燃氣超過爆炸下限
經調查確認，G403現場周圍無施工或檢維修作業。從事故現場分析可推測爆炸點火源可能為雷擊、靜電火花、儀表電氣火花、硫化亞鐵自燃等因素造成。
2.1 當地氣象情況
公司地處屬亞熱帶季風氣候，年平均雷暴天數一般有31.1天，最長有47天，最早出現在1月29日，最晚11月4日結束，屬典型的南方多雷雨天氣。４月至９月，尤其是６月到８月，是雷雨和暴雨的高發季節。6月29日，最高氣溫37℃，午后有雷陣雨。
2.2 儲罐設施情況
G403罐為石腦油罐系內浮頂結構，有效容積5 000 m3，罐高14.5 m，直徑22.2 m，安全高度12.5 m，罐壁厚度6～10 mm。2000年，該罐在原地重建，2006年6月大修時增設固定式消防冷卻水噴淋系統。事故后進入罐體檢查發現，浮盤東側支架燒塌，浮盤向下傾斜，東側浮盤局部燒損，數只浮筒爆裂，罐內壁未過火處防腐層完好，未發現明顯腐蝕現象，罐壁表面基本沒有硫化亞鐵鐵銹，排除因硫化亞鐵自燃引爆油罐因素。
2.3 罐體防雷防靜電設施情況
油罐未裝設防直擊雷的避雷針（網）設置，符合國家規范GB 50074-2002 《石油庫設計規范》第14.2章“防雷”的要求可不裝設避雷針，油罐每月檢查浮盤與罐體間連接導線完好，并對G403罐體防雷設施進行全面檢測如下：
（1）罐體接地點四處：罐體共設4組接地引下線，沿罐壁圓周基本呈對稱分布。引下線之間的間距分別為：19.5 m、18.5 m、13.5 m、19 m。滿足國家標準接地不少于2點及間距不大于30 m的要求。
（2）接地電阻的檢測：分別為0.30 Ω、0.32 Ω、0.24 Ω、0.24 Ω；滿足國家標準不大于10 Ω的要求。
上述檢測表明排除靜電火花為點火源的可能性。
2.4 儀表、電氣等線路情況
油罐附屬儀表、電氣等設施，均采用防爆器材，因該罐為2006年進行過大修，儀表電氣均完好，油罐爆炸著火事故發生前控制室及現場未發生儀表及電氣等方面的異常，事故發生后現場查看也未發現儀表電氣線路老化、短路等現象，可排除儀表電氣產生火花的可能。
通過以上分析，結論該罐著火爆炸的點火源為雷電且系直擊雷所致，確定事故原因為雷擊引爆G403罐罐壁通氣孔揮發油氣，進一步引爆儲罐內浮盤上方油氣與空氣的混合物，撕裂罐頂鋼板后，罐內油品劇烈燃燒形成火災事故。
3 防雷技術措施
公司建廠30余年，在煉油化工行業中，無論是生產綜合管理，還是設施維護管理方面都經驗豐富，專業技術一流，從建廠起就嚴格按國家標準、行業標準等有關規定對廠區內所有的生產設備、儲存設施、電氣、儀表等設施都采取了必需的防雷技術與措施。其雷電防護已達到標準化、系統化，形成了綜合治理、層層設防、立體防御、系統保護的現代雷電防護總體原則，應用接閃、分流、屏蔽、等電位連接、共用接地系統、合理布線等綜合措施進行全方位系統防護。
事故前該公司油罐所采取的相關防雷措施：
（1）設置避雷針（網）。目前避雷針安裝有兩種方法，一種是在罐區油罐旁一定距離處設置若干避雷針，如1#原油罐區、2#渣油罐區、5#加氫柴油罐區等煉油老罐區；另一種是直接在油罐本體頂部邊沿裝設避雷針，如G302-308等拱頂油罐。避雷針、引下線與接地網絡形成構成一個完整的電氣通道，能將絕大部分雷電流直接引入地下泄散。避雷針的防雷原理可以用滾球法理論解釋，即：半徑為R的球與避雷針和地面相切繞避雷針滾動一般所形成的陰影區域即為避雷針的保護范圍。R越小，進入保護范圍的雷擊能量越小，避雷針防雷效果越好。它主要用于防直擊雷，因直擊雷概率雖小，但對設施破壞極大。
（2）罐體安裝防雷接地。油罐接地點根據罐容積量大小，不同設計安裝，如5000立油罐基本罐體接地點4處，但油罐防雷接地點均不少于2處；接地點沿油罐周長的間距在設計建造時均小于30m，接地電阻小于10Ω，因接地點可能會因外界大氣、環境等因素腐蝕產生接地不良情況，由電氣專業人員定期檢測其電阻值。保證油罐的良好接地，可有效降低雷擊產生的危害。
（3）罐頂鋼板厚度大于4 mm且安裝阻火器。因裝有阻火器的油罐在導電性能上是連續的，當罐頂鋼板厚度大于或等于4mm時，對雷電有自身保護能力，可無需裝避雷針保護。中國科學院電工研究所與相關專業組曾進行過石油儲罐雷擊模擬試驗。模擬雷電流的幅值為146.6～220kA(能量為133.4～201.8 J)，鋼板熔化深度為0.076～0.352mm?？紤]到實際上的各種不利因素（如材料的不均勻性、使用后鋼板腐蝕等）及富裕量，規定鋼板厚度大于或等于4mm，對防雷要求來說是足夠安全的。
（4）對（內）浮頂罐的浮頂與罐體處裝設2根以上的連接導線。浮頂罐裝設橫截面為25 mm2的軟銅復絞線，內浮頂罐裝設橫截面為16 mm2的軟銅復絞線。其目的是導走浮盤上的感應雷電荷和油品傳到金屬浮盤上的靜電荷，防止浮盤上產生大最感應電荷與罐體間形成高電壓差出現火花。
（5）其它用于防護電氣、儀表等系統防雷措施，如采用屏蔽電纜、安裝浪涌保護器等。
事故后，從管理上采取的一系列措施：
（1）制訂夏季雷暴期間儲罐收付油品防范措施，減少油氣呼吸量，杜絕儲罐浮頂噴油現象。進一步強化對收、付油品等相關操作和作業進行危害識別和風險評價，針對風險評價結果，制定和落實相應的安全預防措施。①控制好石腦油的切割和進罐溫度，在暴雨期間要控制進罐量、分散進料；②嚴格執行工藝紀律，上游裝置保持平衡操作，油品外放量要相對穩定；要采取措施確保出裝置油品溫度不超工藝卡片、不夾帶輕組份，盡量減少罐內油氣揮發；③當氣溫較高或雷雨來臨前，有噴淋設施的油罐要及時啟動噴淋進行降溫。
（2）抓好煉油裝置的源頭管理，減少操作波動，穩定石腦油生產組份蒸汽壓，同時減少裝置出石腦油中C5等輕質組份，增加石腦油罐容，緩和油罐的油氣揮發。
（3）開展對設備防雷接地設施全面排查工作。按要求每年分兩次進行接電測試，確保接地電阻值在國家規范要求范圍內。
（4）對部分無消防噴淋設施的輕質油罐增設消防噴淋，一旦油罐發生火災，可快速開啟水噴淋冷卻自身和鄰近周圍油罐，保護油罐設施，可有效抑制事故的擴散。
4 油罐頻遭雷擊分析
為什么在按國家標準規范要求采取了眾多防雷技術措施條件下，還是相繼出現油罐雷擊爆炸火災事故？針對目前雷電現象、儲油罐防雷措施方面，我們共同作如下分析：
（1）雷電為自然現象，根本無法消除也無法預測，只能采取相關防范措施。它的出現只與地區有關，雷電活動的強度是因地區的不同而不同的，有的地區強，有的地區弱。雖說雷電擊中油罐發生火災機率相對較小，但人為根本無法100%預防。
（2）目前一些大型儲罐浮盤與罐體間的連接導線導電性能不佳。雷云接近儲油罐時，浮盤的雷電荷無法快速消除之間產生的電壓差。對大型儲油罐而言，如某油庫10萬，直徑達80米，于2007年5月24日、6月24日連續兩次發生雷擊，分析原因很可能是感應雷引起。云層中電荷累積到一定程度就形成高電壓，當雷云接近油罐時，直徑80米之大的浮盤上感應出大量異性電荷，而此時浮盤與罐體間只有兩根截面積為25 mm2接地銅絞線，浮盤上的大量電荷無法迅速導走消除，浮盤與罐壁間形成電壓差，導致機械密封處鐵板與罐壁間瞬間放電，產生火花引爆一次密封與二次密封間的爆炸氣體，發生火災。事故發生后，油庫相關技術專家馬上提出整改方案，在浮盤與罐體間又增設四根50mm2接地軟銅絞線。
（3）大多油罐（庫）未裝設避雷針（網）。油罐遭雷擊大多為浮頂儲油罐，采用浮盤密封，罐鋼板厚度均大于4mm，且裝有阻火器，接地良好，按國家規范要求可不裝設避雷針（網）保護。油罐不設避雷針（網）防護，其中有一重要因素是認為由于浮頂罐儲存油品采用浮盤密封，通常密封比較嚴密，理論來說浮頂上的油氣較少，一般達不到爆炸下限，也就是說即使雷電擊中油罐，其著火也只發生在密封圈不嚴處，容易撲滅。再者避雷針實際是引雷的，當雷電引至避雷針經引下線至接地網絡，其流入地處的地電位升高，引下線周圍空間形成強烈的電磁脈沖。雷擊點附近的通訊線路、信號控制線路、射頻傳輸線路會通過反擊和電磁耦合的方式，形成暫態過電壓，并以雷電波的形式沿線路傳播，危害電子設備。其實不然，儲存易揮發的輕質油罐的浮盤密封不管是機械密封、橡膠密封都不可能達到100%嚴密，對于密封性能很好的二次機械密封來講，其一次密封與二次密封間也存在爆炸氣體。實際上對外浮頂罐，浮盤上方直接與大氣相通，密封處所逃逸出的少量易燃易爆油氣很容易散開，一般情況可能達不到爆炸下限；但對內浮頂罐則在浮盤上方是封閉空間，密封不嚴所產生少量易燃易爆油氣很容易聚積在一起，久而久之便形成達到爆炸下限的爆炸氣體（如表1），一旦遭雷擊，即瞬間爆炸。顯然可見，油罐既然儲存易燃易爆介質，若無可靠、有效的防雷設施，安全隱患不小。
有人可能會認為，儲存易燃易爆的油罐無論如何都必須裝設避雷針。我們則認為就算裝設避雷針也不能全面防護油罐不受雷擊。有關防雷專家曾對避雷針保護范圍做了大量實驗，實驗表明避雷針只能保護一定范圍內的建筑物，如單支避雷針所能防護范圍見表2（注：當側方襲來的下行雷電先導被避雷針引近而未能在針端接閃時，會出現閃電擊中避雷針附近地面的情況，使得高架避雷針附近的地面落雷密度較該處平均落雷密度大，該地面稱為散擊區）。多支避雷針防護范圍計算詳見GB50057 94（2000版）《建筑物防雷設計規范》。如對于南京輸油處儀征輸油站16號15萬方原油儲罐容量15萬噸、直徑約100米、高22米來說，理論上可能需安裝五六十米且多支避雷針方可，而裝設了以后是否真正能起到防雷效果，也可以說是個未知數，畢竟理論應立足實際現象來解決問題。
表2 避雷針的高度對其保護區和散擊區的影響
避雷針高度/m
10
20
30
40
60
80
100
地面保護區半徑/m
32
45
52
56
60
60
60
地散擊區半徑/m
89
127
155
179
219
253
282
5 油罐防雷措施探討
從目前現狀來看，油罐的防雷已引起地方企業及業內專家的高度重視。對于油罐來說，按照設計規范做好防雷、防靜電接地設施以外，還需要加強日常對防雷接地的測試，保證防雷設施有效。根據石油化工儲罐實際運行狀況分析及多年的工作經驗，我們認為應進一步對目前規范要求之外防雷措施與管理辦法方面的研究與探討：
（1）針對大型儲油罐防雷措施，一方面可通過加大浮盤與罐體間連接導線的截面積來加快電荷流動，以平衡浮盤與罐體間的電壓；另一方面可利用油罐浮盤本體連接的設施中央排水管（因浮盤上下大幅度升降，需一根根密封相連可伸縮疊攏放置，俗稱疊管），通過排水管連接至罐體將電荷導入地面，可在排水管法蘭連接絕緣處安裝截面積足夠大的連接導線，并保證整根疊管的電氣通道良好。通過此法可有效防止浮盤上感應雷電荷的積累，避免浮盤邊緣與罐體間產生火花，引爆一、二次密封間的爆炸氣體。
（2）在中雷區以上區域（一般認為年平均雷暴日不超過25天的地區為少雷區；年平均雷暴日在26～40天的地區為中雷區；年平均雷暴日在41～90天的地區為多雷區；年平均雷暴日超過90天的地區稱為強雷區），對于大面積分布的易燃、易爆、易揮發性輕質油品的中小型儲罐，條件許可的情況下建議裝設避雷針（網），裝設這種常規避雷設施可有效防范直雷擊，以降低雷擊事故的發生機率。
（3）對東南沿海地區的石油化工企業管理中，應加強防雷措施方面的應急生產管理，特別在雷暴多發季節里，應嚴格控制裝置出來油品組份，及時調整生產工藝、儲罐收付狀態等各類管理措施來預防雷電危害。
防雷始終是石化企業必須面臨的一個問題，如何能切實有效地防止雷電災害，可否采取一些更好的防雷手段，比如區域防雷是在防雷領域內的一個新思路，但是目前國內外涉及并取得良好效果的實例還不多；又如其它所謂的新型防雷設施：消雷器、限流避雷針、脈沖避雷針等各式非標準防雷裝置，應作嚴格而科學、客觀的調研及分析，不宜輕易地推廣和應用這些技術。我們應在嚴格按國家規范、標準防雷技術的基礎上作更進一步深入的學習、研究與探討，以保障人民、企業、國家的財產不受雷害損失。


參考文獻
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