【摘 要】 根據雷云靜電感應機理及油罐的結構與運營情況，分析某金屬外浮頂油罐雷擊著火成因，提出減少或消除這類油罐雷擊火災事故的方法。

　　【關鍵詞】 外浮頂油罐 爆炸性混合物 爆炸極限 靜電感應 電氣聯接 二次密封

　　引 言

　　2006 年8 月當某15 萬立方米原油儲罐雷擊著火時，按照部領導指示，與中石化有關領導第一時間到現場調查研究，與管道公司領導及輸油站有關人員在現場座談交流，對該罐雷擊著火原因進行了初步分析。2007 年1月根據中石化領導要求，參加了大型儲罐安全整改會議。

　　1 概述

　　2006 年8 月份，某地儲量15×104m3 金屬外浮頂油罐遭雷擊起火，值班人員同時發現該油罐區距著火罐100m左右的1#電視監控探頭被雷擊壞，立即報警通知消防隊啟動火警預案：（1）啟動消防水泵,對著火罐罐壁進行滅冷卻；（2）站調度向輸油調度匯報，切換供油流程。隨后6 名消防隊員勇敢地登上著火罐，用罐頂配置的消防器材進行距離的輔助滅火，油罐大火燃燒約20 分鐘，罐頂明火全部撲滅（見圖1、圖2、圖3）

圖1 某儲罐事故現場照片之一

  圖2 某儲罐事故現場照片之二

圖3 某儲罐事故現場照片之三

　　2 原油罐雷擊著火前的基本情況

　　該油罐是儲存原油的金屬外浮頂油罐,容量為15×104m3,直徑100m，罐壁高21.8m,設計液位20.2m,罐壁與浮頂之間采用了二次密封裝置，第一次采用彈簧機械密封，第二次采用帶橡膠帶的軟密封，在二次密封周邊的浮頂與罐壁之間固定有導靜電的銅質刮板（每隔3～4m 設置一塊）見圖4、圖5，這些刮板與罐體之間存在大小不等的間隙，小的0.5mm 左右，大的可達1.5cm，雷擊起火時油罐液位為16.16m，儲油量為12.58×104m3，當時該罐正以2000 m3/h 速度向外輸油，從現場檢查情況看，油罐的防雷接地符合《石油庫設計規范》要求，油罐設有環形接地裝置，並有12 個接地點與其相連，每個接地點的接地電阻均小于10Ω（實測為0.3～1.2Ω 不等），罐體與浮頂之間設置有2 根橫截面不小于25mm2 的軟銅復絞線連接，符合規范有關要求。

　　3 事故原因分析

　�。�1）油罐雷擊火災發生的條件。油罐的雷擊火災事故，必須同時存在以下三個條件：

　　1）存在油氣與空氣形成的爆炸性混合物，油氣與空氣的體積濃度比在爆炸或火災危險極限內（1.4%～7.6%左右），濃度比小于下限1.4%時，油氣既不會燃燒，也不會爆炸。當油氣濃度比大于上限7.6%時，油氣只會燃燒不會爆炸。油氣濃度在爆炸極限的下限與上限之間，就會產生爆炸燃燒事故。

　　2）存在雷擊火花（直擊雷或感應雷），且此雷擊火花發生在有油氣與空氣形成的爆炸性混物的環境內。

　　3）雷擊火花的能量大于油氣的引燃能量，即0.02mJ/g。

　　現將三個條件詳述如下：

　�、儆凸薷№斨車�存在油氣與空氣混合物的原因：

　　在當地發生雷雨天氣時，該油罐正以2000m3/h 的速度輸出原油，浮頂緩慢下降，罐體內壁上不可避免地會懸掛少量原油，其揮發出的油氣與空氣混合形成爆炸性混合物，此爆炸性混合物存在于浮頂與罐體之間的四周。當油罐密封裝置不嚴密，存在少量油氣泄漏現象時，也會在浮頂與罐體之間的四周存在油氣與空氣的爆炸性混合物，以上兩種情況存在的爆炸混合物，均存在于浮頂與罐體交界的周圍。由于風的負壓作用，上風向較下風向嚴重，由此可見，在當地發生雷擊時，根據油罐的運營情況，油罐的密封情況，在油罐浮頂與罐體之間的周邊上風向，存在油氣與空氣的爆炸性混合物，且油氣濃度在爆炸極限范圍內是完全可能的。

　　②雷擊火花存在的原因：

圖4 油罐結構示意圖

圖5 油罐密封結構剖示圖

　　當雷云到達罐區上空時，由于靜電感應的原理，會使罐體及浮盤上感應與雷云極性相反的電荷，當發生雷云對雷云；雷云對大地的雷擊時，由于正、負電荷的中和作用，雷云電荷迅速消除，罐體與浮盤電荷也要隨雷云電荷的消除而迅速消散。由于罐體電荷與浮盤電荷所處的位置不同,電荷的消散就有快慢之分.罐體電荷途經罐體波阻,接地裝置波阻泄入大地。而浮盤電荷途經浮盤波阻,連線波阻, 罐體波阻,接地裝置波阻泄入大地,其二者之間必然存在電位差。當罐體與浮盤的某一間隙產生的電位差大于間隙所能承受的擊穿強度時，就會發生電弧火花引燃油氣與空氣的混合物.依據美國API RP545《地上儲罐防雷保護》執行小組實驗，顯示這些導靜電片在雷擊時會大量產生火花。經現場檢查此火花可能存在于：①罐體與浮頂相連接的軟銅復絞線的連接點，此接點經檢查有松動現象，但沒有電弧燒傷痕跡；②浮盤周邊上固定的導靜電銅刮板處（每隔3～4m1 塊）。現場檢查發現，這些導靜電刮板與罐壁間存在大小不等的間隙，應是引起該罐發生爆燃的點火處。

　　圖6 云層對大地上油罐的靜電感應示意圖

　　③此種雷擊火花能量一般均高于油氣點火能量。

　　根據上述分析，2006 年8 月份，該地區突降雷暴雨，某儲罐浮頂邊緣存在油氣與空氣的混合物，其體積濃度處于爆炸極限之內，當雷擊發生時，浮頂上固定的眾多靜電銅刮板只要有一塊與罐壁的間隙達到電擊穿條件就會發生爆燃，此時若一、二次密封無油氣泄露現象，火焰立即熄滅，由于存在泄露，在泄露點會產生明火火苗，進而導致密封圈燒壞，油氣蒸發加大而產生大火苗。據現場觀察及觀看監控錄像發現有5 處著火點，證明油罐共有五處泄露點,著火點在油罐浮頂二次密封與罐壁間，根據現場人員觀察火焰最高達約10m。

　　4 外浮頂油罐的防雷措施

　�。�1）根據《石油庫設計規范》要求，罐體與浮頂的2 根軟銅復絞線連接處，要進行電氣連接處理（鋼板除銹、銅鼻子鍍錫或加導電膠泥），使連接電阻達到不大于0.03Ω的要求，當時該儲罐的連接處只是簡單的固定和連接（存在松動現象），且連線兩端存在3 圈以上的纏繞現象，纏繞會產生電感，影響浮盤上的電荷導走。增加浮頂與罐體之間的電位差，增加了浮頂與罐體之間間隙的放電幾率，這是不安全的。因此，軟銅復絞線應盡可能保持自然伸展狀態，不能出現互相纏繞的現象。

　　對金屬外浮頂儲罐由于雷電感應作用在浮盤上產生的電荷導出有兩種情況：

　　1）雷擊罐體或與罐體有連續的物體（管線、有管線相聯接的相鄰儲罐）時，浮盤上產生的電荷以行進波的形式向外傳播。此時，電荷的導出與連接線的波阻值00CL大�。ㄍǔ＃�在雷電概念中波阻是指雷電波傳播時所受到的阻力）有關。波阻大導通慢，波阻小導通快。而25mm2 軟銅復絞線波阻，與單芯電纜波阻相當，約有30～40Ω，兩根並聯只有15～20Ω。

　　2）發生空中雷擊，或在油罐區其他地方發生雷擊，浮盤的電荷以靜電的形式向外泄放，Q=Q0•exp-T/RC 或Q=Q0•exp-LT/R〕

　　RC 及L/R 為時間常數τ，當τ 小時，浮盤電荷泄走快，反之慢。而25mm2 軟銅復絞線,30m 長電阻只有27.3mΩ

　　兩根並聯只有13.7mΩ。由此可見用2 根25mm2 軟銅復絞線，連接浮頂與罐體來導走浮雷電感應的靜電荷是沒問題的。

　�。�2）罐體與浮頂之間應避免存在小間隙，應取消導靜電銅刮板：

　　因為輸送原油作業過程中不會產生靜電，故在《石油庫設計規范》無此要求。取消靜電銅刮板可消除罐體與浮頂之間眾多的大小不等的放電間隙。美國API RP545《地上儲罐防雷保護，最新實驗的更新情況》一文中指出：“ NFPA 780（雷電防護規范）中，導靜電片每隔3m 安裝在浮頂罐上部密封處。安裝導靜電片的目的是建立浮盤與罐壁的導通，通過對API RP545《地上儲罐防雷保護》的試驗，工作組認為，這些導靜電片在雷擊時會大量產生火花。如果在雷擊時密封和罐壁之間存有間隙，而且達到爆炸混合比，儲罐可能發生火災�！� 所以，我提出取消導靜電刮板的觀點是正確的。

　�。�3）儲罐的防雷接地應作成閉環，接地線、接地體應按規范要求施工和連接，保證接地電阻不大于10Ω；同一接地體裝置各點的接地電阻應基本相等，如發現某一點的接地電阻明顯偏大，達1.5 倍以上,應認真分析原因，消除缺陷。

　　5 結束語

　　根據《石油庫設計規范》的規定，儲存甲類和乙A 類油品的地上立式油罐，應采用浮頂油罐。浮頂油罐應采用2 次密封裝置，避免油氣泄漏。浮頂油罐的防雷，應作到油罐的罐體與浮頂之間用二根橫截面不小于25mm2的軟銅復絞線做電氣連接（鋼板除銹、銅鼻子鍍錫或加導電膠泥、連接點要有防松措施），使連接點的接觸電阻不大于0.03Ω 的要求，同時二根銅復絞線應保持自然伸展狀態，不要在兩端出現相互纏繞的現象，使雷電有一個泄入大地的暢快通道。減少或消除浮頂與罐體之間的電位差，才能避免發生雷電火花。原油在輸送過程中，由于原油內含有一定的雜質與水份，電阻率不會大于1010Ω•cm，因此不會產生靜電，此類油罐的導靜電刮板是毫無用處的，應拆除。此類油罐在我國發生過幾次雷擊火災事件，但都是在浮頂四周密封圈處燃燒，容易撲滅，我國這類油罐的雷擊事故率不到萬分之一罐年，因此采用了二次密封的此類油罐，按照《石油庫設計規范》進行雷電防護，還是比較安全的。