葉 林, 譚建林

1.杭州碧蕾科技有限公司 杭州 311500 2.南通雅本化學有限公司 江蘇南通 226407

1 危化場所防雷基本要求

石油化工等生產場所具有危險性,一旦發(fā)生爆炸、火災等事故,可能造成巨大的人員傷亡和經濟損失,因此這類場合要防沖擊、防明火、防跳火、防過電、防過熱。石油化工設備大都是暴露于空氣中的大型鋼架結構,引雷能力極強,空氣中彌漫著易燃易爆的氣體,若發(fā)生直接雷擊,會引發(fā)安全事故,因此配備全面良好的防雷保護尤為重要[1-3]。

危化場所的防雷保護要求具有對雷擊沖擊力、雷擊明火、雷擊過電、雷擊過熱的消除或減少作用。

2 現(xiàn)有標準防雷措施分析

現(xiàn)有?；瘓鏊枰裾請?zhí)行的國家標準包括GB 12158—2006《防止靜電事故通用導則》、GB 15599—2009《石油與石油設施雷電安全規(guī)范》、GB 18218—2018《危險化學品重大危險源辨識》、GB/T 18802.1—2011《低壓電涌保護器(SPD) 第一部分:低壓配電系統(tǒng)的電涌保護器 性能要求和試驗方法》、GB/T 18802.21—2016《低壓電涌保護器 第21部分:電信和信號網(wǎng)絡的電涌保護器(SPD) 性能要求和試驗方法》、GB/T 21431—2015《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》、GB 50057—2010《建筑物防雷設計規(guī)范》、GB 50058—2014《爆炸危險環(huán)境電力裝置設計規(guī)范》、GB 50074—2014《石油庫設計規(guī)范》、GB 50156—2012《汽車加油加氣站設計與施工規(guī)范》、GB 50251—2015《輸氣管道工程設計規(guī)范》、GB 50253—2014《輸油管道工程設計規(guī)范》、GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》、GB 50601—2010《建筑物防雷工程施工與質量驗收規(guī)范》、GB 50650—2011《石油化工裝置防雷設計規(guī)范》。

現(xiàn)有的防雷標準中,主要措施可用如圖1所示。對于?；瘓鏊?如果安裝傳統(tǒng)接閃器,可能存在一定缺陷。

圖1 防雷標準中主要措施

金屬鋼架系統(tǒng)雷擊示意圖如圖2所示。當雷電直接擊在建筑物或設備鋼架上時,在擊閃點位置存在高壓雷電流。在擊閃電弧3～5 m范圍內,雷擊沖擊力可直接對非金屬物體造成機械損壞和沖擊。擊閃電弧瞬間溫度可達10 000 ℃,電勢可達百兆伏級,可直接引燃周邊1～3 m范圍內的易燃物體。擊閃電弧四射的火星影響范圍可達數(shù)十米,對易燃易爆場合而言是一個致命的安全隱患。

圖2 金屬鋼架系統(tǒng)雷擊示意圖

在直接雷擊發(fā)生瞬間,高壓雷電流下泄通道位于金屬鋼架系統(tǒng)中,會在金屬設施上產生很高的消耗接觸電勢。根據(jù)雷電流從高電勢到低電勢自動消耗的過程規(guī)律,雷電流會通過金屬系統(tǒng)泄放消耗。在流經過程中,會在金屬鋼架系統(tǒng)中某些接觸不良處產生電勢不平衡的火花放電。在易燃易爆場合,火花是嚴重的安全隱患,其危害程度直接與雷電流i的幅值成正比。根據(jù)物理學原理,雷電流幅值越大,流經消耗的范圍越廣,持續(xù)時間越長。

為保證安全,根據(jù)標準在保護位置的鋼架上安裝接閃器。但實際情況是,標準規(guī)定的接閃器為金屬裝置,對雷擊電流i的幅度并沒有多少消減作用,接閃器質量越好,遭雷擊的概率反而越高。

另一方面,引下線和接地裝置也存在負面作用。雷電流是有害電流,可以通過引下線和接地裝置轉移消耗。電不會突變,且具有緩變特性,雷電流只有通過流經的電阻消耗才會減小。流經的電阻小,則電流幅度消減小,高電壓危害范圍會較遠。換言之,引下線和接地電阻的質量越好,危害程度反而可能越高。

雷電入侵對?；瘓鏊钠茐男问接腥N。一是直擊雷,即雷電直接擊在建筑物或設備鋼架上,產生強加熱效應和電動力作用。二是雷電的二次作用,即雷電流產生的靜電感應作用和電磁感應作用。三是雷電對架空線路或金屬管道的作用,所產生的雷電波可能沿這些金屬導體、管道流動,天線或架空電線可能將高電位引入室內,造成雷電反擊。對于以上三種雷擊方式,標準規(guī)定的保護措施都不能產生正面的消減作用,特別是?；瘓鏊蟮膶讚魶_擊力、雷擊明火、雷擊過電、雷擊過熱的消除或減少作用。

3 雅本化工基地情況

南通雅本化學有限公司一期建設多個甲類生產車間、甲乙丙各類倉庫、儲罐區(qū)、污水處理中心、廢氣、廢液焚燒設施、蒸汽機械再壓縮技術及三效蒸發(fā)除鹽設施等。各類車間及設施的建筑面積超過100 000 m2,總反應釜容積大于2 000 m3,屬于大型一級?；瘓鏊?。

4 感應消雷技術的應用

雅本化工基地位于海邊,雷擊風險概率很高,防雷安全是特別需要注意的重要工作?？紤]到傳統(tǒng)防雷技術存在的安全問題,邀請專家對基地的防雷技術選型進行討論,并對擬采用技術的現(xiàn)有效果進行實地考察,確定應用感應消雷技術,在基地重要部位安裝感應型消雷針[4-9]。

4.1 技術原理

感應消雷技術通過感應方式主動吸引周圍空間的雷云電場,如圖3所示,以大功率、大阻抗、大體積的耗雷體主動消耗有害雷電流的危害能量,有害的高壓雷電流只有通過耗雷體的消耗才能減小。這一技術采用引雷消耗的保護方式,沒有直接雷擊的火星和電弧,可以利用感應型消雷針的安裝高度和多點覆蓋,形成一個安全的低電壓隔離保護空間,在保護范圍內是安全的。

圖3 感應消雷技術原理

感應型消雷針可以直接安裝在保護鋼架設施的上方,也可以以獨立避雷針形式安裝在四周?？紤]到安全性和可靠性,需要根據(jù)現(xiàn)場情況進行勘察設計。

4.2 現(xiàn)場安裝

在需要保護的設施頂部安裝感應型消雷針,如圖4所示,最低要求為消耗有害的雷擊高電壓,理想要求為消除保護范圍內直接雷擊發(fā)生的可能條件。在保護范圍內不發(fā)生雷擊,這是最安全的。

4.3 應用效果

雅本化工基地于2014年起應用感應消雷技術,5年來安裝位置處沒有雷擊情況發(fā)生,僅在基地內沒有安裝感應型消雷針的一般位置發(fā)生過雷擊損壞電子系統(tǒng)設備事故,由此確認感應消雷技術起到了消除直接雷擊的作用。

圖4 感應型消雷針現(xiàn)場安裝情況

5 結束語

基于現(xiàn)有標準防雷措施可能存在的安全隱患,雅本化工基地在?；袠I(yè)內首次應用感應消雷技術,取得了良好的效果。通過實際應用,確認感應消雷技術原理是正確的,具有推廣價值。