油库雷电预警系统的设计与应用

刘 璇，刘全桢，刘宝全，毕晓蕾，高 鑫，高 剑，姜 辉，刘 娟

(中国石化安全工程研究院，山东青岛 266071)

油库雷电预警系统的设计与应用

刘 璇，刘全桢，刘宝全，毕晓蕾，高 鑫，高 剑，姜 辉，刘 娟

(中国石化安全工程研究院，山东青岛266071)

介绍了雷电预警系统的主要功能以及结构组成，并在某油库进行试运行，结合当地气象局提供的雷电数据，对其运行效果进行分析。结果表明，该雷电预警系统闪电监测准确，预警信息发布及时。

油库安全 雷电预警 系统设计 应用效果

1 雷电事故案例

雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十大自然灾害之一，近年来频繁发生，极大地影响了人们的生产、生活[1]。油库是存储及发放油品的重要场所，一旦遭受雷击，往往会引起爆炸起火，造成重大人员伤亡及财产损失。通过对以往众多油库火灾爆炸事故的统计可知，雷电引发的油罐火灾占各类油罐火灾总数的61%[2]，由雷电引起的油库事故不仅发生频次高，而且破坏性极大。文献[3]指出，1972-1999年国内共发生较大油罐雷击着火爆炸事故20多起，造成重大经济损失和人员伤亡；特别是1989年8月12日山东黄岛油库遭雷击，导致5号罐起火并引爆1～4号罐，大火燃烧104 h，造成19人死亡、100多人受伤，直接经济损失超过3 500万元。2006年至今，我国连续发生了数起储罐雷击着火事故，某油库2007年5月和6月先后两次遭受雷击，上海某输油站储油罐同年7月遭雷击而爆炸着火等等，均造成重大经济损失[4-5]。因此，研究油库雷电预警预报方法，建立有效的雷电监测预警系统，对于减少雷电对人民生命和财产造成的损失有着重要的意义[6-7]。

为了解决油库小区域空间雷电预警问题，基于无线传输与移动互联技术，组建了适合石油化工行业的雷电预警系统。研制的新型固态大气电场仪，取代了传统磨机式雷电预警探头，并在一定范围内组网部署，解决了单个探头可靠性低、虚警率高的缺点；开发了无线传输蜂窝布局雷电预警数据处理与计算软件系统，实现了雷暴云预计到达位置和时间的预警，并在某油库应用。

2 雷电预警系统设计

雷电预警系统主要由雷电预警装置、服务器及客户终端组成，如图1所示。通过电场传感探头，对大气中的环境电场进行连续监控，同时将采集的大气电场数据实时传送到控制主机中，采用有线或无线的方式与上位机进行数据交互，把数据发送到服务器端，通过软件进行分析计算，得出本地电场的活动趋势，并进一步对有可能产生的雷电活动提前预判，再转发到工作站显示，从而提供及时、有效、准确的雷电预警信息。

图1 雷电预警系统结构示意

雷电预警装置是雷电预警系统的核心元件，它的数量、种类、布局和运行质量决定了一个系统的规模、效率和精度。针对现有磨机式雷电预警探头造价高，防水防尘、防腐等级较低，每年需要检修，且不满足防爆要求等缺点，本系统研制了一种价格低、稳定性好、能长时间稳定运行、2～5年无需维护的新型电子调制固态雷电预警探头，适应于石油库、加油站长期连续工作状态下的雷电监测应用。考虑到现场安装环境复杂多变，系统可采用市电和太阳能供电两种方式。如果现场不方便采用市电供电，可以采用太阳能电池板供电，并采用大容量蓄电池作为贮备，用于夜间及阴雨天气下的供电。

为了能够更高效、快速、便捷地提供服务，本系统对实时采集的信息使用高速通道传输到公共云，在云端进行雷电预警综合分析与计算以及雷电预警运算数据存储与管理。并把预警信息发送到监控平台，监控平台再根据预警时间、等级做出相应的提醒服务。从而实现了从数据采集、数据筛选、信息判断到预警服务的智能化处理，免去人工繁复的工作，降低维护成本，提高效率。

3 雷电预警系统应用实例及效果

3.1 雷电预警系统示范应用

雷电预警系统的4个探头分别安装在油库的最外围，形成四边形布局形状，保护范围可覆盖整个油库及周边。4个探头的安装位置分别位于办公楼楼顶、库区西北角、污水处理池旁和二油计量楼顶，如图2所示。

雷电预警系统安装位置应尽量平坦开阔，至少周围半径10 m内没有其它更高的物体。采用太阳能供电和无线数据传输方式的大气电场探测仪安装时无需另接电源线和数据线，只需要一个日照充足的安装位置即可，无故障情况下无需人员管理。具体安装方式采用以下两种：可通过固定法兰直接安装在建筑物的女儿墙上，也可直接安装于室外无阻挡的开阔地，安装时使探头的视野立体角尽量大(最小为90度)，以保证天空和云层都在探测范围内。雷电预警系统客户端主机装设在油库调度中心，工作人员可以随时查看雷电预警信，指导并合理安排企业的安全生产。

图2 雷电预警系统探头安装位置示意

3.2 雷电预警系统运行效果

研制的雷电监测预警系统已在某油库进行试验运行，经试验运行效果看，该系统能够有效实现雷电预警。现以2014年7月15日、2014年7月22日、2014年7月23日和2014年7月24日的雷电预警系统预警过程为例(表1)，结合当地气象局提供的雷电数据，说明雷电预警系统的雷电预警能力。

7月15日12∶04∶43，雷电预警系统检测到附近有闪电发生，发出报警信息。从气象资料看，从雷电预警系统开始报警到解除报警，这一时间段内共发生了13次闪电，最早发生的一次闪电的时间为12∶28∶48，闪电发生位置位于胶南市，距离油库较远，雷击风险很小。第二次闪电时间为12∶39∶14，距离油库较近，对油库存在潜在雷击风险，雷电预警系统报警时间提前了24 min左右。

表1 雷电预警系统预警数据

7月22日15∶15∶19，雷电预警系统检测到附近有闪电发生，发出报警信息。从气象资料看，从雷电预警系统开始报警到解除报警，这一时间段内共发生了33次闪电。最早发生的一次闪电的时间为15∶41∶50，位于油库西北海域，距离油库较近，对油库存在潜在雷击风险，最高级别雷电预警系统报警时间提前了26 min左右。

7月23日8∶03∶17，雷电预警系统检测到附近有闪电发生，发出报警信息。从气象资料看，从雷电预警系统开始报警到解除报警，这一时间段内共发生了7次闪电。最早发生的一次闪电的时间为8∶27∶23，位于青岛市市区，距离油库较远，雷电预警系统报警时间提前了24 min左右。

7月24日雷电预警系统分别在17∶45∶46和21∶23∶40发出了2次报警信息。从气象资料看，这两次报警时间内，共发生了4次闪电。第一次报警时间内有3次闪电发生，最早发生的一次闪电的时间为18∶18∶55，最高级别雷电预警系统报警时间提前了33 min左右。第二次报警时间内有1次闪电发生，时间为21∶48∶31，最高级别报警时间提前了22 min左右。

通过以上报警信息和气象资料的对比分析来看，本文雷电预警系统可以对雷电活动进行有效预警，报警准确率高。该过程中，此系统雷电预警时间较之雷电实况提前约10～30 min，雷电警报及解除准确及时，从预警到闪电发生时间间隔较短，避免了企业在闪电未发生前停止作业时间过长，为企业的安全生产换取了宝贵时间，有利于提高企业安全生产效率。从服务对象反馈信息看，其服务效果较好。

4 结论

从应用效果看，该雷电预警系统能适用于石油化工行业，可以对雷电活动进行有效预警，报警准确率高，预警及时，起到了很好的雷电预警作用，可更好地满足油库应对雷电灾害的需求，为今后雷电预警的广泛应用提供了有力的研究数据和应用基础。

[1] 张义军，周秀骥.雷电研究的回顾和进展[J].应用气象学报，2006，17(6)：829-834.

[2] 周毅，赵晓刚，潘仕祥，等. 石油库大型储罐的综合防雷[J].石油工程建设，2012，51(1)： 5-9.

[3] 余蓉，杜牧云，李国梁，等. 武汉市油气库雷电预警服务系统设计与应用[J].暴雨灾害，2014，33(4)：407-412.

[4] 薛朝妹.油库雷击事故的预防与控制[J].中国安全生产科学技术，2011，7(8)：203-206.

[5] 杨扬，杨常国.大型储油罐区防雷电监测预警安全措施[J].安全、健康和环境，2009，9(2)：46-47.

[6] 吴健，陈毅芬，曾智聪. 利用地面电场仪与闪电资料进行短时雷电预警的方法[J].气象与环境科学，2009，32(1)：47-50.

[7] 孟青，吕伟涛，姚雯，等.地面电场资料在雷电预警技术中的应用[J].气象，2005，31(09)：30-33.

DesignandApplicationofOilDepotLightningWarningSystem

Liu Xuan，Liu Quanzhen，Liu Baoquan，Bi Xiaolei，Gao Xin，Gao Jian，Jiang Hui，Liu Juan

(SINOPEC Research Institute of Safety Engineering, Shandong, Qingdao 266071)

The main functions and structure of the lightning early warning system are introduced, and the test results are analyzed with the lightning data provided by the local meteorological bureau. The results show that the lightning early warning system is accurate and the early warning information is timely.

oil depots safety; lightning warning; system design; application effect

2016-08-13

刘璇，注册安全工程师，2014年毕业于北京工业大学控制科学与工程专业，现在中国石化安全工程研究院从事雷电安全方面的工作。