油气库的雷电及静电安全防护分析

2020-01-15蔺鼎读

化工设计通讯 2020年4期

蔺鼎读

（中国石油长庆油田分公司第二采油厂消防大队，甘肃庆阳 745000）

2001年8月，我国贵州省贵阳市曾发生一起雷击加油站的事故，雷电击中加油站的电源线路，雷电经过金属拉线接地入地，拉线接地位置距离油罐只有数米的距离，油罐中由于雷电形成的瞬间高压形成火花，油罐中的柴油迅速爆燃，造成严重的财产损失。由此可见，油气库建立有关雷电的安全防护十分重要，静电防护也是如此，静电往往是引起雷击的常见原因之一。

1 雷电对油气库的安全危害原因分析

1.1 雷击

想要分析雷电对于油气库的安全危害，首先要清楚雷击是如何形成的。通常情况下，云层携带的电并不会随便击穿空气、击中地面建筑物，因为空气在常规条件下是绝缘的。只有当带电云层与地面之间形成20～30kV/cm 的电场时，云层上的电才能够击穿绝缘的空气向地面建筑放电。而云层放电的过程中，不止有电子的急速放射，还有击穿通道上空气剧烈膨胀而发生的轰鸣声，二者结合在一起就是通常意义上提到的“雷电”，因此，对油气库造成最大影响的并非雷，而是电。电击瞬间强大的能量能够直接摧毁缺少防雷措施的地面建筑，引燃油气库中的原油和天然气，引发爆燃及后续衍生伤害。

1.2 雷电对油气库的作用方式

1.2.1 电压影响

雷击的瞬间，雷电所携带的数万伏电压能够轻易击穿老化的绝缘层，对油气库、油气罐造成直接的冲击，引发爆炸、火灾等严重事故，造成不可忽视的经济损失、人身伤害。

1.2.2 热能影响

雷电在击中地面建筑的同时，还会产生数千安的电流，如此大规模的电流在流经电路时会转化成为大量的、短期无法消耗的热能，导致低压线路被迅速熔化、燃烧。低压线路熔化、燃烧时形成的火花喷溅有较大几率引起油气库的火灾或爆炸，危险性很高。

1.2.3 电磁感应影响

在雷击过程中，除了雷电直接造成的电流、电压影响外，强大的电磁场影响还会导致原本不带电的物体带电，或导致原本无电流沟通的金属部件之间出现放电现象。因此，在电磁感应的影响下，没有构成回路或接地的钢筋、管道会出现局部的放电或发热，这些火花和温度有很大可能引发油气库中原油和天然气的爆炸、燃烧。

2 静电对油气库的安全危害原因分析

静电是对油气库威胁较大的安全影响因素之一，当静电积累至一定量时，十分容易引发雷击或火灾，而想要降低静电对油气库的安全威胁，必须要了解油气库中静电的来源，从源头上进行控制和干预。

2.1 油气库中静电的来源

2.1.1 原油自带静电

原油本身携带着大量的静电荷，且具有一定的导电效果。但原油的导电率与其中的静电危险性存在一定的关联，可以通过控制导电率来适当降低原油自带静电的威胁。原油导电率在10-12～10-11s/m 时，携带静电荷量较大，危险性很高；当原油导电率在10-9s/m 时，所携带的静电荷被大量释放，危险性随之降低。原油的导电率与原油的含水率、流动状态都有关系，含水率较高的原油携带静电荷的量大，湍流状态下的原油携带静电荷的量大，因此，降低原油含水率和保持运输管道的管壁平滑、管径一致能够有效控制原油的静电危险性。

2.1.2 灌装时产生静电

原油灌装时会流经泵头和过滤器等装置，对罐壁形成冲击和喷溅，在此过程中流体的流速过快，很容易产生从罐壁上获得大量的电子，导致电荷在原油中大量积累，却无法及时被中和，也无法被短时间导出，导致原油携带的静电危险大幅度提升。

2.1.3 人体产生静电

油气库中有大量的工作人员，负责油气库的管理和原油天然气的输送操作、灌装操作等，而人体本身是导体，必然携带一定量的电荷，工作人员在油气库附近走动时有一定可能将自身携带的静电荷传递到原油、天然气中，提高油气库的静电危险等级。纤维衣物在与各种介质摩擦过程中容易出现放电现象，这也是冬天脱毛衣时常见静电弧的原因，因此，油气库工作人员要注意自身的静电防护，避免影响油气库的安全。

2.2 静电对油气库的威胁方式

当油气库中积累大量的静电荷时，在雷云的影响下在金属设施的顶部聚集大量的相反电荷，这是电场作用下的必然效果。当相反电荷量积累到一定程度时，就会加大雷电击穿的可能性，形成电打火，这在防雷措施防护不到位的情况下对油气库的安全威胁非常大。

3 油气库建立雷电及静电安全防护的具体措施

3.1 油气库的雷电安全防护措施

3.1.1 建立油气库的防雷系统

在油气库中无论是建筑物、油气罐、电源系统还是通讯系统都需要进行防雷系统的建设，架设避雷针防止雷电直击，尽可能避免雷电击穿带来的巨大电压、电流或热能影响，避免电流顺着电源线、电话线等线路影响到油气库。目前，很多油气库在建筑物、油气罐等部分的防雷系统架设比较完善，但容易忽视电源、信号线等环节的防雷系统架设，无法切实对油气库形成完备的雷电防护。

3.1.2 建立油气库的接地系统

油气库中往往采用垂直接地极的方式来进行建筑物或设施的接地。角钢、钢管等材质形成的接地极直接打入大地，能够有效导走建筑物、油气罐、运输管道等部分中积累的静电荷，尽量避免引发雷电的击穿现象，提高油气库的安全。油气库中的油气罐可以设置环形接地，弧形距离小于等于30m，距离油气罐的距离大于等于3m，且接地点位不少于2处，这样设计能够有效提高油气罐的安全性。

3.2 油气库的静电安全防护措施

3.2.1 避免原油中混入水分

原油中混入水分会大幅提升静电荷积累的可能性，油气库中技术人员要尽可能将原油的含水率控制在5%以下，保证原油的安全性。空气中同样含有一定量的水分，为了避免水分的入侵，油气罐中可以填充一定量的惰性气体挤占空间，降低空气与原油接触的可能性，进一步降低原油中的含水量。3.2.2 控制原油运输、存储的流速

在原油运输和存储过程中，匀速、匀减速状态下的原油安全性最高，能够有效降低原油中产生静电的可能性。工作人员要保证输油管道、油气罐内壁的光滑程度，避免原油因为内壁不平而产生碰撞或湍流，避免原油产生静电。还要保证输油管道的管径一致、流速均匀，避免原油在转弯时、通过泵头时产生速度的大幅度变化，避免原油在变速情况下产生静电荷。

3.2.3 做好人体静电的预防

进入油气库范围工作的工作人员必须要做好自身的静电防护，穿戴防静电的服装、佩戴防静电的帽子、佩戴防止静电接地的腕带，此外，工作人员在接近油气罐前还应进行相应的静电消除，中和自己身上携带的静电荷，尽可能保证油气库的静电荷在可控范围之内，避免影响油气库的静电安全。

3.3 在油气库中建设预警系统

油气库中可以通过安装探头的方式来24h 监测电场变化，同步监测天空、地面、油气库本身的电压、电流、电荷积累情况，鉴别电场的变化，预测可能出现的静电威胁或雷电击穿威胁。在建设和安装探头时，技术人员可以将探头架设在1m 高的立杆上，并保持探头的视野在150°，最大程度上发挥探头的检测效果。此外，油气库工作人员还要时刻关注气象预报，关注雷电在附近的活动，提高对雷电的预警和防护。