化工企业防雷安全监管现状及对策

刘 洋，王思娜，郑宗贤

福建省宁德市防雷中心，福建宁德 352100

作为一种自然现象，雷电实质是大气放电。我国地域辽阔，地形复杂多样，雷电的总体分布特征为夏季多发、春秋常有、冬季较少、陆地多于海洋、山区多于平原、南方多于北方。宁德市化工企业数量近几年来逐渐增加，特别是一些新建中小型化工企业在防雷安全管理方面疏漏较多。在防雷监管检测的同时，需要及时总结化工企业防雷经验，根据现行防雷技术规范，提出相应改进的措施，有利于提升宁德市化工企业防雷安全管理水平[1]。

1 宁德市雷电特征

根据宁德市2000—2020年地面雷电观测资料，本市年平均雷电日数为52.6 d，其中2014年年均雷电日数最多为70 d，2003年年均雷电日数最少，仅有40 d。20年间，年均雷电日数超过60 d的占24.7%，超过50 d但又在60 d以下的占39.6%，在50 d以下的占35.7%，特别是在2010—2020年间，雷电发生概率频繁，年均雷电日数稳定在54 d附近。年雷电日数分布双峰特征明显，峰值分别在2004年和2014年。从雷电季节分布特征来看，6—8月雷电频发，占年均雷电日数的63%。3—5月雷电日数占年均雷电日数的24%。9—11月雷电日数占年均雷电日数的占11%，12月至翌年2月雷电日数占年均雷电日数的占2%。6—8月间又以8月雷电出现次数最多，近20年间8月出现雷电平均日数占夏季平均雷电总日数的43.9%。从雷电日时段分布角度来看，每日平均每小时出现雷电7.5次；逐时平均雷电出现最多雷电次数为21.7次，出现在15:00~16:00；最少为1次，出现在07:00~08:00。雷电每日出现次数最多超过10次的时段在13:00~22:00，这说明宁德市午后至上半夜是雷电多发时段[2]。

2 化工企业的特点

2.1 化工企业各区域特点

罐区和泵区是化工企业的重要组成部分，常用作存放生产所用的各类原材料和生产出的成品。该区域的罐体之间和罐体与泵区之间通过管道相接通，泵区与罐区之间距离较近，便于将存贮在罐中的物质用机械真空泵等运输至生产场所或抽离罐体再进行运输。生产装置区是化工企业的核心组成部分，该区域内的设备装置结构较为复杂，精密度高，根据企业经营项目的不同有不同的工艺流程，流程所需的生产装置种类也各不相同。在生产装置内会发生各种化学或物理反应，在此过程中，涉及易燃易爆物质的安全生产问题，因为产生的废气、废液或成品气体液体大概率会导致燃烧爆炸的可能。烟囱和火炬是化工企业的明显标志，烟囱用于排放生产过程中产生的热量，火炬则用于排放燃烧各类易燃物体，通过压缩机和气柜等设备，使得火炬的气压自始至终要比正常空气环境下的压力大。管架是安置输送管道或户外电缆桥架的，电缆桥架是用来连通配电设施和用电设施并运输电能的。生产控制室主要功能为控制整个生产过程，室内安装有大量微电子设备，这些设备组合起来可以控制流程中任何一个环节。比如，启动流水线、停车、监视生产状况、激活危险警报，以及对罐区内各个罐体的液位和温度进行监视。污水处理厂在企业生产过程中起着重要作用，处理生产中的多余废水，这些废水不能未经处理直接排放，而是要经处理后达标才能排放。消防泵房是放置消防设施的地方。变配电所是为了适应化工企业大功率生产作业而自主设立的，从公共变电站引出两条高压线，进入变电所，经变电所变压后，输送至各个区的分配电室，由分配电室出线至各用电设备。装卸车设施由装卸平台、储罐、管道和计量等设施组成[3]。

2.2 化工企业的环境特点

企业内生产所需的反应塔、储存罐、仪表、管道、框架、电缆等一般都是金属材质，而金属材质传导电流的能力较强，电导率可达10 S/cm以上。企业内所使用的生产设备，如加热炉、空压机泵房、管容器等长时间在温度较高的高压环境下持续使用，而且生产加工出的化工产品如石油及其半成品等材料具有易燃易爆的特性，稍有不慎便会发生安全事故。电子设施在现代化的化工企业中随处可见，而且随着流程自动化程度的提高，电子产品的应用率也在上升，诸如DCS、UPS、PLC等电子产品已成为化工企业中重要设备，从而降低了人工成本，提高了产品的优质率。但是，由于电子设备中存在大量集成电路，而这些集成电路对静电压的耐受程度低，所以对防雷标准的要求较高，特别是大规模集成块，最易受到雷电过电压的侵袭。化工产品的生产是一个持续进行的过程，从原材料输送至生产装置开始，流水线一旦启动，后续需要不断投入原材料，各生产环节紧密相扣，任何环节的一台设备出现故障，都会造成停产甚至发生重大安全事故。可见，化工企业对雷电灾害的化解能力较弱，安全防御重点在于防雷。

3 雷电对化工企业的危害

3.1 雷电过电压的传播

直击雷产生的电压是传导过电压，此时雷电放电先导通道没有击中地面，而是击中企业内的输电线路或高杆塔和其他建筑物时，大量雷电流经过被击中物体，在被击中物体的阻抗接地电阻上产生电压降，被击点出现很高的电位。由于雷雨距离地表物体的垂直高度达到一定值，带电体移近绝缘导体，导体因感应而带电，在地面物体上聚集了大量电荷，聚集在物体上的电荷和雷云中的电荷在放电后产生过电压。雷电过电压集中在运输管道或仪表设备，那么会导致仪表失灵、传感器输出的模拟信号无法顺利转变为标准信号、变送器内部的电子线路板损毁。此外，雷电流进入仪表支架会产生强大的感应磁场，会对分散控制系统等造成极大的危害。

3.2 雷电危害效应分析

雷电过电压产生的危害效应主要有机械效应、热效应和电磁效应。机械效应是雷电流经过导体时产生失控的强大电动力，常使导体炸裂、劈开。热效应是雷电产生强大电流，瞬间通过物体时产生高温，引起燃烧、熔化、汽化，烧毁设备，引起火灾。电磁效应是雷电放电时在导体上产生静电感应和电磁感应，产生火花而引起火灾或爆炸，或雷电流导入大地造成跨步电压引起人畜伤亡；雷电沿着架牵线路或金属管道侵入室内，危及人身安全和损坏设备。

直击雷能直接作用于建筑物、地面物体表面和外设防雷装置，并产生电效应、热效应和机械效应。直击雷对化工企业内危害表现：毁坏建筑物或构筑物和外部设备，尤其是罐区、户外生产装置集中区域、装卸站设施等地方，雷电通道产生的高温环境和以上区域中的危险物质发生反应，极易直接引起火灾或爆炸。静电感应是雷云底部存在大量未被抵消的电荷，当雷云处于某地区上空时，由于静止电荷激发的电场的作用，雷云下面的金属导体会感应出和雷云底部电荷性质相反的电荷，雷云放电时底部的电荷被中和掉，但此时地面导体表面的电荷仍存在并且失去控制变为自由电荷，这些自由电荷若未被及时泄放入地，则会产生较高点位，能够与该物体相邻的导电体产生火花放电，若此时有易燃物质存在于此空间中，则火花极易引起爆炸。雷电闪击是释放时长极短的脉冲波，霎时雷电流会骤升至上百千安培，然后又剧烈下降至零，雷电流抖动幅度极大，近环路上的感应电压因此也极大，此感应电压会因导体温度较高或环路不通畅产生火花放电，同样此时周围存在易燃物就会发生火灾或爆炸。雷电波入侵是一种高电压脉冲波，雷电击中输送管道可引发这种现象，也有因雷电感应产生的入侵，当雷电波沿管线侵入建筑物，高电压会对沿线设备或人员造成反击。化工企业内往往管道交横，电缆桥架分散布置较多，而且多为架空方式，这些管道线路通往建筑物，若雷电直接击中这些管道线路或在这上面感应出过电压，电压便会在肉眼不可见的情况下侵入室内损坏设备，这时会有人员试图接触这些管线查明原因，极易因触电而身亡。

4 化工企业防雷隐患分析

4.1 防雷设计规范引用不当

化工企业的室外装置和民用建筑使用的设备有较大的不同，因此化工企业的防雷设计和分类不能盲从《建筑物防雷设计规范》，而是要根据《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》等适用于易燃易爆场所的规定进行防雷、防静电的设计。化工企业内部分为生活区、生产区、办公区，防雷等级的分类根据以下原则：第一，依据所存储运输的气体的外部环境，按照爆炸性混合物的出现频率和持续存在时长进行分区。第二，根据易燃易爆气体、液体的逸出量，混合物的浓度、气体液体的沸点和闪点、爆炸下限及通风量等来确定爆炸危险区域的范围。第三，根据爆炸性粉尘环境，对粉尘爆炸危险介质和危险程度及本身性质不同进行分类。有些企业在建筑设计时只关注建筑物的火灾爆炸危险环境分区，而忽视了建筑物的用途和年预计雷击次数在划分中的重要作用。有些企业的防雷表述中出现“爆炸和火灾危险环境为二类防雷建筑，其余均为三类防雷建筑”的语句，这显然与建筑物防雷的分类原则相悖，有些企业在设计防雷工程时不细究所处地理位置的雷暴活动特征，只是一味地照搬，最终防雷效果差，不经过雷击风险评估就直接在表述中说明防雷类别实属不当。

4.2 防雷设计审核不严格

化工企业防雷装置图纸设计必须经有关部门审查通过后才能施工，施工后检验合格后方能投产使用。在准备审核资料时，企业需要提供设计单位防雷装置设计资质证书和防雷设计专业技术人员的从业资格证书，但由于防雷社会管理部门的疏忽，对证书审查不严，导致未取得防雷设计相关资质证的单位和未取得从业资格证书的人员参与防雷图纸设计，而且最终设计的图纸防雷措施不全面、简单化，不能针对对象企业特点设置防雷电波入侵和防雷电感应措施，从而导致化工企业防雷安全生产在源头上就存在安全隐患。

4.3 防雷技术服务存在的问题

首先，存在检测覆盖面不全的问题。第二类防雷建筑物的检测频次为每6个月1次，第三类防雷建筑物检测频次为1年1次，大部分化工企业能严格遵守规定配合防雷装置检测，但少数企业不按规定频率甚至拒绝检测。其次，存在检测项目不完整的现象。在定期检测中，防直击雷装置、雷击感应防护装置、雷电波侵入防护装置、静电防护装置和综合布线均为检测对象，但在实践中存在项目漏检的情形。再次，一些地方防雷检测中对化工企业防雷类别不作区别处理，统一要求。由于对化工企业使用原材料和生产产品特性的不够了解，为了操作方便，会在定期检测中不区分企业具体的防雷类别，统一以三类防雷级别或二类防雷级别加以处理，这是不符合规定的。最后，防雷检测人员业务素质参差不齐。化工类产品种类较多，在生产过程中使用的原材料和半成品更多。一些检测技术人员尚未完全掌握专业的防雷理论知识，对化工材料的物理化学特性不够了解，导致出现防雷检测技术服务质量不高的情况。

5 防雷安全监管的对策

5.1 正确划分防雷类别

对于化工企业来说，爆炸性混合物的出现频率高和持续性存在的场所为0区爆炸危险区域，爆炸性气体混合物有概率出现的场所为1区爆炸危险区域，爆炸性气体混合物正常情况下无出现可能的区域为2区爆炸危险区域。化工企业内的建筑物和构筑物有变配电室、餐厅、办公楼、监控室灯，此类建筑物可以按照《建筑物防雷设计规范》进行等级识别和分类，根据这些场所的使用频率、用途，遭受雷击的概率和后果，为第三类防雷建筑物。比如，某石油化工企业的原油库区的原油泵房若遭受雷击，导致全厂停电停产，重要的区域则为第一类防雷建筑物。而卸油泵房遭受雷击，可能导致操作中断，但其遭受雷击可能性比原油泵房低，所以宜将其划为第二类防雷建筑物。变配电室是保障厂区内供电正常的重要建筑，若停电后果不堪设想，则应为第一类防雷建筑物，若停电后造成损失较小的配电室被划为第二类防雷建筑物。控制室分类方法如上述所言，办公区和用餐区是一般性工业建筑，为第三类防雷建筑物。

5.2 强化企业防雷意识和技能

气象部门可定期为化工企业生产、维修等重点岗位工作人员宣讲雷电基础知识，主要从国内外雷电防护技术现状、化工企业雷电灾害防御与应急处置措施、防雷减灾法律法规等方面进行讲解，并结合宁德市防雷工作实际，介绍化工企业加强防雷安全管理的实践经验，目的在于进一步增强企业防雷安全意识和应急处置能力。化工企业应制定防雷应急演练预案，模拟雷击发生时可能出现的情况。比如，在计量系统被破坏时，一名员工因在仪控系统旁工作而遭受雷击产生强电弧电击而昏迷，在输供气设备和管道受到影响的情况下，组织企业各部门、各班组及员工的协同救灾，提高员工在事故处理过程中的应变能力和应急处理能力。同时在演练的过程中可检验企业已有防雷击事故应急预案，以便日后加以完善。

5.3 强化防雷管理工作

及时调整防雷执法和气象行政许可人员队伍，扩大社会管理巡查覆盖面，优化执法支持环境，使执法监管人员能够公正执法。工作人员在防雷执法时要深入企业，实地勘察，对企业防雷装置检测、防雷安全管理台账等情况进行检查，现场勘查油罐区卸油口接地等情况。对于存在防雷安全隐患和薄弱环节的企业，执法人员要指导企业现场整改，对无法立即整改的企业，执法人员应向企业提出改进措施并下发整改通知书，要求企业限期整改，消除防雷安全隐患。气象部门要依法履行雷电灾害防御工作的组织管理职责，认真做好防雷装置的设计、施工单位和防雷装置检测单位专业资质管理工作，依法规范对化工企业防雷装置的设计、施工、检测等工作，加强竣工企业防雷装置设计审核和竣工验收工作，以及对跟踪检测和定期检测的监督管理工作。

5.4 提高防雷检测人员技术水平

防雷检测各环节紧紧相扣，各环节技术服务人员需要具备高度的协作能力，全面掌握防雷法规、技术规范，系统了解不同化工企业的生产工艺流程。检测人员要做到检测一家企业便要熟悉企业生产、储存、使用、运输的不同化学原材料及其成品和半成品的存放位置和路径。定期开展防雷从业人员检测业务培训，培训内容要注重贴近实际检测工作，科学模拟检测场景进行检测演练，优化授课方式，加大现场实操力度和增加专家答疑时间，重点解决学员在实际工作中遇到的问题。