中小型化工储罐防雷防静电设计

·防雷技术

·

中小型化工储罐防雷防静电设计

郭亚娟

（广东政和石油化工建筑设计有限公司，广东广州510380）摘

要：介绍了雷电静电感应和电磁感应的破坏作用，分析了中小型化工储罐

防雷和防静电措施。指出钢储罐的防雷接地装置可兼作防静电接地装置，非金属储罐应将罐内的防静电导体引至储罐外接地，并应与储罐的金属管线连接。另外，实际工作中还应根据储罐的容积、储罐的占地面积等因素，确定合适的防雷措施。

郭亚娟（1979—），女，工程师，从事电气及自动化设计工作。

关键词：化工储罐；防雷；静电感应；接地装置

中图分类号：TU 856

文献标志码：B

8417（2015）08-0001-04文章编号：1674-

0引言

现象，且感应高电压可以通过电力线、电话线等金属导线传输很远，致使雷害范围进一步扩大。

雷击示意图如图1所示

。

油品的容化工储罐是承装与储存化工原料、器，是石油化工行业中最主要的储存设备。近年来因雷电引起石油化工储罐爆炸起火的事故时有发生，造成重大的财产损失，更是给社会造成恶劣的影响。因此，做好化工储罐的安全防范措施，预防和减少雷击事故的发生是石油化工行业亟待解决的问题。

1雷电静电感应和电磁感应

引起储罐起火爆炸一般为直击雷、雷电感

应、感应静电势、雷电反击、球雷，其中主要为直击雷和雷电感应。

雷电流很大，且通过的时间极短，与电流通道直接接触的金属熔化的可能性很大，因为电流通道的温度高达6000 10000ħ 。因此，在雷电流通道上接触到易燃物质，可能引起火灾。

静电感应和电磁感应统称为雷电感应（二次雷），畜都有一定的危险。雷电感应没有直击对人、雷猛烈，但发生的几率比直击雷高得多。此外，直击雷一次只能袭击小范围的目标；而一次雷闪击可以在较大范围内多个小局部同时发生雷电感应过电压

图1

雷击示意图

图1中，接闪杆AM 与一个有气隙的正方形x 1为正方形金属环方框金属环处于同一平面上，

与接闪杆的距离；x 2为方框的另一边与接闪杆的距离，金属环的边长为l 。由电磁感应定律可知，开口金属环上最大感应电势为

E m =M

d I

d t

（1）

·1·

式中：M —

——互感系数；d I /dt ———闪击电流变化率。根据电磁场理论，推导出：

M =μ0l l +x 1

2πln x （2）

1

式中：μ0—

——空气磁介常数。将x 2=l +x 1代入式（2），得

M =2ˑ 10－7

l ln

l +x 1

x （3）

1

由式（3）可知，在接闪杆附近开口金属环上最大感应电势为

E =2ˑ 10－7

l ln l +x 1d I

m

x ·

（4）

1d t

式（4）中，若接闪杆与金属环之间的夹角为α，则应乘以cos α。

5m ˑ 5m 金属环上开口感应电势与金属环至接闪杆距离的关系如图2所示。图2中，闪击电流峰值分别选50kA 、

100kA （较常见的电流峰值）。通常雷电闪击电流波形前沿为2 5μs ，现取2．5μs

。

图2

5m ˑ 5m 金属环上开口感应电势与

金属环至接闪杆距离的关系

从图2可以看出，对于5m ˑ 5m 的开口金属环，在雷电流峰值为100kA 时，距离雷击点200m 也可以感受到1kV 左右的电压，在潮湿的环境下，极小的气隙就可能被击穿，产生有害的火花放电。

近年来，非金属体油罐中钢筋等金属物连接不可靠的地方较多，一些混凝土中的钢筋外露和连接不良，可能发生雷电感应间隙放电，故非金属油罐比金属油罐雷击事故几率明显大。因此，建议设计中尽量少采用非金属油罐，以加强对雷

·2·

·防雷技术·

电感应的防范。

2

储罐防雷的基本原则

预防雷电危害的基本原则如下：

（1）石油和石油产品应储存在密闭性的容

器内，避免易燃或可燃性油气混合在容器周围。

（2）易燃物或可燃性油气可能泄漏或聚集的区域，应避免金属导体间产生火花放电。

（3）固定顶金属容器附件（如阻火器、呼吸阀）应装设阻火器。

（4）石油设施应采用防雷接地，与防静电和电气设备、保护及信息系统等接地宜共用接地装置。

3

储罐防雷措施

3．1

金属储罐

（1）钢制储罐的罐壁厚度≥4mm ，在罐顶装

有带阻火器的呼吸阀时，应利用罐体作为接闪器；金属储罐应做环形的防雷接地，其接地点不应小于两处，并沿罐周均匀或对称布置，其罐壁周长不应大于30m ，接地体距罐壁的距离应大于3m 。引下线在距离地面0．3 1．0m 处装设断接卡，用两个M12不锈钢螺栓加防松垫片连接。储罐的自然接地体与人工接地装置相连接，其接地点不应少于两处，冲击接地电阻不应大于10Ω。当储罐仅作防雷电感应接地时，接地电阻不宜大于30Ω。

（2）钢制储罐的罐壁厚度≥4mm ，在罐顶装有无阻火器的呼吸阀时，应在罐顶装设接闪器

（包括独立接闪杆、接闪网），且接闪器的保护范围应符合以下规定：

①未装阻火器的排放爆炸危险气体或蒸汽的放散管、呼吸阀和排风管等，其管口外以下空间应处于接闪器保护范围内。

②有管帽的管口外接闪器保护范围如表1所示。

③当无管帽时，接闪器的保护范围应为关口上方半径5m 半球体空间。接闪器与雷闪的接触点应设在上述空间之外。

独立接闪杆与被保护物的水平距离不应大于3m ，设独立的接地装置，冲击接地电阻≤10Ω。

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接闪网应采用≥ 12mm 热镀锌圆钢或截面

表1

有管帽的管口外接闪器保护范围

＜5重于空气1．02．05 25重于空气2．55．0≤25轻于空气2．55．0＞25

重或轻于空气

5．0

5．0

注：（1）未装阻火器的排放爆炸危险气体或蒸汽的放

散管、呼吸阀和排风管等，当其排放物达不到爆炸浓度、长期点火燃烧、一排放就点火燃烧及发生事故时排放物才达到爆炸浓度时，接闪器仅保护到管帽，无管帽时仅保护到管口。

（2）未装设阻火器的排放爆炸危险气体或蒸汽的放散管、呼吸阀和排风管等，位于附近其他的接闪器保护范围内时可不再设置接闪器，应与防雷装置相连。

≥25mm ˑ 4mm 的热镀锌扁钢制成，网格不宜大于5m ˑ 5m 或6m ˑ 4m ，引下线不得少于两根，并沿四周均匀或对称布置，其间距不得大于18m ，接地点不得少于两处。

（3）钢制储罐的罐壁厚度＜4mm ，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐处于保护范围内。罐顶装有呼吸阀（无阻火器）时，接闪器的保护范围应符合表1的规定。

（4）非钢制金属储罐的顶板厚度不小于表2中的厚度时，应利用罐体作为接闪器；顶板厚度小于表2中的厚度时，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐处于保护范围内。

表2

金属设备本体接闪器采用

设备外壳时壳体厚度

不锈钢、

镀锌钢4．000．50钛4．000．50铜5．000．50铝7．000．65锌

—

0．70

（5）浮顶储罐（包括内浮顶储罐）可利用罐体本身作为接闪器，浮顶与罐体应采用两根截面

≥50mm 2

的扁平镀锡软铜复绞线或绝缘阻燃护

套软铜复绞线作电气连接，其连接点不少于两处。连接点沿罐壁周长的间距不应大于30m 。

另外，金属储罐的阻火器、呼吸阀、量油孔、人孔、切水管、透光孔等金属附件应做等电位联结。与金属储罐相连的电气、仪表配线应采用金属管屏蔽保护。配线金属管上下两端与罐壁应做电气连接。在相应的被保护设备处，应安装与设备耐压水平相适应的SPD 。3．2

非金属储罐

地上非金属储罐应装设接闪器（独立接闪杆、接闪网或半导体消雷器等）防直击雷设备，使被保护储罐和突出罐顶的呼吸阀等处于接闪器的保护范围之内，接闪器的保护范围与金属储罐中未装阻火器的排放爆炸危险气体或蒸汽的放散管、呼吸阀和排风管的保护范围相同，按表1确定。3．3

覆土储罐

覆土储罐埋层≥0．5m 时，罐体可不考虑防雷设施。罐体及罐室的金属构件量油孔等金属附件均应做电气连接并接地，接地电阻≤10Ω。储罐的呼吸阀露出地面时，应采取局部防雷保护，接闪器的保护范围应符合表1的规定。

4储罐防静电接地

储存甲、乙、丙A 类储罐物料的钢储罐和非

金属储罐均需做防静电接地。钢油罐的防雷接地装置可兼做防静电接地装置；非金属储罐应在罐内设防静电导体引至罐外接地，并应与油罐的金属管线连接。4．1

储罐防静电

（1）金属储罐、设备、管道应有防静电接地。罐区内所有金属物体，如工艺管线、钢结构支架等均应与接地网可靠连接。

（2）平行敷设的长金属物如管道、构架、电缆外皮等，当其净距＜100mm 时，应每隔20 30m 用金属线跨接；交叉净距＜100mm 时，其交叉处也应跨接；当管道连接处有弯头、阀门、法兰

·3·

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等不能保持良好金属连接时，在其连接处也应用金属线跨接。当法兰用5根以上螺栓连接时，法兰可不用金属线跨接，但必须构成电气通路。

（3）可燃液体储罐的温度、液位等测量装置的信号线，应用铠装电缆或钢管屏蔽，电缆外皮和钢管应与罐体连接。

（4）储罐的上罐扶梯入口处应设置人体静电消除装置。4．2

储罐接地

储罐接地装置应符合如下几方面规定：（1）埋于土壤中的人工垂直接地体宜采用热镀锌角钢、钢管或圆钢；埋于土壤中的人工水平接地体宜采用热镀锌扁钢或圆钢。接地线应与水平接地体的截面相同。

（2）人工钢制垂直接地体的长度宜为2．5m ，其间距以及人工接地体的间距均宜为5m ，若受地方限制可适当减小。

（3）人工接地体在土壤中的埋设深度不宜小于0．5m 。

（4）在敷设于土壤中的接地体连接到混凝土基础内起基础接地体作用的钢筋或钢材的情况下，土壤中的接地体宜采用铜质或镀铜或不锈钢导体。

（5）接地装置埋在土壤中的部分，其连接宜采用放热焊接；当采用通常的焊接方法时，应在焊接处做防腐处理。

［1］GB 50160—2008

［S ］．

［2］GB 50650—2011

［S ］．

［3］GB 15599—2009

［S ］．

［4］GB 12158—2006

S ］．防止静电事故通用导则［

05-03收稿日期：2015-石油与石油设施雷电安全规范石油化工装置防雷设计规范石油化工企业设计防火规范

（6）储罐区内的防雷接地、防静电接地、电气设备的工作接地、保护接地及信息系统接地宜共用接地装置，其接地电阻不应大于4Ω。

5结语

有些同行提出对于单体容积大的储近些年，

罐或大面积罐区还应考虑雷电的力效应，即使壁厚不小于4mm 的金属储罐也应在储罐区离开罐体3 5m 处安装独立接闪杆防直击雷，避免接闪杆受雷击后，接闪杆上的过电压击穿接闪杆与罐体之间的空气间隔，产生电火花。另外，为了降低造价，减小安装接闪杆、铁塔数量，可以采取安装接闪线（网）的方法等。这些都是值得进一步探讨的课题。实际工作中，应根据储罐的容积、整个储罐区的占地面积等因素确定合适的防雷措施

。

Lightning Protection and Electrostatic Protection Measures of Small

and Medium-sized Chemical Storage Tank

GUO Yajuan

（Guangdong Gem-Horse Petrochemical ＆Architecture Engineering

Design Co．，Ltd．，Guangzhou 510380，China ）

Abstract ：This paper introduced the destructive effects of electrostatic induction and electromagnetic induction of lightning and analyzed the lightning protection and electrostatic protection measures of small and medium-sized chemical storage tank．It is pointed out that the grounding device of lightning protection is also as the grounding device of electrostatic protection for the steel storage tank ，and the anti-static conductor that is connected with the mental pipeline of storage tank ，is lead to the external of tank for the non-metallic storage tank．Moreover ，according to the storage tank capacity and occupied area ，the appropriate lightning protection measures are confirmed in actual work．

Key words ：chemical storage tank ；lightning protection ；electrostatic induction ；grounding device

·4·