12. 外浮顶罐可伸缩接地装置的应用探讨

外浮顶储罐可伸缩接地装置的应用探讨

摘 要：介绍了油罐的雷击着火现状，分析了大型外浮顶储罐雷击着火事故原因。同时对于外浮顶储罐的几种被动防雷措施进行的了简介。客观阐述了几种常用防雷措施的缺点。对可伸缩接地装置的优缺点进行概述，谈论了它的应用性。 关键词：浮顶储罐；可伸缩接地装置

1 油罐雷击着火事故现状

据国际媒体报道，1951-2003年，每年发生15-20起石化储罐火灾事故，其中31% 因雷电破坏引起。同时据有关资料记载，各行业各类油罐107例火灾中，有65例火灾原因被确定为雷电，占总数的61%。通过数据可以发现雷电的存在对储油罐有很大的火灾危险性。

大型外浮顶储罐雷击着火事故原因主要有以下几个方面： 1）强雷电流：对油罐及其电子设备可能造成重大威胁。 2）雷电的热效应：造成储罐罐体材料过热。

3）大型浮顶储罐的雷电电流泄放途径少。大型浮顶储罐体量大，若铜绞线不足，加之导电片、扶梯、软导线等泄放通道的结构并不完善，一旦雷电流无法快速导通，会产生尖端放电现象。

4）大型外浮顶储罐受浮盘转动、密封装置不够完善的影响，易燃气体极易在密封圈内积聚。

5）大型外浮顶储罐中存储的油品闪点较低，具有易燃性、易爆性、挥发性、流动扩散、沸溢喷溅等特点。 2 外浮顶储罐的被动防雷措施

1）接闪器

接闪器位于防雷装置的顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身，承接直击雷放电。

根据《石油与石油设施雷电安全规范》的规定，如果储油罐钢板厚度大于等于4mm，则可以不装设防直击雷设备，油罐罐壁可以作为接闪器。

2）接地装置

按照GB50074-2002《石油库设计规范》的要求，钢油罐必须作防雷接地，至少设置2处接地点，且接地点间弧形距离不大于30m，规范还要求接地体与罐壁间的距离应大于3m，接地点的冲击接地电阻不应大于10Ω。仓储一分公司外浮顶储罐共设置了7个防雷接地点，防雷接地的设置见图 1。

图 1 储罐的防雷接地

3）导电片

在浮顶边缘二次密封上方沿圆周每隔1.5 m设置导电片，靠导电片的弹性保持与罐壁滑动接触，形成电气通路。仓储一分公司外浮顶储罐采用了导电片作为与浮顶的电气连接。

4）软铜复绞线

按照GB50074-2002《石油库设计规范》的要求，浮顶储罐与内浮顶储罐可不装设避雷针，但应采用两根导线在浮顶与罐体之间做电气连接；外浮顶储罐的连接导线应选用横截面不小于25mm2的软铜复绞线。仓储一分公司外浮顶储罐上软铜复绞线的布置见图 2和图 3。

图2 浮梯两侧的软通复绞线

图 3 自动通气阀处的软铜复绞线

5）浮梯

浮梯连接油罐的罐壁和浮盘，作为大型浮顶储罐与罐壁可靠电气连接的主要方式。 6）伸缩式接地装置（RGF）

伸缩式接地装置RGF（Retractable Grounding Facility）利用可伸缩式导线连接浮顶储罐罐壁和浮盘，实现低阻抗的电气连接。

7）火灾监控系统

光纤光栅火灾报警、图像火灾报警或火焰火灾报警系统与消防联动控制系统是灾后的报警处置。仓储一分公司外浮顶储罐采用线型感温火灾探测器作为火灾监控。 3 可伸缩接地装置

3.1几种防雷措施的不足： 1）导电片的不足

在储罐浮顶升降的过程中，原油中的蜡和其他重组分会残留在罐壁，加之罐内壁的防腐涂层，使得导电片与罐壁之间实际没有金属的直接接触，反而会形成非常小的放电间隙。工程中浮顶至罐顶之间的空间划分为爆炸危险 1 区。当储罐附近发生雷击时，浮盘的束缚电荷就会发生间隙放电，当密封处油气与空气混合浓度在其爆炸上下限值之间时，就会导致浮顶边缘密封处火灾。

2）软铜复绞线的不足

由于储罐浮顶附件较多，如直接采用软铜复绞线做电气连接，则每点的软铜复绞线至少要用 22 m 以上。在浮盘升降的过程中，软铜复绞线易与浮顶附件缠绕在一起并极易扯断。仓储一分公司外浮顶储罐软铜复绞线的扯断情况见图 4

图 4 软铜复绞线的扯断

3）浮梯的不足

随着时间的推移，由于雨水冲刷和腐蚀等影响，容易导致浮梯升降滚轮与轨道间的接触电阻增大，从而在很大程度上影响泄放电流的作用。

4）火灾监控系统——光纤光栅火灾报警的不足

光纤光栅火灾报警，目前被广泛应用在外浮顶储罐上，然而在炎热的夏季由于太阳烘烤油罐，光纤光栅周围油罐温度容易升高，导致光纤光栅火灾报警系统误报率高。而且一旦着火，前期固定灭火系统动作要求时间长，错失最佳的灭火时机，一旦形成油罐火灾则不容易扑救。目前油罐如果探测到着火，在通过监控系统确认后，基本是靠人员携带灭火器具爬到罐顶进行灭火，虽然能够有效灭火且灭火时间短，然而对灭火人员的安全却没有保障。

3.2可伸缩接地装置的优缺点

伸缩式接地装置，能可靠地将雷电流迅速导入大地，且随着浮盘的上升或下降，伸缩式接地装置的电缆也能够缩短或拉长，始终保持电缆最短状态，尽可能减小电感和交流阻抗。在雷击情况下，在罐壁四周安装多套RGF伸缩式接地装置，可在数量级上降低浮盘瞬间压降，并缩短放电时间常数，有效减少产生火花放电的可能性，但还是无法彻底避免火花放电的可能。

3.3 可伸缩接地装置的应用性

如果浮盘与罐壁之间的阻抗很高，就会在密封边缘处产生火花放电，有可能引燃可燃气产生爆燃。浮顶储罐浮盘与罐壁之间最理想的等电位连接——可伸缩接地装置在大的频率范围内有较低的阻抗，能有效地泄放在浮盘上积聚的雷电电荷和静电电荷，且易于安装、检测、维护、更换。

可伸缩接地装置使用的是扁平的镀锡软铜编织电缆线，利用弹簧支撑在不锈钢卷轴上，使浮盘上下移动的时候可以自由伸缩，始终保持拉紧状态，在活动的浮盘与罐壁之间始终保持最短的直线连接。可伸缩接地装置的机架使用不锈钢材料制作，连接电缆采用截面积为35 mm2的镀锡软铜编织电缆线，都具有良好的防腐保护。该装置的一端（本体部分）固定在罐壁顶部角钢上，另一端（引下线电缆头）固定在浮盘的泡沫挡板上，并尽可能安装在储罐顶部泡沫发生器的旁边，且独立于罐壁和导电片，也可以与导电片同时运行，安装结构示意图见图 5。

由于浮顶储罐容量日趋增大，所以浮顶和罐壁之间，安装多个可伸缩接地装置来降低阻抗就更加重要。标准规范要求浮顶储罐防雷接地应沿罐圆周均匀或对称布置，其间距不应大于 30 m。

图5 可伸缩接地装置示意

4 结论

可伸缩接地装置提供了浮顶储罐浮盘与罐壁之间的电气连接，实现了可靠的等电位连接，在数量级上降低了浮盘瞬间压降，提供了低阻抗通道泄放雷电电荷和静电电荷，同时降低雷电流频率下的趋肤效应，将电火花产生的可能性降至最低。直击雷时可以将大电流旁路，也可在附近雷击放电时，最大限度地减少闪络和电弧的初始值。因此，在浮盘与罐壁之间沿罐壁四周均匀加装可伸缩接地装置，可以大大减少浮顶储罐由于雷击闪络引起的着火事故。

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