第七章 油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全

第七章

油氣儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)安全第一節(jié)油庫消防技術(shù)一、油庫火災(zāi)和爆炸的原因主觀上：麻痹大意、不遵守規(guī)章等等客觀上：明火、金屬撞擊火花、靜電、雷電、電器設(shè)備過熱故障、可燃物燃燒、庫外火源二、石油產(chǎn)品的易燃、易爆性的衡量判據(jù)易燃性的衡量：閃點(diǎn)、燃點(diǎn)、自燃點(diǎn)易爆危險(xiǎn)性衡量：爆炸極限閃點(diǎn)閃點(diǎn)是在規(guī)定條件下加熱油品時(shí)，逸出的油蒸氣與空氣形成混合氣，當(dāng)與火焰接觸時(shí)能發(fā)生瞬間閃火時(shí)的最低溫度。

燃點(diǎn)油品的燃點(diǎn)是在規(guī)定條件下，將油品加熱到能被所接觸的火焰點(diǎn)燃，并連續(xù)燃燒5秒鐘以上的最低溫度。燃點(diǎn)一般比開口杯閃點(diǎn)約高20～60℃。自燃點(diǎn)自燃點(diǎn)，顧名思義是自行燃燒的溫度，它是加熱油品到油品與空氣接觸，因激烈氧化產(chǎn)生火焰而自行燃燒時(shí)的最低溫度。

結(jié)論閃點(diǎn)、燃點(diǎn)和自燃點(diǎn)都與油品的燃燒爆炸有關(guān)，也與油品的化學(xué)組成和餾分組成有關(guān)。對(duì)于同一油品來說，其自燃點(diǎn)最高，燃點(diǎn)次之，閃點(diǎn)最低。對(duì)于不同油品來說，閃點(diǎn)愈高的，其燃點(diǎn)也愈高，但自燃點(diǎn)反而愈低。含烷烴多的油品，其自燃點(diǎn)低，閃點(diǎn)高。同一族烴中，分子量小的烴，其自燃點(diǎn)高而閃點(diǎn)低，分子量大的自燃點(diǎn)低，閃點(diǎn)高。

爆炸極限能引起燃燒爆炸的最高濃度稱為爆炸上限，最低濃度稱為爆炸下限。這個(gè)濃度范圍稱為爆炸極限或爆炸范圍，一般用可燃?xì)怏w的體積百分?jǐn)?shù)表示。

部分烴類和油品的爆炸極限

1、

燃燒

三、

燃燒與滅火(一)燃燒及燃燒過程定義：同時(shí)伴有發(fā)光、發(fā)熱的激烈的氧化反應(yīng)。2、燃燒的三要素（燃燒的必要條件）

可燃物

三要素助燃物

導(dǎo)致燃燒的能源（點(diǎn)火源）三者同時(shí)存在，相互作用，燃燒方可發(fā)生。

3、燃燒過程可燃物質(zhì)狀態(tài)不同，燃燒過程也不同。大多數(shù)可燃物質(zhì)的燃燒是在蒸氣或氣體狀態(tài)下進(jìn)行的。燃燒的過程可用下面的框圖表示：氣體最容易燃燒，只要達(dá)到其本身氧化分解所需要的熱量便能迅速燃燒，在極短的時(shí)間內(nèi)全部燒光。液體在火源作用下，首先蒸發(fā)，然后蒸氣氧化分解，進(jìn)行燃燒。固體燃燒，如果是簡單物質(zhì)，如S、P等，受熱時(shí)首先熔化，然后蒸發(fā)、燃燒，沒有分解過程；如果是復(fù)雜物質(zhì)，在受熱時(shí)，首先分解生成氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物，然后氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣著火燃燒。幾種燃燒形式：按照燃燒反應(yīng)相的不同分為：均相燃燒：指可燃物與助燃物同相，如可燃?xì)怏w與空氣的混合物的燃燒；

非均相燃燒：指可燃物與助燃物并非同相，如酒精(液相)、煤(固相)在空氣(氣相)中的燃燒。完全燃燒與不完全燃燒：根據(jù)燃燒反應(yīng)進(jìn)行的程度(燃燒產(chǎn)物)分為完全燃燒和不完全燃燒。

可燃?xì)怏w的燃燒形式：

a)混合燃燒：指可燃?xì)怏w與助燃?xì)怏w在同一相中進(jìn)行的燃燒。如氫氣在氧氣中的燃燒，煤氣在空氣中的燃燒。

b)擴(kuò)散燃燒：指可燃?xì)怏w由容器或管道中噴出，其分子與空氣中的氧分子相互接觸擴(kuò)散而產(chǎn)生的燃燒。

可燃液體、固體的燃燒形式：

a)蒸發(fā)燃燒：指可燃液體蒸發(fā)產(chǎn)生可燃蒸氣的燃燒，如硫磺、萘等可燃固體借加熱升華或熔融成蒸發(fā)物質(zhì)而進(jìn)行的燃燒。

b)分解燃燒：很多固體或不揮發(fā)性液體經(jīng)熱分解產(chǎn)生可燃性氣體而進(jìn)行的燃燒。

c)表面燃燒：可燃性固體(木材等)燃燒熱解的結(jié)果使其炭化，在已生成無定形碳的固體表面上所進(jìn)行的燃燒。閃燃：易燃、可燃液體(包括具有升華性的可燃固體)表面揮發(fā)的蒸氣與空氣形成的混合氣體當(dāng)火源接近時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬間燃燒，這種現(xiàn)象稱為閃燃。引起閃燃的最低溫度稱為閃點(diǎn)。自燃：可燃物質(zhì)在沒有火焰、電火花等火源的直接作用下，在空氣或氧氣中被加熱而引起的燃燒稱為自燃。其中，可燃物質(zhì)在外部熱源作用下溫度升高，達(dá)到自燃點(diǎn)而自行燃燒稱為受熱自燃；而可燃物質(zhì)在無外部熱源影響下，其內(nèi)部發(fā)生物理的、化學(xué)的或生化過程而產(chǎn)生熱量，并經(jīng)長時(shí)間積累達(dá)到自燃點(diǎn)而自行燃燒的現(xiàn)象稱為自熱燃燒。引起物質(zhì)自然發(fā)熱的原因有：分解熱(如賽璐珞)、氧化熱(如不飽和油脂)、吸附熱(如活性炭)、聚合熱(如液體氰化氫)、發(fā)酵熱(如干草)等。(1)活化能理論燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，而分子間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的首要條件是相互碰撞。但相互碰撞的分子不一定都能發(fā)生反應(yīng)，只有具有一定活化能的少數(shù)活化分子碰撞才會(huì)發(fā)生反應(yīng)。當(dāng)明火接觸可燃物時(shí)，部分分子獲得能量而成為活化分子，有效碰撞次數(shù)增多，因而發(fā)生燃燒反應(yīng)。

4、燃燒理論簡介(2)過氧化物理論

該理論認(rèn)為，在燃燒反應(yīng)中，氧在熱能作用下被活化而形成—O—O—鍵，使可燃物質(zhì)變?yōu)檫^氧化物。過氧化物不穩(wěn)定，在受熱、撞擊、摩擦等情況下會(huì)分解而燃燒、爆炸。如氫和氧的燃燒反應(yīng)中，首先生成過氧化物，然后過氧化物與氫反應(yīng)生成水，反應(yīng)式如下：

H2+O2→H2O2

H2O2+H2→2H2O

(3)鏈鎖反應(yīng)理論

該理論認(rèn)為，氣態(tài)分子的作用，不是兩個(gè)分子直接作用得出最后產(chǎn)物，而是活性分子自由基與另一分子作用產(chǎn)生新自由基，新自由基又迅速參加反應(yīng)，如此延續(xù)下去形成一系列的鏈鎖反應(yīng)。鏈反應(yīng)通常分直鏈反應(yīng)和支鏈反應(yīng)兩種。任何鏈反應(yīng)均由三個(gè)階段構(gòu)成，即鏈的引發(fā)、鏈的傳遞(包括支化)和鏈的終止。自由基主要是原子氧、氫、氫氧化合物：O*、H*、OH*（*表示是自由基）。鏈的引發(fā)：H2+O2→2OH*H2+M→2H*

+M

鏈的傳遞：OH*

+H2→H*

+H2O

鏈的支化：H*

+O2→O*

+OH*

O*

+H2→H*

+OH*

鏈的終止：2H*

→H2

H*

+O2+M→H2O+M以氫、氧支鏈反應(yīng)說明：鏈的引發(fā)需有外來能源激發(fā)，使分子鍵破壞生成第一個(gè)自由基；鏈的傳遞(包括支化)是自由基與分子反應(yīng)；鏈終止即引向自由基消失的反應(yīng)；M為惰性分子。在鏈的傳遞過程中，一個(gè)自由基參加反應(yīng)可產(chǎn)生多個(gè)自由基，這些自由基則可分別在下一個(gè)鏈中產(chǎn)生更多的自由基，從而形成一種自由基增殖的反應(yīng)鏈，整個(gè)燃燒過程就得以加劇，持續(xù)下去，直到可燃物或助燃物耗盡，鏈反應(yīng)結(jié)束，燃燒結(jié)束。氫在氧中的燃燒是最簡單的燃燒之一，但是這個(gè)簡單的燃燒例子明白地說明了自由基在燃燒過程中的重要作用。對(duì)于其他具有復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的易燃物、可燃物，其燃燒過程可能不同，可能更復(fù)雜，但自由基仍起著與氫在氧中燃燒時(shí)類似的、相當(dāng)重要的作用。

（二）爆炸及爆炸極限1、爆炸的基本概念定義：物質(zhì)自一種狀態(tài)迅速轉(zhuǎn)變成另一種狀態(tài)，并在瞬間放出大量能量，同時(shí)產(chǎn)生巨大聲響的現(xiàn)象稱為爆炸。

根據(jù)爆炸壓力波傳播速度，可將爆炸分為：

輕爆：傳播速度：每秒幾十厘米～數(shù)米

爆炸：傳播速度每秒10米～幾百米爆轟：傳播速度每秒1000m～7000m2、爆炸分類由物理變化而引起的爆炸。物質(zhì)因壓力等狀態(tài)發(fā)生突變而形成的爆炸現(xiàn)象稱為物理性爆炸。物理性爆炸前后物質(zhì)的性質(zhì)及化學(xué)成分均不改變(如粉塵靜電爆炸)。（1）物理性爆炸

（2）化學(xué)性爆炸由于物質(zhì)發(fā)生極迅速的化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高溫高壓而引起的爆炸成為化學(xué)性爆炸?；瘜W(xué)性爆炸前后物質(zhì)的性質(zhì)、成分均發(fā)生了根本的變化。化學(xué)爆炸按爆炸時(shí)所產(chǎn)生的化學(xué)變化，可分為三類：a、簡單分解爆炸這類爆炸在爆炸發(fā)生時(shí)，并不一定發(fā)生燃燒反應(yīng)，爆炸所需的熱量是由爆炸物質(zhì)本身分解所產(chǎn)生的，如：疊氮鉛、乙炔銀等等，這類物質(zhì)非常危險(xiǎn)，有輕微振動(dòng)即可引起爆炸。PbN6→

Pb+3N2

Ag2C2→2Ag+2Cb、復(fù)雜分解爆炸這類爆炸發(fā)生時(shí)，伴有燃燒現(xiàn)象，燃燒所需的氧氣由本身的分解反應(yīng)供給。所有的炸藥屬此類爆炸。c、爆炸性混合物爆炸可燃?xì)怏w、蒸氣及粉塵與空氣混合形成的混合物的爆炸均屬此類爆炸。這類爆炸需要一定的條件，例如：爆炸性物質(zhì)的含量、含氧量、激發(fā)能源等等。因此，其危險(xiǎn)性較前二類要低，但極普遍，造成的危害性也較大。從機(jī)理上講，爆炸性混合物爆炸屬于混合燃燒的劇烈形式。3、爆炸極限可燃性氣體與空氣混合形成一種混合物，可燃?xì)怏w、空氣在混合物中各自占有一定的比例。該混合物是否能燃燒或爆炸的內(nèi)因就在于可燃?xì)怏w占據(jù)什么樣的比例。爆炸下限：可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣組成的混合物能使火焰蔓延的最低濃度，稱為該氣體或蒸氣的爆炸下限。爆炸上限：可燃?xì)怏w或蒸氣與空氣組成的混合物能使火焰蔓延的最高濃度，稱為該氣體或蒸氣的爆炸上限。影響爆炸極限的因素：a、原始溫度；b、原始?jí)毫?；c、含惰性介質(zhì)量。（三）滅火方法（1）冷卻法；（2）窒息法；（3）隔離法；（4）化學(xué)中斷法。四、滅火劑目前主要的滅火劑有：水、砂、二氧化碳、四氯化碳、化學(xué)泡沫、空氣泡沫、干粉和鹵化物（鹵代烷）。油庫中常用的有：水蒸氣、化學(xué)泡沫、干粉、鹵化物和空氣泡沫。鹵代烷的命名：以C、F、Cl、Br為順序，分子式中原子個(gè)數(shù)取代號(hào)。如：

CF2ClBr，命名為“1211”滅火劑。

CF2Br，命名為“1201”滅火劑。五、油罐火災(zāi)的類型及特點(diǎn)1、油罐火災(zāi)的類型（1）穩(wěn)定燃燒輕質(zhì)油品油罐在溫度較高時(shí)，蒸發(fā)出大量的油蒸氣，從呼吸閥、量油孔等處向外冒，遇火源時(shí)燃燒，形成所謂的火炬燃燒。（2）爆炸燃燒罐內(nèi)蒸氣濃度處于爆炸極限范圍內(nèi)，遇到火源會(huì)在罐內(nèi)發(fā)生爆炸，造成罐體損壞，然后繼續(xù)燃燒。這種情況可造成油品外溢，擴(kuò)大火勢。（3）爆燃常常發(fā)生在重質(zhì)油品儲(chǔ)罐。重質(zhì)油品儲(chǔ)存一定時(shí)間后，罐內(nèi)油蒸氣與空氣的混合物濃度大于爆炸下限，遇火源會(huì)爆炸，爆炸后，由于油品蒸氣的揮發(fā)速度跟不上燃燒需要的蒸氣量，因此爆炸后不能繼續(xù)燃燒。（4）沸溢燃燒通常發(fā)生在原油、重質(zhì)油品儲(chǔ)罐。一定條件下，燃燒發(fā)生后，油品會(huì)溢出罐外，造成更大的火災(zāi)。2、油罐火災(zāi)特點(diǎn)（1）油品燃燒表面溫度油品在油罐內(nèi)燃燒，放出大量的熱，其中有一部分熱量通過輻射傳給油品表面，使油品表面溫度逐漸升高。同時(shí)，油品的蒸發(fā)需要吸收大量汽化熱，又有使油面溫度有下降的趨勢，這種升溫、降溫的趨勢達(dá)到平衡時(shí)，油面溫度就基本穩(wěn)定了。輕油與重油相比，輕油燃燒表面溫度低，重油燃燒表面溫度高，這是由于輕油揮發(fā)性強(qiáng)，蒸發(fā)吸收的熱量多。如：燃燒表面溫度℃

汽油80℃；

煤油321~326℃；

原油300℃；

重油＞300℃

（2）油品燃燒速度燃燒速度是指單位時(shí)間內(nèi)從油品表面燒掉的油品數(shù)量。燃燒速度可用兩種形式表達(dá)：直線燃燒速度：單位時(shí)間內(nèi)由于燃燒使油品表面下降的高度（cm/h，mm/min）；重量燃燒速度：單位時(shí)間內(nèi)從單位油品表面上所燒掉的油品重量（kg/m2·h）。影響油品燃燒速度的因素有很多，主要有油品種類、油位高低、油品含水率、油罐開口面積、油罐直徑等等。（3）油罐內(nèi)油品燃燒火焰的特征①

火焰的高度通常：D>6m，焰高D≤6m，焰高H=2~3D②火焰溫度燃燒火焰溫度主要取決于燃燒物的種類，一般石油產(chǎn)品的火焰溫度在900~1200℃之間?；鹧鏈囟雀?，熱輻射強(qiáng)度大，對(duì)鄰近物的威脅也就越大。③火焰的傾斜度根據(jù)有關(guān)材料提供的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

無風(fēng)條件下：傾角0~15°

風(fēng)速≥4m/s：傾角60~70°火焰傾角與風(fēng)速的關(guān)系可以用下式表示：

式中：a—火焰傾角，°；

w—風(fēng)速，m/s。④油罐火災(zāi)的熱輻射油罐火災(zāi)的輻射熱可按下式計(jì)算：的確定：根據(jù)受輻射點(diǎn)到油罐的邊緣的距離確定L/D00.50.50.221.00.141.50.0782.00.0552.50.0453.00.035試驗(yàn)總結(jié)：。

L/D≥3

如：汽油E=25000(L/D)-2

苯E=27000(L/D)-2

乙烷E=37000(L/D)-2

（4）油罐的破壞情況油罐發(fā)生火災(zāi)，在一開始可能有爆炸，直接將罐破壞，也有的僅有燃燒，而無爆炸。燃燒使鋼板、鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降，發(fā)生變形，坍塌等破壞。鋼板的強(qiáng)度與其溫度有關(guān)，鋼材的溫度到250℃左右時(shí)，強(qiáng)度最大，當(dāng)溫度超過300℃時(shí)，強(qiáng)度很快下降，溫度達(dá)到500℃時(shí)，鋼材的強(qiáng)度降低一半，750℃時(shí)強(qiáng)度減小90%以上。一般情況下，鋼材溫度達(dá)到600℃時(shí)，就失去了承載能力。

從火場實(shí)踐得知，一般建筑起火5分鐘內(nèi)燃燒區(qū)可達(dá)500℃，起火10分鐘內(nèi)，燃燒區(qū)建筑構(gòu)件的溫度可達(dá)750℃。

對(duì)油品儲(chǔ)罐，低液位著火，在無冷卻水的情況下，著火后5～8分鐘，油罐就會(huì)發(fā)生變形、破壞，油品可能流散出來，使火災(zāi)蔓延、擴(kuò)大。因此，油罐著火后，消防力量必須在5分鐘之內(nèi)做出反應(yīng)，對(duì)著火罐實(shí)施撲救和冷卻，同時(shí)，對(duì)鄰近罐也要冷卻。油罐破壞情況：

罐頂破壞，75%；

罐壁、底破壞，4%；

無破壞，21%。

（5）熱波與沸騰溢流①

熱波石油及石油產(chǎn)品是多組分的烴類化合物，各組分的沸點(diǎn)是不一樣的，油品燃燒時(shí)，油層表面的輕質(zhì)餾分將首先蒸發(fā)燃燒掉，而重質(zhì)餾分蒸發(fā)較慢，溫度上升。由于重組分的密度較大，所以到一定時(shí)候，這些重組分就會(huì)因自重而下沉，從而使油層逐層地往深部加熱的現(xiàn)象，稱為熱波現(xiàn)象。熱油與冷油的分界面稱為熱波面。簡言之，寬餾分油品儲(chǔ)罐火災(zāi)中，高溫?zé)嵊蛯与S重組分向下傳播的現(xiàn)象稱為熱波現(xiàn)象。②

沸溢及噴濺當(dāng)下移的熱波面溫度達(dá)到或超過了水的沸點(diǎn)，而該熱波與油品中的乳化水或懸浮水相遇，或者是熱波面到達(dá)罐底的水墊層時(shí)，水就被汽化，由于水汽化時(shí)體積迅速擴(kuò)大為原來的千倍以上，大量的蒸汽上浮，并強(qiáng)烈的攪拌，形成油包汽的氣泡。

汽化繼續(xù)進(jìn)行，體積不斷擴(kuò)大，這樣外面的包有油品薄膜的氣泡溢出罐外，從而將油品攜帶出罐外，造成油品的擴(kuò)散，使火災(zāi)擴(kuò)大，此現(xiàn)象稱為沸溢。

如果產(chǎn)生氣泡的速度和氣泡量很大，比如，懸浮水的顆粒較大，或熱波達(dá)到水墊層，水的大量、迅速的汽化，使得油品被蒸汽抬起，沖入大氣，發(fā)生噴發(fā)現(xiàn)象，使油滴、油氣泡被拋出罐外，這種現(xiàn)象稱之為噴濺。原油罐火災(zāi)沸溢一般情況下，所說的沸騰溢流包括沸溢和噴濺現(xiàn)象。③產(chǎn)生沸騰溢流的條件a、油品的熱波必須具有足夠高的溫度；b、油品具有移動(dòng)熱波特性；c、油品具有足夠的粘度。④沸溢的預(yù)測a、示溫法（熱敏漆）；b、觀測法（觀測現(xiàn)象）；c、計(jì)算法。計(jì)算熱波發(fā)生的時(shí)間：

H―水墊層以上油層厚度，m；

V1―油品燃燒速度，m/h；

V2―油品的熱波速度，m/h；

VR—熱波速度，m/h，VR=30~110cm/h；

t―從發(fā)生火災(zāi)到開始噴濺的時(shí)間，h。

（一）泡沫的制備

泡沫液泡沫混合液空氣泡沫

空氣機(jī)械泡沫，泡沫液：水=6:94（3:97）加水在比例混合器及泵中

加空氣六、低倍數(shù)空氣泡沫滅火系統(tǒng)設(shè)計(jì)（二）泡沫的滅火機(jī)理1、隔離與窒息作用；2、降低油溫、減少油品的蒸發(fā)；3、沖淡可燃?xì)怏w，減輕火勢。泡沫的性能指標(biāo)：a、有良好的穩(wěn)定性和抗燒性；b、具有良好的流動(dòng)性；c、具有適當(dāng)?shù)陌l(fā)泡倍數(shù)。發(fā)泡倍數(shù)是泡沫體積與產(chǎn)生該泡沫的泡沫混合液體體積的比值n=泡沫體積/泡沫混合液體積低倍數(shù)泡沫：發(fā)泡倍數(shù)6~8倍為好；中倍數(shù)泡沫：發(fā)泡倍數(shù)60~70倍為好；高倍數(shù)泡沫：發(fā)泡倍數(shù)500~1000倍為好；液下噴射滅火，采用的泡沫液2~4倍。（三）液上噴射空氣泡沫滅火系統(tǒng)根據(jù)滅火用泡沫導(dǎo)入方式，分為液上噴射和液下噴射兩大類。按照滅火設(shè)備布置情況，分為固定式、半固定式和移動(dòng)式三種滅火系統(tǒng)。1、滅火系統(tǒng)的組成固定式，所有的設(shè)備均固定。

主要設(shè)備：泡沫液泵、比例混合器、泡沫產(chǎn)生器、泡沫液儲(chǔ)罐、混合液管道和蓄水池。半固定式：主要設(shè)備：泡沫產(chǎn)生器（固定）、比例混合器、泡沫液儲(chǔ)罐、水罐等（移動(dòng)、消防車）移動(dòng)式：主要設(shè)備：消火栓、泡沫車、水龍帶、移動(dòng)式泡沫管架（鉤管架）。2、

泡沫滅火設(shè)備（1）泡沫比例混合器有兩種類型：負(fù)壓比例混合器和壓力比例混合器。A、負(fù)壓比例混合器我國目前生產(chǎn)的負(fù)壓比例混合器有兩種型號(hào)PH32、PH64。符號(hào)意義：PH—泡沫(P)，混合器(H)第一個(gè)漢字的聲母；32、64—最大混合液輸出量L/s混合器所要求的進(jìn)口壓力：6×105~12×105Pa。適用流程：負(fù)壓空氣泡沫比例混合器，必須使用環(huán)泵式流程。B、壓力比例混合器型號(hào)目前有：PHY16、PHY32。Y—表示壓力（拼音）；16、32—最大混合液輸出量L/s。這兩種比例混合器進(jìn)口壓力要求：6×105~12×105Pa。（2）泡沫產(chǎn)生器用于固定式、半固定式泡沫滅火系統(tǒng)中型號(hào)：

立式：PS型

橫式：PC型泡沫產(chǎn)生器入口壓力不得低于5×105Pa，為了保證正常的發(fā)泡倍數(shù)，在泡沫產(chǎn)生器入口處壓力必須滿足其設(shè)計(jì)要求。（3）消火栓、水槍、水龍帶、泡沫鉤管、泡沫管架。一、雷電的一般知識(shí)簡介雷電是常見的、無法控制的一種自然現(xiàn)象，是自然界中極為壯觀的聲、光、電現(xiàn)象，它是雷云—帶有不同極性電荷聚積的云團(tuán)、在一定條件下對(duì)大地或大地上物體(人、畜、房屋、各種設(shè)備)發(fā)生放電、或者雷云與雷云之間相互放電。它給人類的生產(chǎn)、生活帶來很大的影響。雷電引起的森林火災(zāi)可能啟發(fā)了遠(yuǎn)古人類對(duì)火的發(fā)現(xiàn)和利用，雷電造成有機(jī)化合物的合成可能在地球生命起源中占有一定的地位。然而，雷電對(duì)人類的威脅也是不容忽視的。第二節(jié)油庫防雷（一）雷電的形成雷電的形成與大氣溫度、濕度和地形等有關(guān)，是自然界中強(qiáng)有力的靜電放電現(xiàn)象。雷云中電荷的形成有各種理論，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)它進(jìn)行了長期的觀察和研究，目前還沒有一種理論可以滿意地解釋全部雷電現(xiàn)象。目前大多認(rèn)為主要有兩種起電機(jī)制，即對(duì)流起電機(jī)制和重力分離起電機(jī)制。雷云是構(gòu)成雷電的基本條件。云是由地面蒸發(fā)的水蒸氣形成的。地面上潮濕的空氣受熱上升到高空遇到低溫高速的氣流吹襲，凝結(jié)成小水滴成為積云，云中小水滴受強(qiáng)烈氣流吹襲后，分裂成更小一些的大、小水滴，同時(shí)帶上不同極性的電荷，其中較大的水滴帶正電，一部分成為雨而降落到地面，另一部分仍留在空中；較小的水滴帶負(fù)電，這些懸浮在空中帶正、負(fù)電的大、小水滴有時(shí)被氣流攜帶，吹集在一起形成了雷云（對(duì)流起電機(jī)制）。所以說雷云是帶有不同極性電荷聚積的云團(tuán)。也有人根據(jù)冰晶組成的云帶正電，而水滴組成的云帶負(fù)電的發(fā)現(xiàn)，認(rèn)為由飽和熱空氣凝成的水滴，上升到高空中遇冷，結(jié)成冰粒、冰塊后逐漸下降，在降落途中會(huì)沾住相遇的水滴，于是冰粒或冰塊周圍形成一層水膜，在冰粒(塊)與水膜的界面上產(chǎn)生電位差，冰粒(塊)帶負(fù)電，水膜帶正電。此后隨著冰粒(塊)沾住的水滴不斷增多，水膜不斷加厚，它們的下降速度也加快，最后水膜被上升的氣流吹散，成為許多帶正電的小水滴，這些小水滴被上升的氣流帶到云層的頂部，在那里遇冷凝結(jié)，并形成帶正電的冰晶區(qū)，而冰粒(塊)則下降到云層底部并融化形成帶負(fù)電的液水區(qū)（重力分離起電機(jī)制）。另外，當(dāng)熱氣團(tuán)或冷氣團(tuán)水平移動(dòng)時(shí)，在它們相遇的鋒面上，冷氣團(tuán)因密度大而留在下面，熱氣團(tuán)受擠抬上升，于是形成巨大的雷云，它波及范圍較大，可達(dá)數(shù)十到數(shù)百公里。據(jù)觀測，大多數(shù)(約85％)的雷云是頂部帶正電，底部帶負(fù)電。由此可見，水蒸氣和強(qiáng)烈氣流是形成雷云的必要條件。隨著雷云上下部分電荷的聚積，雷云的電位逐漸升高，產(chǎn)生的電場強(qiáng)度也越大，當(dāng)電場強(qiáng)度達(dá)到106V/m以上時(shí)，雷云之間的氣體被擊穿而發(fā)生火花放電，即閃電。當(dāng)雷云較低時(shí)，會(huì)使大地感應(yīng)出與雷云底端符號(hào)相反的電荷，構(gòu)成云--地電場，當(dāng)這個(gè)電場的強(qiáng)度足以擊穿地面空氣時(shí)，雷云與大地之間發(fā)生放電，即落地雷。放電時(shí)放出強(qiáng)烈閃光，由于放電時(shí)溫度高達(dá)20000℃，空氣受熱急劇膨脹，發(fā)生爆炸的轟鳴聲，這就是閃電和雷鳴。因此，雷云的放電，可以在雷云之間，也可能在雷云與大地(或地面物體)之間。（二）雷的種類1、線狀雷：線狀雷電是最常見的，它是發(fā)生在雷云和大地之間的放電，稱作直接雷。它是呈曲折的枝叉縱橫的巨型電弧放電，其通道長2～3km，甚至大于10km。2、片狀雷：其電弧通道呈片狀，發(fā)生在雷云之間，對(duì)人們影響不大。3、球雷：是一種特殊的雷電現(xiàn)象，是一種紫色或紅色的發(fā)光球體，直徑從幾毫米到幾十米，存在時(shí)間一般3-5秒。通常沿著地面大約以2m/s的速度滾動(dòng)或在空氣中飄行，并且還會(huì)通過縫隙進(jìn)入室內(nèi)，碰到建筑物可發(fā)生爆炸，并往往引起燃燒。二、雷電的危害雷電不僅能擊斃人、畜，劈裂樹木，電桿；破壞建筑物及各種工農(nóng)業(yè)設(shè)施，還能引起火災(zāi)和爆炸事故。雷電的火災(zāi)危險(xiǎn)性主要表現(xiàn)在雷電放電時(shí)所出現(xiàn)的各種物理效應(yīng)和作用。雷云內(nèi)部的放電一般不會(huì)造成危害，雷云對(duì)大地放電則可能造成危害。它造成的危害分為直接雷電、間接雷電和雷電波侵入等。1、直接危害

（1）電效應(yīng)當(dāng)雷云對(duì)大地放電時(shí)，雷電流直接通過具有電阻或電感的物體時(shí)，因雷電流的變化率很大(幾十微秒時(shí)間內(nèi)變化幾萬或幾十萬安)，能產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，足以燒毀電力系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器、絕緣子等電器設(shè)備的絕緣，燒斷電線或劈裂電桿，造成大規(guī)模停電，絕緣損壞還能引起短路，導(dǎo)致可燃、易燃、易爆物品的火災(zāi)或爆炸，反擊的放電火花也可能引起火災(zāi)或爆炸；絕緣破壞還會(huì)造成高壓竄入低壓和設(shè)備漏電的隱患，可能引起嚴(yán)重的觸電事故。巨大的雷電流流入地下，會(huì)在雷擊點(diǎn)及其連接的金屬部分產(chǎn)生極高的對(duì)地電壓，可能直接導(dǎo)至接觸電壓和跨步電壓的觸電事故。

（2）熱效應(yīng)

（3）機(jī)械效應(yīng)很高的雷電流通過導(dǎo)體時(shí)，能使放電通道的溫度高達(dá)數(shù)萬度，在極短的時(shí)間內(nèi)將轉(zhuǎn)換成大量的熱能。雷擊點(diǎn)的發(fā)熱能量約為500-20000J，這一能量可熔化50～200mm2的圓鋼。當(dāng)金屬油罐遭到雷擊時(shí)，雷擊部位產(chǎn)生強(qiáng)烈的電弧，使油罐金屬熔化、飛濺而點(diǎn)燃油蒸氣，引起火災(zāi)或爆炸事故。雷電流作用于非導(dǎo)體(如磚、混凝土罐、房屋、樹木和山石等)上，由于雷電的熱效應(yīng)，使被擊物縫隙中的氣體劇烈膨脹，同時(shí)使水分及其他物質(zhì)分解為大量氣體，在被雷擊物體內(nèi)部出現(xiàn)強(qiáng)大的機(jī)械壓力，致使被擊物體遭受嚴(yán)重破壞或造成爆炸，機(jī)械效應(yīng)對(duì)非金屬罐存在極大的威脅。此外，同性電荷之間的靜電斥力、電流拐彎處的電磁推力也有很強(qiáng)的破壞作用。發(fā)生雷擊時(shí)其氣浪也有一定的破壞作用。2、間接危害

（1）靜電感應(yīng)雷云的靜電感應(yīng)危害是指帶電的雷云接近地面時(shí)，對(duì)導(dǎo)體感應(yīng)出與雷云符號(hào)相反的電荷。發(fā)生雷擊時(shí)，雷云的電荷迅速消失，處于雷云與大地之間放電通路中的接地導(dǎo)體其感應(yīng)電荷也能迅速消失，使雷云與大地間電場消失。對(duì)地絕緣導(dǎo)體或非導(dǎo)體等建筑物或設(shè)備頂部的大量感應(yīng)電荷不能迅速流入地殼，因感應(yīng)靜電荷而產(chǎn)生很高的對(duì)地電壓，這種對(duì)地電壓稱為靜電感應(yīng)電壓。靜電感應(yīng)電壓往往高達(dá)幾萬伏，可以擊穿數(shù)十厘米的空氣間隙，發(fā)生火花放電，這種放電電流很小，但足以引起可燃?xì)怏w燃燒或爆炸。如浮頂油罐浮頂上的感應(yīng)電荷與油罐壁放電，引起浮頂罐的雷擊起火。金屬油罐接地良好，不易形成靜電感應(yīng)電壓，若接地不良則靜電感應(yīng)電壓可以引起不連接處擊穿空氣，而形成火花放電。室外架空管道若不接地，在平行的兩管之間或絕緣法蘭墊片兩側(cè)間，可以擊穿空氣，形成火花放電。非金屬油罐上，因感應(yīng)電荷不易導(dǎo)走，同性電荷間產(chǎn)生了沖擊性的相斥作用，可以將非金屬罐炸裂?？梢娎自旗o電感應(yīng)的危害和直接雷電危害一樣，可引起火災(zāi)和爆炸事故。（2）電磁感應(yīng)雷電具有很高的電壓和很大的電流，同時(shí)又是在極短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的。當(dāng)雷電流通過導(dǎo)體而導(dǎo)入大地時(shí)，在其周圍的空間里，將產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場。不僅會(huì)使處在這一電磁場中的導(dǎo)體感應(yīng)出較大的電動(dòng)勢，而且還會(huì)在構(gòu)成閉合回路的金屬物上產(chǎn)生感應(yīng)電流。這時(shí)如回路上有的地方接觸電阻很大或有缺口，就會(huì)局部發(fā)熱或擊穿缺口間空氣而形成火花放電，引燃可燃?xì)怏w。金屬油罐接地、室外架空管道跨接并接地、泵房內(nèi)機(jī)泵管道接地都可導(dǎo)走電磁感應(yīng)電流。3、雷電波侵入危害雷擊在架空線路、金屬管道上會(huì)產(chǎn)生沖擊電壓，使雷電波沿線路或管道迅速傳播(傳播速度分別為和0.3m/s)，若侵入建筑物內(nèi)，可造成配電裝置和電器線路絕緣層擊穿產(chǎn)生短路，或使建筑物內(nèi)的易燃、易爆物品燃燒或爆炸。三、避雷針的設(shè)計(jì)避雷針分為獨(dú)立避雷針和附設(shè)避雷針；獨(dú)立避雷針是離開建筑物單獨(dú)裝設(shè)的，附設(shè)避雷針不是單獨(dú)存在的。

（一）避雷針的結(jié)構(gòu)

1、接閃器：是直接接受雷擊的金屬構(gòu)件。

2、引下線：是避雷針的中間一段，上接接閃器，下接接地體；作用是將雷電流自接閃器引入接地裝置。3、接地體：是埋設(shè)在地下用來向大地泄放雷電流的金屬構(gòu)件。通常避雷針必須裝設(shè)接地體，以使整個(gè)避雷針對(duì)地電壓不至過高。（1）垂直接地體（2）水平接地體（3）復(fù)合接地體（二）避雷針的保護(hù)原理雷云放電，其下行先導(dǎo)曲折前進(jìn)，前進(jìn)的方向總是向著空氣容易被擊穿的方向，也就是總向著電場強(qiáng)度最大的方向發(fā)展。因?yàn)閳鰪?qiáng)越大，空氣越容易被擊穿。避雷針正是利用了這一特性進(jìn)行保護(hù)的。作為避雷針的設(shè)計(jì)者，所需要做的，就是根據(jù)被保護(hù)范圍的大小，確定適當(dāng)?shù)谋芾揍樀母叨群捅芾揍樀牟贾?。因而我們首先要知道避雷針的保護(hù)范圍該如何計(jì)算。（三）避雷針的保護(hù)范圍1、單支避雷針的保護(hù)范圍單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)以避雷針為旋轉(zhuǎn)軸，邊界線為雙曲線的旋轉(zhuǎn)體。其保護(hù)范圍為：在地面上的保護(hù)半徑：

任意高度水平面上的保護(hù)半徑

：式中：

h—避雷針高度，m；

hx

—被保護(hù)物的高度，m；

rx—高度在hx

處保護(hù)半徑，m；

p—高度影響系數(shù)，h≤30m，p=1，

30m＜h≤120m，；

ha—避雷針的有效高度，，m。

hxhahrxr0簡單算法：當(dāng)＜時(shí)，

≥時(shí)，2、雙支等高避雷針的保護(hù)范圍

由兩支高度一樣的避雷針聯(lián)合保護(hù)構(gòu)成的保護(hù)范圍，稱為雙支等高避雷針的保護(hù)范圍。

bxbxrxrxhxahha高度hx水平截面h03、雙支不等高避雷針的保護(hù)范圍ABA’aa’三支或多支避雷針保護(hù)全部面積所需要的條件為：

D≤8hap

式中：

D—三支避雷針?biāo)M成的三角形外接圓的直徑或多邊形最長的對(duì)角線。4、三支或多支避雷針的保護(hù)范圍

（四）接地電阻的計(jì)算1、垂直接地體接地電阻—土壤的電阻率，；

L—接地體的長度，m；

d—接地體的直徑或當(dāng)量直徑，m；t—地面到接地體中部的深度，m。適合條件：L＞＞d和4t＞L。

2、水平接地體接地電阻

式中：

d—水平接地體直徑或等效直徑，m；

K—水平接地體形狀系數(shù)。3、復(fù)合接地體接地電阻

式中：

Rf—復(fù)合接地體的接地電阻，；

R—單根垂直（水平）接地體的接地

電阻，；

n—單根垂直（水平）接地體的根數(shù)；

—復(fù)合接地體的屏蔽系數(shù)，一般。

通常設(shè)計(jì)計(jì)算中，當(dāng)單根接地體的接地電阻R＞10Ω時(shí)，應(yīng)考慮用適當(dāng)數(shù)量的單根接地體組成復(fù)合接地體，使Rf≤10Ω。可反算出

（向上圓整）

四、油罐防雷措施（一）地面金屬固定頂油罐我國的《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定：頂板厚度≥4mm，不設(shè)避雷針；頂板厚度＜4mm，設(shè)避雷針。（二）浮頂罐按《石油庫設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，浮頂罐可以不設(shè)避雷針，罐體做良好的接地，并且浮頂與罐體之間用兩根截面積不小于25mm2的軟銅線作電氣連接。（三）非金屬罐應(yīng)裝設(shè)獨(dú)立避雷針。油罐的金屬附件和外露金屬件做電氣連接并接地，為了防止電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)的破壞，在罐頂鋪設(shè)金屬網(wǎng)并接地，金屬網(wǎng)采用直徑不小于8mm的圓鋼做成不大于6m×6m的網(wǎng)格。（四）覆土罐凡覆土厚度在以上者，可不設(shè)避雷裝置。兩種不同物質(zhì)互相摩擦是產(chǎn)生靜電的一種特殊形式，但并不是唯一的方式。除摩擦以外，兩種不同物質(zhì)緊密接觸后再分離、物質(zhì)受壓或受熱、物質(zhì)發(fā)生電解以及物質(zhì)受到其它帶電體的感應(yīng)等，均可能產(chǎn)生靜電。當(dāng)液相與固相之間、液相與氣相之間、液相與另一不相溶的液相之間以及固相和氣相之間，由于流動(dòng)、攪拌、沉降、過濾、沖刷、噴射、灌注、飛濺、劇烈晃動(dòng)以及發(fā)泡等接觸、分離的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，都會(huì)在介質(zhì)中產(chǎn)生靜電。許多石油化工產(chǎn)品都屬于高絕緣物質(zhì)，這類非導(dǎo)電性液體在生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)過程中，產(chǎn)生和積累大量的靜電荷。靜電聚積到一定程度就可發(fā)生火花放電。如果在放電空間同時(shí)存在爆炸性氣體，便可能引起爆炸和著火。所以，對(duì)于油庫，防靜電危害具有非常重要的意義。第三節(jié)石油靜電與防護(hù)一、液體介質(zhì)靜電的產(chǎn)生與積累（一）液體帶靜電的成因a、液體與固體（氣體、不相容的液體）接觸，形成雙電層；當(dāng)液體流動(dòng)時(shí)，在管道中心部位的部分帶電離子，被液流帶走，這就形成了所謂的流動(dòng)帶電。b、接觸兩相的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，兩者帶有極性相反的電荷。兩相分離時(shí)，使兩相各自帶上極性相反的電荷。（二）油品帶電的幾種情況1、油品管路流動(dòng)起電；2、水滴、雜質(zhì)在油品中沉降起電；3、油品飛濺起電；4、噴射起電。二、影響靜電產(chǎn)生和積累的因素（一）介質(zhì)電阻率的影響（1）當(dāng)電阻率k處于1010~1012范圍時(shí)，油品放電次數(shù)最多，即k處于1010~1012范圍時(shí)，最易積累靜電；（2）k＜109或k＞1013時(shí)，靜電放電次數(shù)很少，即k＜109或k＞1013時(shí)，不易積累靜電。注：電阻率k的單位為：影響電阻率k的因素：1、油品所含雜質(zhì)；2、介電常數(shù)；3、液體粘滯性；4、混合溶質(zhì)。（二）管線材質(zhì)及管壁粗糙度的影響管壁粗糙度對(duì)靜電產(chǎn)生也有影響，粗糙度越大，液體與管線內(nèi)壁接觸面積越大，沖刷、分離電荷的機(jī)會(huì)也越多，流動(dòng)電荷量越大。

液體帶電主要是雙電層的電荷分離，不同材質(zhì)使液體中產(chǎn)生的雙電層是不一樣的，因此產(chǎn)生的電量也不同。