浅谈石油化工装置储罐爆炸危险区域划分及防雷设计

    郭蕾

    

    

    

    提要：简介石油化工装置储罐的分类，指出石油化工装置中常用的储罐类型。通过对比不同的国家标准规范和行业标准规范，分析各规范对石油化工装置储罐的爆炸危险区域划分及防雷要求，说明工程设计中如何进行地上、立式储罐（即固定储罐和浮顶储罐）的爆炸危险区域划分及采取何种防雷措施。

    关键词：爆炸危险环境；防雷；户外；接闪杆；固定储罐；浮顶储罐

    中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）12-0245-03

    1 概述

    目前，大多数石油化工企业根据生产情况和销售情况，在厂区内设置原料储罐或成品储罐，或二者皆有之。石油化工企业会根据储罐的容量、储存的可燃物质及总图位置，采取不同的储罐，或是罐组，或在储罐周围设置围堰组成罐区。石油化工装置的储罐按不同的分类方式，可以分成不同类型的储罐。

    按储罐材质分为金属储罐和非金属储罐。在石油化工装置中主要采用金属储罐。

    按储罐的结构形式分为固定储罐、浮顶储罐、无力矩储罐、套顶储罐。在我国石油化工装置中主要采用固定储罐和浮顶储罐，其中固定储罐为罐顶周边与罐壁顶部固定连接的储罐，分为锥顶储罐和拱顶储罐，拱顶储罐在我国石油化工装置中广泛采用。浮顶储罐又分为内浮顶储罐和外浮顶储罐。内浮顶储罐是在固定顶储罐内装有浮盘的储罐，内浮顶储罐的顶部是拱顶与浮顶的结合，外部为拱顶，内部为浮顶。外浮顶储罐的浮顶是一个浮动的顶盖，它在储液的表面上漂浮，当输入和输出储液时，外浮顶储罐的浮顶就随之上下浮动。浮顶与罐壁之间存在一环形空隙，为了减少储液的蒸发损失，在这个环形的空隙中充有密封装置，在顶盖上下浮动时，罐内液体就会与大气隔绝。无力矩储罐和套顶储罐在我国石油化工装置中没有广泛采用。

    按储罐的几何形状分为立式储罐、卧式储罐、球形储罐。固定储罐和浮顶储罐合称为立式储罐。

    按储罐所处位置分为地上储罐、半地下储罐、地下储罐。在石油化工装置中主要采用地上储罐，半地下储罐、地下储罐主要应用于石油库和汽车加油加气站中。

    本文主要针对地上、立式储罐分析。

    2 爆炸危险区域划分

    2.1 固定储罐

    对于可燃物质重于空气、设在户外地坪上的固定式储罐的爆炸危险区域划分，如下：

    划分为0区的区域是：在罐体内部未充惰性气体的液体表面以上的区域；

    划分为1区的区域是：以放空口为中心，半径为1.5m的区域，及爆炸危险区域内的地坪下的坑、沟等；

    划分为2区的区域是：储罐的外壁外3m和顶部上3m的区域；如果储罐周围设有防火堤，则储罐外壁至防火堤之间，其高度为防火堤顶部高度的区域内。

    详见图1。

    2.2 浮顶储罐

    2.2.1 可燃物质重于空气、设在户外地坪上的外浮顶式储罐

    对于可燃物质重于空气、设在户外地坪上的外浮顶式储罐的爆炸危险区域划分，如下：

    划分为0区的区域是：浮顶式储罐在浮顶移动范围内的区域；

    划分为1区的区域是：爆炸危险区域内的地坪下的坑、沟等；

    划分为2区的区域是：储罐的外壁外3m和顶部上3m的区域；如果储罐周围设有防火堤，则储罐外壁至防火堤之间，其高度为防火堤顶部高度的区域内。

    2.2.2 可燃物质重于空气、设在户外地坪上的内浮顶式储罐

    对于可燃物质重于空气、设在户外地坪上的内浮顶式储罐的爆炸危险区域划分，如下：

    划分为1区的区域是：浮盘上部区域，以放空口为中心、半径为1.5m的区域和爆炸危险区域内的地坪下的坑、沟等；

    划分为2区的区域是：储罐的外壁外3m和顶部上3m的区域；如果储罐周围设有防火堤，则储罐外壁至防火堤之间，其高度为防火堤顶部高度的区域内。

    2.3 储罐未设围堰且存在二级释放源

    2.3.1可燃物质重于空气

    对于可燃物质重于空气、设在户外地坪上、通风良好的储罐未设置防火堤，或者设置了防污染围堰但不能作为防火堤的，工艺专业特殊提出二级释放源时，其爆炸危险区域的范围划分，除包括储罐本身划分外，还应附加通风良好、可燃物质重于空气的生产装置区的爆炸危险区域。如下：

    划分为1区的区域是：爆炸危险区域内的地坪下的坑、沟等；

    划分为2区的区域是：地坪上7.5m的高度，以释放源为中心，半径为15m的区域内；高出释放源7.5m的高度，以释放源为中心，半径为7.5m的区域内。

    划分为附加2区的区域是：如果释放源能够大量释放，并达到15m以外时，在2区以外存在附加2区，地坪上0.6m的高度，以释放源为中心，总半径为30m的区域内。

    详见图4和图5。

    2.3.2可燃物质轻于空气

    对于可燃物质轻于空气、设在户外地坪上、通风良好的储罐未设置防火堤，或者设置了防污染围堰但不能作为防火堤的，工艺专业特殊提出二级释放源时，其爆炸危险区域的范围划分，除包括储罐本身划分外，还应附加通风良好、可燃物质轻于空气的生产装置区的爆炸危险区域。如下：

    划分为2区的区域是：如果释放源位于地坪上小于等于4.5m时，则在释放源上部7.5m的距离，以释放源为中心，半径为4.5m的区域，及从释放源到地坪上的区域；如果释放源位于地坪上大于于4.5m时，则需根据实践经验确定。

    详见图6。

    3 采取的防雷措施

    《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH3038-2000和《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010中规定，具有1区爆炸危险环境划为第一类防雷区域。由图1～图 3，我们可以知道，储存可燃物质的储罐是存在1区爆炸危险环境的。若按《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH3038-2000及《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010对储存可燃物质的储罐进行防雷设计，储存可燃物质的储罐应划为第一类防雷建筑物。而《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010又规定，第一类防雷建筑物防直击雷的措施应为装设独立接闪杆或架空接闪线或网，使所保护的物体均处于接闪器的保护范围内，如建构筑物和放散管、风帽等所有突出屋面的物体。规范要求外部防雷装置完全与被保护的建筑物脱离者称为独立的外部防雷装置，其接闪器称为独立接闪器。若按此做法，则通常会在可燃物质储罐罐区外设置多个且比较高大的独立避雷针，而独立避雷针与建筑物之间、与地下管线之间均有距离要求，通常会使整个储罐罐区占地面积增大很多。对于那些规模较大的储罐罐区则无法设计。故在进行储罐的防雷设计时，不能仅仅简单的套用现有规范《石油化工企业生产装置电力设计技术规范》SH3038-2000及《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010。

    《石油化工装置防雷设计规范》GB50650-2011和《石油库设计规范》GB50074-2014对户外安装的储存可燃物质的储罐的防雷设计均与上面有不同的要求。

    1）对于固定储罐具体规定为：

    A. 钢制储罐的罐壁厚度大于或等于4mm，在罐顶装有阻火器的呼吸阀时，应利用罐体本身作为接闪器。

    B.钢制储罐的罐壁厚度大于或等于4mm，在罐顶装有无阻火器的呼吸阀时，应在罐顶装设接闪器。值得说明的是，这里的接闪器没有要求为独立接闪器，而是设置罐顶。

    C.钢制储罐的罐壁厚度小于4mm时，应在罐顶装设接闪器。

    D.非金属储罐应装设接闪器，使被保护储罐和突出罐顶的呼吸阀等均处于接闪器的保护范围之内。

    E.非钢制金属储罐的顶板厚度大于或等于规范《石油化工装置防雷设计规范》GB50650-2011中规定的厚度t值时，应利用罐体本身作接闪器；顶板厚度小于规定值时，应在罐顶装设接闪器，使整个储罐在保护范围之内。

    2）对于浮顶储罐具体规定为：

    浮顶储罐包括内浮顶储罐和外浮顶储罐，利用其自身罐体作为接闪器，浮顶与罐体采用两根导线将做可靠的电气连接。

    4 小结

    只有掌握可燃物质的储罐的类型、有无防火堤及具体的工艺要求，才能更准确的分析可燃物质的储罐及罐区爆炸危险区域划分及需相应采取的防雷措施，做到既保障可燃物质的储罐的安全又不浪费，节省占地，节约投资。

    参考文献：

    [1] 爆炸性环境 第14部分： 场所分类 爆炸性气体环境[S]，GB3836.14-2014.

    [2] 爆炸危险环境电力装置设计规范[S]， GB50058-2014.

    [3] 石油化工企业生产装置电力设计技术规范[S]， SH3038-2000.

    [4] 石油库设计规范[S]， GB50074-2014.

    [5] 建筑设计防火规范[S] ， GB50016-2014.

    [6] 建筑物防雷设计规范[S] ， GB50057-2010.

    [7] 汽车加油加气站设计与施工规范（2014年版）[S]， GB50156-2002.

    [8] 石油化工装置防雷设计规范[S]， GB50650-2011.