港口危险货物集装箱堆场防雷设计

    柯喆

    摘 要：自 “8·12天津滨海新区爆炸特别重大生产安全责任事故”以来，交通运输部进一步落实危险货物港口建设项目安全设施“三同时”要求，对危险货物集装箱堆场加强了设计等级。本文通过对东莞虎门沙田港区的两种型式危险货物集装箱堆场工程实例，详细说明独立避雷线塔在危险货物集装箱堆场防雷设计中的应用。

    关键词：危险货物;集装箱;堆场;防雷设计

    中图分类号：U698? ? ? ? ? ? 文献标识码：A? ? ? ? ? ? 文章编号：1006—7973（2019）03-0043-03

    随着我国港口集装箱码头的发展，港口危险货物集装箱堆场的数量不断增加、规模及作业量不断增大，其防雷设计等方面要求逐渐提高。目前针对危险货物集装箱堆场的相关防雷设计规范不太明晰，导致不同工程项目防雷设计等级相差甚远的情况，很容易埋下安全隐患，以下将介绍东莞市虎门港沙田港区5#，6#危险货物集装箱堆场工程及东莞市虎门港沙田港区7#，8#危险货物集装箱堆场工程，两个种类防雷设计思路及笔者对规范的理解。

    1 危险货物集装箱堆场的防雷分类

    1.1确定防雷等级主要有两种方法

    方法1：依据现行规范《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010），通过计算工程所在地年预计雷击次数和危险货物的种类确定建筑物（构筑物）的防雷类别，确定防雷建筑物等级，主要通过规范第3.0.3.9条。而4.5节“其他防雷措施”中第4.5.5条结合第3.0.3.9条来看，本规范适用于大量易燃物（如粮食、棉花）集中的危险货物集装箱堆场的情况;根据《爆炸危险环境电力装置设计规范》（GB50058-2014）3.1.1.3條说明，实际大部分危险货物集装箱堆场不仅有火灾危险性，还同时具有爆炸危险性，规范第4.5.5条已远远无法满足要求。为此，通过《建筑物防雷设计规范》计算预计雷击次数来确定火灾危险区域内的防雷建筑物水平，对于有爆炸危险场所的集装箱堆场的适用性较差。

    方法2：依据《港口危险货物集装箱堆场技术标准》（送审稿）第8.2.2条，笔者认为词条在实际实施过程中有需要商讨的地方。其一，标准中“第一类防雷建筑物”或“第二类防雷建筑物”的定义是根据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）第3.0.1条确定，而《建筑物防雷设计规范》第1.0.2条指出“本规范适用于新建、扩建、改建建（构）筑物的防雷设计”，危险货物集装箱是在密闭容器内装有危险品，不属于建（构）筑物，划分的依据较模糊。其二，若按标准规定按“第一类防雷建筑物设计”，依据《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）第4.2.1.1条，要满足词条规范只能在危险货物集装箱内布置非常多的独立避雷线塔，对于整条集装箱布置、储存、装卸带来极大的困难，实际操作中，独立避雷线塔由于需满足规范所要求的网格最低距离要求，会设置的离危险货物集装箱很近，非常容易被装卸设备撞坏，造成新的危险。其三，集装箱由于在港口运营中需要重复进行储存、装卸，所以在堆场中没有设置专门给集装箱用的接地线，难以满足《建筑物防雷设计规范》（GB 50057—2010）中第5.4节“接地装置”的要求，并且危险货物集装箱堆场防雷设计与《石油库设计规范》（GB 50074-2014）第14.2节的固定储罐要求有所差别。为此，在现有规范不明晰的情况下，本文根据危险货物集装箱堆场的特点，从实际经验出发，介绍东莞市虎门港沙田港区（5#，6#泊位及7#，8#泊位）两个种类的危险货物集装箱堆场工程的一种防雷设计思路。

    1.2火灾爆炸危险性分析

    危险货物具有爆炸、易燃、毒害、感染、腐蚀、放射性等特性，容易造成人身伤亡、财产毁损或者对环境造成危害。两个工程的危险货物集装箱堆场内均堆存有3～9类危险品，其中3～5类是有可能引起爆炸的危险货物。根据中国安全科学研究院编制的重大危险源区域定量分析评价软件（CASST-QRA），对7#，8#泊位危险货物集装箱堆场工程，模拟了第3类危险货物存放量最大时发生事故的后果，从事故后果效果图（图1）中分析出：当发生危险货物集装箱整体破裂并引发池火灾，其死亡半径、重伤半径、轻伤半径、多米诺半径分别达到54m、65m、93m、30m;死亡半径覆盖的范围主要包括：危险货物堆场部分区域、危险货物堆场周边空地和道路部分区域。由于危险货物集装箱堆场还堆存了其他危险货物集装箱，如第5.1类、第6.1类、第8类等货物集装箱。一旦堆场发生火灾和爆炸事故，若引发多米诺效应，可能导致二次事故，使事故后果扩大。因此，根据危险货物集装箱堆场的重要性及发生事故的后果，滚球半径按第一类防雷建筑物进行设计。

    2 防雷接闪器的选择与设计

    2.1 7#，8#危险货物集装箱堆场工程（单避雷线的保护范围的确定）

    原7#，8#危险货物集装箱堆场由原重箱堆场区域改造而成，堆场外围四周新建实体围墙，堆场内危险货物集装箱堆高不超过3层，危险货物集装箱采用牵引半挂车作业。根据危险货物集装箱布置情况，在堆场周围已建高杆灯或设置独立避雷针均不能对整条集装箱进行有效保护的情况下，设置2座30米高钢结构独立避雷线塔于危险货物堆场两端，架空线位于危险货物集装箱上方。用滚球法确定接闪器的保护范围时，滚球半径按第一类防雷建筑物取值，计算避雷线最低点在保护物高度平面上的保护半径是否可有效保护危险货物集装箱。本工程计算保护物高度取9米，滚球半径取30米，两架空避雷线塔间距为155米架空避雷线弧垂取6米，避雷线保护范围最高点h0=30m-6m=24m。根据以上条件，结合《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 附录D.0.5计算保护范围如下：

    30m 避雷针塔在高度hx=9m平面上的保护宽度

    bx =- =- = 8.6m;

    接闪线中间段计入弧垂后在计算高度hx=9m平面上的保护宽度

    bx=-=- =8m;

    通过以上公式计算得，避雷线在9m高度平面上的最小保护宽度为8m，两端独立避雷塔在9m高度平面上的保护范围半径均为8.6m，根据以上计算绘制出避雷线塔保护范围平面图（图2）。

    2.2 5#，6#危险货物集装箱堆场工程（双避雷线的保护范围的确定）

    5#，6#危险货物集装箱堆场由原危险货物堆场区域改造而成，原危险货物堆场防雷利用一组避雷线塔取滚球半径100m设置。改造后的危险货物堆场内危险货物集装箱堆高不超过3层，危险货物集装箱采用RTG和牵引半挂车作业，RTG轨道位于危险货物集装箱两长边，按照7#，8#泊位在两端设置避雷线塔将影响RTG作业，在堆场周围已建高杆灯或设置独立避雷针均不能对整条集装箱进行有效保护，因此在5#，6#危险货物集装箱堆场两侧及中间共设置6座30米高钢结构独立避雷线塔，危险货物集装箱根据工艺要求堆高为2～3层，架空线位于危险货物集装箱上方。用滚球法确定接闪器的保护范围时，滚球半径按第一类防雷建筑物取值，计算避雷线最低点在保护物高度平面上的保护半径是否可有效保护危险货物集装箱。本工程计算保护物高度取9米，滚球半径取30米，相邻横向两架空避雷线塔间距为120米，相邻纵向两架空避雷线塔间距为43米，架空避雷線弧垂取5米，避雷线保护范围计算高度为25m。根据以上条件，结合《建筑物防雷设计规范》GB50057-2010 附录D.0.6计算保护范围如下：

    两根接闪线之间保护范围最低点的高度：

    h0 =+ h - hr =+ 25 - 30 =15.9m;

    地面每侧的最小保护宽度：

    b0 ===20.9m;

    内移位置的距离：

    x =-b0 =-20.9=5.6m;

    30m 避雷针塔在高度hx=9m平面上的保护宽度：

    bx =-=-=8.6m;

    接闪线中间段计入弧垂后在计算高度hx=9m平面上的保护宽度

    bx=- =- =8.1m;

    通过以上公式计算，避雷线在9m高度平面上的最小保护宽度为8.1m，两端独立避雷塔在9m高度平面上的保护范围半径均为8.6m，根据以上计算绘制出避雷线塔保护范围平面图（图3）。

    3 接地网设计

    为了限制接触及跨步电压，钢结构独立避雷线塔设置独立的接地装置。为此，钢结构独立避雷线塔的接地装置不与集装箱港区接地网相连接，且避雷线塔的每一引下线的冲击接地电阻不宜大于10欧姆，如遇土壤电阻率高的地区，可适当增大冲击接地电阻，且在3000欧姆以下的地区，冲击接地电阻不应大于30欧姆。

    独立避雷线塔和架空接闪线或网的支柱及其接地装置与被保护物及其有联系的管道、电缆等金属物之间的间隔距离，应按下列公式计算，且不得小于3m;

    （1）地上部分：当计算点的高度hx小于5倍的独立接闪杆的冲击接地电阻Ri时（hx〈5Ri），空气中的间隔距离大于等于0.4（Ri+0.1hx）;当计算点的高度hx大于等于5倍的独立接闪杆的冲击接地电阻Ri时（hx≥5Ri），空气中的间隔距离大于等于0.1（Ri+0.1hx）。

    （2）地下部分：地中的间隔距离Se1大于等于0.4倍的独立接闪杆的冲击接地电阻Ri（Se1≥0.4Ri）。

    4 结语

    危险货物集装箱堆场的主要危险有害因素有多种，如包装破损、危险货物泄漏，进而可能导致燃烧爆炸、中毒窒息、设备设施事故危险、电气设备事故危险、船舶靠离泊危险、不良自然条件危险、道路交通事故危险、火灾危险、物体打击事故等事故危险。一旦发生事故后果非常严重。为此，从安全生产的角度来说，应对防雷接地等设施加以重视，确保整个港区人员及财产安全。

    参考文献：

    [1]GB 50057—2010 建筑物防雷设计规范.

    [2]中国航空规划设计研究总院有限公司. 工业与民用供配电设计手册[M]. 第四版. 北京： 中国电力出版社， 2016.12

    [3]GB 6944—2012 危险货物分类和品名编号[S].

    [4]JT 556—2004 港口防雷与接地技术要求[S].

    [5]GB 50058-2014 爆炸危险环境电力装置设计规范[S].

    [6]GB 50074-2014 石油库设计规范[S].