某中转-分配油库工艺设计(防雷防静电).doc

摘要摘要此油库课程设计是对某中转分配油库工艺设计防雷防静电工艺以及油库平面总图的绘制，通过我们在油库设计与管理课程上学习到的理论知识和以油库设计规范（GB50074-2002）为标准参照，利用相关公式及规定来计算油库以及油罐的各个参数，来满足防雷及防静电工艺要求，达到对油库内各个危险点危险源进行良好管理和安全保障。本设计中防雷工艺设计重点是储油区防雷设计。防静电工艺设计重要涉及油罐，栈桥，输油管道以及铁路公路装卸油设施的防静电工艺设计。平面布置设计中主要包括储油区，辅助生产区，行政管理区以及铁路公路装卸去的平面布置图设计。关键词：油库 平面布置 防雷 防静电目 录摘要.11. 设计参数.32. 防雷工艺设计.42.1防雷综述.42.2雷电的危害.42.3避雷针的原理和保护范围.52.4油罐防雷规定.62.5其他地区防雷.72.6防雷设施的检查及应注意的问题.82.7储罐防雷设计.83. 防静电工艺.103.1油品的起电方式.103.2静电的危害.103.3影响静电产生和积累的因素.103.4静电放电的类型.123.5防止静电事故的措施.123.6各设置静电接地场所的要求.13小结.151.设计参数 某油库由管道输进93#汽油38万吨/年，0#柴油为8万吨/年，铁路运进5#柴油15万吨/年，汽油40%由桶装外运，60%由汽车槽车外运；0#柴油用汽车槽车运出；5#柴油管道外输；原油管道运进32万吨/年，全部由铁路运出。油品种类及性质见表1-1。油库所在区域年平均气温15.4，月最高温度36，月最低温度-12；年平均降雨量120mm，日最大降雨量580mm，年平均降雨天数37天；风向为西北风。表1-1 油品种类及性质油品93#0#5#原油比重，0.720.830.830.851运动粘度mm2/s20155670500.42.552.551093#汽油0#柴油5#柴油原油罐个数4473罐容量m350000100001000050000油罐种类外浮顶拱顶拱顶外浮顶表1-2 储油区选罐种类及数量2.防雷工艺设计2.1防雷综述雷电是一种常见的，人类无法控制的自然现象。它是雷云（带有不同极性电荷聚集的云团）在一定条件下对大地或大地上的人体物体发生放电。产生雷电时，电压可达30万伏以上，电流可达20万安培以上，放电温度高达20000。雷电直击在建筑物上，有相当大的冲击力，并产生巨量热量。雷电本身产生的热量足以酿成一场大火。只有正确采取措施，才能避免事故发生。正确预防首先就要认清雷的自然属性。按雷电的不同形状可以分为线状雷电，片状雷电，和球状雷电。其中，片状雷电发生在雷云之间，对人和建筑物的影响不大。线状雷电是最为常见的，发生在雷云和大地之间的放电，也被称为直接雷。根据线状雷电其性质目前通常使用避雷针来避雷，它的原理是它能够将雷电引向自身，将强大的雷电流导入大地，从而达到保护油罐的目的，但避雷针对球形雷是没有作用的，尽管球形雷出现次数较少，但也偶有发生，因此在油库设计中也应该考虑到对它的防范。根据球形雷的性质，其预防措施一般采用静电屏蔽，就是用金属网构成笼式防雷网，以防止球雷进入，从而达到了保护油罐的目的。2.2雷电的危害雷电的危害一般分为直接雷电危害和间接雷电危害。直接雷电危害具体有电效应，热效应，机械效应。电效应的破坏作用。在雷电放电时，能产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，它可能毁坏发电机、电力变压器等电气设备的绝缘，烧断电线和劈裂电杆，造成大规模停电，绝缘损坏还可能引起短路，导致可燃物、易燃物着火和爆炸等。热效应的破坏作用。当几十至上千安的强大雷电流通过导体时，在极短的时间内将转换成大量的热能，雷击点的发热量约为5001000J，这一能量可熔化50200立方毫米的钢棒，如果雷击在易燃物上更容易引起火灾和爆炸。由于雷电的热效应，还将使雷电通道中木材纤维缝隙和其它结构中间的缝隙里的空气剧烈膨胀，同时使水分及其它物质分解为气体，在被雷击物体内部出现强大的机械压力，使被击物遭受严重破坏或造成爆炸。雷电流作用于非导体上，由于雷电的热效应，使得被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，同时使得水以及其他物体分解为大体积的气体，因而在被雷击物体内部出现强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏和爆炸。雷电的间接危害分为雷电流引起的静电感应，电磁感应的危害。静电感应。当金属物处于雷云和大地电场中时，金属物上会感生出大量的电荷，雷云放电后，云与大地间的电场虽消失，但金属上感应积聚的电荷却来不急立即逸散，因而，产生高达几万伏的对地电压，称为静电感应电压，可以击穿数十厘米的空气间隙，发生火花放电。电磁感应。雷电具有很高的电压和很大的电流，同时又是在极短的时间发生的，因此在它周围的空间里将产生强大的交变电磁场，使电磁场中的导体感应出较大的电动势，并且还会在构成闭合回路的金属物也产生感应电流，这时如回路上有的地方接触电阻过大，就会局部发热或发生火花放电。雷电波侵入。雷击在架空线路、金属管道上会产生冲击电压，使雷电波沿线路和管道迅速传播，若侵入建筑内可造成配电装置和电气线路绝缘层击穿产生短路或使建筑物内的易燃可燃物品燃烧或爆炸。防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用。当防雷装置接受雷击时，在接闪器和引下线接地体上都具有很高的电压，如果防雷装置与建筑物内外的电气设备、电气线路或其它金属管道的相隔距离很近，它们之间就会产生放电，可能引起电气设备绝缘破坏，金属管道烧穿。2.3 避雷针的原理和保护范围避雷针是一种常用的保护建筑物和电力设备免遭直接雷击的装置。其基本原理是将雷电流引向自身，并使之安全泄入大地，从而使被保护物受到遮蔽。避雷针由接闪器、接地引下线和接地体 3部分组成。接闪器通常采用直径为 1520mm、长度为12m的圆钢或钢管，固定于支柱上端经接地引下线与接地体连接。当雷云对地放电通道发展到临近地面时，由于避雷针尖端突出地面并有良好接地，在针尖附近的电场强度提高，聚积相反极性的电荷，引导放电向避雷针方向发展，最终击中避雷针，把雷击能量有效地引入大地。接闪器所用材料应能满足机械强度和耐腐蚀的要求，还应有足够的热稳定性，以能承受雷电流的热破坏作用。防雷装置的引下线应满足机械强度、耐腐蚀和热稳定的要求。接地装置是防雷装置的重要组成部分。接地装置向大地泄放雷电流，限制防雷装置对地电压不致过高。除独立避雷针外，在接地电阻满足要求的前提下，防雷接地装置可以和其他接地装置共用。避雷针的保护范围计算方法是由运行经验和实验室模型试验结果确定的。工程设计中常用的方法是认为保护半径是避雷针高度的函数。单支避雷针的保护范围可以看为一个锥体。高度为h的避雷针, 其在地面上的保护半径r=1.5h，其在任一高度hx的水平面上，其保护半径rx为当hx时rx=(h-hx)P （2-1）当hx时rx=(1.5h-2hx)P （2-2）当h30m时，P=1；当30h120m时，P= （2-3）式子中，h-避雷针的总高度（从地面算起），m； hx-被保护建筑物的高度，m； rx-高度为hx处避雷针的保护半径，m； P-避雷针超过30m时，保护范围守高度印象的系数。图1 单支避雷针保护范围60年代以来，又提出了计算避雷针保护范围的击距法，认为保护范围还受雷电流大小的影响。但迄今为止，还没有一种为各国科学家和工程师公认的、计算保护范围的完善方法。2.4 油罐防雷规定 2.4.1拱顶油罐拱顶油罐的罐顶一般为球缺形，拱顶本身是称重构件，有较大的刚性，能承受较高的内压，有利于降低油品的蒸发损耗，拱顶结构简单，便于备料和施工。根据油库设计手册规定：对装有阻火器的地上固定顶钢油罐，以及露天布置的塔或是其他容器等当顶板厚度大于等于4mm时，不应装设避雷针，但罐体要做良好接地。当顶板厚度小于4mm时，需要装设避雷针，且避雷针与呼吸阀的水平距离不应小于3m。避雷针的保护范围应包括整个油罐，保护范围应高出呼吸阀不小于2m，罐体做良好接地。在此，我们使用的是拱顶油罐，而拱顶油罐顶板的厚度一般为46mm，所以可以不设避雷针，但我们也应该做好接地装置。2.4.2浮顶（外浮顶）油罐外浮顶油罐的密封严密，油品与大气的接触面积较小，并且与大气直接接触，在浮顶上的油品蒸气与空气的混合气体，不易达到爆炸极限，因此，即是雷击着火，也只会发生在密封圈不严密处，容易扑灭，可以不设避雷针。为了防止感应雷和导走传到金属浮顶的静电荷，应该采用2根截面积不小于25mm2的软铜绞线将金属浮顶与罐体进行良好的电气连接，并将罐体良好接地。接地点不应少于两处，且接地点沿油罐周长的间距不宜大于30m，接地电阻不宜大于20。2.5其他区域防雷2.5.1易燃油品泵站（棚）的防雷根据石油库设计规范GB50074-2002有如下规定：易燃油品泵站（棚）属爆炸和火灾危险场所，故应设置避雷带（网）防直击雷。网格是为均压分流，降低反击电压，将雷电流顺利泄入大地。若雷电直接击在金属管道及电缆金属外皮或架空槽上，或其附近发生雷击，都会在其上产生雷电过电压。为防止过电压进入易燃油品泵站（棚），所以在其外侧应接地，使雷电流在其外侧就泄入地下，降低或减少过电压进入泵站（棚）内。接地装置与保护及防感应雷接地装置合用，是为了均压等电位，防止反击雷电火花发生。2.5.2可燃油品泵站（棚）的防雷可燃油品泵站（棚）属火灾危险场所，防雷要比易燃油品泵站（棚）的防雷要求宽一些。在雷暴日大于40d/s的地区才装设避雷带（网）防直击雷。2.5.3装卸易燃油品的鹤管、装卸油栈桥的防雷露天进行装卸油作业的，雷雨天不应也不能进行装卸油作业，不进行装卸油作业，爆炸危险区域不存在，所以不装设避雷针（带）防直击雷。2.5.4汽车槽车和铁路槽车的防雷汽车槽车和铁路槽车装运易燃可燃油品时宜装阻火器。铁路装卸油设备（包括钢轨、管路、鹤管、栈桥等）应做电气连接并接地，冲击接地电阻应不大于10。2.6防雷设施的检查及应注意的问题在安装防雷设施时，应对油罐周围的一切金属构件、电气设备、管线等做统一的全面考虑，同时不许有架空线进入罐区，避免产生放电火花及将雷电波导入。另外，在阴雨天气不宜进行收发油作业，必须进行的，要严格按照安全操作规程进行操作。避免罐内外形成的大量易燃易爆混合物与雷击爆炸起火。对于防雷设施要进行定期检查，保证完好有效。凡装设独立或罐顶接闪器的防雷接地设施，每年雷雨季节到来之前检查一次。要求安装牢固，引下线接头数要少，断接卡接头应卡密并无断裂松动。最好用搭接焊接方式。如用螺栓连接必须拧紧，并且将软绞线端口焊固在供螺栓连接的线夹内，其垫圈应镀锌。引下线在距地面2m至地下0.3m一段的保护设施要完好。引下线应短而直，避免转弯和穿越铁管等闭合结构，以防雷电流通过时因电磁感应而形成火花放电。从罐壁接地卡直接入地的引下线，要检查螺栓于连接件的表面有无松托和锈蚀现象。如有应及时擦拭紧固。无接闪器的储罐，要检查罐顶附件与罐顶金属有无绝缘连接，尤其是呼吸阀与阻火器、阻火器于连接短管之间的螺栓螺帽。有无少件，锈蚀或松脱而影响雷电通路。2.7储罐防雷设计本设计中油库储油区中，柴油储存区采用的1万方的拱顶油罐，查表得其顶板厚度为6mm。因大于4mm所以不应设置避雷针，故取而代之的防雷措施为于罐体四周设置接地点，其示意图见下图，图中圆形为柴油储罐，黑色三角形为接地点。平均每个油罐有接地装置两套，电阻为10。本设计中油库储油区中，汽油和原油储油区采用的5万和5万的外浮顶罐，故采用横截面积为25mm2的软铜复绞线做电气连接，以达到防雷电的目的。图2 采油储罐防雷接地布置3.防静电工艺设计3.1油品的起电方式 1，油品在管内流动起点：油品在管内流动，由于不断发生与管壁的接触与分离，因而使油品带有静电荷。2，水或杂质在油品中的沉降起电：在脱水过程中，水滴或机械杂质将在油品中发生相对运动，这种运动就意味着接触与分离，于是使油品带有静电。3，油品飞溅、晃动起电：在装车、装船时，油品飞溅也将使油品带静电，这是因为油滴飞起后，与空气摩擦、与容器壁接触，而发生接触与分离，这样便产生了静电；油品在装运过程中，由于车船的晃动，使油品与容器壁之间频繁地接触与分离，使得油品带有静电。4，喷射起电：油品从喷嘴或管口喷出时，油品与喷嘴或管口之间存在着迅速接触和分离的过程，从而产生了静电。3.2静电的危害3.2.1静电事故原因静电危害及其引起事故原因，静电危害通常有3点：静电火花导致着火爆炸；妨碍生产，影响产品质量；危及人身安全。在油品储运过程中，静电最大危害还是导致可燃气体着火爆炸。3.2.2静电事故发生的条件静电发生导致着火爆炸。通常必须具备3个条件：1，积聚起来的静电荷，所形成的静电场均应有足够大静电强度。2，静电放电时，火花能量应达到或大于周围可燃物最小着火（引燃）能量，且有合适的火花间隙。3，在放电间隙及其周围存在着爆炸混合物，其浓度或含量已在爆炸范围内。3.3影响静电产生和积累的因素3.3.1介质电阻率对静电产生、积累的影响油品电阻率的大小对静电产生、积累有着明显的影响。当K处于10101012m时，最易积累静电，达到放电的电场强度。当K1013m时，不易积累静电。影响油品电阻率K的几个主要因素有：1，油品所含杂质的影响，杂质包括：胶质、沥青质、盐类、机械杂质、水分等。杂质含量越高，K值越小。2，介电常数对电阻率的影响，介质的介电常数越大，其电阻率就越小。例如烃类产品r2，水r80，在同样杂质含量条件下，烃的电阻率要比水高出105106倍。3，液体粘滞性对电阻率的影响。液体粘滞性越大，电阻率越高。4，混合溶质对电阻率的影响般情况是，一种液体中加入另一种物质（溶质），电阻率会大大下降。3.3.2管线材质及管壁粗糙度对介质带电的影响液体带电主要是双电层中电荷的分离，不同的管线材质使液体中产生的双电层是不一样的，产生的流动电流也就不同。管壁粗糙度对静电产生也有影响，粗糙度大，则接触面积大，冲刷、分离电荷的机会较多，冲流电流较大。3.3.3管路中设备、附件对带电的影响油品在管线中流动时，若通过泵、过滤器、阀、弯头等设施时，油品带静电量会急剧增大，产生阶跃式的剧增。因此经过这些设备后，要有足够的管长让静电消散出去。3.3.4流动状态的影响通常是紊流条件下流动电流比层流大。这是因为：分子本身热运动加剧，容易产生电荷；紊流条件下，管截面上的速度梯度大，使扩散层电荷更容易趋向管中心。3.4静电放电的类型静电放电通常是一种电位较高、能量较小、处于常温常压下的气体击穿。按放电形式的不同，主要有电晕放电、刷形放电和火花放电三种形式。电晕放电。电晕放电通常都是在一些小的尖端、毛刺儿等的周围出现微弱的辉光，尖端附近的空气电离产生放电。一般发生在电极相距较远、带电体与接电体表面有突出部分或棱角的地方。这种形式的放电能量小而且分散，不能点燃轻油混合气体。因此这种形式的放电危险性小，引起火灾的几率较小。火花放电。火花放电是两电极间的气体被击穿而形成放电通路，可以看到一道火光，或者在尖端附近看到光亮很强的火花。但该通路没有分叉，其放电在电极上有明显的集中点，放电时伴有短爆裂声，有明亮的光束，在瞬间内能量集中释放，因而危险性大。刷形放电。刷形放电一般发生在油面相对于平板或球形电极之间，其特点是两极间因气体击穿而形成放电通路，其击穿通路在金属端较集中，其后分出很多分叉，散落在油面上。因此，此种放电不集中在某一点上，而是分布在一定的空气范围内。该放电在单位空间内释放的能量较小，但具有一定的危险性，比电晕放电引起灾害的几率高。3.5防止静电事故的措施防止静电事故应从上述四个条件入手：一、减少静电的产生（1）控制流速：汽油、煤油和轻柴油等油品的灌装流速不应大于4.5m/s。（2）控制装油方式：灌装时将鹤管插至容器底部，防止油品飞溅，注意选用合适的鹤管分流头，以减少静电产生。（3）防止油品中混入水或空气：在输油、加热、扫线时，应注意防止水、空气混入油品；油品调和时不得用空气搅拌；轻油扫线不得用空气吹扫。二、加速静电的流散（1）加抗静电剂：给静电危险性较大的油品，如航空汽油、航空煤油等加抗静电剂，以降低油品的电阻率，加速油品静电荷的流散。（2）良好的接地与跨接：油罐及管线应做可靠、良好的接地。接地虽然不能迅速导走存在于油品中电荷，但可以迅速导走油罐及管线上感应出的电荷，以减少放电的可能。在装车、装船或灌桶时，应将鹤管、灌油栓及装油容器用金属导线跨接在一起，使它们成为等电位体，不致因静电电位差造成放电而引起危害。（3）设置静电消除器：静电消除器是消除油品自身所带静电的有效工具，其原理是通过感应和尖端放电来中和油品中的静电荷。静电消除器一般安装在管线的末端。三、消除火花放电 为了消除火花放电，应清除油罐、容器内的突出物和油面上无用的漂浮物，以防静电荷在其上积聚而放电。四、防止形成爆炸性混合气体（1）采用浮顶油罐：浮顶油罐消除了油罐内油气混合气体空间，有效地防止了爆炸性气体的形成。但需要注意的是内浮顶罐浮顶上面会含有较多的可燃气体，所以仍必须防备顶盖上部的火花放电。（2）加惰性气体覆盖油面：在可能形成爆炸性气体的装油容器油面以上的气体空间，充以惰性气体，以达到隔离氧气及抑制爆炸性混合气体的形成。（3）加强通风：对于泵房、灌装间等场所，应加强通风，防止可燃气体积聚。3.6各设置静电接地场所的要求3.6.1油罐储存甲、乙、丙A类油品的金属油罐，应采取防静电措施。其静电接地连线应单独与接地体或接地干线相连，不得相互串联接地。油罐内壁涂层的涂料体积电阻率应小于108，表面电阻率应小于109。若油罐检修过程中，其静电连接断路或破坏时，应事先做好临时接地，检修完毕后及时恢复原有静电接地装置。3.6.2栈桥铁路装卸油栈桥的首末端及其中点处，应与铁路钢轨、输油管道、鹤管等相互做等电位连接并接地，且至少应有两处以上接地体。3.6.3