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摘要 以濮阳市佳化能源项目为例，通过图纸分析和现场勘查，评估化工企业生产装置和储存雷电防护现状。利用省局闪电定为监测资料统计分析该项目所在地的雷电灾害的特征，对雷电灾害发生的时间和时段等进行分析；参考《雷电防护第2部分：风险管理（GB/T21714.2-2008/IEC62305-2：2006）》的评估方法，有针对性地对该项目进行了雷电灾害风险评估，提出了风险防控的措施和建议。
关键词 雷电灾害；风险评估；对策；佳化能源项目；河南濮阳
中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）16-0231-02
佳化能源项目建址位于濮阳市黄河路与经七路交叉口产业集聚区内，成立于2012年2月，其属于化工企业。公司建一套年产5万t溶剂油生产装置和一套10万t炼油助剂生产装置，炼油助剂生产以聚醋酸乙烯酯、醋酸异丁酯等为原料经复配聚合成为高分子活性助剂；溶剂油生产采用高压两段加氢、常减压精馏分离工艺。该文以濮阳佳化能源项目为例，通过现场勘查、图纸设计分析对该项目生产区和电气系统防雷能力进行雷击风险评估并提出防雷设计指导意见。
1 项目所在地雷电活动统计资料
1.1 项目所在地3 km范围内闪击总体特征
以项目所在地（北纬35.7491°，东经115.1939°）为中心，3 km半径范围内2007—2013年共监测到闪击140次，其中正闪11次，平均强度93.64 kA，最大強度149.8 kA；负闪129次，平均强度-38.90 kA，最大强度-127.1 kA。
1.2 项目所在地3 km范围内闪击次数年际、数月以及强度变化
项目所在地2007—2013年3 km范围内共发生闪击140次，2007年10次；2008年27次；2009年2次；2010年27次；2011年19次；2012年0次；2013年55次。项目所在地2007—2013年3 km范围内所发生的闪击主要分布在6—8月，其中8月最多，为65次；其次是7月，为48次；6月为14次；其他月份较少或没有闪击发生。项目所在地2007—2013年3 km范围内所发生的闪击强度主要分布在10～60 kA；其中20～30 kA的闪击最多，有34次；100 kA以上的闪击很少发生。因此，在雷电防护方面应重点加强对此强度范围内的闪击防范。
2 评估项目的参数和雷电易损性分析
2.1 项目概况
建设项目有8个区域组成，包括生产区、配电室、行政生活、循环水及消防控制、罐区储存、工艺管道装置、装车区等。厂区内的配电系统采用380/220 V；建筑物防雷、接地系统等安全措施较完善。
2.1.1 建筑物的外部防雷装置。根据佳化能源提供的设计施工图和现场勘察资料，除配电室、行政生活板外，其余全部为钢结构装置。依据《建筑物防雷设计规范》的规定进行分类设计，除罐区、助剂车间厂房按第二类防雷建筑物考虑防雷，其余建构筑物按第三类防雷建筑物考虑防雷。高度除精馏塔大于70 m外，其他建筑或装置不超过30 m。项目建筑或装置均设有直击雷防护装置（接闪器、引下线和接地装置）。项目区共用接地网，其接地网用50 mm×5 mm热镀锌扁钢敷设，埋于地平面下1 000 mm。并于CFG桩筋和建筑基础连接形成大的地网。设计项目接地电阻值不大于4.0 Ω。
2.1.2 各类入户金属管线。厂区用电采用工业园区10 kV的高压入线，厂区溶剂油装置内加氢和压缩等设备电压等级为6 kV，其他装置用电设备电压等级均为380/220 V。高压进线采用三段加接地保护，馈出及电动机回路采用短路、过载、接地保护。室内插座回路设漏电保护器，动力配电用交联铜心绝缘电缆，装置电缆采用电缆沟、直埋、明敷、电缆桥架相结合方式。电话系统、无线对讲电话、火灾自动报警系统、消防监控系统、安防监控系统、信息网络系统、有线电视系统，均从运营商或市政集线箱处以光缆形式由项目外穿管埋地引入。所有金属管道、支架、容器均做防静电接地[1]。
2.1.3 火灾报警系统。本工程设置火灾自动报警系统，并与消防系统联动。通过消防控制泡沫和喷淋系统，为满足生产操作、防火监视及管理的需要，在罐区安装消防监控系统防爆摄像头。如建筑物遭受雷击，对四周的环境的影响以及可能出现二次安全问题。
2.2 项目雷电易损性分析
2.2.1 建筑结构与材料。该项目所有屋顶装置均有完善直击雷防护，且属于自然引下线的钢筋混凝土框架，防雷能力强。
2.2.2 化工产品理化性质。本项目生产中有聚醋酸乙烯酯、醋酸异丁酯内储物原料，产品主要是劣质润滑油、生物质油、SHD80溶剂油、SHD100溶剂油，属于可燃液体，原料氢气和天然气属于易燃气体，小概率的雷击事故，危险性也较高。
2.3 易损性分析结论
一是项目区建筑物基本全部为框架结构，对直击雷的防护能力较强；二是虽然项目区土壤电阻率不大且分布均匀，工频接地电阻达到规范要求，但为了增强冲击电流散流效果，仍需加强集中埋设垂直接地体；三是项目区易燃有毒物品和金属管道较多，为防遭受雷击泄露或雷电感，应通过在法兰盘等处穿孔加强等电位；四是项目区工业化自动控制设备和线路较多，易受雷电干扰造成危险事件；五是电涌保护器虽有设计，但参数不明，能否起到应有作用是防雷关键[2-3]。
3 项目雷击风险评估
3.1 雷击风险分量
当雷电闪击评估项目的建筑物时，雷电流沿引下线、接地装置向大地散流，地面形成电位差，会导致人员接触电压或跨步电压而伤亡，所以存在风险分量RA。由于雷电的热效应、机械效应、冲击效应、电动力效应等，使建筑物发生局部坍塌、外部构件折断以及引发内储强大的闪电电流进入建筑物的防直击雷系统时所产生的迅变电磁场，会在一定空间内产生磁场，这种磁场变化引起的电场变化会导致内部信息系统和消防控制等系统的电子、电气设备失效，所以存在风险分量RC。当有雷电闪击评估项目的建筑物附近地面或附近设施时，周围空间内产生的电磁场也可能导致信息系统和消防控制等系统等电子、电气设备失效，因此存在风险分量RM。当雷电闪击建筑物入户金属管线时，雷电流沿金属管线流入建筑物内部，人员接触、操作和与入户金属管线有连接的设施时，有可能因接触电压而导致人员伤亡，因此存在风险分量RU。当雷电闪击建筑物入户电力、通信等线时，入户线路上的雷电流引起的热效应可导致燃烧，从而间接导致人员伤亡，所以存在风险分量RV。当雷电闪击建筑物入户电力线缆时，入户线路上的雷电流传输到建筑物内部，可导致电梯、信息系统和消防控制系统的弱电控制部分失效，因此存在风险分量RW。当雷电闪击评估项目的建筑物入户电力（通信）线缆附近地面时，在入户线路上感应的过电压、电流传输到建筑物内部，可使电梯、信息系统和消防控制系统失效，因此存在风险分量RZ。 3.2 雷击风险评估的计算方法—以1区为例
根据佳化能源提供的可研报告、施工设计图纸、地勘报告、询问及雷评现场勘测，得到建设项目工程建筑物、工艺管道装置等对应的特性因子，对项目区分为3个区，1区为含有爆炸火灾危险物区，及为雷电高危险区；2区为电子信息设备区，是控制生产重要区域，属中等危险区；3区为办公休息、辅助装置区，属低等危险区；分别选定分离塔架、配电室和办公区分别代表3个区的建筑物、工艺管道装置等进行采集、分析、计算和评估。
根据作图法计算出1区的年截收闪电面积值为：
Ad=325 931.7 m2，Am=456 349.5 m2
建筑物年预计雷电闪击次数：
ND=Ng×Ad×Cd×10-6=0.433 489次/年
建筑物附近地面的年预计闪击次数：
NM=Ng×（Am-Ad×Cd）×10-6=0.780 401次/年
服务设施的年预计闪击次数：NL（D）=Ng×AI×Cd×Ct×10-6
NL（T）=Ng×AI×Cd×Ct×10-6
NL=NL（D） NL（T）=0.000 1次/年
服务设施附近地面的年预计闪击次数：
NI（D）=Ng×Ai×Ce×Ct×10-6
NI（T）=Ng×Ai×Ce×Ct×10-6
NI=NI（D） NI（T）=0.002 378次/年
人员生命损失风险R1 RA=ND×PA×LA=4.335×10-9
RB=ND×PB×LB=0
RU（D）=NL×PU×LU RU（T）=NL×PU×LU RU=RU（D） RU（T）=0
RV（D）=NL×PV×LV RV（T）=NL×PV×LV RV=RV（D） RV（T）=0
R1（办公区）=RA RB RU RV=4.335×10-9
经济损失风险R4 RB=ND×PB×LB=0
RC（D）=ND×PC×LC RC（T）=ND×PC×LC
RC=RC（D） RC（T）=8.669 78×10-5
RM（D）=NM×PM×LM RM（T）=NM×PM×LM
RM=RM（D） RM（T）=7.804 01×10-7
RV（D）=NL×PV×LV RV（T）=NL×PV×LV RV=RV（D） RV（T）=0
RW（D）=NL×PW×LW RW（T）=NL×PW×LW RW=RW（D） RW（T）=0
RZ（D）=（NI-NL）×PZ×LZ RZ（T）=（NI-NL）×PZ×LZ
RZ=RZ（D） RZ（T）=1.005 2×10-6
R4（1區）=RB RC RM RV RW RZ=8.848 34×10-5
实际雷电闪击风险值与可承受风险最大限定值的比较，可容许的最大风险限定值RT，人员生命的损失为10-5、经济损失10-3。
佳化能源建设项目在目前的雷电防护情况下，
由雷击造成的人员伤亡损失风险R1值（1区）为：
R1=4.335×10-9 由雷击造成的经济损失的风险R4值（1区）为：
R4=8.848 34×10-5 由计算结果可知，该项目的防雷设计符合规范要求，人员生命损失风险低于风险允许值R，经济价值损失风险值也较小，因此防雷措施仅需按照图纸要求严格施工，并安装符合防雷要求的防雷设施，能保障该项目的防雷安全。
4 雷击风险控制增强措施
4.1 接地设计
1区装置设施防雷接地措施和防护警示牌等防雷管理应加强，但其余2、3区建筑物还由于雷击的不确定性和强雷电环境的潜在破坏性，建议业主在经济条件允许下宜采取更高等级的雷电防护措施，以进一步提高雷电防护效果，加强接闪器间连接和接闪器与引下线及接地装置的连接[4]。
4.2 等电位连接
由于控制室信息系统防雷设施无设计图纸，因此佳化能源建设项目在进行其相关内部信息系统防雷的设计时，还需完善雷击电磁脉冲防护、屏蔽接地等电位连接防护措施。由于1区装置是高耸孤立建筑或周围相对较高建筑，且有泄漏风险存在，易遭直接雷击，平均每年可截收0.433 489次，数值相当高，直击雷防护措施需要特别加强。
5 结语
通过分析表明，佳化能源项目各建筑均达要求，无需采取更进一步的防雷措施。但对雷击建筑物、设施、管道和线路可能造成的自动化设备中断、误动作等导致的有毒物质泄漏、易燃事故发生等风险还需进一步加强风险控制。对于一些小电流，击距小的雷电可能穿过外部防雷装置击中被保护物，因此，超出相关规范规定值的雷击损坏概率是存在的。由于球形雷的特殊性，本预评估报告不考虑其风险[2-3]。
6 参考文献
[1] 张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用[M].北京：北京师范大学出版社，2007.
[2] 王红燕，吴璐，王跃民，等.许昌雷暴气候特征分析[J].气象与环境科学，2008（1）：56-59.
[3] 许洪泽，王振会，冯民学.闪电定为资料分析[J].气象与环境科学，2007（1）：93-95.
[4] 杨仲江，唐晓峰.移动气象站雷电监测预警系统的研究[J].气象与环境科学，2008（4）：75-77.
关键词 雷电灾害；风险评估；对策；佳化能源项目；河南濮阳
中图分类号 P446 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2015）16-0231-02
佳化能源项目建址位于濮阳市黄河路与经七路交叉口产业集聚区内，成立于2012年2月，其属于化工企业。公司建一套年产5万t溶剂油生产装置和一套10万t炼油助剂生产装置，炼油助剂生产以聚醋酸乙烯酯、醋酸异丁酯等为原料经复配聚合成为高分子活性助剂；溶剂油生产采用高压两段加氢、常减压精馏分离工艺。该文以濮阳佳化能源项目为例，通过现场勘查、图纸设计分析对该项目生产区和电气系统防雷能力进行雷击风险评估并提出防雷设计指导意见。
1 项目所在地雷电活动统计资料
1.1 项目所在地3 km范围内闪击总体特征
以项目所在地（北纬35.7491°，东经115.1939°）为中心，3 km半径范围内2007—2013年共监测到闪击140次，其中正闪11次，平均强度93.64 kA，最大強度149.8 kA；负闪129次，平均强度-38.90 kA，最大强度-127.1 kA。
1.2 项目所在地3 km范围内闪击次数年际、数月以及强度变化
项目所在地2007—2013年3 km范围内共发生闪击140次，2007年10次；2008年27次；2009年2次；2010年27次；2011年19次；2012年0次；2013年55次。项目所在地2007—2013年3 km范围内所发生的闪击主要分布在6—8月，其中8月最多，为65次；其次是7月，为48次；6月为14次；其他月份较少或没有闪击发生。项目所在地2007—2013年3 km范围内所发生的闪击强度主要分布在10～60 kA；其中20～30 kA的闪击最多，有34次；100 kA以上的闪击很少发生。因此，在雷电防护方面应重点加强对此强度范围内的闪击防范。
2 评估项目的参数和雷电易损性分析
2.1 项目概况
建设项目有8个区域组成，包括生产区、配电室、行政生活、循环水及消防控制、罐区储存、工艺管道装置、装车区等。厂区内的配电系统采用380/220 V；建筑物防雷、接地系统等安全措施较完善。
2.1.1 建筑物的外部防雷装置。根据佳化能源提供的设计施工图和现场勘察资料，除配电室、行政生活板外，其余全部为钢结构装置。依据《建筑物防雷设计规范》的规定进行分类设计，除罐区、助剂车间厂房按第二类防雷建筑物考虑防雷，其余建构筑物按第三类防雷建筑物考虑防雷。高度除精馏塔大于70 m外，其他建筑或装置不超过30 m。项目建筑或装置均设有直击雷防护装置（接闪器、引下线和接地装置）。项目区共用接地网，其接地网用50 mm×5 mm热镀锌扁钢敷设，埋于地平面下1 000 mm。并于CFG桩筋和建筑基础连接形成大的地网。设计项目接地电阻值不大于4.0 Ω。
2.1.2 各类入户金属管线。厂区用电采用工业园区10 kV的高压入线，厂区溶剂油装置内加氢和压缩等设备电压等级为6 kV，其他装置用电设备电压等级均为380/220 V。高压进线采用三段加接地保护，馈出及电动机回路采用短路、过载、接地保护。室内插座回路设漏电保护器，动力配电用交联铜心绝缘电缆，装置电缆采用电缆沟、直埋、明敷、电缆桥架相结合方式。电话系统、无线对讲电话、火灾自动报警系统、消防监控系统、安防监控系统、信息网络系统、有线电视系统，均从运营商或市政集线箱处以光缆形式由项目外穿管埋地引入。所有金属管道、支架、容器均做防静电接地[1]。
2.1.3 火灾报警系统。本工程设置火灾自动报警系统，并与消防系统联动。通过消防控制泡沫和喷淋系统，为满足生产操作、防火监视及管理的需要，在罐区安装消防监控系统防爆摄像头。如建筑物遭受雷击，对四周的环境的影响以及可能出现二次安全问题。
2.2 项目雷电易损性分析
2.2.1 建筑结构与材料。该项目所有屋顶装置均有完善直击雷防护，且属于自然引下线的钢筋混凝土框架，防雷能力强。
2.2.2 化工产品理化性质。本项目生产中有聚醋酸乙烯酯、醋酸异丁酯内储物原料，产品主要是劣质润滑油、生物质油、SHD80溶剂油、SHD100溶剂油，属于可燃液体，原料氢气和天然气属于易燃气体，小概率的雷击事故，危险性也较高。
2.3 易损性分析结论
一是项目区建筑物基本全部为框架结构，对直击雷的防护能力较强；二是虽然项目区土壤电阻率不大且分布均匀，工频接地电阻达到规范要求，但为了增强冲击电流散流效果，仍需加强集中埋设垂直接地体；三是项目区易燃有毒物品和金属管道较多，为防遭受雷击泄露或雷电感，应通过在法兰盘等处穿孔加强等电位；四是项目区工业化自动控制设备和线路较多，易受雷电干扰造成危险事件；五是电涌保护器虽有设计，但参数不明，能否起到应有作用是防雷关键[2-3]。
3 项目雷击风险评估
3.1 雷击风险分量
当雷电闪击评估项目的建筑物时，雷电流沿引下线、接地装置向大地散流，地面形成电位差，会导致人员接触电压或跨步电压而伤亡，所以存在风险分量RA。由于雷电的热效应、机械效应、冲击效应、电动力效应等，使建筑物发生局部坍塌、外部构件折断以及引发内储强大的闪电电流进入建筑物的防直击雷系统时所产生的迅变电磁场，会在一定空间内产生磁场，这种磁场变化引起的电场变化会导致内部信息系统和消防控制等系统的电子、电气设备失效，所以存在风险分量RC。当有雷电闪击评估项目的建筑物附近地面或附近设施时，周围空间内产生的电磁场也可能导致信息系统和消防控制等系统等电子、电气设备失效，因此存在风险分量RM。当雷电闪击建筑物入户金属管线时，雷电流沿金属管线流入建筑物内部，人员接触、操作和与入户金属管线有连接的设施时，有可能因接触电压而导致人员伤亡，因此存在风险分量RU。当雷电闪击建筑物入户电力、通信等线时，入户线路上的雷电流引起的热效应可导致燃烧，从而间接导致人员伤亡，所以存在风险分量RV。当雷电闪击建筑物入户电力线缆时，入户线路上的雷电流传输到建筑物内部，可导致电梯、信息系统和消防控制系统的弱电控制部分失效，因此存在风险分量RW。当雷电闪击评估项目的建筑物入户电力（通信）线缆附近地面时，在入户线路上感应的过电压、电流传输到建筑物内部，可使电梯、信息系统和消防控制系统失效，因此存在风险分量RZ。 3.2 雷击风险评估的计算方法—以1区为例
根据佳化能源提供的可研报告、施工设计图纸、地勘报告、询问及雷评现场勘测，得到建设项目工程建筑物、工艺管道装置等对应的特性因子，对项目区分为3个区，1区为含有爆炸火灾危险物区，及为雷电高危险区；2区为电子信息设备区，是控制生产重要区域，属中等危险区；3区为办公休息、辅助装置区，属低等危险区；分别选定分离塔架、配电室和办公区分别代表3个区的建筑物、工艺管道装置等进行采集、分析、计算和评估。
根据作图法计算出1区的年截收闪电面积值为：
Ad=325 931.7 m2，Am=456 349.5 m2
建筑物年预计雷电闪击次数：
ND=Ng×Ad×Cd×10-6=0.433 489次/年
建筑物附近地面的年预计闪击次数：
NM=Ng×（Am-Ad×Cd）×10-6=0.780 401次/年
服务设施的年预计闪击次数：NL（D）=Ng×AI×Cd×Ct×10-6
NL（T）=Ng×AI×Cd×Ct×10-6
NL=NL（D） NL（T）=0.000 1次/年
服务设施附近地面的年预计闪击次数：
NI（D）=Ng×Ai×Ce×Ct×10-6
NI（T）=Ng×Ai×Ce×Ct×10-6
NI=NI（D） NI（T）=0.002 378次/年
人员生命损失风险R1 RA=ND×PA×LA=4.335×10-9
RB=ND×PB×LB=0
RU（D）=NL×PU×LU RU（T）=NL×PU×LU RU=RU（D） RU（T）=0
RV（D）=NL×PV×LV RV（T）=NL×PV×LV RV=RV（D） RV（T）=0
R1（办公区）=RA RB RU RV=4.335×10-9
经济损失风险R4 RB=ND×PB×LB=0
RC（D）=ND×PC×LC RC（T）=ND×PC×LC
RC=RC（D） RC（T）=8.669 78×10-5
RM（D）=NM×PM×LM RM（T）=NM×PM×LM
RM=RM（D） RM（T）=7.804 01×10-7
RV（D）=NL×PV×LV RV（T）=NL×PV×LV RV=RV（D） RV（T）=0
RW（D）=NL×PW×LW RW（T）=NL×PW×LW RW=RW（D） RW（T）=0
RZ（D）=（NI-NL）×PZ×LZ RZ（T）=（NI-NL）×PZ×LZ
RZ=RZ（D） RZ（T）=1.005 2×10-6
R4（1區）=RB RC RM RV RW RZ=8.848 34×10-5
实际雷电闪击风险值与可承受风险最大限定值的比较，可容许的最大风险限定值RT，人员生命的损失为10-5、经济损失10-3。
佳化能源建设项目在目前的雷电防护情况下，
由雷击造成的人员伤亡损失风险R1值（1区）为：
R1=4.335×10-9
R4=8.848 34×10-5
4 雷击风险控制增强措施
4.1 接地设计
1区装置设施防雷接地措施和防护警示牌等防雷管理应加强，但其余2、3区建筑物还由于雷击的不确定性和强雷电环境的潜在破坏性，建议业主在经济条件允许下宜采取更高等级的雷电防护措施，以进一步提高雷电防护效果，加强接闪器间连接和接闪器与引下线及接地装置的连接[4]。
4.2 等电位连接
由于控制室信息系统防雷设施无设计图纸，因此佳化能源建设项目在进行其相关内部信息系统防雷的设计时，还需完善雷击电磁脉冲防护、屏蔽接地等电位连接防护措施。由于1区装置是高耸孤立建筑或周围相对较高建筑，且有泄漏风险存在，易遭直接雷击，平均每年可截收0.433 489次，数值相当高，直击雷防护措施需要特别加强。
5 结语
通过分析表明，佳化能源项目各建筑均达要求，无需采取更进一步的防雷措施。但对雷击建筑物、设施、管道和线路可能造成的自动化设备中断、误动作等导致的有毒物质泄漏、易燃事故发生等风险还需进一步加强风险控制。对于一些小电流，击距小的雷电可能穿过外部防雷装置击中被保护物，因此，超出相关规范规定值的雷击损坏概率是存在的。由于球形雷的特殊性，本预评估报告不考虑其风险[2-3]。
6 参考文献
[1] 张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用[M].北京：北京师范大学出版社，2007.
[2] 王红燕，吴璐，王跃民，等.许昌雷暴气候特征分析[J].气象与环境科学，2008（1）：56-59.
[3] 许洪泽，王振会，冯民学.闪电定为资料分析[J].气象与环境科学，2007（1）：93-95.
[4] 杨仲江，唐晓峰.移动气象站雷电监测预警系统的研究[J].气象与环境科学，2008（4）：75-77.