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隨著能源需求的不斷增加，石油化工行業迅速發展，大規模成品油油庫的建設逐步啟動，儲罐的建設進入高速發展階段。內浮頂儲罐是儲存甲類或乙類A類油品、航空煤油、噴氣燃料以及與其性質相似的各類成品油的主要容器，在石化行業中應用較為廣泛。近年來，內浮頂儲罐火災事故頻繁發生，事故原因包括硫化亞鐵自然、靜電放電引燃等‘其中雷擊主要因素之一。因此，內浮頂儲罐雷擊火災的預防與控制越來越受關注。為此，通過開展內浮頂儲罐雷擊模擬試驗，測試分析電位分布，明確儲罐雷擊時可能存在的危險，進而指導內浮頂儲罐的安全運行。
1內浮頂儲罐結構
內浮頂儲罐由拱頂儲罐內部增設浮頂而成（圖1），可以有效減少油品的揮發，罐頂部的拱頂可以阻止雨水、積雪及灰塵等污染物進入罐內，保持罐內油品的清潔。儲罐中內設置罐頂通氣管，位置相對較高，易遭受雷擊。儲罐內部浮盤有淺盤式和船艙式兩種結構，公稱容積大于1000m³的儲罐通常采用船艙式。為了泄放油品產生的靜電電荷，罐頂與浮盤之間一般采用16 mm2的軟銅復絞線或直徑不小于1.8 mm的不銹鋼線連接。浮盤四周與罐體之間采用填料式密封或舌形密封裝置填充，能夠有效減少油氣揮發。儲罐防雷引下線沿罐體四周均勻布置，間隔不超過30 m，其接地電阻值一般不大于10 Ω[3- 5]
2沖擊電流發生系統及測試回路 2.1沖擊電流發生系統 試驗用沖擊電流發生系統基本原理為電容器經高壓直流裝置，以整流電壓的方式并行充電，然后通過間隙放電產生規定波形的沖擊大電流[6- 9]。沖擊電流發生系統（圖2）在結構上包括7個獨立部分：高壓整流充電裝置、沖擊電流發生器本體、放電架、試品柜、測量控制柜、安全放電裝置及耦合去耦網絡。試驗中采用的沖擊電流波形為8/20 μs沖擊電流波[10-13]，是國際上通用雷電模擬的標準沖擊電流波。
2.2內浮頂儲罐模擬裝置 采用不銹鋼材質建立內浮頂儲罐模擬裝置，儲罐模型高約1 m，內徑2 m，拱頂高約40 cm，內浮盤與罐壁之間利用密封膠條填充，內浮盤距離罐底約70 cm，浮盤與罐頂間利用導線連接（圖3）
2.3測試回路及測試方案 連接內浮頂儲罐測試回路，罐頂b點與浮盤c點通過導線相連，浮盤與罐體采用密封橡膠隔開，罐底通 過軟銅復絞線與沖擊發生器的電流入端相連并接地，軟銅復絞線的雷電流沖擊等效阻抗為R[14- 18]，由沖擊 電流發生系統產生的沖擊電流從內浮頂儲罐模型罐頂 A點流入（圖4）。
沖擊電流發生器提供2～10 kA的系列沖擊電流，利用多套電流傳感器、高壓探頭、差分探頭分別進行測量：測量B點與C點間的對地電位，分析雷擊時罐頂及內浮盤的電位分布情況；測量導靜電線BC段的電流，驗證是否有雷電流從導靜電線流過；測量罐頂A點與罐底E點間的電位差，分析雷擊時儲罐罐頂到罐 底的電位分布情況。
3沖擊電流發生系統測試結果 3.1罐頂與浮盤對地電位及導靜電線電流 當雷電流從罐頂流入，經過儲罐模型時，同時使用兩部泰克6510探頭，分別測量B點和C點的電位，然后使用person線圈測量導靜電線上的電流值（表1）。結果表明：當儲罐遭受雷擊時，罐頂與浮盤之間的導靜電線沒有電流流過，罐頂與浮盤對地電位幾乎一致，即浮盤與罐頂在雷擊時保持等電位狀態。
3.2罐頂與罐底電位差及儲罐等效沖擊阻抗 當雷電流從罐頂流入經過儲罐模型時，同時使用泰克差分探頭，測量A點與E點的電位差（表2）。結果表明：罐頂與罐底存在一定電位差，但僅為幾十伏，儲罐等效平均沖擊阻抗為2.74×10-3 Ω。
3.3儲罐雷擊危險性分析 根據雷擊儲罐模型試驗結果，結合內浮頂儲罐的實際設計及運行情況可知，儲罐在遭受雷擊時存在一定特征：
（1）雷電流流過儲罐時，儲罐會形成高達幾十千伏，甚至上百千伏的電壓，電壓幅值主要取決于雷電流大小及儲罐的接地電阻值。
U=I（Rg+Rd）≈IRd
式中：U為儲罐雷擊電位，V；I為雷電流幅值，A；Rg為儲罐等效沖擊阻抗，Ω； Rd為儲罐接地電阻，取1～10 Ω。依表2數據，儲罐等效沖擊阻抗與接地阻抗相比，可以忽略不計。因此，降低接地電阻對于降低儲罐雷擊電位具有重要意義。
（2）當雷電電流流過儲罐時，會產生高達幾十千伏的電壓，對附近作業人員造成嚴重的跨步電壓傷害。當雷電從儲罐泄放時，會產生變化的電位場，越靠近儲罐電位越高。若發生雷擊時，工作人員兩腳站立位置電位不同，則該電位差在兩腳間將產生電壓，并且有電流通過下肢，兩腳間距離越大，跨步電壓越大[19]。
（3）儲罐遭受雷擊時，儲罐整體處于高電位，若儲罐上某根電纜與遠處其他設施相連并在遠處接地[20]，且該電纜在儲罐處未與儲罐進行等電位連接，則在a點可能產生幾百千伏的電位差，引起電弧放電，發生火災（圖5）
綜上所述，儲罐發生雷擊時，在等電位連接良好的情況下，整個儲罐基本處于等勢狀態。雷擊發生時，儲罐會產生較高電位，對周圍作業人員造成跨步電壓傷害，同時對儲罐未做等電位連接的導體放電。此外，儲罐接地阻抗是儲罐雷擊電位的主要影響因素，在設計施工時應盡可能降低儲罐接地阻抗，以降低儲罐雷擊 電位。
