采石场地面炸药仓库的防雷设计

   国家经济的快速发展,能源及资源的需求量不断增长,矿山数量也随之迅速增加,炸药仓库作为采石场危险品存放的重级防护仓库,防雷设计进行多方面考量,采石场地面炸药仓库的安全关系到全厂区的安全,是采石场生产、生存的重中之重。炸药仓库存放易燃易爆品,具有非常高的危险性,一旦发生爆炸,会造成大量的人员伤亡和财产损失。防雷设计做到设计合理安全规范和全面,保证安全可靠. 
  关键词地面炸药仓库 直击雷 闪电感应 闪电静电感应 接地网 
  中图分类号F274;D631.44 文献标识码A 文章编号1009-914X(2017)01-0006-02 
  雷击的危害 
  雷电是自然大气中的一种电荷放电现象,常伴有强烈的闪光和巨大的响声。当云内、云际、云地间的电场强度达到一定强度时,就会击穿大气,形成导电通道,发生闪电放电现象。 
  雷电的危害主是指雷云与大地之间放电现象带来的雷击事故,采石场地面炸药仓库雷击事故的危害主来源于二个方面 
  一、是直击雷的危害。直击雷的危害主来源于雷电直接击中地面物体时产生的机械力、热效应和电效应等对物体产生的危害。 
  雷电直接击中物体的一瞬间,强大的雷电流和高电位,会产生巨大的能量,并以机械效应、热效应和电效应的形式表现出来。雷电的机械效应主以冲击波和内压力,使被击中物体发生爆破和错位;热效应会使雷击点附近温度升高,甚至超过6000℃,导致被击物体燃烧,金属熔化;雷电的电效应会使雷击点及附近金属物体电荷急极升高,使载流导体变形,甚至折断。 
  二、闪电感应闪电电磁感应、闪电静电感应危害。是指雷电产生的电磁感应和静电感应所造成的危害。 
  由于雷电流非常强大,雷电流的峰值和陡度极大,所以在其周围产生强大的电磁场感应电动势。处在放电通道附近的金属导体、电气电子设备感应出过高的过电压和过电流,导致金属间产生火花、电气电子设备被击坏;使附近金属导体带上高电位,同时该高电位与大地连接的其它金属体发生空气间隙击穿,形成雷电反击,从而可能引发多个金属体之间的一系列反击,导致与诸连接的金属体和电气电子设备被击圩,甚至危及人员生命安全。 
  采石场地面炸药仓库的环境特点 
  炸药仓库通常具有以下特点⑴地理位置炸药仓库通常建立在较无人住的郊外等地;⑵实施条件无论是在郊外还是在山区往往都不具备符合求的防雷措施;⑶土壤电阻由于地处山区,土壤电阻率都较大;⑷内部 环境内部都储存有大量的炸药、雷管等易燃易爆物品。 
  从以上几个特点不难发现,从雷电防护角度来看,炸药仓库一般都运行于高风险环境下,炸药的妥善存储是安全生产的头等大事,雷电防护是炸药仓库设计中必须考虑的重环节。随着国家经济的快速发展,能源及资源的需求量不断增长,金属及非金属矿山数量也随之迅速增加,防雷设计在这一领域的重视程度也达到了一个新的高度。 
  根据《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2010年版)第3.0.2.1条第一项的规定,采石场的地面炸药仓库为第一类防雷建筑物,应设防直击雷措施、闪电感应、闪电电磁感应、闪电静电感应措施。 
  1、直击雷的防护措施 
  《建筑物防雷设计规范》规定第一类防雷建筑物应装设独立接闪针或架空接闪线(网)。经调查发现,采石场的地面炸药仓库均设置在一些偏远、边缘地带,大多为低矮的独立建筑物。所以采用单支或双支接闪针保护即可。 
  根据《建筑物防雷设计规范》,独立接闪针的支柱及其接地装置至被保护建筑物的距离不得小于3米。在实际工程中,实地测量得到仓库的长、宽、高及四置环境等参数,再计算得出接闪针的高度和保护范围。 
  1.1 单支接闪针保护范围的计算 
  参照《建筑物防雷设计规范》附录四滚球法计算确定接闪器的保护范围。接闪针在hx高度上的保护半径(如图1所示) 
  AD=rx=√h(2hr-h)-√hx(2hr-hx)。 
  式中 
  rx——–接闪针在hx高度上的保护半径 
  hr———–滚球半径,取hr=30米 
  hx——–被保护物高度,即是建筑物高度加一米 
  h———-接闪针高度 
  反过去可计算确定接闪针高度。 
  1.2 双支等高接闪针的保护范围的计算 
  参照《建筑物防雷设计规范》附录四双支等高接闪针的保护范围的计算。当两针间距离D<2√h(2hr-h)时,    hx=hr-√(hr-h)2+(D/2)2,可计算出接闪针高度h。确定x平面上的保护范围,先以单支接闪针的保护半径rx为半径,以两支接闪针为圆心作弧线相交,再以两交点为圆心,以单支接闪针的(ro-rx)为半径作弧线与半径为rx的弧线相切,所围成的图形就是双等高接闪针在hx高度的保护范围。(ro=√h(2hr-h))    另一种方法是作图法,如图2所示    A、B为接闪针,O为中点,HG=√hx(2hr-hx)    HG=EG=FG=r1,AE=BE=rx    因为三角形AOG是直角三角形,用勾股定律计算出rx,将hr、hx、rx代入公式h=hr-√hx2-(rx+r1),可求得接闪针的高度。    2、防闪电感应措施    炸药仓库虽然安装了防直击雷设施,可雷电放电通道的不确定性,不同强度雷电的雷击点的不同性,所以仓库还应安装防闪电感应措施。    地面炸药仓库一般為平面或有低矮女儿墙,应沿屋面四围设置接闪带,并在屋面设置5m×5m或6m×4m的接闪网格,每不大于12米设置一根引下线与接地装置相连。炸药仓库存放的都是易燃易爆的火工产品,为防止室内温度过高,求仓库通风条件良好,都在仓库四面墙上设置许多栅格金属通风窗,分上下两层。仓库的门和门套一般也是金属材料,当发生雷击或闪电感应时,这些金属栅格栏、门窗和屋面板筋都会感应带有很高的电压,如不及时压降清零,就会产生火花放电现象,危及库内炸药、雷管等,甚至发生爆炸。另外,球形雷也时有发生,随着气流的移动,球形雷也会袭击仓库,产生的火花放电现象会产生非常严重和后果。所以,仓库的金属门窗、通风栅格栏和屋面板筋应进行防雷接地。将屋面板筋、金属栅格栏上下两层与地网可靠连接,仓库的门也与地网可靠连接。接闪网与引下线构成一个法拉第笼,可有效地防止防闪电感应有效地保护炸药仓库的安全。    2.1 消除人体静电措施    人体在活动的过程中,由于各种因素,使人体带有大量的电荷。在干燥的冬季,衣服上的静电就更加明显,可高达几千伏甚至上万伏的电压。人体衣服上的静电电荷电压虽然不大,可其产生的电火花放电对仓库内易燃易爆危险品产生很大的影响,严重时会发生爆炸。这样就必须清除人体身上的静电,保证安全操作,保证炸药仓库的安全。    消除静电的措施一般为静电球,设置在仓库入口旁边或在进入仓库的通道边上。静电球由不锈钢金属球、金属管与接地网连接组成,当工作人员进入仓库前用手触摸静电球,消除身上的静电,确保操作安全。    3、接地装置的设计    一般认为,接地电阻越小,散流越快,地电位升高率越小,对人的危害越小。由于炸药仓库大都是独立低矮的小建筑物,因此一般采用人工接地网,接地网绕建筑物做成环形地网。如山地土壤电阻率偏大,可采用换土或施加降阻剂方法。    接地装置的设置参照《建筑物防雷设计规范》第4.2.1.8、4.2.1.5及4.2.2.3条规定。炸药仓库应具有两个独立的接地装置,即是接闪针和防闪电感应,电磁感应接地网独立接地网,两个独立地网间距应不小于3米。接闪针独立接地装置应采用环形人工地网。环形人工地网由水平接地装置和垂直接地装置组成。接地网距被保护的建筑物应不3小于米。可围绕仓库铺设,也可在仓库外铺设。工频接地电阻不应大于10Ω。    4、结束语    以上是采石场炸药仓库的防雷设计,在施工过程中还和实际相结合。理论结合实践,才能做出好工程。    参考文献    1 《建筑物防雷设计规范》GB50057-94(2010年版)    2 苏邦礼等《雷电与雷电工程》中山大学出版社 1998    3 《防止静电事故通用导则》GB12158-90