Молниезащита резервуарных парков нефти и нефтепродуктов: проблемы и перспективы

Молниезащита резервуарных парков нефти и нефтепродуктов: проблемы и перспективы

Мухортов М. Ю.1, Дьяченков М. А.2, Соколов М. Н.3

Мухортов Михаил Юрьевич /Mukhortov Michail Yurievich - аспирант, кафедра «Бурение нефтяных и газовых скважин»,

Самарский государственный технический университет, г. Самара;

2Дьяченков Максим Александрович /Dyachenkov Maksim Aleksandrovich - начальник лаборатории неразрушающего контроля;

3Соколов Михаил Николаевич /Sokolov Mikhail Nikolaevich - заместитель генерального

директора,

ООО «ЦНПД», г. Москва

Аннотация: в целях обеспечения безопасности хранения нефти и нефтепродуктов в условиях наземных резервуарных парков необходимо совершенствовать их молниезащиту. Для этой цели предлагается использовать техническое устройство «активный молниеотвод» с повышающими трансформаторами, релаксационным генератором и защитным многосекционным разрядником. Данное устройство имеет более высокую степень надежности по сравнению с используемыми «пассивными» молниеотводами и может самостоятельно использоваться при устройстве систем молниезащиты резервуарных парков для хранения нефти и нефтепродуктов. Ключевые слова: молниезащита резервуарных парков нефти и нефтепродуктов, надежность молниезащиты, промышленнная безопасность эксплуатации хранилищ нефти и нефтепродуктов, активный молниеотвод.

Сегодня ни у кого не вызывает сомнение тот факт, что все промышленные объекты: здания, сооружения, трубопроводы и резервуары с ГСМ необходимо оборудовать системами защиты от прямого попадания молнии. Молниезащита таких опасных промышленных объектов, как нефтебазы и нефтехранилища, является обязательной системой безопасности, которая предотвращает значительный материальный ущерб и потенциальные человеческие жертвы на данных объектах.

Отсутствие надежной системы молниезащиты или отказ срабатывания данной системы приводит к катастрофическим последствиям. Примером может служить крупная авария [1], которая произошла в августе 2009 года в Ханты-Мансийском автономном округе на нефтебазе «Конда», принадлежащей предприятию ОАО «Сибнефтепровод». Возник крупный пожар: сгорели несколько резервуаров с нефтью. При тушении огня погибли четверо пожарных, еще четверо были госпитализированы с ожогами. Причиной возгорания стало прямое попадание молнии в емкость с нефтью. Пожар бушевал двое суток. Ущерб составил более ста миллионов рублей. Комиссия по расследованию технологических причин аварии, возглавляемая заместителем начальника отдела по надзору за объектами магистрального трубопроводного транспорта Уральского управления Ростехнадзора Олегом Нигматулиным, подтвердила, что причиной пожара явилось прямое попадание в кровлю резервуара грозового разряда - молнии, в результате которого произошел взрыв в газовоздушном пространстве резервуара, что привело к частичному разрушению и смещению крыши и воспламенению паров нефти. По результатам анализа проектной и исполнительной документации, а также проведенных фактических замеров и измерений, группа экспертов пришла к заключению, что проектная документация организации полностью соответствует требованиям руководящих документов, и заявленный в проекте уровень защиты обеспечивается. Смонтированная и эксплуатируемая система молниезащиты выполнена в соответствии с проектной документацией. Полученные фактические значения замеренных параметров сопротивления растеканию тока заземлителей резервуаров, сопротивления металлической связи молниеотводов с контуром заземления, высотные

59

замеры прожекторных мачт, удельное сопротивление грунта не превышают допустимые нормы и соответствуют необходимым требованиям. Проверочный расчет, выполненный на основании полученных фактических значений, показывает, что уровень защиты резервуарного парка ЛПДС «Конда» также соответствует проекту и необходимым требованиям. Как следствие, комиссия признала, что система молниезащиты на момент аварии была исправна и обеспечивала требуемый уровень защиты [1].

Такие факты говорят о необходимости поиска новых и совершенствовании уже существующих систем молниезащиты резервуарных парков нефти и нефтепродуктов.

Известные в настоящее время средства молниезащиты можно подразделить на две группы: пассивные (стержневые, тросовые, броневые системы молниеотводов) и активные (молниеотводы, основанные на ионном и лазерном излучении) [2].

Наиболее широко используется пассивная система молниезащиты [3]. Она проста, не требует специального технического обслуживания и сравнительно надежно защищает объект от поражения «отрицательными» молниями, т. е. молниями, лидер которых образован отрицательными зарядами.

Так, известны стержневые молниеотводы, содержащие стальную опору и металлический стержень, соединенный с помощью стальной проволоки с заземленными электродами. Недостатком стержневых молниеотводов является снижение их защитной функции при воздействии «положительной» молнии, т. е. молнии, лидер которой образован преимущественно положительными зарядами.

Высокую степень надежности в плане молниезащиты имеют броневые системы молниеотводов, но они по своим технико-экономическим показателям применяются только для защиты небольших по размерам объектов [4].

Средства активной молниезащиты в целом более эффективны по сравнению с пассивными средствами (особенно современные, использующие лазерную искру), поскольку устраняют условия для развития молнии. Общим их недостатком является конструктивная сложность и высокая стоимость.

Анализ последних разработок на российском рынке показал, что наиболее близким к заявляемому устройству является активный молниеотвод [5] с повышающими трансформаторами, релаксационным генератором и защитным многосекционным разрядником, который разработали специалисты ООО «Научнопроизводственное предприятие «Спектр». Его центральный стержень-молниеприемник вставлен в проводящую крышку диэлектрического корпуса и соединен с началом первой из последовательно включенных вторичных обмоток повышающих трансформаторов. Все повышающие трансформаторы помещены внутри многосекционного разрядника. Конец последней из вторичных обмоток повышающих трансформаторов соединен с последней секцией защитного разрядника, с первым полюсом генераторного разрядника, со стержнем заземления и с первым концом первичной обмотки изолирующего трансформатора. Второй конец первичной обмотки изолирующего трансформатора через конденсатор связан со вторым полюсом генераторного разрядника и с основанием боковых стержней, находящихся на внешней поверхности корпуса. Вторичная обмотка изолирующего трансформатора и первичные обмотки повышающих трансформаторов соединены параллельно. Конденсатор, генераторный разрядник, изолирующий трансформатор и защитный разрядник расположены внутри корпуса. Боковые стержни, первичная обмотка изолирующего трансформатора, генераторный разрядник и конденсатор образуют релаксационный генератор, возбуждаемый полем атмосферного электричества.

Под действием поля атмосферного электричества боковые стержни поляризуются. Между ними и стержнем заземления возникает разность потенциалов, что вызывает зарядку конденсатора. При достижении лидера молнии высоты ориентировки срабатывает релаксационный генератор. Импульс напряжения релаксационного генератора с помощью повышающих трансформаторов преобразуется в импульс

60

высокого напряжения на стержне-молниеприемнике. Это вызывает формирование встречного лидера со стержня-молниеприемника и ориентировку молнии на молниеотвод мимо защищаемого объекта.

Такая конструкция позволяет обеспечить молниезащиту объектов различного назначения путем инициирования встречного лидера как для «отрицательного», так и «положительного» типа молний.

Главная задача, на решение которой направлено заявляемое устройство, состоит в обеспечении надежной молниезащиты объектов различного назначения за счет повышения защитного напряжения, генерируемого устройством в импульсе.

В соответствии с поставленной задачей, технический результат, достигаемый при установке заявляемого молниеотвода на резервуарах для нефти и нефтепродуктов, состоит в обеспечении их сохранности даже в зонах повышенной грозоопасности.

Рис. 1. Схема молниеотвода с повышенной надежностью молниезащиты

Молниеотвод с повышенной надежностью молниезащиты работает следующим образом [5]. Боковые стержни 6 и стержень-молниеприемник 3, находясь в поле атмосферного электричества, поляризуются, и между ними и стержнем заземления 5 возникает разность потенциалов. Накопительные конденсаторы 10 через зарядные резисторы 12 начинают заряжаться до напряжения, величина которого задается ближе всего расположенным к центральному стержню заземления генераторным разрядником 11.

При пробое этого генераторного разрядника пробиваются остальные генераторные разрядники 11, накопительные конденсаторы 10 соединяются последовательно, их напряжения складываются, и суммарное напряжение оказывается приложенным к центральному стержню-молниеприемнику 3.

61

Электромагнитные параметры устройства подбираются таким образом, что оно срабатывает при приближении лидера молнии к высоте ориентировки (150-200 м) в фазе с его воздействием. Импульс высокого напряжения инициирует встречный лидер. Многосекционный защитный разрядник 8 пробивается, замыкая основной электрический заряд на «землю» и защищая устройство от разрушения.

С целью устранения ложных срабатываний генераторных разрядников 11 из-за разбросов их пробивных напряжений, искровые промежутки последующих разрядников 11 устанавливаются с небольшим превышением их пробивных напряжений по отношению к разряднику, ближе всего расположенному к центральному стержню заземления 5. В результате того, что на центральный стержень-молниеприемник 3, из-за возможности использования большого количества накопительных блоков 9, можно подать значительно больший по величине импульс высокого напряжения, устройство значительно уменьшает вероятность попадания молнии в зону защиты молниеотвода. Вынесение защитного многосекционного разрядника 8 на поверхность корпуса практически исключает возможность разрушения электрических соединений и элементов устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство является надежным и может обеспечить большую безопасность парков резервуаров для хранения нефти и нефтепродуктов от ударов молнии. Важным фактором является то, что при изготовлении молниеотвода используются доступные технические средства, делая его более экономически выгодным.

Литература

1. Грозовой разряд. Журнал «ТехНАДЗОР» № 5 (42), май 2010.

2. Базелян Э. М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. - М.: Физматлит, 2001.

3. РД 34.21.122—87. Инструкция по устройству молниезащиты зданий и сооружений. — Сер. 17. — Вып. 27. — М.: ОАО НТЦ «Промышленная безопасность», 2006.

4. Базелян Э. М., Райзер Ю. П. Искровой разряд. - М.: Издательство МФТИ, 1997.

5. Патент Российской Федерации № 2186448.

Определение возможности эксплуатации объектов по результатам технической диагностики при экспертизе промышленной безопасности Зубко О. В.1, Выдрин В. Н.2

1 Зубко Ольга Викторовна / Zubko Olga Viktorovna - эксперт по промышленной безопасности, производственно-коммерческий директор;

2Выдрин Владимир Николаевич / Vydrin Vladimir Nikolaevish - эксперт по промышленной

безопасности, директор,

ООО «ВВЗ», г. Тула

Аннотация: в статье рассмотрен общий подход по определению возможности эксплуатации объектов по результатам технической диагностики металлоконструкций при экспертизе промышленной безопасности.

Ключевые слова: техническое диагностирование, металлоконструкции, экспертиза промышленной безопасности.

62