صاعقه گیر و سیستم ارتینگ

روشهای پیشنهادی جدید API-545 جهت حفاظت مخازن سقف شناور در برابر صاعقه شامل سه توصیه / نیاز جدید برای کاهش خطر آتش سوزی نشت بند  مخزن ناشی از صاعقه است. به طور خلاصه ، این شامل نصب شنت های غوطه ور بین سقف و پوسته هر (3 متر) در اطراف محیط سقف است. ثانیاً ، برای عایق بندی الكتریكی تمام اجزای مونتاژ آب بندی (از جمله فنرها ، مجموعه های قیچی ، غشاهای آب بندی و غیره) و تمام تیرهای سنج و هدایت از سقف مخزن. دست آخر و مهمترین این الزامات ،نصب هادی های بای پس بین سقف و پوسته بیش از هر 30 متر (100 فوت) در اطراف محیط مخزن است. یک نکته اساسی برای این روش توصیه شده این است که هادی های بای پس باید تا حد ممکن کوتاه باشند.

شرکت سازه پایدار آرمان نیرو ( سپانیرو)  قبلاً این آسیب پذیری صاعقه را برای صنعت سالها نشان داده بود قبل از اینکه API 545 شیوه های پیشنهادی این مشکل را تأیید کند.

 این RGA ها ( هادی همبندی جمع شونده )  در طیف متنوعی از محیط ها ، تغییرات آب و هوایی و محصولاتی که درون این مخازن قرار دارند ، واقع شده اند. برخی از تغییرات آب و هوایی شامل گرمای شدید کویت ، رطوبت زیاد مالزی ، برف و یخ در غرب میانه بالایی ایالات متحده و ترکیبی از آن محیط ها در اوکلاهما و تگزاس است. نتایج عملکرد میدانی برای تاریخ چهارده ساله RGA ( هادی همبندی جمع شونده ) بسیار مثبت بوده است. شرکت های متعددی از Fortune 500 از این RGA ها ( هادی همبندی جمع شونده ) برای محافظت از دارایی های تانک خود استفاده کرده اند. فقط تعداد کمی از این شرکت ها شامل BP ، Sunoco ، Chevron ، Shell ، ExxonMobil ، Valero ، کویت Oil ، Aramco و بسیاری دیگر هستند.

فنر RGA ( هادی همبندی جمع شونده ) برای  بیش از 25000 عملیات تمام چرخه طراحی کرده است. اگر مخزن یک بار در روز (تخلیه و پر شود) این بیش از 60 سال کارکرد است. بدنه  RGA از 316 فولاد ضد زنگ ساخته شده است که کابل آن از یک مس روکش شده با مقاومت کم و القایی است. این کابل مقاومت و امپدانس فوق العاده کم اطمینان می دهد که جز C C شکل موج تخلیه رعد و برق از RGA ( هادی همبندی جمع شونده ) عبور کرده و اجازه ایجاد جرقه در آن شکاف هوایی بین شنت ها و پوسته مخزن را نخواهد داد. همچنین ، این محصول بسته به ارتفاع سقف دارای هادی با طول متفاوت و متناسب با ارتفاع مخزن می باشد .

موضوعات مرتبط: پروژه ها برچسب‌ها: صاعقه, RGA, هادی همبندی جمع شونده

فهرست مطالب

فهرست اشکال

فهرست جداول

کمیسیون بین‌المللی الکتروتکینک

حفاظت در برابر صاعقه

بخش 1: اصول کلی

پیشگفتار

1) کمیسیون بین‌المللی الکتروتکنیک (IEC)[1] یک سازمان جهانی برای استاندارد‌ سازی تمام کمیته‌های الکتروتکنیک ملی (کمیته‌های ملی IEC) است. هدف IEC، ترویج همکاری‌های بین‌المللی برای استاندارد سازی در حوزه‌های الکتریکی و الکترونیکی است. برای این منظور و همچنین سایر فعالیت‌های دیگر، IEC استانداردهای بین‌المللی‌، گزارشات فنی‌، مشخصات در دسترس عموم (PAS)[2] و راهنماها (که از این به بعد انتشارات IEC نامیده می‌شوند) را منتشر کرده است. هدف از این انتشارات، ارائه‌ی آن‌ها به کمیته‌های IEC (هر کمیته ملی IEC که تمایل به مشارکت در این کار دارند) است. سازمان‌های بین‌المللی، دولتی و غیر دولتی با IEC همکاری می‌کنند. IEC نیز همکاری نزدیکی با سازمان‌های بین‌المللی استاندارد سازی (ISO)[3] مطابق با شرایطی که توسط طرفین پذیرفته شده، دارد.

2) قراردادها یا تصمیمات رسمی IEC در حوزه‌های فنی، به موارد مطرح شده توسط هر یک از کمیته‌های فنی IEC تا حد امکان بسیار نزدیک است.

3) انتشارات IEC، حالت توصیه‌ای برای استفاده بین‌المللی دارند که توسط کمیته‌های ملی IEC نیز پذیرفته شده‌اند. در حالی‌که تمام تلاش‌ها در جهت ایجاد محتوای فنی درست است، IEC نمی‌تواند مسئول نحوه‌ی اجرای آن‌ها توسط استفاده کنندگان باشد.

4) به‌منظور ترویج یکپارچگی بین‌المللی، کمیته‌های ملی IEC می‌پذیرند که تا حد ممکن، انتشارات IEC را در سطح ملی و منطقه‌ای بکار ببندند. هر گونه مغایرت بین انتشارات IEC و آنچه‌ که در سطح ملی یا منطقه‌ای اجرا می‌شود، باید بطور واضح درج گردد.

5) IEC هیچ گواهی تطابقی صادر نمی‌کند. سازمان‌های مستقل، خدمات ارزیابی را ارائه و با بررسی‌های خود گواهی صادر می‌کند. IEC برای هیچ یک از خدمات ارائه شده توسط این سازمان‌های مستقل پاسخگو نمی‌باشد.

6) تمام کاربران باید اطمینان حاصل کنند که آخرین ویرایش انتشارات را دارند.

7) هیچ مسئولیتی متوجه IEC یا مدیران، کارمندان، عوامل، کارشناسان و اعضای کمیته‌های فنی یا ملی IEC برای آسیب‌های انسانی یا سایر آسیب‌های مستقیم و غیر مستقیم یا هزینه‌های انجام شده (با وجود استفاده از انتشارات IEC) نمی‌باشد.

8) استفاده از مراجع اصلی برای اجرای درست این سند الزامی است.

9) توجه شود که ممکن است برخی از موارد آورده شده در انتشارات IEC بخشی از اختراعات ثبت شده باشد. IEC در قبال هیچ یک از این اختراعات مسئول نیست.

استاندراد بین‌المللی IEC 62305-1 توسط کمیته فنی IEC شماره 88 با موضوع حفاظت در برابر صاعقه، آماده‌ سازی شده است. این ویرایش دوم، جایگزین ویرایش اول (که در 2006 منتشر شد) است و یک بازنگری فنی انجام گرفته است.

این ویرایش، باتوجه به ویرایش قبلی شامل تغییرات فنی زیر است:

1) حفاظت بخش‌های مربوط به ساختارها، مطرح نشده است.

2) واسطه‌های ایزوله شده، بعنوان اقدامات حفاظتی برای کاهش خرابی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی معرفی شده‌اند.

3) اولین جریان ضربه منفی بعنوان یک پارامتر جدید صاعقه برای محاسبه معرفی شده است.

4) اضافه‌ جریان‌های ضربه‌ای مورد انتظار ناشی‌ از صاعقه برای سیستم‌های ولتاژ پایین و ارتباطی با دقت بالاتری بررسی شده‌اند.

محتوای این استاندارد مطابق سند زیر است:

این سند مطابق دستورالعمل‌های ISO/IEC (بخش دوم) آماده شده است.

لیستی از تمام سری‌های استاندارد IEC 62305 که مربوط به حفاظت در برابر صاعقه است را می‌توانید در وبسایت IEC مشاهده کنید. کمیته تصمیم گرفته است که محتوای این سند تا زمان اعلام شده در وبسایت IEC به آدرس Http://webstore.iec.ch بدون تغییر باقی بماند. بعد از این تاریخ، این سند می‌تواند دستخوش تغییرات زیر گردد:

• دوباره تایید شود
• بازپس‌گیری شود
• یک ویرایش جدید جایگزین آن شود
• اصلاح گردد.

همچنین، ممکن است یک نسخه دو زبانه نیز در آینده انتشار یابد.

مقدمه

هیچ دستگاه یا روش اصلاح پدیده‌های جوی و طبیعی نمی‌تواند از تخلیه الکتریکی صاعقه جلوگیری کند. اصابت صاعقه به ساختارها (یا خطوط متصل به آن‌ها)، برای انسان، خود ساختار، اجزای آن‌ها و همچنین خطوط خطرناک است. این مساله چرایی لزوم بکارگیری اقدامات حفاظت در برابر صاعقه را مشخص می‌کند.

نیاز به حفاظت، مزایای اقتصادی اجرای اقدامات حفاظتی و انتخاب اقدامات حفاظتی مناسب، باید از دیدگاه مدیریت ریسک بیان شود. مدیریت ریسک، موضوع IEC 62305-2 است.

اثبات شده که اقدامات حفاظتی مطرح شده در IEC 62305، ریسک را بطور چشمگیری کاهش می‌دهد. شاخص‌های طراحی، نصب و نگهداری تجهیزات حفاظت در برابر صاعقه از نظر عملی، در دو گروه مجزا مطرح شده‌اند:

• گروه اول، اقدامات حفاظتی برای کاهش صدمات فیزیکی و زیستی در یک ساختار را مطرح می‌کند که در IEC 62305-3 آورده شده‌اند؛
• گروه دوم، اقدامات حفاظتی برای کاهش خرابی‌ سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی در یک ساختار را مطرح می‌کند که در IEC 62305-4 بیان شده‌اند.

ارتباط بین بخش‌های مختلف IEC 62305 در شکل (1) نشان داده شده است.

شکل 1- ارتباط بین بخش‌های مختلف IEC 62305

اقدامات حفاظتی در برابر صاعقه

بخش 1: اصول کلی

1- هدف

این بخش از IEC 62305، اصول کلی‌ای که باید برای حفاظت از ساختارها در برابر صاعقه رعایت شوند را دنبال می‌کند. موارد زیر، اهداف این استاندارد هستند:

• سیستم‌های ریلی
• خودروها، کشتی‌ها، هواپیماها و سازهای دریایی؛
• خطوط لوله‌ی فشار قوی زیر زمینی
• لوله‌ها، خطوط قدرت و ارتباطی موجود در ساختارها.

توجه: این سیستم‌ها معمولا تحت قوانینی عمل می‌کنند که توسط سازمان مربوطه وضع شده‌اند.

2- مراجع اصلی

اسناد زیر برای استفاده از این استاندارد ضروری هستند. برای مراجع تاریخ‌دار، تنها ویرایش ذکر شده بکار گرفته شده است. برای مراجع بدون تاریخ، آخرین ویرایش مورد استفاده قرار گرفته است.

• IEC 62305-2: 2010، حفاظت در برابر صاعقه- بخش 2: مدیریت ریسک
• IEC 62305-3: 2010، حفاظت در برابر صاعقه- بخش 3: صدمات فیزیکی به ساختارها و آسیب‌های زیستی
• IEC 62305-4: 2010، حفاظت در برابر صاعقه- بخش 4: سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی موجود در ساختارها

3- مقررات و تعاریف

برای این سند، مقررات و تعاریف زیر در نظر گرفته شده‌اند.

1-3- صاعقه به زمین

تخلیه الکتریکی جوی بین ابر و زمین، شامل یک یا چند نقطه‌ی برخورد.

2-3- صاعقه رو به پایین

صاعقه‌ای که از ابر به سمت زمین زده می‌شود.

توجه: صاعقه رو به پایین شامل یک ضربه اولیه است که می‌تواند ضربات بعدی را در پی داشته باشد. یک یا چند ضربه می‌تواند یک ضربه بلند را در پی داشته باشد.

3-3- صاعقه رو به بالا

صاعقه‌ای که از پایین (نزدیک به سطح زمین) به طرف ابر زده می‌شود.

توجه: صاعقه رو به بالا شامل یک ضربه اولیه بلند با یا بدون ضربات چندگانه بعدی است. یک یا چند ضربه می‌تواند در پی یک ضربه بلند زده شود.

4-3- ضربه

تخلیه‌ی الکتریکی با زمین.

5-3- ضربه کوتاه

بخشی از صاعقه که به جریان ضربه‌ای مربوط است.

توجه: این جریان برابر نصف پیک مقدار نهایی است که معمولا در زمان کمتر از 2 میلی ثانیه اتفاق می‌افتد (شکل A-1 را ببینید).

6-3- ضربه بلند

بخشی از صاعقه که به جریان مدوام مربوط است.

توجه: مدت زمان این جریان مداوم (از 10 درصد مقدار ابتدایی تا 10 درصد مقدار نهایی) معمولا بیشتر از 2 میلی ثانیه و کمتر از 1 ثانیه است (شکل A-2 را ببینید).

7-3- ضربه چندگانه

صاعقه‌ای شامل 3 تا 4 ضربه که زمان بین آن‌ها حدود 50 میلی ثانیه است.

توجه: البته مواردی از زمان بین ضربه‌ای 10 تا 250 میلی ثانیه نیز گزارش شده است.

8-3- نقطه‌ی برخورد

نقطه‌ای که صاعقه به زمین یا یک ساختار (مثلا LPS، خط، درخت و … ) برخورد می‌کند.

توجه: برق صاعقه ممکن است بیش از یک نقطه‌ی برخورد داشته باشد.

9-3 جریان صاعقه

جریان وارد شده در نقطه‌ی برخورد.

10-3- مقدار پیک جریان (i)

حداکثر مقدار جریان صاعقه.

11-3- شدت متوسط ابتدایی جریان ضربه‌ای‌

میزان متوسط تغییر جریان در یک بازه‌ی زمانی Δt= t2-t1.

توجه: این میزان با اختلاف مقادیر جریان بین زمان شروع و پایان (Δi=i(t2)-i(t1)) تقسیم بر بازه‌ی زمانی Δt= t2-t1 بیان می‌شود (شکل A-1 را ببینید).

12-3- زمان ابتدایی جریان ضربه‌ای (T1)

پارامتر مجازی‌ای که بعنوان 25/1 برابر فاصله‌ی زمانی بین 10% و 90% مقدار پیک تعریف شده است (شکل A-1 را ببینید).

13-3- مبداء مجازی جریان ضربه‌ای (O1)

نقطه‌ی قطع با محور زمان در یک خط مستقیم عبوری از 10% و 90% نقاط مرجع در جریان ضربه‌ای (شکل A-1 را ببینید) است و بصورت 0.1T1 بیان می‌شود که به معنای آن است که جریان به 10 درصد مقدار پیک رسیده است.

14-3- زمان متناظر با نصف مقدار نهایی جریان ضربه‌ای (T2)

پارامتر مجازی‌ای است که بعنوان بازه‌ی زمانی بین مبداء مجازی O1 و لحظه‌ای که جریان به نصف مقدار پیک نهایی کاهش یافته تعریف می‌شود (شکل A-1 را ببینید).

15-3- مدت زمان صاعقه (T)

مدت زمانی که جریان صاعقه به نقطه‌ی برخورد اعمال می‌گردد.

16-3- مدت زمان جریان ضربه‌ای بلند (TLONG)

مدت زمانی که جریان در یک ضربه بلند بین 10% مقدار پیک در طی افزایش جریان مداوم و 10% مقدار پیک در طی کاهش جریان مداوم قرار دارد (شکل A-2 را ببینید).

17-3- بار صاعقه (QFLASH)

مقدار ناشی از انتگرال زمانی جریان صاعقه در مدت زمان اعمالی است.

18-3- بار ضربه (QSHORT)

مقدار ناشی از انتگرال زمانی جریان صاعقه در یک ضربه است.

19-3- بار ضربه بلند (QLONG)

مقدار ناشی از انتگرال زمانی جریان صاعقه در یک ضربه بلند است.

20-3- انرژی ویژه (W/R)

مقدار ناشی از انتگرال زمانی مربع جریان صاعقه در دوره کامل زمانی اعمال صاعقه است.

توجه: این مقدار، انرژی اعمالی توسط جریان صاعقه در واحد مقاومت را بیان می‌کند.

21-3- انرژی ویژه‌ی جریان ضربه 

مقدار ناشی از انتگرال زمانی مربع جریان صاعقه در طی یک ضربه است.

توجه: انرژی ویژه در یک ضربه بلند، قابل چشم‌پوشی است.

22-3- ساختاری که باید حفاظت شود

ساختاری که مطابق این استاندارد در برابر صاعقه نیاز به حفاظت دارد.

توجه: ساختاری که باید محافظت شود می‌تواند جزئی از یک ساختار بزرگتر باشد.

23-3- خط

 خط ارتباطی یا قدرت متصل به ساختاری که باید حفاظت شود.

24-3- خطوط ارتباطی

خطوطی که برای برقراری ارتباط بین تجهیزاتی در نظر گرفته شد که می‌توانند در ساختارهای جداگانه قرار گرفته باشند (مثلا خط تلفن یا داده).

25-3- خطوط قدرت

خطوط توزیعی که انرژی الکتریکی را برای یک ساختار فراهم می‌کند تا توان تجهیزات الکتریکی و الکترونیکی تامین شود. در اینجا موضوع بحث سیستم‌های ولتاژ پایین (LV) و ولتاژ بالا (HV) است.

26-3- صاعقه در یک ساختار

صاعقه‌ای که مستقیما به ساختاری که باید محافظت شود برخورد می‌کند.

27-3- صاعقه در نزدیک یک ساختار

صاعقه‌ای که به نزدیکی ساختاری که باید محافظت شود برخورد می‌کند. این صاعقه می‌تواند باعث ایجاد اضافه ولتاژهای خطرناک شود.

28-3- سیستم الکتریکی

سیستمی که در آن از قطعات با توان پایین استفاده شده است.

29-3- سیستم الکترونیکی

سیستمی که از قطعات الکترونیکی حساس نظیر تجهیزات ارتباطی، کامپیوتر و سیستم‌های اندازه‌گیری و کنترل، سیستم‌های رادیویی و قطعات الکترونیک قدرت ساخته شده است.

30-3- سیستم‌های داخلی

سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی در یک ساختار.

31-3- صدمات فیزیکی

آسیب به یک ساختار (یا اجزای آن)، بخاطر اثرات مکانیکی، حرارتی، شیمیایی و انفجاری صاعقه.

32-3- آسیب‌های زیستی

جراحات یا تلفات ناشی از اعمال شوک الکتریکی صاعقه در اثر برخورد به یک فرد یا حیوان.

توجه: اگرچه جراحت می‌تواند به طرق دیگر وارد شود، اما در این استاندارد منظور از آسیب‌های زیستی آنی‌ست که در اثر شوک الکتریکی بوجود آمده باشد (آسیب نوع D1).

33-3- خرابی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی

صدمات دائمی سیستم‌های الکتریکی و الکترونیکی بخاطر LEMP.

برچسب‌ها: صاعقه, IEC62305, استاندارد, ارتینگ

آمار حوادث مرتبط با موضوع بحث

با افزایش ذخیره نفت خام در جهان و افزایش تدریجی اندازه مخازن ذخیره، ریسک صاعقه بر مخازن سقف شناور بزرگ نیز افزایش یافته است. براساس یک تحقیق انجام‌شده در سوئد درخصوص آتش‌سوزی مخازن ذخیره‌سازی نفت که به بررسی سال‌های ۱۹۵۱ الی ۲۰۰۳ پرداخته است، تعداد آتش‌سوزی‌های مخازن که توسط رسانه‌ها در سراسر دنیا گزارش شده است، در حدود ۱۵ الی ۲۰ مورد در سال بوده که ۳۱ درصد از این حوادث به صاعقه نسبت داده شده‌اند.

شکل ۰۱

Improving Lightning Safety of Petroleum Storage Tank

از سال ۲۰۰۶ ، ۶ حادثه آتش‌سوزی بر اثر اصابت صاعقه در مخازن سقف شناور بزرگ در چین بطور متوالی رخ داده است. محققین برخی از ویژگی‌های مشترک زیر را پس از تجزیه و تحلیل این ۶ حادثه یافته‌اند:

• قطر سقف این مخازن ۸۰ تا ۱۰۰ متر بوده است. تمامی این آتش‌سوزی‌ها در Seal Ring رخ داده است.
• این مخازن دارای Primary Seal و Secondary Seal بوده‌اند. Primary Seal از نوع Mechanical Seal بوده و شنت‌ها روی Secondary Seal نصب شده بودند.
• در فضای بین این دو Seal قابلیت رسیدن به محدوده قابل‌اشتعال وجود داشت.

آتش‌سوزی پالایشگاه Wynnewood در اوکلاهامای امریکا -۲۰۰۷

پالایشگاه در کمتر از یک ساعت با دو طوفان مواجه شد. هر دو طوفان صاعقه‌های عظیمی ایجاد نمودند. یکی از این صاعقه‌ها به مخزن ذخیره نفت سبک (نفتا، فرم تصفیه‌نشده بنزین) اصابت نمود و موجب انفجار مهیبی گردید. این انفجار که موجب ترکیدن سقف مخزن شد، کیلومترها دورتر شنیده شد. شعله و دود از یک مخزن حاوی ۵۰۰۰۰ بشکه نفتای به‌شدت آتش‌گیر و مخزن دیگری که حاوی ۳۰۰۰۰ بشکه گازوئیل بود، به آسمان رسید. این مخازن تا بعدازظهر در آتش سوختند و شب مخزن از هم پاشید و موجب چند انفجار دیگر شد. خوشبختانه در این آتش‌سوزی کسی مجروح نشد اما علت حادثه نامعلوم ماند. احتمالاً  این حادثه بر اثر اتصال ناکافی سطوح هم‌پتانسیل بوده است.
[auth]
شکل ۰۲

پالایشگاه  Pertamina در سیلاکاپ اندونزی -۱۹۹۵

در اکتبر ۱۹۹۵ صاعقه‌ای به پالایشگاه نفت Pertamina در سیلاکاپ واقع در ساحل جنوبی جاوا برخورد کرد. این پالایشگاه یک سوم نیاز داخلی اندونزی را تامین می‌کرد. مخزن مورداصابت صاعقه، منفجر شد و آتش به شش مخزن دیگر سرایت کرد. هزاران نفر از ساکنین منطقه و چهارصد نفر از کارکنان پالایشگاه به دلایل ایمنی انتقال داده شدند. این اتفاق موجب وقفه یک‌ونیم ساله شد و در این مدت برای تامین جاوا، روزانه بیش از چهارصد هزار دلار فرآورده‌های مختلف نفتی وارد می‌شد. پالایشگاه در بهار ۱۹۹۷ مجدداً در سرویس قرار گرفت.

دلیل این انفجار؟ …….. اتصال ناقص سطوح هم پتانسیل

این‌ها دو مورد مشهور از حوادث پالایشگاه‌های نفت هستند. حوادث بسیار دیگری نیز وجود دارند که برخی از آنها در زیر لیست شده‌اند.

مواردی دیگر از آتش‌سوزی مخازن توسط صاعقه

۱٫China Petrochemical, Heshan City, China – ۲۰۱۲

۲٫Engen Refinery, South Africa- 2007

۳٫Sunoco’s Eagle Point Refinery, New Jersey, USA – ۲۰۰۷

۴٫Brisbane Oil Refinery, Australia – ۲۰۰۳

۵٫Escravos Tank Farm Fire, Nigeria, Africa – 2002

۶٫Trzebinia Refinery Malopolsak Region, Poland – ۲۰۰۲

۷٫Orion Refinery, Norco, Louisiana, USA – ۲۰۰۱

۸٫Sunoco Refinery, Sarnia, Ontario, Canada – ۱۹۹۶

۹٫Newport, Ohio, USA – ۱۹۸۷

۱۰٫Chemischen Werke Huls, Herne, Germany – ۱۹۸۴

۱۱٫Czechowice-Dziedzice Refinery – ۱۹۷۱

روند هزینه / ریسک صاعقه در آینده

• در سال‌های ۲۰۴۰ تا ۲۰۶۰ خسارت‌های ناشی از آب و هوا در انگلستان، در طول یک سال عادی، احتمالاً دو برابر سال‌های کنونی خواهد بود (انجمن بیمه‌گران بریتانیا ،۲۰۰۷)
• افزایش ۵ تا ۶ درصدی میزان صاعقه در دنیا به ازای هر ۱ درجه سانتی‌گراد تغییر دمای سطح کره زمین، قابل‌تصور است . ( محققین ناسا ،۱۹۹۴)
• به ازای هر ۱ درجه گرم‌شدن دما، فرکانس صاعقه ۱۰ تا ۲۰ درصد افزایش می‌یابد. (موسسه ملی تحقیقات فضایی، برزیل، ۲۰۱۳)

ملاحظات آتش‌سوزی مخازن

• اندازه مخازن افزایش یافته است. این مسئله موجب خطرات شدیدتر در آتش‌سوزی می‌شود.
• آتش‌سوزی مخازن بسیار هزینه‌بر است. تخریب سرمایه، ازدست‌دادن تولید، توقف فعالیت، تخریب‌های محیط زیستی و ملاحظات افکار عمومی
• کنترل‌نمودن آتش‌سوزی مخازن. آتش‌سوزی مخازن یک آتش‌سوزی پرزحمت است. نگهداری محتویات مخزن آسان بوده اما مبارزه با آتش آسان نیست و دشواری‌های خاص خود را دارد.
• تعهد بالای منابع آتش‌نشانی لازم است.
  1. Lightning Risk and Storage Tank Protection,Joseph Lanzoni&Manoj K. Nambier,2013.
  2. Research On Lightning Sparks Discharge andProtection Measures of Large Floating Roof Tank,HU Hai-yan&LIU Quan-zhen,2012.
  3. Improving Lightning Safety for Upstream Oil&GasOperations,Hydrocarbon Asia,2012.
  4. NFPA 780 Standard for the Installation of the Lightning Protection Systems,2006 Edition.
  5. API RP 545: Recommended Practice for Lightning Protection of Aboveground Storage Tanks for Flammable or Combustible Liquids,2009.
  6. Total Lightning Protection for Floating Roof Petroleum Storage Tanks,Joseph A. Lanzoni,2010.

     فیزیک صاعقه (Physics of lightning)

     صاعقه را می‌توان یک تخلیه گذرای الکتریکی با جریان بالا تعریف کرد که طول مسیر آن به کیلومترها می‌رسد. صدای ناشی از این عمل، رعد (thunder) نامیده می‌شود. این تخلیه الکتریکی هنگامی رخ می‌دهد که ناحیه‌ای از اتمسفر دارای آنچنان بار الکتریکی شود که میدان ناشی از آن باعث شکست الکتریکی هوا گردد. این عمل به‌خصوص در ابرهای جوشان اتفاق می‌افتد. این ابرها را کومولونیمبوس (cumulonimbus) می‌نامند. این چنین تخلیه‌ای می‌تواند در درون ابر (intra cloud)، بین دو ابر (cloud to cloud)، بین ابر و زمین (cloud to earth) یا بین ابر و هوای اطراف اتفاق افتد.

     شاخه‌های پیش‌رونده مرحله‌ای صاعقه ((Stepped leader

     هر صاعقه‌ای که به زمین اصابت می‌کند با یک تخلیه ابتدایی ضعیف شروع می‌شود که شاخه پیش‌رونده است و از ابر به سوی زمین گسترش می‌یابد. به دنبال آن مسیر برگشتی که با شدت زیاد همراه است، از زمین به سوی ابر گسترش می‌یابد. در حقیقت تخلیه ابتدایی از ابر به سوی زمین که قبل از مسیر برگشتی رخ می‌دهد، شاخه پیشرونده مرحله‌ای نامیده می‌شود. به عقیده بسیاری از محققین، شاخه پیشرونده مرحله‌ای با شکست الکتریکی بین بارهای N وP در ابر جوشان رخ می‌دهد و این شکست، بارهای الکتریکی‌ای که قبلاً به یخ و ذرات کوچک آب چسبیده بودند را به حرکت در می‌آورد. در این هنگام با جمع‌شدن بارهای منفی در ابر، میدان الکتریکی ایجاد می‌شود که به‌صورت ستونی به سمت زمین حرکت می‌کند و همین ستون شاخه پیشرونده است.

     مسیر برگشتی (Return stroke)

     وقتی که شاخه پیش‌رونده مرحله‌ای، ستونی از بار منفی را به نزدیک زمین می‌آورد، میدان الکتریکی قوی حاصل در زمین به قدری است که باعث حرکت بارها به سمت بالا می‌شود تا به شاخه پیش‌رونده برسد. وقتی یکی از این تخلیه‌ها به شاخه پیش‌رونده می‌رسد، از این لحظه مسیر برگشتی شروع می‌شود. با اتصال شاخه پیش‌رونده به زمین، بار مثبت از زمین به سوی ابرها جاری می‌گردد و درجه حرارت مسیر به حدود k˚ ۳۰۰۰۰ می‌رسد.

     مبانی صاعقه (Annex A-API545)

     فرایند صاعقه در ابرها آغاز می‌گردد و با شاخه پیش‌رونده مرحله‌ای به زمین فرود می‌آید. شاخه پیش‌رونده مرحله‌ای در مسیرش به سمت زمین شاخه‌شاخه می‌شود. زیرا قصد دارد بهترین مسیر به زمین را پیدا کند. مسیر شاخه پیش‌رونده بعلت ناپایداری تصادفی در شرایط هوای محل و سایر فاکتورها، بسیار غیرمعمول است. هنگامی که شاخه پیش‌رونده از مخزن یا زمین حدود ۱۰۰ متر یا کمتر فاصله دارد، میدان الکتریکی در زمین به‌تندی افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی در بلندترین شئ به اندازه کافی بزرگ می‌شود که یک شاخه به سمت شاخه پیش‌رونده پایین‌آمده بفرستد. در حقیقت دو یا بیشتر شاخه ممکن است با هم از اشیاء زمینی (مخازن، برج‌ها، درخت‌ها و غیره) بلند شوند، اما معمولاً فقط یکی موفق به برقراری ارتباط با شاخه پیش‌رونده می‌شود. این مکانیسمی معمولی است که بوسیله آن صاعقه مسیرش را به سمت زمین کامل می‌کند.

     شکل ۰۳

     

     پارامترهای الکتریکی صاعقه

     بیش از ۹۰ درصد برق‌های ابر به زمین دارای پلاریته منفی‌اند. یک برق ابر به زمین شامل ۳ یا ۴ اصابت است. جریان در هر اصابت می‌تواند از چند کیلو آمپر تا بالای ۲۰۰ کیلوآمپر باشد. جریان در یک اصابت منفی ابر به زمین چندین جزء دارد:

     جزء A : اولین جریان برگشتی

     جزء B : جریان میانی

     جزء C : جریان پیوسته

     جزء D : جریان برگشتی بعدی که اگر وجود داشته باشد با اجزاء B و  Cاضافی دنبال می‌شود تا تخلیه انجام پذیرد.

     شکل ۰۴

     

     جریان ناشی از اصابت صاعقه

     مهم‌ترین پارامتر صاعقه، جریان ناشی از تخلیه بار ابر است که با دانستن شکل موج و دامنه آن، مسایل الکتریکی حفاظت در برابر صاعقه قابل حل است. با دانستن مشخصه‌های جریان می‌توان اطلاعات مربوط به بار، انرژی و ممان الکتریکی را به دست آورد. از دید فیزیک‌دانان اطلاعات موجود در مورد صاعقه کامل نیست، زیرا آنها احتیاج به دانستن اطلاعات صاعقه در تمام طول کانال دارند و اطلاعات کاملی در مورد تغییرات جریان در طول این فاصله در دست نمی‌باشد. ولی مهندسین حفاظت، احتیاج به دانستن جریان در نقطه اصابت دارند که اطلاعات کامل آن موجود است. در آنالیز دامنه جریان صاعقه، مسئله نوع اصابت که ناشی از شاخه پیش‌رونده به سمت پائین یا بالاست و همچنین مسئله تک‌اصابتی یا چنداصابتی (multi – stroke) بودن را باید در نظر داشت.

     حالات مختلف برخورد صاعقه

     شکل ۰۵

     

     ریسک برخورد

     مخزن در حالتی که سقف در حدود بالایی قرار دارد، بیشترین مواجهه با ریسک را داراست.

     شکل ۰۶

  7. 

      

     مخزن در حالتی که سقف در حدود پایینی قرار دارد، کمترین مواجهه با ریسک را داراست.

     شکل ۰۷

     

     استانداردهای مرتبط

     • IEC 62305 : محافظت در برابر صاعقه
     • NFPA 780 : استاندارد نصب سیستم‌های حفاظت در برابر صاعقه
     • API RP 545

     در این مقاله استاندارد IEC مورد بررسی قرار نگرفته است.

     NFPA 780-Chapter 7 حفاظت برای سازه‌های حاوی بخارات قابل‌اشتعال، گازهای قابل‌اشتعال یا مایعاتی که می‌توانند بخارات قابل‌اشتعال متصاعد کنند، شامل می‌شود. برخی از زیربخش‌های آن عبارتند از:

     ۲٫۱٫۱٫۷- سازه برای هر ظرف فرایندی (VESSEL)، مخزن یا دیگر ظروفی که این مواد را در بر‌می‌گیرند و در فضای باز مستقرند، بکار می‌رود.

     ۴٫۷- حفاظت از سازه‌های خاص

     ۱٫۴٫۷- مخازن روزمینی فشار اتمسفری که حاوی بخارات قابل‌اشتعال یا مایعات با قابلیت متصاعد‌نمودن بخارات قابل‌اشتعال می‌باشند.

     ۲٫۱٫۴٫۷- مخازن سقف شناور. در جایی که سقف شناور به قلاب‌هایی مجهز است که در فضای تجمع بخارات قرار داشته باشند، لازم است که سقف به لحاظ الکتریکی به کفشک‌های Seal متصل گردد. این اتصال باید با مسیرهای الکتریکی مستقیم، با فواصلی کمتر از ۳ متر، دور تا دور مخزن برقرار باشد.

     (A) این شنت‌ها باید نوارهای قابل‌انعطاف و از نوع فولاد ضدزنگ ۳۰۲ (۵۰×۴/۰ میلی‌متر) یا معادلی که ظرفیت انتقال جریان و مقاومت خوردگی یکسان داشته باشد، باشند.

     (B) کفشک فلزی باید در تماس مداوم با بدنه مخزن بوده و فضای باز (مانند: سوراخ‌های ناشی از خوردگی) نداشته باشد.

     (C)در مخازنی که در قسمت Seal فضای تجمع بخارات را ندارند، به شنت نیاز نیست.

     (D) در جایی که Seal با Weather Shield فلزی پوشانده شده است، این پوشش باید در تماس مداوم با بدنه مخزن باشد.

     (E) هنگامی که سقف شناوری مجهز به Primary Seal و Secondary Seal است، فضای بین این دو می‌تواند حاوی مخلوط بخارات قابل‌اشتعال و هوا باشد که در محدوده اشتعال‌پذیری قرار دارد. بنابراین اگر طراحی این قبیل سیستم‌های Seal مواد رسانا را از لحاظ الکتریکی پیوسته نموده و شکاف جرقه‌زدن در داخل این فضا وجود داشته یا بر اثر حرکت سقف می‌تواند ایجاد گردد، شنت‌ها بایستی به‌گونه‌ای نصب شوند که بطور مستقیم با بدنه مخزن در بالای Secondary Seal تماس داشته باشند.

     (F) فاصله بین شنت‌ها نباید بیشتر از ۳ متر باشد و باید به‌گونه‌ای نصب گردند که تماس فلزی سقف شناور و بدنه مخزن در تمامی موقعیت‌های عملیاتی سقف شناور حفظ و برقرار باشد.

     API  RP 545: رویه توصیه‌شده (RP) به‌منظور حفاظت در برابر صاعقه مخازن ذخیره روزمینی که حاوی مایعات قابل‌اشتعال‌ند.

     برخی از بندهای این رویه به شرح زیر است:

     ۱٫۱ –کاربرد: این رویه برای تمامی مخازنی که درAPI 650 (مخازن جوش‌شده برای ذخیره نفت) توصیف شده‌اند، کاربرد دارد.

     ۴- حفاظت از انواع خاصی از مخازن

     ۲٫۴- مخازن با سقف شناور خارجی

     ۱٫۱٫۲٫۴- شنت‌ها به‌منظور رسانش الکتریکی

     ۱٫۱٫۱٫۲٫۴- شنت‌ها به‌منظور هدایت الکتریکی جریان صاعقه در دوره سریع و میانی بکار می‌روند.

     ۲٫۱٫۱٫۲٫۴- تعداد و نحوه قراردادن

     نقطه تماس شنت‌ها با بدنه مخزن باید حداقل ۳۰ سانتی‌متر زیر سطح مایع باشد. شنت‌ها باید مسیری به اندازه کافی کوتاه و مستقیم بین سقف شناور رسانا و بدنه مخزن ایجاد نمایند. فاصله شنت‌ها از یکدیگر، دور تا دور سقف نباید بیش از ۳ متر باشد. هنگامی که مخازن موجود با شنت‌های مستغرق به‌روز شدند، شنت‌های بالای DECK باید برداشته شود.

  8.  

      

      

     

     شکل ۰8

  9. ۳٫۱٫۱٫۲٫۴- سطح مقطع عرضی- حداقل پهنا و جنس

     شنت‌ها باید هادی‌هایی باشند از جنس فولاد ضدزنگ آستنیتی، با سطح مقطع عرضی حداقل ۲۰ میلی‌متر مربع یا جنس دیگری که هدایت جریان و مقاومت خوردگی معادل داشته باشد. پهنای حداقل شنت باید ۵۱ میلی‌متر باشد. شنت‌ها باید به اندازه کافی کوتاه باشند تا اجازه عملکرد به Seal سقف شناور بدهند. شنت‌ها باید دارای حداقل طول ضروری برای تماس مداوم با بدنه مخزن، در تمام حالات حرکت سقف شناور، براساس طراحی باشند.

     ۲٫۱٫۲٫۴- هدایت‌کننده‌های جنبی (Bypass)

     ۱٫۲٫۱٫۲٫۴- هدایت‌کننده‌های جنبی برای هدایت جریان صاعقه در دوره میانی و طولانی استفاده می‌شوند.

     ۲٫۲٫۱٫۲٫۴- تعداد، طول و مقاومت الکتریکی

     سقف شناور باید بوسیله یک اتصال الکتریکی مستقیم از طریق تعداد مناسبی هدایت‌کننده‌های جانبی به بدنه مخزن وصل گردد. هر هدایت‌کننده شامل اتصالات باید مقاومت الکتریکی سر به سر حداکثر ۰۳/۰ اهم داشته باشد. هدایت‌کننده‌های جنبی باید کوتاه‌ترین طول لازم را داشته باشند تا اجازه حرکت کامل سقف شناور را بدهند. حداقل دو هدایت‌کننده‌های جانبی دورتادور سقف نصب گردد که فاصله بین آنها بیش از ۳۰ متر نباشد.

     شکل ۰۹

     

     

  10. 

  11. شکل ۱۰

      

      شکل ۱۱

      

      ۲٫۲٫۴- مسیرهای هدایت‌کننده موازی

      هر یک از اجزاء Seal که بطور کامل مستغرق نباشد، شامل: فنر، قیچی، MembraneSeal و غیره باید به لحاظ الکتریکی از سقف عایق شده باشند. سطح عایق‌شدن باید ۱ کیلوولت یا بیشتر باشد.

      توجه: این مسئله به جریان تخلیه صاعقه جاری از سقف به بدنه مخزن اجازه می‌دهد تا مسیر ترجیحی شنت‌ها و هدایت‌کننده جانبی را برگزینند.

      شکل ۱۲

      

      شکل ۱۳

      

      ۳٫۲٫۴- عایق‌نمودن Gauge Pole یا Guide Pole

      هر جزء از Guide Pole که به سقف شناور مخزن رخنه کرده باشد، باید به لحاظ الکتریکی عایق شود. سطح عایق‌شدن باید ۱ کیلوولت یا بیشتر باشد.

      توجه: این مسئله به جریان تخلیه صاعقه جاری از سقف به بدنه مخزن اجازه می‌دهد تا مسیر ترجیحی شنت‌ها و هدایت‌کننده جانبی را برگزینند.

      ۶- الزامات بازرسی و نگهداری

      تمامی متعلقات اتصال کوتاه و اتصال به زمین، باید در انطباق با API 653 بازرسی و نگهداری شوند.

      بررسی یک تحقیق

      شنت و بدنه مخزن بوسیله انعطاف شنت به یکدیگر وصل هستند. اما بنا به هر دلیلی دستیابی به اتصال الکتریکی خوب با بدنه مخزن سخت است. اجزاء سنگین نفت خام مثل: واکس، تار، پارافین و غیره می‌توانند پوششی را روی سطح داخلی بدنه ایجاد نمایند که مانعی عایق بین شنت و بدنه شکل می‌گیرد. اگر سطح داخلی بدنه مخزن رنگ شده باشد نیز همین اتفاق می‌افتد. زنگ‌زدگی سطح داخلی، اتصالی‌ای با مقاومت بالا بین شنت و بدنه ایجاد می‌کند.

      مخازن بزرگ نوعاً به اندازه چندین اینچ از حالت مدور خارجند. در ابعادی که درازتر باشند، شنت از بدنه دور می‌شود. بنابراین اگر شنت‌ها و لوازم، تماس کامل با بدنه نداشته باشند، طی اصابت صاعقه، بارهای مجاور جرقه را بین شنت و بدنه مخزن ایجاد می‌کنند که درصورت وجود مخلوط قابل‌اشتعال، آتش‌سوزی مخزن رخ می‌‌دهد.

      ساختار Primary Mechanical Seal با شنت مشابه است، چون اساساً با قطعات فلزی ساخته می‌شوند. اما این قطعات فلزی نمی‌توانند اتصال الکتریکی قابل‌اطمینان را تضمین نمایند. در نتیجه، شکاف‌های تخلیه بار الکتریکی بین Sealing Shoe و بدنه مخزن تشکیل می‌شود. از طرفی مدوربودن بدنه مخزن بر عملکرد Mechanical Seal موثر است. تمامی دلایل ذکرشده فوق، ما را به سمت غلظت گاز و نفت موجود در فضای بین Primary و Secondary Seal هدایت می‌کند، جایی که غلظت به اندازه کافی بالاست تا به محدوده انفجار برسد. فضای بین guide pole و سقف شناور، به سادگی شکاف تخلیه بار الکتریکی را شکل می‌دهد و غلظت بخارات در این قسمت به دلیل نشتی، می‌توانند هنگام اصابت صاعقه موجب آتش‌سوزی مخزن گردد.

      مطالعه تجربی این تحقیق

      یک مخزن سقف شناور کوچک به‌عنوان مدل ساخته شد و شبیه‌سازی اصابت صاعقه و جرقه‌زدن شنت‌ها در اثر تخلیه بار در آزمایشگاه انجام پذیرفت. قطر این مخزن ۲ متر و سقف شناور آن ۶/۱ متر بود. شنت‌ها از قطعات فولاد ضدزنگ الاستیک انتخاب شد که دارای ضخامت ۱ میلی‌متر، طول ۳۰۰ میلی‌متر و پهنای ۱۵ میلی‌متر بوده و با دور تا دور بدنه مخزن در تماس بودند.

      مدل مخزن سقف شناور مورد آزمایش

      شکل ۱۴

      

      نتیجه آزمایش

      نتیجه آزمایش نشان داد که یک شنت که با انعطاف خود به بدنه مخزن چسبیده بود، هنگامی‌که جریان صاعقه ۳۵۰/۱۰ میکروثانیه یا ۲۰/۸ میکروثانیه به پیک ۴۰۰ آمپر رسید، تولید جرقه نمود. با بزرگ‌شدن جریان صاعقه، سطح تخلیه جرقه شنت‌ها افزایش یافت.

       

       

برچسب‌ها: صاعقه, مخزن سقف شناور

زبان: فارسی	نویسنده: رضا نادری
نوع فایل: PDF
تعداد صفحات: 65
حجم کتاب: 4.64 مگابایت	ناشر: آی آر پی دی اف

دانلود ماهیت صاعقه و کلیات تکنیکی حفاظت در برابر صاعقه 

موضوعات مرتبط: پروژه ها برچسب‌ها: صاعقه, حفاظت در برابر صاعقه

با چشم غیر مسلح نمی توان محل دقیق صاعقه را متوجه شد، اما با دوربین مخصوص فیلمبرداری این پدیده ی قابل ثبت است. در این حالت صاعقه با سرعت 000/50 کیلومتر بر ثانیه به طرف هدف حرکت و با آن برخورد می کند. در سیستم های معمول برق گیر (صاعقه گیر) حرکت بار از ابر به سمت زمین و محل اصابت آن روی زمین است. اما به تازگی سیستم های تولید شده اند که در هنگام صاعقه، بار مثبت زمین به طرف صاعقه فرستاده می شود. در این سیستم ها، مقداری بار تا ارتفاع محدود فرستاده می شود و محل صاعقه روی زمین نمی باشد، بلکه مقداری بالاتر از زمین است و پس از برخورد صاعقه به بار انتقالی، نقطه ی تلاقی به زمین کشیده می شود.

موضوعات مرتبط: محصولات برچسب‌ها: صاعقه, نصب صاعقه گیر الکترونیکی, فروش صاعقه گیر الکترونیکی

ادامه مطلب ...