صاعقه گیر و سیستم ارتینگ

سیستم هادی های بای (RGB) پس نوع حلقه خودکار برای تخلیه جریان رعد و برق در مخازن ذخیره سازی قابل اشتعال نوع سقف شناور

این محصول به یک دستگاه هادی بای (RGB) پس برای تخلیه جریان در مخزن سقف شناور ذخیره مشتقات نفتی  مربوط می شود. کابل انعطاف پذیر به درام متصل می شود تا بدنه بادگیر را به بالای دیواره داخلی مخزن و طرف دیگر را به سقف شناور ثابت کند تا تا زمانی که طول کابل مطابق با موقعیت سقف شناور باشد، کشش مناسب را حفظ کند. با اتصال کامل پوسته مخزن و حلقه شناور به صورت الکتریکی با حداقل امپدانس، تخلیه سریع و ایمن جریان صاعقه از طریق تاسیسات زمین بدنه مخزن امکان پذیر است. یک دستگاه هادی عبور.

در اینجا، هادی بای پس از یک کابل بافته شده با سیم لخت استفاده می کند تا طول کابل پیچ خورده در اطراف سیم پیچ از عنصر محاسبه امپدانس کابل حذف شود تا حداقل امپدانس جریان همیشه حفظ شود تا جریان مغزی به حداکثر برسد. به طور خاص، با استفاده از یک ماشین سیم پیچ که به طور مستقیم زخم کابل روی قرقره و بدنه مخزن را بدون استفاده از حلقه لغزش متصل می کند، اساساً علت ایجاد قوس  را از بین می برد. 

به طور کلی، استانداردهای فنی برای جلوگیری از حوادث آتش سوزی و انفجار ناشی از برخورد صاعقه در مخزن سقف شناور خارجی (EFRT) برای ذخیره مواد قابل اشتعال (نفت، گاز مایع و غیره) [NFPA 780 2011 Edition and API RP 545 First Edition.  می باشند
با توجه به استاندارد فوق، یک مخزن سقف شناور خارجی (EFRT) برای ذخیره مواد قابل اشتعال در عرض 30 متر در امتداد دیواره داخلی مخزن برابر می شود تا از آتش سوزی و انفجار در اثر برخورد صاعقه در اطراف بدنه یا مخزن اصلی جلوگیری شود. هادی های بای پس در فواصل زمانی نصب می شوند تا مداری را برای تخلیه ایمن جریان از طریق بدنه مخزن و سقف شناور فراهم کنند.
در کمیته فنی اصلاح‌شده API RP 545، اجزای جریان‌های ناشی از ابر رعد و برق منفی جریان متوسط، مؤلفه C-جریان نور پیوسته (جریان) و مؤلفه D-نشان داده شده است. ضربات برگشتی، و غیره، و عواملی که باعث ایجاد قوس در شانت می شوند، توسط مؤلفه B و مؤلفه C ایجاد می شوند. [2008] UK Culham Electromagnetics and Lightning Ltd، به درخواست API. بنابراین، به جزء A که باعث ایجاد قوس در شنت نمی شود،مقررات را اصلاح و تکمیل می کند تا اطمینان حاصل شود که جریان های مغزی مربوط به اجزای B و C، که جریان های مربوطه را تخلیه می کنند و باعث ایجاد قوس در شانت می شوند، از طریق هادی بای پس به سیستم زمین مخزن متصل شده و به سرعت و ایمن تخلیه می شوند. خواهد بود.
در مورد مخازن ذخیره‌سازی نفت فلزی، زمانی که یک رعد و برق قوی در بالای مخزن ایجاد می‌شود،بار در دیواره مخزن القا می شود که پدیده Bound Charge رخ می دهد که باعث می شود مقدار قابل توجهی بار در سقف شناور که مستقیماً به مشتقات نفتی یا میعانات گازی متصل است، تخلیه شود و بدنه مخزن فلزی تخلیه می شود تا اختلاف پتانسیل بین دو قسمت ایجاد شود. رسانای فلزی شنت (شنت) که در اطراف حلقه سقف کامل برای اتصال الکتریکی بین بدنه مخزن می‌چرخد.

برای حفظ یک اتصال الکتریکی مداوم بین دیواره بیرونی مخزن و حلقه شناور. دستگاه) برای محکم کردن مسیر تخلیه استاتیک و حلقه شناور و بدنه مخزن استاندارد مربوطه به منظور حذف تفاوت پتانسیل بین و تجویز شده است.
کمیته های فنی مانند API و NFPA علت آتش سوزی های مکرر در مخازن ذخیره نفت ناشی از اصابت صاعقه را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده اند. در صورت اصابت صاعقه به مخازن ذخیره نفت یا اطراف آن، قوس های ناشی از مقاومت اتصال در این شنت ایجاد می شود. . (شنت) معلوم شده است که آتش سوزی در اثر اشتعال بخار اطراف رخ می دهد.
بنابراین، مشخصات استاندارد مربوطه [NFPA 780 2011 edition and API RP 545 2009. October 2009] سه محتوای زیر را اصلاح یا تکمیل کرد.
ابتدا به عنوان یک شنت، به طور معمول، شنت در قسمت بالایی دستگاه لوپ سیلینگ نصب می شود، اما زمانی که در قسمت اتصال شنت و بدنه مخزن در اثر جریان مغزی قوس ایجاد شود، پدیده اشتعال بخار ایجاد می شود. ایجاد می شود. در نتیجه، مقررات تجدید نظر شده  هر 3 متر در امتداد حاشیه سیلندر در داخل مخزن حداقل 30 سانتی متر زیر حلقه شناور نصب می شود تا قوس الکتریکی ناشی از جریان مغز را سرکوب کند و قوس الکتریکی ایجاد کند.

موضوعات مرتبط: محصولات، پروژه ها، صاعقه گیر آدیتک برچسب‌ها: ارتینگ, صاعقه گیر, پالایشگاه, مخزن سقف شناور

چگونه مخازن نفتی را در برابر صاعقه حفاظت کنیم

در این نوع مخازن که معمولاً عمودی ساخته می شوند، سقف مخزن بر روی سطح سیال قرار گرفته و متحرک است. در این صورت از سرعت تبخیر مایع نفتی کاسته و از هدر رفتن آن جلوگیری می شود. ویژگی دیگر این مخازن این است که بخارهای قابل اشتعال در بالای مایع جمع نمی گردد. نقطه ضعف این مخازن این است که به محض سوراخ شدن سقف ،غرق می شوند.یکی از دلایل عمده آتش سوزی و انفجار مخازن نفتی پدیده صاعقه می­باشد.

بررسی ریسک و نحوه اصابت صاعقه به مخزن:

1-اصابت مستقیم به مخزن:

نقطه برخورد برای مخازن در بالاترین نقطه عمودی میدان های الکتریکی خواهد بود که شامل لبه های مخزن، دریچه ها، نرده ها، پایه چراغ ها و دیگر اشیاء و یا سقف مخزن میباشد.همچنین جریان صاعقه به نسبت امپدانس مسیر های تخلیه تقسیم خواهد شد که منجر به کاهش انرژی میشود.فواصل هوایی و شیار هایی که درمسیرهای تخلیه قرار دارند میتوانند در زمان تخلیه باعث بوجود آمدن جرقه های خطرناک شوند.

1-1  برخورد صاعقه به قسمت بالای پوسته:

عبور جریان از سقف شناور و لبه های درزبندی دورتادور سقف

1-2 برخورد صاعقه به سقف :

-عبور جریان از سقف شناور و لبه های درزبندی و همبند کننده های سقف و بدنه(به عنوان مثال شنت) در تمامی جهات

-این حالت تنها در صورت بالا بودن سطح سقف شناور اتفاق می افتد

2-برخور غیر مستقیم صاعقه به مخزن:

در زمان اصابت صاعقه در مجاورت مخزن، بخشی از جریان از پوسته بیرونی مخزن و سقف عبور کرده و از قسمتهای دیگر پوسته به سمت زمین تخلیه میشود. در این حالت نیز حضور شیار و ناپیوستگی الکتریکی در مسیر تخلیه جریان میتواند منجر به ایجاد جرقه های خطرناک شود.

2-1  عبور جریان از بدنه و سقف شناور و زمین

پارامترهای جریان صاعقه :

اجزای پوسته و رابط یک تانک EFRT:

روشهای همبندی پوسته سقف

1-شنت(موازی بستن)- اتصال هادی کوتاه به سقف و اتصال الکتريکى با بدنه

2-هادی فرعی- کابل هایی که ارتباط مستقیم بین سقف و پوسته را ایجاد می­کنند.

آزمایش استاندارد API ثابت کرده است که شنت تحت هر شرایطی دچار قوس الکتریکی می­شود (در صورتی که تمیز، کثیف، زنگ زده، جدید، قدیمی، خوب نگهداری شده باشد نیز این قوس الکتریکی رخ می­دهد). بنابراین اتصال هادی فرعی (بای پس) مخصوصا زمانی که ارتفاع سقف مخازن زیاد باشد باید بدرستی انجام شود.

توصیه های اولیه استاندارد 545 APIRP

1-نصب شنت های غوطه ور هر 3متردر اطراف سقف

-غوطه ور کردن شنتها در مایع مخازن

-غوطه ور کردن به اندازه یک فوت و یا بیشتر

2-عايق سازى تمام قطعات و بخشهای سقف مخازن، به منظور انتقال جریان صاعقه از طریق شنت و هادی بای پس به سمت زمین

-سطح عایق باید به اندازه 1kV یا بیشتر باشد.

3-نصب و اتصال هادی بای پس حدود هر 30 متر/100فوت در محیط اطراف مخزن

-این گونه هادی هایبای پسباید تا حد امکان کوتاه باشند وبه طور مساویدر اطراف محیط سقف مخازن قرار گیرند.

-حداکثرمقاومت نقطه ابتدایی و انتهایی هادی بایپس باید برابر 03اهمباشد

بررسی توصیه های API RP 545

1-شنت غوطه ور:

-شنتها برای انتقال جریان صاعقه (مولفه سریع و متوسط) استفاده می­شوند. استاندارد API اذعان دارد که قوس الکتریکی بین شنت و پوسته در طول اعمال پدیده صاعقه رخ می دهد. با این حال، این قوس تنها زمانی که بخار قابل اشتعال وجود دارد، خطرناک است.

2-نصب شنت غوطه ور در مخزنهای نفتی، تغییرات طراحی قابل توجهی با توجه به طرح های استاندارد موجود مورد نیاز است. در مخازن موجود، غوطه ور کردن شنتها بسیار پر هزینه است و نیاز به تعمیرات اساسی عمده ای دارد. برای ایجاد تغییرات لازم در مدت زمان مشخص، مخازن باید تخلیه گردند و پرسنل نیز باید به داخل مخزن بروند (هم بالا و هم پایین سقف). علاوه بر این، به علت اینکه این شنتها غوطه ور هستند، بنابراین تعمیر و نگهداری این شنتها بسیار دشوار خواهد بود.

شنت های غوطه ور

2-عایق بندی بین سقف و بدنه:

-عایق بندی این اجزاء باعث می­شود جریان صاعقه از طریق مسیرهای ترجیحی (شنت و هادی بای پس) به جای قوس بین سقف و بدنه به سمت زمین منتقل شود. به عبارت دیگر، تمام مسیرهای جریان باید به مسیر ترجیحی بین سقف و بدنه محدود شوند؛ به عنوان مثال، شنتها و هادیهای بای پس.

-ا این حال، سطح عایق بندی توصیه شده برای 1kv برای دستیابی به نتیجه مورد نظر قابل بحث است.

-مشابه با شماره 1، به عنوان مثال، طراحی­ها، تغییرات قابل توجه خواهند داشت و ملاحظات مربوطه، با مسائل مربوط به بازرسی و نگهداری هزینه بر خواهد بود.

                                   مونتاژ عایق بندی

3-هادیهای Bypass:

-هادی های بای پس برای انتقال جریان (مولفه متوسط و طولانی) جریانصاعقه استفاده می شود.

-برمبنای توصیه سوم API، نصب و راه اندازی هادی بای پس برروی مخازن موجود و مخازن جدید، نسبتا آسان و ارزان است. مخازن و تانک های موجود که در حال فعالیت هستند را می توان با هادی بای پس صرف نظر از سطح سقف مخازن حفاظت نمود. از آنجا که هادی های بای پس خارج مخازن نصب می­شوند، تعمیر و نگهداری هادی بای پس بسیار آسان است.

-همبندی ایده آل بین سقف EFRTوبدنه درطیف گسترده ای ازفرکانس،امپدانس کمی خواهد داشت.

-همبندی ایده آل به آسانی بر روی تانک های جدید نصب شده وبر رویمخازن موجود مقاوم سازی می­شود.

-بازرسی وآزمایش همبندی ایده آل نیزآسان است و جایگزینی آن امکان پذیر است

-انواعهادی های بای پس:

1- هادی معمولی با طول ثابت، هادی رشته ای

2-هادی جمع شونده دریک حلقه فنری تنیده شده(RGA)

شمای کلی این توصیه ها در شکلهای زیر نشان داده شده است

هادی معمولی بایی پس هر 30متر/100فوت

برچسب‌ها: ارتینگ, صاعقه گیر, پالایشگاه, مخزن سقف شناور

ADITEC’s patented RETRACTABLE Grounding Bypass Conductors (RGB) for External Floating Roof Tanks provide a permanent and low resistance-low impedance connection between the floating roof and the tank shell wall.

One of the most vulnerable applications that poses a serious threat from lightning is External Floating Roof Tanks . EFRT’s are highly susceptible to lightning current created by direct and indirect strikes and pose potentially catastrophic results leading to significant loss of product, financial impact, loss of operations and human safety. Reports indicate that 30+% of EFRT fires are caused by lightning. More specifically, it is estimated that 95% of rim-seal fires are the result of lightning strikes.

To solve this industry wide problem, ADITEC has developed a solution to mitigate these devastating events. ADITEC’s Retractable Bypass Conductor (RGB) provides a robust, visibly inspectable, direct electrical connection between the tank shell and floating roof, thereby eliminating the risk of voltage differences between these metal bodies. The RGB in an integral part of our complete solution approach to oil & gas applications.

ADITEC’s Retractable Bypass Conductor meets or exceeds the recommendations specified in NFPA 780 and API 545 standards. The RGB is Ex certified and comes standard with a 3-year replacement warranty with extended warranty agreements available upon request

RETRACTABLE Grounding Bypass Conductors  are engineered to meet the American Petroleum Institute (API) Recommended Practice 545 Sect. 4.2.1.2.2, which states: “Each conductor, including connections shall have a maximum end-to-end resistance of 0.03 ohms (Ω),” and Sect. 4.2.1.2.1, “Bypass Conductors are used for conduction of the intermediate and long duration component of a lightning strike.”

موضوعات مرتبط: محصولات برچسب‌ها: ارتینگ, صاعقه گیر, پالایشگاه, مخزن سقف شناور

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