摘要 應用可靠性技術于安全生產(chǎn)技術管理之中，按照應力、疲勞、銹蝕、腐蝕等失效原理，結合由于雷擊所造成的具體事故實例，對避雷針（網(wǎng)）進行的失效分析、同時，從“人-機-環(huán)境”本質(zhì)安全化
關鍵詞 避雷針（網(wǎng)） 失效分析 對策
1 問題的提出
在1989年8月12日9時55分，山東省青島市某公司黃島油庫，發(fā)生了一起特大火災爆炸事故，其主要原因是遭受雷擊而起火。四川省廣元市五交化工采購站的上西壩倉庫，也是由于雷擊于1986年8月14日下午6時8分引起一場大火，燒毀電視機、電風扇、洗衣機、收錄機等物資，直接經(jīng)濟損失達416.9萬元。在1990年7月31日凌晨4時25分，本廠6號廠房遭受雷擊，其中3個配電柜遭到了不同程度的損壞，造成16車間停產(chǎn)7天。
據(jù)有關報導和筆者的調(diào)查，上述發(fā)生雷事故的油庫和建筑物上均有避雷裝置。那么，其上的避雷針或避雷網(wǎng)為什么不起防雷作用呢？本文將應用可靠技術進行失效分析。
2 分析的必要性
一旦發(fā)生雷擊事故，不但造成重大經(jīng)濟損失，而且造成廠房、設備的破壞，影響生產(chǎn)工作的正常進行，特別是還造成了人員的傷亡。比如上述某公司的黃島油庫，經(jīng)分析是老罐區(qū)5號貯油罐的避雷失效，由雷電引起的重大火災爆炸傷亡事故。該油庫前后共燃燒104個小時，直接經(jīng)濟損失3500萬元，造成黃島油庫職工死亡5名，還有12人受傷。當時消防隊出動147輛消防車，在滅火戰(zhàn)斗中，有14名消防人員犧牲，85人受傷。在救火的過程中，由于石油沸溢噴濺，飛濺的油火還燒毀了消防車9輛，消防指揮車和吉普車各式各1輛。
鑒于上述發(fā)生雷擊事故后，所造成的巨大的經(jīng)濟損失和傷亡事故的情況，對避雷針（網(wǎng)）進行失效分析是必要的。
3 失效分析
一般來說，失效分析是預測和預防災害，從失敗入手，著眼于成功的學科；是從宏觀入手，揭示事物或現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律。本文將應用失效學的原理，利用“壽命浴盆曲線”分析一下避雷針（網(wǎng)）的早期失效、偶然失效、耗損失效。
3. 1失效效應
失效的效應嚴重等級的劃分，應綜合考慮性能、費用、周期、安全性、可靠性等諸方面的因素。即考慮元器件失效后所帶來的對人身安全、任務完成、經(jīng)濟損失、風險程度等方面的綜合影響。下表是常用的“失效效應嚴重程度等級劃分表”。
表1 失效效應嚴重等級劃分表、
見圖
3.%202壽命浴盆曲線
在現(xiàn)行的防雷設計規(guī)范中，對避雷針（網(wǎng)）的接閃器、引下線和接地裝置的幾何尺寸、使用材料均做了嚴格的規(guī)定，筆者認為主要是考慮避雷裝置的壽命期問題。防止其失效而喪失使用可靠性。為此，運用“壽命浴盆曲線”對避雷針（網(wǎng)）進行失分析。
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說明：
（1）%20%20ab段──早期失效（幼兒期）
（2）%20%20bc段──偶然失效（青壯年期）
（3）%20%20cd段──耗損失效（老年期）
3.%203使用失效分析
對于避雷針（網(wǎng)）使用失效的分析，本文利用“壽命浴盆曲線”進行，結合具體的雷擊事故實例，分別從早期失效、偶然失效、耗損失效3種類型加以闡述。
3.%203.1早期失效
避雷針（網(wǎng)）的早期失效，是由于設計、制造、安裝中存在的缺陷，以及后來其它裝置、設施安裝時，沒有考慮避雷問題而造成的。總之是在避雷針（網(wǎng)）沒有使用多長時間的情況下發(fā)生的故障。
例如：本廠于1990年7月31日發(fā)生的雷擊事故。該6號廠房系熱處理工段，由于其上方的避雷針位置安裝不當，且接閃器的高度不夠，因此避雷的履蓋面達不到防雷技術的要求，導致廠房屋外配電線路落雷，造成廠房內(nèi)的3個配電柜嚴重損壞，整個工段被迫停產(chǎn)7天。其配電柜被雷擊時產(chǎn)生的瞬間短路弧光，對2名值班工人也造成了眼睛的傷害。
3.%203.2偶然失效
對在用的避雷針（網(wǎng)）沒有認真的進行管理，既不進行定期檢測，也不進行日常的檢查工作，更不進行維護、保養(yǎng)、修理工作。對于其存在的不安全因素缺乏及時整改，使之處于使用不可靠的狀態(tài)，在這種情況下造成了“偶然失效“（隨機失效）。
例如：前述的四川省廣元市五交化工采購供應站上西壩倉庫庫房的避雷針，其引下線與接地極被碰斷了幾個月，該倉庫保管員向領導反映多次，沒有引起領導的重視，更沒有整改這個事故隱患。因此該倉庫上方的避雷針變成了“引雷針”，于1986年月14日遭受雷擊引起大火。燒毀各類電視機3474臺、收錄機2756部、電風扇4144臺、洗衣機716臺，還燒毀庫房2020平方米。
3.%203.3耗損失效
由于避雷針（網(wǎng)）長期使用，在其露天工作的條件下，由于溫度的降低、尺寸的改變、性能的耗損，并以韌性破壞、疲勞破壞、腐蝕破壞等形式出現(xiàn)，同時，也形成了雷擊事故的隱患或不安全因素。
例如：黃島油5號貯油罐的避雷網(wǎng)，由于較長時間的使用，并且年久失修，其預制板的裂縫和保護層的局部脫落，造成了避雷網(wǎng)格的鋼筋外露。據(jù)采訪事故現(xiàn)場的記者報道：“5號罐體上鋼筋及金屬部件的電氣連接外，不可靠處很多”。應用可靠性技術分析，存在事故隱患如下：
①連接不合理
在黃島油庫火災中，先后燃燒爆炸了5個貯油罐（總容量為7600立方米），首先燃燒爆炸的是半地下式5號貯油罐，系非金屬混凝土油罐。其頂部設有避雷網(wǎng)，據(jù)有關部門調(diào)查了解，在裝設避雷風時，該貯油罐正處于使用狀態(tài)，從消防安全考慮不能進行動火焊接，因此個別人擅自將避雷網(wǎng)的網(wǎng)格連接，盲目的由焊接改為用“鐵卡”壓接，從此為5號貯油罐埋下了雷擊事故的隱患。
②疲勞縫隙
5號貯油罐處于露天條件下工作，由于一年四季和日夜的氣溫變化，壓接避雷網(wǎng)鋼筋網(wǎng)格的“鐵卡”，在溫度效應的作用下，自然的發(fā)生熱脹冷縮物理現(xiàn)象，在較長時間的反復循環(huán)應力作用下，使之網(wǎng)格的連接處出現(xiàn)了嚴重的疲勞現(xiàn)象，從而鐵卡與鋼筋之間出現(xiàn)了疲勞間隙，影響了雷電的導電性，當導電電阻超過了0.03歐姆的規(guī)定值，也就形成了遭受“感應雷擊”的不安全因素。
③銹蝕松脫
黃島油庫5號貯油罐的避雷網(wǎng)的網(wǎng)格部分，其鋼筋與鋼筋的交叉處，均用“細鐵絲”纏繞為一體，在長期的風吹、日曬、雨淋的情況下，由于氧化銹蝕，細鐵絲喪失了捆綁鋼筋的能力，造成原纏繞外“松脫”，形成了間隙。在雷電的靜電感應和電磁效應的作用下，即成為放電間隙。
總之，從火災發(fā)生的“三要素”來分析，從8月12日的凌晨2時至9時55分起火時，5號貯油罐都在處于進油的工作狀態(tài)，先后共灌入了15000立方米的石油。那么，相應的從油罐內(nèi)置換出來同等體積的油氣，這樣該油罐頂部的上方，籠罩著處于“爆炸極限范圍內(nèi)”的油所氣層，同時由于防雷網(wǎng)的耗損失效，其疲勞縫隙，銹蝕間隙等，在雷擊時產(chǎn)生了感應火花放電，一場特大火災爆炸傷亡事故終于釀成。
4措施和對策
對一避雷針（網(wǎng)）的安全使用，從“人-機-環(huán)境”系統(tǒng)本質(zhì)安全化入手，運用控制事故的原理，監(jiān)控和保持其使用可靠性，應采取以下措施和對策。
4.%201對于防雷針（網(wǎng)）的設計，應按國標GB50057-94《建筑物防雷設計規(guī)范》進行。對于石油化工行業(yè)的防雷裝置，應按GB1599-95《石油與石油設施雷電安全規(guī)范》進行。避免防雷針（網(wǎng)）的早期失效。
4.2避雷針（網(wǎng)）的制造、安裝工作，應按工藝規(guī)程和技術規(guī)范進行。特別是接閃器與引下線、引下線與接地極的焊接部位要達到技術要求，并應進行質(zhì)量驗收工作。防止其偶然失效。
4.3定期檢驗避雷針（網(wǎng)）時，應按《避雷裝置檢測項目和標準》進行技術檢測，不能只測量一下接地電阻合格，就片面的認定整個避雷系統(tǒng)合格。
4.%204由于樹木的逐年增高，雖然還沒有超過避雷針的高度，但是有可能超過避雷針的保護范圍（保護范圍的夾角為45度），在其與建筑物凈距小于5m的情況下，易受到雷擊樹木時所產(chǎn)生的雷電反擊。因此，每年應對避雷針（網(wǎng)）附近的樹木進行清理，防止樹木造成避雷失效。
5.%205在避雷針（網(wǎng)）的附近，新增加的突出建筑物的金屬物（如：風帽、放散管、架設的金屬裝置等），如果超出避雷針（網(wǎng)）的保護范圍，易使避雷針（網(wǎng)）失效而成為引雷物。這個問題在檢驗時也不容忽視。
4.6在獨立的避雷針（網(wǎng)）或引下線上，不得纏繞電話線、廣播線、電視線和低壓架空線，否則防雷裝置將失去作用，造成“雷電波”的侵入。
4.%207在獨立的避雷針（網(wǎng)）的接地裝置上，不得串聯(lián)其它電氣或靜電接地裝置，否則過高的雷電沖擊電壓，會導致火災爆炸事故的發(fā)生，甚至造成人員的傷亡。
4.8對于支撐避雷針（網(wǎng)）或引下線的支架，亦應做為年檢內(nèi)容之一，防止由于腐朽或腐蝕而失去支持能力，而造成避雷裝置的失效，影響避雷的效果。
4.%209在易受機械損壞的地方，在地面上1.7m至地下0.3m的一段避雷引下線，應加鋼管或竹筒的保護措施，防止避雷針（網(wǎng)）的偶然失效，而造成的雷擊事故。
4.10在年檢中發(fā)現(xiàn)的不合格的避雷針（網(wǎng)）或周圍環(huán)境的不安全因素，應在雷雨到來之前，做好維修、保養(yǎng)和整改工作，防止避雷裝置的耗損失效。
4.%2011對于比較重要部位的避雷針（網(wǎng)），從安裝之日起，就應建立防雷信息檔案和監(jiān)控系統(tǒng)，及時的反饋其失效信息，以便有效的采取防范措施。
5結語
通過對避雷針（網(wǎng)）的失效分析，知道存在著早期失效、偶然失效、耗損失效而造成雷擊事故的可能性。但是只要加強設計、制造、安裝、檢測、維護、保養(yǎng)、監(jiān)控等各個環(huán)節(jié)的工作，并在有關部門或人員監(jiān)督、監(jiān)察工作到位的情況下，是能夠防止避雷針（網(wǎng)）的失效，確保其使用可靠性的。
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