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石油庫大型儲(chǔ)罐的綜合防雷

文檔作者：周毅1，趙曉剛潘仕祥2 凌建國3		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月19日
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第38卷第1期 石油工 程建設(shè) 5
l || _ 焉瀨贛囊鬟 瀨 峨穗 熏 | ||
該項(xiàng)目獲2o09年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)， 證書弩：20o9_J-24400D-2_ID4 。 一 - ll ．?
周 毅1，趙曉剛 ， 潘仕祥2，凌建國3
摘要：文章在綜合了近幾年來大型儲(chǔ)罐雷擊事故案例的基礎(chǔ)上，分析了大型儲(chǔ)罐發(fā)生雷擊事故的
主要原因和特點(diǎn)，提出了大型儲(chǔ)罐的雷電防護(hù)措施(如采用浮頂密封，改善防雷接地和等電位連接
等)，進(jìn)而探討了大型儲(chǔ)罐罐區(qū)的系統(tǒng)綜合防雷技術(shù)，該綜合防雷技術(shù)應(yīng)用于大型儲(chǔ)罐防雷實(shí)踐中，
具有實(shí)用、可靠、簡便等特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：大型儲(chǔ)罐；儲(chǔ)油罐區(qū)；綜合防雷； 系統(tǒng)工程
doi：1 0．3969／j．issn．1 001—2206．201 2。01．002
1 大型儲(chǔ)罐的雷擊事故案例
雷電仍是人類目前難以駕馭的自然現(xiàn)象，每年
雷電將會(huì)造成數(shù)以百億計(jì)的經(jīng)濟(jì)損失l1l。油罐作為
油料存儲(chǔ)的主要實(shí)體，儲(chǔ)存著大量易燃易爆油品，
一旦遭受雷擊。將造成設(shè)施設(shè)備損毀、人員財(cái)產(chǎn)損
失等災(zāi)難。如1989年8月12日，山東黃島油庫雷
擊著火，大火燃燒了104 h，造成l9人死亡，100
多人受傷，損失巨大。根據(jù)文獻(xiàn)f2]，在記載的
107例各行業(yè)各類油罐火災(zāi)中，有65例為雷電火
災(zāi)， 占總數(shù)的61％ ，其中79％ 為浮頂罐火災(zāi)。因
此雷電是引發(fā)油罐火災(zāi)的重要原因。
隨著我國石油需求的增加。石油儲(chǔ)運(yùn)事業(yè)迅速
發(fā)展，在浙江鎮(zhèn)海、舟山、山東黃島和遼寧大連等
地建立了多處國家石油戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地，形成特大容量
的儲(chǔ)罐罐區(qū)，有的大型儲(chǔ)罐單罐容量已達(dá)l0萬m 。
這些戰(zhàn)略儲(chǔ)備基地及其儲(chǔ)罐大多處于雷電多發(fā)地
區(qū)，如鎮(zhèn)海年雷暴日達(dá)47．1 d[31，防雷形勢十分嚴(yán)
峻。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，近年來大型儲(chǔ)罐雷擊著火事故常
有發(fā)生，僅在2006、2007兩年就連續(xù)在儀征輸油
站、鎮(zhèn)海國家儲(chǔ)備庫、鎮(zhèn)海煉化、白沙灣輸油站等
相繼發(fā)生了5起大型儲(chǔ)罐雷擊著火事故。
2006年8月7日，中國石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)分
公司儀征輸油站發(fā)生雷擊事故， 16 15萬m 外
浮頂鋼制儲(chǔ)罐遭雷擊，引發(fā)的大火火焰高度超過
了6 m，明火持續(xù)了大約30 min。2007年5月24
日和6月24日。鎮(zhèn)海國家儲(chǔ)備庫兩次出現(xiàn)雷擊著
火事故．47 l0萬m 外浮頂鋼制儲(chǔ)罐前后兩次遭
受雷擊，引發(fā)的油罐大火火焰高度都超過4 m，兩
次明火都持續(xù)了約10 rain。2007年7月7日，中
國石化集團(tuán)管道儲(chǔ)運(yùn)分公司白沙灣輸油站發(fā)生雷
擊事故． 3 1O萬m 外浮頂鋼制儲(chǔ)罐遭雷擊，爆
炸引燃了罐內(nèi)油品，明火持續(xù)了大約14min。2007
年6月29 El，鎮(zhèn)海煉化一座5 000 m 內(nèi)浮頂石腦
油罐遭直擊雷擊，引燃油罐呼吸1：3揮發(fā)的油氣，
并進(jìn)一步引爆儲(chǔ)罐內(nèi)浮盤上方揮發(fā)的輕質(zhì)油氣，
瞬間炸開罐頂面積的1／3，并導(dǎo)致內(nèi)浮頂失穩(wěn)，一
側(cè)陷入石腦油中。引發(fā)的油罐內(nèi)部大火持續(xù)燃燒
20 min。
上述5起大型儲(chǔ)罐雷擊起火事故雖然都被及
時(shí)撲滅，未造成重大損失，但是如果一旦有雷擊
起火不能被及時(shí)撲滅，那么將會(huì)導(dǎo)致重大安全事
故，造成人員、設(shè)備、財(cái)產(chǎn)等多方面的巨大損失
[41
。因此，做好大型儲(chǔ)罐的防雷工作，制訂好大型
儲(chǔ)罐罐區(qū)綜合防雷措施勢在必行。儲(chǔ)罐大型化的
發(fā)展趨勢及其防雷安全問題．已是擺在我們面前
亟待解決的重大技術(shù)難題。
2 大型儲(chǔ)罐遭雷擊事故案例的原因及理論分析
根據(jù)大型儲(chǔ)罐火災(zāi)事故現(xiàn)場調(diào)查的相關(guān)資料，
發(fā)現(xiàn)上述5起雷擊事故著火點(diǎn)位置都在密封圈間隙
處，發(fā)生事故的大型儲(chǔ)罐均有二次密封，且一次密
6 石油工 程建設(shè) 2012年2月
封均為機(jī)械式密封。這充分說明大型儲(chǔ)罐的一次機(jī)
械密封不嚴(yán)，存在著油氣泄漏的可能，在一、二次
密封之間和密封圈周圍將會(huì)聚集大量的可燃性爆炸
油氣，這就為雷電事故埋下了隱患。由于大型儲(chǔ)罐
罐區(qū)內(nèi)并未裝設(shè)避雷針，不能有效地防護(hù)雷電，一
旦儲(chǔ)罐或在儲(chǔ)罐附近遭受雷擊時(shí)，若罐頂金屬浮盤
和罐壁間沒有作良好的等電位跨接，在雷電的高
電壓、大電流作用下，將產(chǎn)生電弧火花或感應(yīng)電
火花。因點(diǎn)燃油蒸氣的能量極小，僅需0．25Ⅱ 51，雷
電火花會(huì)引燃油蒸氣，導(dǎo)致大型儲(chǔ)罐火災(zāi)爆炸事
故。
由雷電引起儲(chǔ)罐起火爆炸的原因一般可分為直
擊雷、感應(yīng)雷、感應(yīng)靜電勢、雷電反擊、球雷五種嘲，
而大型儲(chǔ)罐爆炸起火原因主要是直擊雷和感應(yīng)雷。
從統(tǒng)計(jì)資料分析來看，特別是由感應(yīng)雷引起的爆炸
起火事故案例尤為突出 。
金屬油罐罐頂遭受直擊雷時(shí)，雷電流通過被
擊物體時(shí)在通道上會(huì)發(fā)熱。根據(jù)焦耳定律，忽略
散熱影響，一次閃擊的雷電流在導(dǎo)體上引起的溫
升為：
△ ： ) ：
，nC
㈩
式中 △ 溫升／K：
p— — 雷電產(chǎn)生熱量／J；
m—— 通過雷電流物體的質(zhì)量／kg；
c— — 通過雷電流物體的比熱容／(J／(kg·K))；
R—— 導(dǎo)體的電阻 ；
￡—— 雷電流持續(xù)時(shí)間／ s，可取波頭時(shí)間；
．
— — 分流系數(shù)，單根引線時(shí)取1；
— — 雷電通道的雷電流，A，可取雷電峰值，
對(duì)于第一類防雷建筑取200 kAE 。
由于雷電流帶電量很大(通常為20～30 c)，
通過時(shí)間短( s)，雷擊金屬罐體時(shí)產(chǎn)生的熱量將
達(dá)到500 2 ooo kJ．對(duì)鋼質(zhì)金屬油罐雷擊瞬時(shí)溫
升可達(dá)6 000～10 000℃ ，足以熔化體積為50～
200 mm 或熔化深度為0．276～0．352 mm 的鋼材。
所以大型儲(chǔ)罐在遭受直擊雷時(shí)，雷擊點(diǎn)附近的金屬
會(huì)熔化，產(chǎn)生火花飛濺，只要在大型儲(chǔ)罐罐頂聚集
了油蒸氣，直擊雷的能量足以點(diǎn)燃油蒸氣引起儲(chǔ)罐
爆炸起火。
當(dāng)金屬油罐受直擊雷擊時(shí)，會(huì)與周圍的物體發(fā)
生雷電反擊(旁閃)。由于目前大型儲(chǔ)罐并未獨(dú)立
設(shè)置避雷針避雷，而是依靠自身罐體作為引下線通
導(dǎo)雷電流，這樣儲(chǔ)罐在巨大的瞬變雷電流通過時(shí)電
位上升極高，此高電壓引發(fā)金屬罐體和其他連接大
地的物體之間發(fā)生閃絡(luò)。可以用式(2)計(jì)算出直
擊雷擊時(shí)大型儲(chǔ)罐的電壓 ：
J
U=iRo+ + 0 (2)
o
式中 —— 雷電流峰值／kA；
尺 接地電阻／Q；
一引下線單位長度電阻／(Q／m)；
— — 距離地面高度／m；
單位長度的電感／(p~H／m)；
— — 引下線長度／m；
— — 雷電流坡度／(kAles)。
Ut
當(dāng)雷電流峰值為100 kA的中型雷[ I直擊擊閃
鋼制內(nèi)浮頂大型油罐時(shí)， 。取1．5 H／m，接地電
阻R。以lO Q計(jì)，罐體上的電阻r 相對(duì)很小可以
忽略不計(jì)， 因此一個(gè)10萬m 外浮頂鋼制儲(chǔ)罐
(罐頂部離地面20 m 處)產(chǎn)生的電勢將會(huì)高達(dá)
2 500 kV。木材、磚石、水泥等非金屬材料沿平面
方向的閃絡(luò)場強(qiáng)約為250～500 kV／m，距離大型儲(chǔ)
罐周圍lm處的場強(qiáng)約為1 750 kV／m，足以產(chǎn)生雷
電反擊。這樣不僅損害電子電器設(shè)備，而且會(huì)使各
種金屬管道帶上高電壓，造成人身事故，同時(shí)發(fā)生
的閃絡(luò)、電火花等還會(huì)引起火災(zāi)。
大型金屬儲(chǔ)罐遭受落地雷直擊，或遭受附近落
雷時(shí)，雷擊所產(chǎn)生的高峰值、高坡度的雷電流會(huì)在
儲(chǔ)罐周圍形成變化的電磁場。如果大型儲(chǔ)罐金屬突
出物間隙等電位連接不良，根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定
律，在大型儲(chǔ)罐周圍會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢 ．。
一旦產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢大于間隙的最大擊穿電壓
時(shí)，雷電將會(huì)擊穿間隙，產(chǎn)生感應(yīng)電火花，從而引
起大型儲(chǔ)罐爆炸起火。感應(yīng)電動(dòng)勢 可由式(3)
計(jì)算：
：一 >Um=扭L (3)
U
式中 _1 感應(yīng)電動(dòng)勢／kV；
M— — 互感系數(shù)／ H；
一大型儲(chǔ)罐間隙最大擊穿電壓lkV；
擊穿的氣隙距離／m；
E _一電感電壓的空氣擊穿強(qiáng)度／(kV／m)。
第38卷第1期 周 毅等：石油庫大型儲(chǔ)罐的綜合防雷 7
以一個(gè)10萬m 大型儲(chǔ)罐為例，當(dāng)100 kA 的
中型雷雷擊點(diǎn)距離油罐20 m時(shí)，取雷電閃擊電流
波形前沿為2．5 s，浮盤與罐壁密封處按邊長為5 m
金屬正方形開口環(huán)路計(jì)算，將產(chǎn)生高達(dá)9 kV的感
應(yīng)電動(dòng)勢，對(duì)干燥空氣(E ．取3 000 kV／m)，其擊
穿間隙高達(dá)3 mm；在潮濕的雷雨環(huán)境中，空氣擊
穿強(qiáng)度小，擊穿間隙將會(huì)更大。即使雷擊點(diǎn)距離油
罐200 m，感應(yīng)電勢也可高達(dá)1 kV，1 mm左右的
間隙也會(huì)被擊穿。如果浮盤與罐壁間隙、液面與罐
頂內(nèi)壁突出物間隙等未作等電位跨接，雷電將會(huì)擊
穿這些間隙，產(chǎn)生感應(yīng)電火花，從而引起儲(chǔ)罐爆炸
起火。
3 大型儲(chǔ)罐綜合防雷措施
大型儲(chǔ)罐雷擊火災(zāi)爆炸的形成條件既需滿足油
氣濃度在爆炸極限范圍內(nèi)，又需滿足點(diǎn)火源的要
求。在通常實(shí)際工作中，應(yīng)控制并減少罐內(nèi)氣體空
間體積，避免油氣在油罐局部聚集，并且力求控制
好點(diǎn)火源。具體來說，就是在大型儲(chǔ)罐罐區(qū)合理布
置避雷針系統(tǒng)，同時(shí)做好防雷接地和等電位連接，
這樣就能從根本上防止直擊雷或感應(yīng)雷所造成的危
害。
3．1 浮頂軟密封措施
目前大型油罐浮頂?shù)拿芊庖话悴捎脵C(jī)械密封。
從使用效果來看，其密封效果不理想，易在一、二
次密封間聚集大量的油氣。從防雷安全角度考慮，
對(duì)于外浮頂油罐的一次密封型式應(yīng)該采用軟密封結(jié)
構(gòu)(見圖1)替代機(jī)械密封結(jié)構(gòu)，這樣可大大降低
一
、二次密封間的可燃?xì)怏w濃度㈣。另外，軟密封
將浮盤與罐壁在油氣密集的區(qū)域內(nèi)絕緣隔離的同
時(shí)，也大大減少了金屬突出物的存在，有效地防止
了感應(yīng)電勢在油氣空間內(nèi)部放電火花的產(chǎn)生．從而
大大降低爆燃的可能性。軟密封的二次密封應(yīng)采用
導(dǎo)靜電材料，同時(shí)增加靜電導(dǎo)出片與罐壁接觸，可
有效地將雷電流導(dǎo)出。但是軟密封在使用后期密封
效果有所下降，所以要及時(shí)檢查并且更換，以增強(qiáng)
其安全性能。
3．2 防雷接地及等電位連接措施
目前大型儲(chǔ)罐防雷接地主要存在的問題是浮盤
的接地不良、泄流不暢、泄流通道阻抗過高等。根
據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[11-13]，大型儲(chǔ)罐防雷接地要求做
到：罐體基礎(chǔ)自然接地體應(yīng)與罐區(qū)接地裝置相連，
連接點(diǎn)不少于兩處，且采用耐腐蝕、導(dǎo)電性能優(yōu)良
罐壁
彈性耐腐蝕軟密封
一次密封隔板
托板
圖1 大型儲(chǔ)罐軟密封結(jié)構(gòu)不恿
的材料。接地引下線應(yīng)采用不小于4 mm×40 mm
的熱鍍鋅扁鋼，并在距離地面0-3～1．0 m之間裝設(shè)
斷接卡。斷接卡應(yīng)采用4 mm X 40 mm不銹鋼材料，
同時(shí)用2個(gè)M12的不銹鋼螺栓連接并加防松墊片
固定。
目前大型儲(chǔ)罐等電位連接主要存在的問題是儲(chǔ)
罐浮盤與罐壁之間的兩條連接導(dǎo)線在腐蝕、接觸不
良等情況下，導(dǎo)致電流導(dǎo)通不暢、阻抗增加，產(chǎn)生
電位差。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范¨12 4]，對(duì)大型儲(chǔ)罐等電
位連接要求做到：浮頂應(yīng)與罐體做等電位連接，連
接導(dǎo)線應(yīng)當(dāng)不少于2根，且每根導(dǎo)線應(yīng)選用截面積
不小于50 mm 的扁鍍錫軟銅復(fù)絞線或絕緣阻燃護(hù)
套軟銅復(fù)絞線，連接點(diǎn)處用銅接線端子及2個(gè)
M12的不銹鋼螺栓連接并加防松墊片固定；同時(shí)
宜采用可靠的方式將浮盤和罐體沿罐周做均布的等
電位連接。
大型儲(chǔ)罐除了按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行上述連接外，還應(yīng)
當(dāng)在扶梯與罐壁以及扶梯與浮盤問作等電位連接接
地。儲(chǔ)罐上的溫度液位測量裝置、信息系統(tǒng)裝置、
消防監(jiān)控系統(tǒng)裝置等也應(yīng)與罐體作等電位連接。與
罐體相接的電氣、儀表配線電氣連接應(yīng)采用金屬管
屏蔽保護(hù)。
3．3 大型儲(chǔ)罐罐區(qū)系統(tǒng)綜合防雷措施
為確保大型儲(chǔ)罐的安全，除采用上述防雷措施
外，應(yīng)當(dāng)配套使用油庫系統(tǒng)綜合防雷措施，防止雷
擊造成的危害。
所謂系統(tǒng)綜合防雷措施，就是綜合利用傳統(tǒng)防
雷設(shè)備和自主研制的專用防雷設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化匹配，
達(dá)到最佳防雷效果 1。即根據(jù)大型儲(chǔ)罐的防雷特
點(diǎn)，在儲(chǔ)罐區(qū)總平面布置圖上，建立全面與重點(diǎn)、
遠(yuǎn)引與近防、消磁與消弧、反射與吸收、疏導(dǎo)與屏
蔽相結(jié)合的多層、多級(jí)、多措施的全方位雷電預(yù)防
與防護(hù)體系。
對(duì)儲(chǔ)罐保護(hù)區(qū)域以外的雷電，利用遠(yuǎn)引避雷
8 石油,it 程建設(shè)
針，結(jié)合地形和環(huán)境在較遠(yuǎn)距離內(nèi)盡量吸引和攔截
可能進(jìn)入保護(hù)區(qū)域的雷電；對(duì)進(jìn)入保護(hù)區(qū)域的雷
電，利用自主研發(fā)的消磁}肖弧避雷針進(jìn)行綜合防
護(hù)。該消磁消弧避雷針的主要特點(diǎn)是利用其反射體
有效地反射接閃器雷電火花的電磁感應(yīng)；利用其吸
波裝置的導(dǎo)磁體有效地吸收過濾雷電流的高頻脈
沖，并將電磁感應(yīng)有效地轉(zhuǎn)換成渦流；利用其無感
抑浪裝置減小雷電電磁感應(yīng)產(chǎn)生的峰值電流；通過
防雷專用電纜疏導(dǎo)強(qiáng)大的雷電流，同時(shí)屏蔽雷擊電
流所產(chǎn)生的電磁感應(yīng)和閃絡(luò) 。這樣既可以避免大
型儲(chǔ)罐遭受直擊雷，又可以防止感應(yīng)雷所產(chǎn)生的感
應(yīng)電動(dòng)勢對(duì)大型儲(chǔ)罐帶來的危害，同時(shí)還可以消去
雷電所產(chǎn)生的電磁脈沖、沖擊電壓等，保護(hù)了儲(chǔ)油
罐區(qū)儀表、消防監(jiān)控系統(tǒng)等精密弱電磁設(shè)備，使之
不會(huì)因雷擊而損壞
4 系統(tǒng)綜合防雷在重慶市601油庫中的應(yīng)用
重慶市601油庫工程總儲(chǔ)油量1O．4萬rn，．屬
一級(jí)大型石油庫，年平均雷暴日40．1 d。屬雷電多
發(fā)區(qū)。該油庫二期建成8座1萬ITI 立式內(nèi)浮頂鋼
制油罐，油罐高度為19．4 mm，油罐直徑為28．8 m。
目前對(duì)這8座儲(chǔ)罐應(yīng)用了系統(tǒng)綜合防雷技術(shù)，
在距離儲(chǔ)罐區(qū)防火堤5m處，架設(shè)自主研制的專用消
磁消弧避雷針8套，做獨(dú)立接地，接地電阻≤10Q，
同時(shí)作環(huán)形地網(wǎng)，以確保各獨(dú)立避雷針接地系統(tǒng)等
電位。每套避雷針對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行一級(jí)保護(hù)，其架設(shè)有
效高度為28 m，利用滾球法可計(jì)算出其有效保護(hù)
半徑為29．93 1TI，能夠很好地滿足儲(chǔ)油罐區(qū)的雷電
防護(hù)要求(見圖2)。
注： 1～8為避雷針；Bo為建筑物。
圖2 重慶601油庫儲(chǔ)油罐區(qū)消磁消弧避雷針平面布置示意
根據(jù)避雷針對(duì)儲(chǔ)油罐的保護(hù)級(jí)別和避雷針的有
效保護(hù)半徑，針對(duì)每個(gè)儲(chǔ)油罐的相對(duì)地理位置，通
過自主研制的系統(tǒng)綜合防雷數(shù)字仿真軟件進(jìn)行分
析，在油庫總平面圖上合理地布置消磁消弧避雷
針，使其既滿足各個(gè)儲(chǔ)油罐雷電防護(hù)的需要，又做
到統(tǒng)籌優(yōu)化，達(dá)到經(jīng)濟(jì)高效的目的(見圖3)。
圖3 重厭601油厙儲(chǔ)油罐區(qū)消磁消弧避雷針保護(hù)范圍數(shù)字仿真
系統(tǒng)綜合防雷技術(shù)具有穩(wěn)定實(shí)用、安全可靠等
特點(diǎn)，將其應(yīng)用于重慶601油庫，徹底解決了油庫
的雷電安全防護(hù)問題。自2008年投入使用以來再
也沒有發(fā)生任何雷擊安全事故。
三期即將建成的4座lO萬ms大型儲(chǔ)罐，其高
度約21 m、直徑約90 m．由于尺寸大，在系統(tǒng)綜
合防雷時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦黾颖芾揍樇茉O(shè)高度或建造
避雷塔，在大型儲(chǔ)罐保護(hù)區(qū)域外建立起遠(yuǎn)引避雷針
系統(tǒng)，在保護(hù)區(qū)域內(nèi)合理地確定消磁消弧避雷針的
架設(shè)位置。對(duì)大型儲(chǔ)罐罐區(qū)建立起高、中、低多層
次雷電保護(hù)，通過濾波裝置、吸波裝置和無感應(yīng)抑
浪裝置等建立起堤壩式的多級(jí)浪涌保護(hù)，同時(shí)在技
術(shù)、管理、操作等層面上建立起多措施全方位雷電
防護(hù)。
5 結(jié)論
綜上所述，應(yīng)用系統(tǒng)工程原理對(duì)大型儲(chǔ)罐
雷電安全防護(hù)工作進(jìn)行綜合治理， 根據(jù)大型儲(chǔ)
罐的雷擊特點(diǎn)采取相應(yīng)防雷措施， 以達(dá)到安全
實(shí)用、穩(wěn)定可靠的目的。在大型儲(chǔ)罐雷電防護(hù)
實(shí)際工作中， 宜采用軟密封以減少油氣泄漏，
同時(shí)做好防雷接地和電氣連接等措施，避免直
擊雷或感應(yīng)雷所帶來的損害。在大型儲(chǔ)罐罐區(qū)
應(yīng)當(dāng)配套采用油庫系統(tǒng)綜合防雷措施，在罐區(qū)
總平面布置圖上合理布置消磁消弧避雷針系統(tǒng)，
建立全面與重點(diǎn)、遠(yuǎn)引與近防、消磁與消弧、
反射與吸收、疏導(dǎo)與屏蔽相結(jié)合的多層、多級(jí)、
多措施的全方位雷電預(yù)防與防護(hù)體系。從該防
雷系統(tǒng)在重慶601油庫應(yīng)用實(shí)踐來看， 其防雷
措施科學(xué)可行， 防雷效果好；從經(jīng)濟(jì)效益看，
該系統(tǒng)經(jīng)過2年的實(shí)際使用， 減少了油庫以往
每年因雷擊造成的直接經(jīng)濟(jì)損失近60萬元，實(shí)
現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益的有機(jī)統(tǒng)一，具有十分廣
闊的應(yīng)用前景。
第38卷第1期 石油,it {jf建設(shè) 9
蟹黧鞘 驥
王永虎
(中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司華北分公司，河北任丘062550)
摘 要：采用大型有限元軟件ANSYS 8．0，運(yùn)用不同建模方法對(duì)無筋砌體墻進(jìn)行了計(jì)算分析，并將
結(jié)果與原型試件進(jìn)行對(duì)比。計(jì)算結(jié)果表明，只要建模適當(dāng)，采用分層整體式模型能更有效地分析無
筋砌體墻受力性能，從而為無筋砌體結(jié)構(gòu)有限元分析找到一種新的數(shù)值模擬方法。
關(guān)鍵詞：分層整體式模型；無筋砌體墻；有限元
doi：l0．3969／j．issn．1001-2206．2012．01．003
0 引言
砌體是由塊體和砂漿組成的復(fù)合材料，這兩種
材料的屬性與受力性能相差懸殊，導(dǎo)致砌體這種復(fù)合
材料在荷載作用下表現(xiàn)出錯(cuò)綜復(fù)雜的性質(zhì)。運(yùn)用有限
元分析手段能夠幫助我們深入研究砌體的受力性能。
現(xiàn)階段對(duì)砌體進(jìn)行有限元分析常用兩類模型：
分離模型和整體連續(xù)體模型”?？傮w來說，分離模
型可以模擬砌塊和砂漿之間的作用和砌體破壞機(jī)
理，適用于模擬小型試驗(yàn)砌體的破壞行為，但計(jì)算
量大，建模煩瑣；整體連續(xù)體模型適于分析大規(guī)模
的墻體，但對(duì)于詳細(xì)的應(yīng)力分析和了解砌體多樣的
失效機(jī)理卻顯得不足。
本文分別采用兩種不同的方法建立墻體的有限
元模型。一種采用較為成熟的整體模型，將砌體墻看
作各向同性的均質(zhì)整體，直接采用砌體的材料參數(shù)；
另一種是考慮到砌體抗剪性能主要受水平灰縫砂漿的
影響，可以忽略豎向灰縫砂漿的影響。本文提出一種
探索性的建模方式，即建立接觸單元來模擬水平灰縫
砂漿的作用，以此模擬墻體破壞時(shí)的剪切滑移，暫命
名為分層式整體模型。利用大型有限元分析軟件
ANSYS 8．0對(duì)無筋砌體墻的受力性能進(jìn)行計(jì)算分析，
并與原型試件進(jìn)行對(duì)比分析，試圖為該類構(gòu)件受力
性能的分析尋找一個(gè)有效的數(shù)值模擬方法。
1 原型試件簡介
選文獻(xiàn)[2】中的對(duì)比試件GW0為原型，為敘
述方便，本文將其命名為MW一1。試件為1 000 mm
。十。十 ‘—+_“—十一?！??！?—+一“— -—。●一?！??！灰弧?-?！?_-—+一-+ -+ -+ 一+ -+ -+ -+ -+ 一+ -+ *+ -+ -+ -+ -+ -+ -+ 一+ -+ -+ -+ 一+ -+ -+ 一+ -+ -+ -+ -+ 一+ 一+ ·
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作者簡介：周 毅(1986
學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)碩士研究生
方向的研究。
)， 男， 四川樂山人，后勤工程
從事油氣儲(chǔ)運(yùn)技術(shù)及儲(chǔ)運(yùn)安全
收稿日期：2011-02—26：修回日期：2011-11-16

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