فنی و مهندسی بتانیرو

حفاظت مخازن و سایت های نفتی در برابر صاعقه
حفاظت مخازن نفتی در برابر صاعقه یکی از اقدامات حیاتی برای کاهش خطر آتش‌سوزی و انفجار در این زیرساخت‌ها است. این مخازن، اغلب به‌صورت عمودی ساخته شده و سقف متحرکی دارند که روی سطح مایع قرار می‌گیرد.

این طراحی باعث کاهش تبخیر مایعات نفتی و جلوگیری از هدررفت آن‌ها می‌شود و همچنین مانع تجمع بخار قابل اشتعال در بالای سطح سیال می‌گردد. با این حال، نقطه ضعف مهم این مخازن، غرق شدن پس از سوراخ شدن سقف است.

یکی از عوامل اصلی آتش‌سوزی و انفجار مخازن، وقوع صاعقه است که می‌تواند مستقیم یا غیرمستقیم به مخزن اصابت کند. برای مقابله با این خطرات، باید به بررسی ریسک‌ها و نحوه برخورد صاعقه به مخزن پرداخت.

۱- اصابت مستقیم صاعقه به مخزن:

وقوع صاعقه در بالاترین نقاط عمودی مخزن رخ می‌دهد، از جمله لبه‌های مخزن، دریچه‌ها، نرده‌ها، پایه چراغ‌ها یا سقف.

جریان حاصل از صاعقه به نسبت امپدانس مسیرهای تخلیه تقسیم ‌می‌شود و انرژی را کاهش می‌دهد؛ اما حضور فاصله‌های هوایی و شیارهای موجود، ممکن است سبب ایجاد جرقه‌های خطرناک شود.

۱-۱ برخورد به قسمت بالایی پوسته:

در این حالت، جریان صاعقه از سقف شناور و لبه‌های درزبندی اطراف سقف عبور می‌کند.

۱-۲ برخورد به سقف مخزن:

- جریان از سقف شناور، لبه‌های درزبندی و بخش‌های اتصال‌دهنده بین سقف و بدنه (مانند شنت) در تمام جهات عبور می‌کند.

- این وضعیت زمانی رخ می‌دهد که سطح سقف شناور بالا باشد.

۲- اصابت غیرمستقیم صاعقه به مخزن:

در چنین شرایطی، صاعقه در نزدیکی مخزن اتفاق می‌افتد و بخشی از جریان به پوسته خارجی مخزن وارد شده و از طریق بخش‌های دیگر پوسته به زمین تخلیه می‌شود. وجود ناپیوستگی‌های الکتریکی در این مسیر می‌تواند موجب ایجاد جرقه‌های خطرناک گردد.

۲-۱ عبور جریان از بدنه، سقف شناور و زمین:

دقت در طراحی روش‌های اتصال الکتریکی بین بخش‌های مختلف این سیستم بسیار اهمیت دارد.

روش‌های اتصال الکتریکی (همبندی):

۱. شنت (اتصال موازی):

استفاده از یک هادی کوتاه برای اتصال سقف به بدنه.

۲. هادی فرعی (بای‌پس):

کابل‌هایی که ارتباط مستقیم بین سقف شناور و پوسته مخزن ایجاد می‌کنند. آزمایش استاندارد API نشان داده است که شنت‌ها تحت هر شرایطی قوس الکتریکی ایجاد می‌کنند، حتی اگر تمیز، زنگ‌زده یا نوسازی شده باشند. بنابراین استفاده مناسب از هادی فرعی (بای‌پس) مخصوصاً در مواقعی که ارتفاع سقف زیاد باشد توصیه می‌شود.

توصیه‌های استاندارد API RP 545 برای حفاظت از مخازن:

۱. نصب شنت‌های غوطه‌ور با فاصله ۳ متر در اطراف سقف مخازن.

۲. غوطه‌ور کردن شنت‌ها در مایع داخل مخزن به عمق حداقل یک فوت.

۳. عایق‌سازی تمامی قطعات سقف با هدف انتقال جریان صاعقه به شنت‌ها و هادی بای‌پس.

- سطح عایقی پیشنهادی حداقل ۱kV است.

۴. نصب هادی بای‌پس با فاصله حدود هر ۳۰ متر در اطراف محیط سقف.

- هادی‌ها باید کوتاه و به‌‌طور مساوی توزیع شوند.

- مقاومت نقطه ابتدایی و انتهایی هادی بای‌پس باید حداکثر ۰٫۰۳ اهم باشد.

بررسی فنی شنت‌های غوطه‌ور:

۱. انتقال جریان صاعقه:

شنت‌ها برای انتقال مولفه سریع و متوسط جریان صاعقه مورد استفاده قرار می‌گیرند؛ با این حال قوس الکتریکی میان شنت و بدنه تنها زمانی خطرناک است که بخار قابل اشتعال وجود داشته باشد.

۲. چالش‌های طراحی:
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.