随着能源需求的不断增加，石油化工行业迅速发展，大规模成品油油库的建设逐步启动，储罐的建设进入高速发展阶段。内浮顶储罐是储存甲类或乙类A类油品、航空煤油、喷气燃料以及与其性质相似的各类成品油的主要容器，在石化行业中应用较为广泛。近年来，内浮顶储罐火灾事故频繁发生，事故原因包括硫化亚铁自然、静电放电引燃等‘其中雷击主要因素之一。因此，内浮顶储罐雷击火灾的预防与控制越来越受关注。为此，通过开展内浮顶储罐雷击模拟试验，测试分析电位分布，明确储罐雷击时可能存在的危险，进而指导内浮顶储罐的安全运行。
    1内浮顶储罐结构
    内浮顶储罐由拱顶储罐内部增设浮顶而成（图1），可以有效减少油品的挥发，罐顶部的拱顶可以阻止雨水、积雪及灰尘等污染物进入罐内，保持罐内油品的清洁。储罐中内设置罐顶通气管，位置相对较高，易遭受雷击。储罐内部浮盘有浅盘式和船舱式两种结构，公称容积大于1000m³的储罐通常采用船舱式。为了泄放油品产生的静电电荷，罐顶与浮盘之间一般采用16 mm2的软铜复绞线或直径不小于1.8 mm的不锈钢线连接。浮盘四周与罐体之间采用填料式密封或舌形密封装置填充，能够有效减少油气挥发。储罐防雷引下线沿罐体四周均匀布置，间隔不超过30 m，其接地电阻值一般不大于10 Ω[3- 5]
  
    2冲击电流发生系统及测试回路 2.1冲击电流发生系统 试验用冲击电流发生系统基本原理为电容器经高压直流装置，以整流电压的方式并行充电，然后通过间隙放电产生规定波形的冲击大电流[6- 9]。冲击电流发生系统（图2）在结构上包括7个独立部分：高压整流充电装置、冲击电流发生器本体、放电架、试品柜、测量控制柜、安全放电装置及耦合去耦网络。试验中采用的冲击电流波形为8/20 μs冲击电流波[10-13]，是国际上通用雷电模拟的标准冲击电流波。
 
    2.2内浮顶储罐模拟装置 采用不锈钢材质建立内浮顶储罐模拟装置，储罐模型高约1 m，内径2 m，拱顶高约40 cm，内浮盘与罐壁之间利用密封胶条填充，内浮盘距离罐底约70 cm，浮盘与罐顶间利用导线连接（图3）
 
    2.3测试回路及测试方案 连接内浮顶储罐测试回路，罐顶b点与浮盘c点通过导线相连，浮盘与罐体采用密封橡胶隔开，罐底通 过软铜复绞线与冲击发生器的电流入端相连并接地，软铜复绞线的雷电流冲击等效阻抗为R[14- 18]，由冲击 电流发生系统产生的冲击电流从内浮顶储罐模型罐顶 A点流入（图4）。
 
    冲击电流发生器提供2～10 kA的系列冲击电流，利用多套电流传感器、高压探头、差分探头分别进行测量：测量B点与C点间的对地电位，分析雷击时罐顶及内浮盘的电位分布情况；测量导静电线BC段的电流，验证是否有雷电流从导静电线流过；测量罐顶A点与罐底E点间的电位差，分析雷击时储罐罐顶到罐 底的电位分布情况。
    3冲击电流发生系统测试结果 3.1罐顶与浮盘对地电位及导静电线电流 当雷电流从罐顶流入，经过储罐模型时，同时使用两部泰克6510探头，分别测量B点和C点的电位，然后使用person线圈测量导静电线上的电流值（表1）。结果表明：当储罐遭受雷击时，罐顶与浮盘之间的导静电线没有电流流过，罐顶与浮盘对地电位几乎一致，即浮盘与罐顶在雷击时保持等电位状态。
 
    3.2罐顶与罐底电位差及储罐等效冲击阻抗 当雷电流从罐顶流入经过储罐模型时，同时使用泰克差分探头，测量A点与E点的电位差（表2）。结果表明：罐顶与罐底存在一定电位差，但仅为几十伏，储罐等效平均冲击阻抗为2.74×10-3 Ω。
 
    3.3储罐雷击危险性分析 根据雷击储罐模型试验结果，结合内浮顶储罐的实际设计及运行情况可知，储罐在遭受雷击时存在一定特征：
    （1）雷电流流过储罐时，储罐会形成高达几十千伏，甚至上百千伏的电压，电压幅值主要取决于雷电流大小及储罐的接地电阻值。
                           U=I（Rg+Rd）≈IRd  
     式中：U为储罐雷击电位，V；I为雷电流幅值，A；Rg为储罐等效冲击阻抗，Ω； Rd为储罐接地电阻，取1～10 Ω。依表2数据，储罐等效冲击阻抗与接地阻抗相比，可以忽略不计。因此，降低接地电阻对于降低储罐雷击电位具有重要意义。
   （2）当雷电电流流过储罐时，会产生高达几十千伏的电压，对附近作业人员造成严重的跨步电压伤害。当雷电从储罐泄放时，会产生变化的电位场，越靠近储罐电位越高。若发生雷击时，工作人员两脚站立位置电位不同，则该电位差在两脚间将产生电压，并且有电流通过下肢，两脚间距离越大，跨步电压越大[19]。
   （3）储罐遭受雷击时，储罐整体处于高电位，若储罐上某根电缆与远处其他设施相连并在远处接地[20]，且该电缆在储罐处未与储罐进行等电位连接，则在a点可能产生几百千伏的电位差，引起电弧放电，发生火灾（图5）
 
    综上所述，储罐发生雷击时，在等电位连接良好的情况下，整个储罐基本处于等势状态。雷击发生时，储罐会产生较高电位，对周围作业人员造成跨步电压伤害，同时对储罐未做等电位连接的导体放电。此外，储罐接地阻抗是储罐雷击电位的主要影响因素，在设计施工时应尽可能降低储罐接地阻抗，以降低储罐雷击  电位。