摘要 應(yīng)用可靠性技術(shù)于安全生產(chǎn)技術(shù)管理之中，按照應(yīng)力、疲勞、銹蝕、腐蝕等失效原理，結(jié)合由于雷擊所造成的具體事故實(shí)例，對避雷針（網(wǎng)）進(jìn)行的失效分析、同時(shí)，從“人-機(jī)-環(huán)境”本質(zhì)安全化
關(guān)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(shí)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(zāi)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(shí)8分引起一場大火，燒毀電視機(jī)、電風(fēng)扇、洗衣機(jī)、收錄機(jī)等物資，直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)416.9萬元。在1990年7月31日凌晨4時(shí)25分，本廠6號(hào)廠房遭受雷擊，其中3個(gè)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(guān)報(bào)導(dǎo)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(yīng)用可靠技術(shù)進(jìn)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(jì)損失，而且造成廠房、設(shè)備的破壞，影響生產(chǎn)工作的正常進(jìn)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(hào)貯油罐的避雷失效，由雷電引起的重大火災(zāi)爆炸傷亡事故。該油庫前后共燃燒104個(gè)小時(shí)，直接經(jīng)濟(jì)損失3500萬元，造成黃島油庫職工死亡5名，還有12人受傷。當(dāng)時(shí)消防隊(duì)出動(dòng)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(jì)損失和傷亡事故的情況，對避雷針（網(wǎng)）進(jìn)行失效分析是必要的。
3 失效分析
一般來說，失效分析是預(yù)測和預(yù)防災(zāi)害，從失敗入手，著眼于成功的學(xué)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(yīng)用失效學(xué)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(yīng)
失效的效應(yīng)嚴(yán)重等級(jí)的劃分，應(yīng)綜合考慮性能、費(fèi)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(wù)完成、經(jīng)濟(jì)損失、風(fēng)險(xiǎn)程度等方面的綜合影響。下表是常用的“失效效應(yīng)嚴(yán)重程度等級(jí)劃分表”。
表1 失效效應(yīng)嚴(yán)重等級(jí)劃分表、
見圖
3.%202壽命浴盆曲線
在現(xiàn)行的防雷設(shè)計(jì)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(yán)格的規(guī)定，筆者認(rèn)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(yùn)用“壽命浴盆曲線”對避雷針（網(wǎng)）進(jìn)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(jìn)行，結(jié)合具體的雷擊事故實(shí)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(shè)計(jì)、制造、安裝中存在的缺陷，以及后來其它裝置、設(shè)施安裝時(shí)，沒有考慮避雷問題而造成的?？傊窃诒芾揍槪ňW(wǎng)）沒有使用多長時(shí)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(hào)廠房系熱處理工段，由于其上方的避雷針位置安裝不當(dāng)，且接閃器的高度不夠，因此避雷的履蓋面達(dá)不到防雷技術(shù)的要求，導(dǎo)致廠房屋外配電線路落雷，造成廠房內(nèi)的3個(gè)配電柜嚴(yán)重?fù)p壞，整個(gè)工段被迫停產(chǎn)7天。其配電柜被雷擊時(shí)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(rèn)真的進(jìn)行管理，既不進(jìn)行定期檢測，也不進(jìn)行日常的檢查工作，更不進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)、修理工作。對于其存在的不安全因素缺乏及時(shí)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(jī)失效）。
例如：前述的四川省廣元市五交化工采購供應(yīng)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(gè)月，該倉庫保管員向領(lǐng)導(dǎo)反映多次，沒有引起領(lǐng)導(dǎo)的重視，更沒有整改這個(gè)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(jī)3474臺(tái)、收錄機(jī)2756部、電風(fēng)扇4144臺(tái)、洗衣機(jī)716臺(tái)，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(shí)，也形成了雷擊事故的隱患或不安全因素。
例如：黃島油5號(hào)貯油罐的避雷網(wǎng)，由于較長時(shí)間的使用，并且年久失修，其預(yù)制板的裂縫和保護(hù)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(bào)道：“5號(hào)罐體上鋼筋及金屬部件的電氣連接外，不可靠處很多”。應(yīng)用可靠性技術(shù)分析，存在事故隱患如下：
①連接不合理
在黃島油庫火災(zāi)中，先后燃燒爆炸了5個(gè)貯油罐（總?cè)萘繛?600立方米），首先燃燒爆炸的是半地下式5號(hào)貯油罐，系非金屬混凝土油罐。其頂部設(shè)有避雷網(wǎng)，據(jù)有關(guān)部門調(diào)查了解，在裝設(shè)避雷風(fēng)時(shí)，該貯油罐正處于使用狀態(tài)，從消防安全考慮不能進(jìn)行動(dòng)火焊接，因此個(gè)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(hào)貯油罐埋下了雷擊事故的隱患。
②疲勞縫隙
5號(hào)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(yīng)的作用下，自然的發(fā)生熱脹冷縮物理現(xiàn)象，在較長時(shí)間的反復(fù)循環(huán)應(yīng)力作用下，使之網(wǎng)格的連接處出現(xiàn)了嚴(yán)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(dǎo)電性，當(dāng)導(dǎo)電電阻超過了0.03歐姆的規(guī)定值，也就形成了遭受“感應(yīng)雷擊”的不安全因素。
③銹蝕松脫
黃島油庫5號(hào)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(xì)鐵絲”纏繞為一體，在長期的風(fēng)吹、日曬、雨淋的情況下，由于氧化銹蝕，細(xì)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(yīng)和電磁效應(yīng)的作用下，即成為放電間隙。
總之，從火災(zāi)發(fā)生的“三要素”來分析，從8月12日的凌晨2時(shí)至9時(shí)55分起火時(shí)，5號(hào)貯油罐都在處于進(jìn)油的工作狀態(tài)，先后共灌入了15000立方米的石油。那么，相應(yīng)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(shí)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(shí)產(chǎn)生了感應(yīng)火花放電，一場特大火災(zāi)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(jī)-環(huán)境”系統(tǒng)本質(zhì)安全化入手，運(yùn)用控制事故的原理，監(jiān)控和保持其使用可靠性，應(yīng)采取以下措施和對策。
4.%201對于防雷針（網(wǎng)）的設(shè)計(jì)，應(yīng)按國標(biāo)GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行。對于石油化工行業(yè)的防雷裝置，應(yīng)按GB1599-95《石油與石油設(shè)施雷電安全規(guī)范》進(jìn)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(yīng)按工藝規(guī)程和技術(shù)規(guī)范進(jìn)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(dá)到技術(shù)要求，并應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收工作。防止其偶然失效。
4.3定期檢驗(yàn)避雷針（網(wǎng)）時(shí)，應(yīng)按《避雷裝置檢測項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行技術(shù)檢測，不能只測量一下接地電阻合格，就片面的認(rèn)定整個(gè)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(hù)范圍（保護(hù)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(shí)所產(chǎn)生的雷電反擊。因此，每年應(yīng)對避雷針（網(wǎng)）附近的樹木進(jìn)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(fēng)帽、放散管、架設(shè)的金屬裝置等），如果超出避雷針（網(wǎng)）的保護(hù)范圍，易使避雷針（網(wǎng)）失效而成為引雷物。這個(gè)問題在檢驗(yàn)時(shí)也不容忽視。
4.6在獨(dú)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(dú)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(huì)導(dǎo)致火災(zāi)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(yīng)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(jī)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(yīng)加鋼管或竹筒的保護(hù)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(yīng)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(yīng)建立防雷信息檔案和監(jiān)控系統(tǒng)，及時(shí)的反饋其失效信息，以便有效的采取防范措施。
5結(jié)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(qiáng)設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢測、維護(hù)、保養(yǎng)、監(jiān)控等各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，并在有關(guān)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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