一种用于模拟铝拱顶储罐直击雷测试的方法与流程

本发明涉及石油化工雷电防护，具体涉及一种用于模拟铝拱顶储罐直击雷测试的方法。

背景技术：

1、储罐作为能源领域首选的储存设备，大部分设置于地表以上。直击雷防护装置对于储罐罐顶的防雷击保护机器重要，当储罐罐顶无直击雷防护装置时，雷电可以直接作用于无直击雷防护装置的储罐罐顶，击穿储罐罐顶的金属钢板，也可以直接穿过储罐顶部的直击雷防护装置击中储罐罐顶。

2、国内外的相关学者对储罐罐顶的直击雷防护装置进行了研究，但是对于拱顶储罐的铝蒙皮厚度，国内外学者存在不同的看法。美国石油协会api公开的《welded tanks foroil strorage》中建议将储罐拱顶的铝蒙皮板厚度设置为1.2mm，但gb/t 21714.3-2015关于雷电防护的《建筑物的物理损坏和生命危险》中则认为为了防止储罐罐顶被雷电击穿，需要保证储罐罐顶铝合金板材的最下厚度为7mm。接闪杆作为雷电防护中最可靠的保护方法，在储罐罐顶设置接闪杆接闪既能够有效避免铝拱顶储罐遭受雷击，也有效解决了国内外对于储罐罐顶设置铝蒙皮板厚度标准不统一的问题。

3、利用接闪杆作为雷电防护装置应用于大型储罐上进行接闪已成为储罐罐顶防雷击的主要手段。发明专利cn 108629493 a中公开了一种储罐雷击事故风险分析方法、系统及存储介质，通过实时获取预设储罐区域的大气平均电场和闪电的空间位置，根据当前时间获取的大气平均电场和闪电的空间位置，确定当前时间闪电发生的概率，根据储罐的平面布局信息进行雷击的模拟实验，确定储罐的闪电捕获概率，根据各部分储罐罐壁钢板的厚度、各部分储罐的暴露面积及储罐总暴露面积，确定储罐罐壁的总击穿概率，根据各层防护屏障的通用失效概率，确定最终的防护屏障失效的概率，根据获取的所述当前时间闪电发生的概率、所述储罐的闪电捕获概率、所述储罐罐壁的总击穿概率及最终的防护屏障失效的概率确定当前时间发生储罐雷击事故的概率，解决了风险分析的结果不准确的问题。实用新型专利cn 211428579 u中公开了一种室外液化气体储罐防雷击装置，该室外液化气体储罐防雷击装置包括底座、z形板、盖板和连接销，所述底座的上表面四角均固接有z形板，多个所述z形板的顶端设有盖板，所述盖板的四角通过连接销与z形板螺纹连接，所述盖板的顶端安装有调节机构。该室外液化气体储罐防雷击装置，通过u形板、滑座、螺纹销和安装板等的配合使用，增加避雷针的安装范围，从而提高整体机构的实用性，通过拉杆、挡板、插杆、护板、弹簧和卡板等的配合使用，防止外力造成储罐的损坏，增加储罐的安全性，有利于推广使用，通过连板、横板、竖杆、卡环等的配合使用，方便对护板的拆卸，大大满足室外液化气体储罐对防雷击装置的使用需求。实用新型专利cn 214778230 u中公开了一种原油储罐防静电雷击装置，该原油储罐防静电雷击装置包括储罐本体、栏杆、第一套筒和活动槽，所述储罐本体的上表面固定连接有罐顶，所述第一套筒的上表面固定连接有第二套筒，所述第二套筒的内部滑动连接有针体，所述储罐本体的外表面旋转连接有进罐盖，所述进罐盖的外表面呈螺纹装，所述进罐盖的外表面螺纹连接有旋转轮，所述旋转轮的内部固定连接有第二仓套，所述第二仓套的内部活动连接有连接杆，所述连接杆连接有第一仓套，所述连接杆的一端活动连接第二仓套。本实用新型当对内部进行维修时，方便进入储罐的内部进行维修，同时将储罐的上方连接避雷针，可以防止打雷闪电对储罐造成损坏。

4、综上可得，现有技术中基本上都是利用滚球法确定铝拱顶储罐罐顶防雷击装置中接闪杆的保护范围，无法根据指定的抗雷击目标值精确确定铝拱顶储罐罐顶防雷击装置的保护范围，且无法实现对铝拱顶储罐罐顶防雷击装置保护范围的定量计算。因此，亟需提出一种用于模拟铝拱顶储罐直击雷测试的方法，通过模拟精确确定铝拱顶储罐防雷击装置的保护范围，为铝拱顶储罐罐顶防雷击装置的设置提供依据。

技术实现思路

1、针对现有技术无法准确获取铝拱顶储罐罐顶防雷击装置保护范围的现状，本发明提出了一种用于模拟铝拱顶储罐直击雷测试的方法，利用电力系统分析软件构建直击雷防护模拟测试模型，模拟直击雷对铝拱顶储罐罐顶的雷击过程，实现了对不同幅值直击雷冲击下直击雷防护装置对铝拱顶储罐罐顶雷击防护效果的准确获取，为铝拱顶储罐罐顶直击雷防护装置的设计提供了依据。

2、本发明具体采用如下技术方案：

3、一种用于模拟铝拱顶储罐直击雷测试的方法，具体包括以下步骤：

4、步骤1，根据铝拱顶储罐的设计资料，利用电力系统分析软件构建铝拱顶储罐仿真模型；

5、步骤2，根据铝拱顶储罐的设计资料，确定设置于铝拱顶储罐罐顶处直击雷防护装置的设计参数，在铝拱顶储罐仿真模型上构建直击雷防护装置仿真模型，并对直击雷防护装置仿真模型中所有的金属导体进行编号，形成直击雷防护模拟测试模型；

6、步骤3，根据铝拱顶储罐抗直击雷的目标强度设置直击雷的模拟参数，向直击雷防护模拟测试模型施加直击雷进行直击雷模拟冲击试验，模拟直击雷作用下直击雷防护装置对于铝拱顶储罐罐顶的防护过程，获取直击雷防护装置仿真模型中未保护金属导体的数量，并根据直击雷防护装置仿真模型中未保护金属导体的数量，判断直击雷防护装置的保护效果；

7、若直击雷防护装置仿真模型中未保护金属导体的数量为零，则表示铝拱顶储罐仿真模型的所有区域均在直击雷防护装置的保护下，直击雷防护装置的保护效果好，进入步骤5；若直击雷防护装置仿真模型中未保护金属导体的数量非零，则表示铝拱顶储罐仿真模型的存在未在直击雷防护装置保护下的区域，直击雷防护装置的保护效果差，进入步骤4；

8、步骤4，获取未保护导体的编号，根据未保护导体的编号确定铝拱顶储罐仿真模型未被直击雷防护装置仿真模型保护的区域，调整直击雷防护装置的设计参数，根据修改后直击雷防护装置的设计参数，重新在铝拱顶储罐仿真模型上构建直击雷防护装置仿真模型，形成新的直击雷防护模拟测试模型，返回步骤3；

9、步骤5，输出直击雷防护模拟测试模型中直击雷防护装置仿真模型的设计参数，得到铝拱顶储罐最优的直击雷防护装置设计方案。

10、优选地，所述步骤1中，电力系统分析软件为cdegs软件。

11、优选地，所述步骤1中，铝拱顶储罐的设计资料包括铝拱顶储罐的直径、储罐高度、铝拱顶高度、铝拱顶板材厚度和直击雷防护装置设计参数。

12、优选地，所述步骤2中，直击雷防护装置包括接闪杆、接闪带和接闪网。

13、优选地，若直击雷防护装置设置为接闪杆，则直击雷防护装置的设计参数包括接闪杆的长度、安装位置、攻丝深度和材质；若直击雷防护装置设置为接闪带，则直击雷防护装置的设计参数包括接闪带中各接闪杆的安装位置、长度、材质以及接闪线的安装位置、垂度、材质；若直击雷防护装置设置为接闪网，则直击雷防护装置的设计参数包括接闪网中各接闪杆的安装位置、长度、材质以及各接闪线的安装位置、垂度、材质。

14、优选地，所述步骤2中，直击雷防护装置仿真模型包括接闪杆仿真模型、接闪带仿真模型和接闪网仿真模型。

15、优选地，所述接闪杆仿真模型的顶端设置为金属导体尖端，底端设置呈螺纹状。

16、优选地，所述接闪带仿真模型包括多个接闪杆仿真模型和单根接闪线仿真模型，接闪线仿真模型设置为金属导线，接闪线依次固定在各接闪杆仿真模型的同一高度处，用于连接各接闪杆仿真模型。

17、优选地，所述接闪线仿真模型固定在靠近接闪杆仿真模型的金属导体尖端一侧。所述接闪线距离接闪杆仿真模型金属导体尖端的距离为整个接闪杆仿真模型长度的十分之一。

18、优选地，所述接闪网仿真模型内设置有多个接闪带仿真模型，各接闪带仿真模型共用接闪杆仿真模型，多根接闪线仿真模型分别设置在接闪杆仿真模型的不同高度处，各接闪线仿真模型依次固定在接闪杆仿真模型的不同高度处，将各接闪杆仿真模型相连接形成接闪网仿真模型。

19、优选地，所述步骤3中，所述直击雷的模拟参数包括直击雷的强度和雷电流波形参数。

20、优选地，所述雷电流波形参数设置为8/20μs或10/350μs或250/2500μs或1.2/50μs。

21、本发明具有的有益效果是：

22、本发明利用电力系统分析软件构建直击雷防护模拟测试模型，模拟直击雷对铝拱顶储罐罐顶的雷击过程，实现了对不同幅值直击雷冲击下直击雷防护装置对铝拱顶储罐罐顶雷击防护效果的准确获取，并及时对铝拱顶储罐罐顶直击雷防护装置设计方案进行调整，有利于保证铝拱顶储罐罐顶直击雷防护装置的防护效果，为铝拱顶储罐罐顶直击雷防护装置的设计提供了依据。