Schutz vor Blitzen und Gegenmaßnahmen

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Dieser Beitrag wurde zuletzt von yinkuilin6868 am 17.05.2016 um 15:12 bearbeitet. Am 23. Mai 2007 starben 7 Schüler der Grundschule in dem Dorf Xingye in der Stadt Yihe, Bezirk Kai, in Chongqing, nachdem sie vom Blitz getroffen worden waren. Zudem wurden mehr als 30 Schüler verletzt. Dieser tragische Unfall erregte die Aufmerksamkeit der ganzen Gesellschaft. Mit dem Kommen des Sommers nehmen die Gewitter zunehmend zu, was negative Auswirkungen auf die Arbeitsumgebung und die Arbeitsbedingungen hat und leicht zu verschiedenen Unfallarten führen kann. In den letzten Jahren gab es aufgrund von Blitzeinschlägen immer wieder Brände und Explosionen in petrochemischen Anlagen. Dadurch entstanden enorme Schäden an Menschenleben und Eigentum. Daher ist eine gute Blitzschutzmaßnahme ebenfalls eine wichtige Maßnahme für die sichere Produktion in Unternehmen und verdient besondere Aufmerksamkeit. In dieser Sonderausgabe werden die Ursachen und Schäden durch Blitze sowie die Arten und Eigenschaften von Blitzen analysiert. Unter Berücksichtigung der Besonderheiten von Petrochemieunternehmen werden Schutzmaßnahmen gegen Blitze für Produktionsanlagen, Lagerbehälter sowie den Menschen vorgeschlagen. Unfallbeispiele ● Am 12. August 1989, um 9:55 Uhr, explodierte in dem alten Tanklager der Huangdao-Ölraffinerie der Shengli-Öltransportgesellschaft, die zur China National Petroleum and Natural Gas Corporation gehört, ein Betontank mit einer Kapazität von 23.000 Kubikmetern Rohöl. Das Feuer brannte insgesamt 104 Stunden lang und zerstörte mehr als 40.000 Kubikmeter Rohöl. Die Anlagen im alten Tanklager sowie in der Produktionszone, die eine Fläche von 250 Mu einnahmen, wurden vollständig zerstört. Durch diesen Unfall entstanden direkte wirtschaftliche Verluste in Höhe von 35,4 Millionen Yuan. Bei den Löscharbeiten und Rettungsaktionen wurden 10 Feuerwehrfahrzeuge zerstört, 19 Menschen kamen ums Leben und mehr als 100 Menschen wurden verletzt. Dabei kamen 14 Mitglieder der Feuerwehr ums Leben, 85 wurden verletzt. Die unmittelbare Ursache des Unfalls lag in den Defekten des nichtmetallischen Öltanks selbst, wodurch durch einen Funken, der durch einen Minenanschlag entstand, das Öl und Gas in Brand gerieten. ● Am 13. Juli 1998, um 16:10 Uhr, wurde das Ölterminal der Petroleum Corporation in Huangpi County, Wuhan, direkt von einem Blitz getroffen. Dadurch explodierte der Tank Nummer 4 im Lagerbereich. Infolgedessen verbrannten 125 Tonnen Diesel sowie ein Tank mit einem Fassungsvermögen von 1000 m³. Es entstand ein erheblicher wirtschaftlicher Schaden. ● Am 4. April 2006 explodierte der Toluol-Tank Nummer 1 bei der Nanjing Huajing Chemical Co., Ltd. aufgrund eines Blitzschlags. Dadurch wurde das Dach des Tanks zerstört, und Leitungen sowie Sprühanlagen wurden beschädigt. Glücklicherweise gab es keine Verletzten, der direkte wirtschaftliche Schaden betrug fast 70.000 Yuan. Der Grund für diesen Unfall war eine unzureichende Investition in die Sicherheit durch das Unternehmen, Mängel in der Verwaltung sowie bestehende Unfallgefahren. Diese Anlage wurde bereits seit 4 Monaten nicht mehr auf ihre Entladungs- und Antistatikanlagen überprüft bzw. gewartet (die letzte Überprüfung fand im Mai 2005 statt). Der gesamte Speicherbehälter, insbesondere die Schweißstellen zwischen dem Behälterdach und dem Behälterkörper, sind stark verrostet. Die Anschlüsse für das Abluftventil sowie die Löcher zur Lichtzufuhr sind aufgrund der starken Rostbildung nicht mehr funktionsfähig – es besteht somit keine elektrische Verbindung mehr. Dadurch kann es leicht zu Entladungen kommen, die wiederum Brände auslösen können ； Von den ursprünglich drei Entladungsleitungen des Tanks zur Abschirmung vor Blitzen und statischer Elektrizität sind bereits zwei verrostet und zerstört – sie können somit die Anforderungen an eine schnelle Freisetzung großer Ströme nicht erfüllen. Wie können Petrochemieunternehmen eine effektive Blitzschutzmaßnahme umsetzen? 1 Ursachen und Schäden durch Blitze 1. Im Grunde handelt es sich bei Blitzen um ein extremes Phänomen der elektrischen Entladung in geladenen Wolken in der Natur. Die Entstehung von Blitzen wird hauptsächlich durch die Bildung geladener Wolken in der Luft verursacht. Es gibt verschiedene Gründe für die Entstehung solcher geladenen Wolken. Der wichtigste Grund ist, dass die Wolkentröpfchen in der Luft abkühlen und dadurch elektrisch geladen werden. Dabei ist die Unterseite der Wolke negativ geladen, während die Oberseite positiv geladen ist. Wenn sich Gewitterwolken mit unterschiedlichen, positiven oder negativen Ladungen anreichern und aufeinandertreffen, oder wenn Gewitterwolken mit großer Ladungstiefe der Erde nahekommen, kommt es zu Entladungen zwischen den Wolken oder zwischen den Wolken und der Erde. Durch die sofortige Umwandlung von Energie in der Luft entstehen intensive Licht- und Geräusche – das ist das, was man als Blitz kennt. Enorme Blitzeenergien können die umliegende Luft schnell auf über 20.000 °C erhitzen. Die erhitzte Luft dehnt sich stark aus, wodurch Druckwellen entstehen. Diese Wellen breiten sich mit einer Geschwindigkeit von 5 Metern pro Sekunde in der Luft aus. Dadurch entstehen starke mechanische Schwingungen sowie Wärmeeffekte in den betroffenen Anlagen und Gebäuden – bis hin zu deren völliger Zerstörung. 2. Wenn ein Blitzschutzsystem vom Blitz getroffen wird, entsteht in der Regel eine sehr hohe Spannung. Wenn die Isolationsentfernung zwischen dem Blitzschutzsystem und den Geräten im Inneren sowie Außenbereich des Gebäudes nicht ausreicht, kann es zu einem „Gegenstoß“ kommen. Wenn der Blitzelektrodenstrom über den Ort des Blitzeinschlags im Boden oder über einen Erdungskörper in den umliegenden Boden fließt, entsteht in seiner Umgebung ein Spannungsabfall. Wenn jemand in der Nähe des Erdelements steht, kann er durch die Schrittfrequenzspannung, die durch den Blitzstrom entsteht, geschädigt werden. Wenn der Blitzelektrodenstrom über die Ableitungsschienen zum Erdungselement fließt, entsteht aufgrund der Impedanz sowohl der Ableitungsschienen selbst als auch des Erdungselements eine hohe Spannungsabfall – dieser kann mehrere Zehntausend bis sogar Hunderttausende von Volt betragen. Wenn ein Mensch in diesem Fall in Berührung kommt, kann sein Körper schwer geschädigt werden. All diese Phänomene können in der Regel zu Behinderungen führen; in schweren Fällen können sie sogar sofort zum Tod führen. 2 Arten von Blitzen Je nach Form des Blitzes lassen sie sich grob in flache Blitze, lineare Blitze und kugelförmige Blitze einteilen. Aus Sicht der Schäden lassen sie sich in direkte Blitze, induzierte Blitze (einschließlich elektrostatischer und elektromagnetischer Induktion) sowie kugelförmige Blitze einteilen. Nach dem Entstehungsmechanismus lassen sie sich in Wärmeblitze, Grenzblitze und Tiefdruckblitze einteilen. Plattformblitze entstehen in den Wolken und haben nur geringe Auswirkungen auf den Menschen ； Linienförmige Blitze sind ein ziemlich häufiges Phänomen bei Blitzeinschlägen ； Kugelförmiger Blitz ist ein besonderes Blitzenphänomen, kurz „Kugelblitz“ genannt. Es handelt sich um leuchtende Kugeln in Purpur- oder Rottönen, deren Durchmesser von einigen Millimetern bis zu mehreren Dutzend Metern reicht. Die Dauer ihres Bestehens beträgt in der Regel 3 bis 5 Sekunden. Ballgranaten rollen in der Regel über den Boden oder schweben durch die Luft. Zudem können sie durch Ritzen in Räume eindringen und dort explodieren. 3 Blitzenschutzmaßnahmen Die Blitzenschutzanlagen sind die wichtigsten Maßnahmen, um Blitzeinschläge zu vermeiden. Häufige Blitzenschutzanlagen sind Blitzableiter, Blitzschutznetze, Blitzschutzbänder, Blitzleitungen und Überspannungsschutzgeräte. Ein Blitzschutzsystem besteht hauptsächlich aus einem Blitzableiter, Leitungen zur Ableitung des Blitzeinschlags sowie einem Erdungselement. Hauptsächlich wird dabei die höhere Position des Objekts genutzt, um den Blitz auf sich selbst zu lenken. Anschließend wird der Blitzzustrom über Leitungen und Erdungseinrichtungen in den Boden abgeleitet, um Personen oder Gebäude vor Schäden durch Blitzeinschläge zu schützen. 1. Blitzableiter: Im praktischen Einsatz werden Blitzableiter in verschiedene Arten unterteilt, wie z. B. Einzel-Blitzableiter, zwei gleich hohe Blitzableiter, zwei unterschiedlich hohe Blitzableiter, drei gleich hohe Blitzableiter, vier oder mehr gleich hohe Blitzableiter sowie Schrägblitzableiter. Der Schutzbereich des Blitzableiters ist ein konvexer Kegel, dessen Achse der Blitzableiter selbst ist; seine Form ähnelt der eines Zeltes. Unter einer bestimmten Höhe des Blitzableiters befindet sich eine Sicherheitszone – das ist der Schutzbereich des Blitzableiters. In diesem Bereich werden Gegenstände im Allgemeinen nicht von Blitzen getroffen. Diese Sicherheitszone wird als Schutzbereich des Blitzableiters bezeichnet. Der Schutzradius eines einzelnen Blitzableiters beträgt in der Regel 1,5 Mal seine Höhe. Doch Gebäude im Schutzgebiet können nicht zu 100 % davor geschützt werden, vom Blitz getroffen zu werden. 2. Blitzschutzgeräte: Blitzschutzgeräte sind Schutzvorrichtungen, die dazu dienen, zu verhindern, dass Überspannungen durch Blitze die Verteilungsanlagen sowie andere elektrische Geräte beschädigen. Es gibt Ventilartige Blitzeableiter und Rohrartige Blitzeableiter. Der Blitzschutzschalter wird am Eingang der zu schützenden Anlage installiert; die obere Seite ist mit der Leitung verbunden, die untere Seite ist mit der Erde verbunden. Unter normalen Bedingungen bleibt die Lücke des Blitzschutzes isoliert und beeinträchtigt den Betrieb des Systems nicht. Wenn bei einem Blitzschlag hohe Druckwellen entlang der Leitungen wandern, wird die Entfernung zwischen den Blitzeindämmern durchbrochen und es kommt zu einer Verbindung mit dem Boden – dadurch werden die Druckwellen gewaltsam unterbrochen. Zu diesem Zeitpunkt beträgt die Spannung, die in den zu schützenden Gegenstand eindringen kann, nur noch der „Restspannung“, die durch den Blitzzustrom durch den Blitzschutz sowie seine Leitungen und Erdungseinrichtungen entsteht. Nach dem Vorbeifliegen des Blitzelektrodenstroms kehrt die Entlüftungsstelle des Blitzschutzes wieder in ihren isolierten Zustand zurück, und das System kann weiterhin normal funktionieren. 3. Entfernung zum Blitzschutzgerät: Der ionisierende Blitzschutz setzt sich aus einem ionisierenden Gerät an der Oberseite, einem Gerät zur Erfassung der Erdströme im Boden sowie den Verbindungsleitungen zusammen. Ionisierende Blitzenschutzanlagen verhindern Unfälle durch Blitzeinschläge nicht, indem sie den Ort des Einschlags kontrollieren. Stattdessen nutzen sie die Induktionseffekte der Gewitterwolken oder setzen radioaktive Elemente ein, um in der Nähe der Anlage ein starkes elektrisches Feld zu erzeugen. Dadurch wird die Luft ionisiert, wodurch Ionenströme entstehen, die sich in Richtung der Gewitterwolke bewegen. Dadurch kann die Ladung der Gewitterwolke allmählich neutralisiert und abgeleitet werden. So bleibt die Stärke des elektrischen Feldes unter der Bruchgrenze der Luft – dadurch werden die Voraussetzungen für einen Blitzeinschlag beseitigt und Blitzeinschläge werden verhindert. 4 Blitzschutzmaßnahmen für Petrochemie-Produktionsanlagen und Speichertanks Da die meisten Petrochemie-Produktionsanlagen sowie Speichertanks über Metallgehäuse verfügen und einige spezielle Anlagen aufgrund der Produktionsanforderungen eine sehr große Größe haben – wie beispielsweise Destillationsanlagen – sind sie am anfälligsten für Blitzeinschläge. 1. Blitzschutz für Petrochemieanlagen: Im Produktionsprozess verwenden Petrochemieunternehmen oft große Mengen an brennbaren und explosiven Stoffen. Zudem befinden sich im Produktionsbereich viele hohe chemische Anlagen – insbesondere in Bereichen der Klassen Q-1 und Q-2. In diesen Bereichen kann es zu explosionsfähigen Gasgemischen kommen. Bei einem Blitzschlag kann es daher zu Bränden und Explosionen kommen. Bei einem Blitzeinschlag entstehen starke Wärmeeffekte sowie mechanische Kräfte, die erhebliche Schäden an den chemischen Produktionsanlagen sowie an den brennbaren und explosiven Stoffen verursachen können, die in den Tanks gelagert sind. Dadurch können die petrochemischen Produktionsanlagen schwer beschädigt werden. Es kann sehr leicht zu einem Brand oder einer Explosion von brennbaren und explosiven Stoffen kommen. Die Rohstoffe sowie Produkte, die in der Petrochemieindustrie verwendet werden, sind im Wesentlichen brennbare Gase, Flüssigkeiten und Feststoffe. Alle Geräte und Leitungen vor Ort müssen geerdet sein. An den Ein- und Ausgängen der Metallrohre sowie alle 10–20 Meter, an Stellen, an denen die Rohre sich in einer Entfernung von weniger als 0,5 Metern parallel oder kreuzend befinden, sowie an allen Verbindungsstellen der Rohre müssen Leitungen verwendet werden, um eine ordnungsgemäße Erdung zu gewährleisten. Die Metalldächer in den Petrochemieanlagen sollten in Abständen von 15 Metern entlang der Peripherie mit Erdungskabeln verbunden werden. Bei Beton-Dachkonstruktionen muss das Stahlgerüst während der Bauarbeiten zu einem einzigen Ganzem verschweißt werden, und alle 15 Meter müssen Leitungen zur Erdung angebracht werden. Um einen Gegenangriff zu verhindern, muss die Durchbruchsspannung des Isoliermittels zwischen dem Blitzschutzgerät und den metallischen Leitern des Gebäudes höher sein als die Gegenangriffsspannung. Wenn Leitungen zur parallelen Transportierung brennbarer Flüssigkeiten weniger als 10 cm voneinander entfernt sind, müssen die Leitungen entlang ihrer Länge alle 20 Meter miteinander verbunden werden, und zwar mit Kabeln. Für chemische Anlagen sowie deren Gebäude werden alle Stromleitungen unterirdisch mit Kabeln verlegt, um die Stromversorgung sicherzustellen. Oder die Leitungen in einem Abstand von 50 bis 100 Metern vor dem Eingang des Gebäudes werden durch Kabel ersetzt, die unterirdisch verlegt werden, um die Stromversorgung zu gewährleisten. An der Verbindung zwischen Kabeln und Oberleitungen werden schalterartige Blitzeableiter installiert. Der Blitzeableiter, die metallische Außenhülle des Kabels sowie die Isolierfüße werden miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Erdungspunkt zu bilden. Der Widerstand dieser Erdung beträgt in der Regel 5 bis 30 Ohm. 2. Blitzschutz für Freilufttanks: Die Gasspeicher sowie die Tanks zur Aufbewahrung brennbarer Flüssigkeiten in Chemieunternehmen bestehen größtenteils aus Metall. Einige besonders hohe Tanks sind in der Regenzeit anfällig für Blitzeinschläge; daher sollte ein separater Blitzschutz verwendet werden. Wenn die Wandstärke von oberirdischen, liegenden Öltanks mit Brandhemmern sowie die Dicke der Decke von oberirdischen Stahlöltanks mit fester Decke 4 Millimeter oder mehr beträgt, müssen keine Blitzableiter installiert werden. An Aluminium-Tankdecken sowie an Stahltanken mit einer Deckendicke von weniger als 4 Millimetern müssen Blitzeableiter (Netze) angebracht werden. Der Blitzschutz (Netz) soll den gesamten Öltank schützen. Auf Öltanks mit schwimmendem Deck oder Öltanks mit innenliegendem Schwimmdach sollten keine Blitzeableiter angebracht werden. Stattdessen muss das Schwimmdach über zwei Leitungen elektrisch mit dem Tankkörper verbunden werden. Für die konkreten Anforderungen an den Blitzschutz kann man sich an die Norm GB50074-2002 „Vorschriften für den Entwurf von Öllagern“ wenden. 5 Maßnahmen zum Schutz des Menschen vor Blitzen: Während von Blitzen ausgehende Entladungen stattfinden, kann es durch die direkte Entladung der Blitze auf den Körper zu einer Spannung gegenüber dem Boden oder zu sekundären Entladungen kommen – all das kann zum Stromschlag am Menschen führen. Daher müssen die notwendigen Sicherheitsanforderungen berücksichtigt werden. (1) Während von Gewittern betroffener Zeiten sollte man, sofern es nicht aus beruflichen Gründen notwendig ist, möglichst wenig Zeit im Freien oder auf offenen Flächen verbringen ； Im Freien oder in der Natur ist es am besten, einen wasserdichten Regenmantel aus Kunststoff oder ähnlichem zu tragen ； Wenn möglich, kann man in Gebäude, Autos oder Schiffe mit einem stabilen Metallgerüst oder Blitzschutzmaßnahmen eintreten ； Wenn man sich in Straßen schützt, die durch Gebäude oder hohe Bäume abgeschirmt sind, sollte man darauf achten, einen Abstand von mindestens 8 Metern zu Wänden und Baumstämmen einzuhalten. (2) Während von Blitzen ausgehender Aktivität sollte man sich möglichst von Hügeln, Erhebungen oder ansteigenden Wegen entfernen. Ebenso sollte man sich von Küstenlinien, Seen, Flussufern und Teichen fernhalten. Zudem sollte man Abstand zu Stacheldrahtzäunen, Metallleinen zum Aufhängen von Wäsche sowie zu Flaggenmasten, Schornsteinen, hohen Türmen und einzelnen Bäumen halten. Auch von Gebäuden oder anderen Anlagen ohne Blitzschutz sollte man sich möglichst fernhalten. (3) Während von Blitzen ausgehender Aktivität ist im Innenbereich auf die Gefahr von Eindringungswellen durch Blitze zu achten. Man sollte sich von Beleuchtungsleitungen, Stromleitungen, Telefonleitungen, Rundfunkleitungen, Stromkabeln für Radios sowie Antennen von Radio- und Fernsehgeräten sowie von allen damit verbundenen Geräten fernhalten, um eine sekundäre Entladung dieser Leitungen oder Geräte an den Körper zu verhindern. Laut den Untersuchungsergebnissen ereigneten sich mehr als 70 Prozent der Unfälle mit sekundärer Entladung des Körpers im Innenbereich in einer Entfernung von weniger als 1 Meter voneinander. In einer Entfernung von mehr als 1,5 Metern wurden bisher keine Todesfälle festgestellt. Daraus geht hervor, dass man bei Gewittern am besten mindestens 1,5 Meter von Leitungen und Geräten entfernt bleiben sollte, über die Blitze eindringen können. Es sollte beachtet werden, dass es bei Gewittern nicht ausreicht, einfach den Schalter auszuschalten, um einen Blitzschlag zu verhindern. Man muss auch Türen und Fenster schließen, damit kugelförmige Blitze nicht in das Gebäude eindringen und Schaden anrichten können. (4) Bei einem Blitzeinschlag in den Blitzschutzanlagen entsteht in der Regel eine sehr hohe Spannung, die zu Verletzungen oder Todesfällen führen kann. Um Gegenangriffe zu verhindern, muss die Spannung im Isoliermaterialnetz zwischen dem Blitzschutzgerät und den metallischen Leitern des Gebäudes höher sein als die Spannung eines Gegenangriffs. Zudem muss ein bestimmtes Gefahrengebiet abgegrenzt werden, in das niemand eindringen darf. (5) Wenn der Blitzzustrom über den Erdungskörper am Ort des Blitzschlags in den umliegenden Boden fließt, entsteht in seiner Umgebung eine sehr hohe Potentialdifferenz. Wenn jemand in der Nähe des Erdungskörpers steht, kann er durch die durch den Blitzzustrom verursachte Schrittzahlspannung geschädigt werden. (6) Wenn der Blitzzustrom über die Entladungsleitungen zum Erdungssystem fließt, entsteht aufgrund der Impedanzen sowohl der Entladungsleitungen als auch des Erdungssystems eine hohe Spannungsabfall. Wenn dabei jemand in Berührung kommt, kann er durch die Berührungsspannung geschädigt werden. Darauf muss geachtet werden. (7) Um Schäden durch Überspannungsströme zu verhindern, darf die Entfernung zwischen dem Blitzschutzsystem und den Eingängen sowie Ausgängen von Gebäuden und Anlagen sowie von Gehwegen mindestens 3 Meter betragen. Wenn die Länge unter 3 Metern liegt, müssen Sicherheitsmaßnahmen ergriffen werden, wie das lokale Vertiefen des Erdungskörpers, die Isolierung mit Asphaltschicht sowie das Verlegen von Untergrundgleichspannungsleitungen.