Μελέτη προστασίας μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής από κεραυνούς και στατικό ηλεκτρισμό

• Κύριος συγγραφέας: Στεργίου, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Πυργιώτη, Ελευθερία
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2014
• Θέματα: Αντικεραυνική προστασία; Δεξαμενή πλωτής οροφής; Lightning protection; Flow tank roof; 693.898

Στην παρούσα διπλωματική μελετάμε την προστασία μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής, και συγκεκριμένα της 7-ΤΚ-102 των ΕΛΠΕ Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας, από κεραυνούς και στατικό ηλεκτρισμό, και αποτελείται από τρία μέρη. Στο πρώτο μέρος παρουσιάζουμε την προστασία από κεραυνούς. Στα δέκα οκτώ πρώτα κεφάλαια παρουσιάζουμε την γενική θεωρία της προστασίας από κεραυνούς, σύμφωνα με τα πρότυπα και άλλες πηγές (που και αυτές βασίζονται στα πρότυπα). Με τη θεωρία αυτή θα μελετήσουμε την προστασία της δεξαμενής, αλλά μπορούμε γενικά να μελετήσουμε και την προστασία μιας οποιασδήποτε άλλης κατασκευής. Έτσι στα πρώτα κεφάλαια κάνουμε εισαγωγή στα γενικά περί κεραυνών, τα ηλεκτρικά ατμοσφαιρικά φαινόμενα, τη δημιουργία και τα είδη των κεραυνών, τους μηχανισμούς των ατμοσφαιρικών εκκενώσεων καθώς και τα είδη των κεραυνών μεταξύ σύννεφου - γης με τα οποία και θα ασχοληθούμε. Στη συνέχεια παρουσιάζουμε το θέμα αντιμετώπισης της αντικεραυνικής προστασίας από το πρότυπο IEC 62305 μέρη 1, 2, 3, 4 που θα αποτελέσει και τη βασική πηγή της μελέτης μας. Ακολούθως δίνουμε τις βασικές παραμέτρους του κεραυνικού ρεύματος, τα Επίπεδα Αντικεραυνικής Προστασίας και τις Κλάσεις του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (I, II, III, IV), και ανά επίπεδο τα μέγιστα ρεύματα βάσει των οποίων γίνεται ο σχεδιασμός του Συστήματος Αντικεραυνικής Προστασίας (ΣΑΠ) από πλευράς αντοχής των υλικών και τα ελάχιστα ρεύματα βάσει των οποίων γίνεται ο σχεδιασμός του ΣΑΠ από πλευράς αναχαίτισης των κεραυνών (ύψος και πυκνότητα στοιχείων συστήματος συλλογής). Κατόπιν, δίνουμε ορισμένα στοιχεία σχετικά με τις προκαλούμενες βλάβες από κεραυνούς σε έμβια όντα, κατασκευές και εσωτερικά συστήματα, τα μέτρα προστασίας αυτών καθώς και τις διαδικασίες επιλογής των μέτρων. Ακολουθεί η αναλυτική παρουσίαση του ΣΑΠ. Τα μέρη αυτού (συστήματα συλλογής, αγωγοί καθόδου και γειώσεις), οι βασικές λειτουργίες και ιδιότητες ενός ΣΑΠ, το εξωτερικό και εσωτερικό ΣΑΠ, το απομονωμένο και μη- 5 απομονωμένο ΣΑΠ, τις απαιτήσεις υλικών του ΣΑΠ, τα φυσικά στοιχεία ως τμήματα του ΣΑΠ και οι απαιτούμενες προδιαγραφές αυτών. Τις μεθόδους σχεδιασμού των συστημάτων συλλογής για αναχαίτιση των κεραυνών (μέθοδος κυλιόμενης σφαίρας, μέθοδος πλέγματος και μέθοδος γωνίας προστασίας). Πληροφορίες για τους αγωγούς καθόδου, απαιτούμενος αριθμός, αποστάσεις και ύψη διασύνδεσης αυτών. Τύποι συστημάτων γείωσης και σύγκριση αυτών. Μέθοδοι και υποδείξεις τοποθέτησης των μερών του ΣΑΠ, ισοδυναμικές συνδέσεις και αποστάσεις ασφαλείας. Διαμοιρασμός ρεύματος, απαιτήσεις περιοριστών κρουστικών τάσεων και εντάσεων και σχεδιασμός του ΣΑΠ. Έλεγχοι, μετρήσεις και επιθεωρήσεις του ΣΑΠ. Έχοντας τελειώσει με τις γενικές πληροφορίες μπαίνουμε στο κύριο μέρος του υπολογισμού των κινδύνων από κεραυνούς (R1 κίνδυνος ανθρώπινης ζωής, R2 κίνδυνος απώλειας υπηρεσίας στο κοινό, R3 κίνδυνος απώλειας πολιτιστικής κληρονομιάς, R4 κίνδυνος οικονομικής απώλειας), αναλύοντας πρώτα τις πηγές των βλαβών, τους τύπους των βλαβών, τους τύπους των απωλειών, τις σχέσεις μεταξύ πηγής βλάβης, τύπου βλάβης και απώλειας. Δίνουμε τα βασικά για τον διαχωρισμό μιας κατασκευής ή υπηρεσίας σε ζώνες για υπολογισμό των συνιστωσών των κινδύνων ανά ζώνη και την οικονομικότερη λήψη μέτρων ανά ζώνη αντί γενικών μέτρων. Ο κάθε κίνδυνος υπολογίζεται σαν άθροισμα των συνιστωσών αυτού ανά ζώνη και η κάθε συνιστώσα προκύπτει από το άθροισμα των όρων της, όλων των ζωνών. Η κάθε συνιστώσα υπολογίζεται από μία βασική εξίσωση. Τα δεδομένα που απαιτούνται για τον υπολογισμό δίνονται στη συνέχεια και είναι πρώτον ο υπολογισμός του μέσου ετησίου αριθμού επικινδύνων περιστατικών λόγω κεραυνικών πληγμάτων που απαιτεί τις ημέρες καταιγίδας ανά έτος από τον ισοκεραυνικό χάρτη της Ελλάδος, τις επιφάνειες συλλογής, κατασκευών διαφόρων σχημάτων απλών και συνθέτων και υπηρεσιών και διαφόρους απαιτούμενους συντελεστές σχετικούς με το περιβάλλον. Δεύτερον ο υπολογισμός των πιθανοτήτων βλάβης για μία κατασκευή ή υπηρεσία που εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, των γραμμών υπηρεσιών και περιβάλλοντος. Τρίτον ο υπολογισμός των διαφόρων τύπων απωλειών σε μία κατασκευή (ανθρώπινης ζωής, υπηρεσίας στο κοινό, πολιτιστικής κληρονομιάς και οικονομικής) που εξαρτώνται από την παρουσία ατόμων που δυνητικά κινδυνεύουν, την συνολική παρουσία ατόμων καθώς και από τα χαρακτηριστικά της κατασκευής, τον κίνδυνο φωτιάς, τα κατασταλτικά κατά της φωτιάς μέτρα και τυχόν ειδικούς κινδύνους (για τον R1). Αντίστοιχα για τους άλλους κινδύνους και για τους κινδύνους σε μία υπηρεσία. Τέλος συγκρίνουμε τον κάθε κίνδυνο με ένα επίπεδο ανεκτού κινδύνου, καθορισμένου από επίσημες αρχές ή ελλείψει αυτών από το IEC62305-2, και αν είναι μεγαλύτερος από αυτόν προτείνουμε τα κατάλληλα μέτρα ώστε να μειωθεί στον ανεκτό κίνδυνο ή κάτω από αυτόν και μετά γίνεται υπολογισμός της κοστολογικής αποτελεσματικότητας της προστασίας. Ακολουθούν μερικά χρήσιμα στοιχεία αφ’ ενός μεν για τον σχεδιασμό, αφ’ ετέρου δε για την επιλογή διαφόρων συντελεστών και μέτρων προστασίας σε υπάρχουσες κατασκευές όπως η ελαχίστη διατομή της θωράκισης για αυτοπροστασία ενός εισερχομένου καλωδίου για αποφυγή επικινδύνων σπινθήρων, το κρουστικό ρεύμα κεραυνού που ρέει σε εξωτερικά αγώγιμα τμήματα και σε εισερχόμενες γραμμές στην κατασκευή για τις διάφορες πηγές βλάβης, τους συντελεστές που επηρεάζουν το διαμοιρασμό του κεραυνικού 6 ρεύματος σε γραμμές ισχύος και γενικές πληροφορίες σχετικά με τους περιοριστές κρουστικών φαινομένων. Στο δέκατο ένατο κεφάλαιο μελετάμε την προστασία από κεραυνούς της μεγάλης δεξαμενής πλωτής οροφής 7-ΤΚ-102 των ΕΛΠΕ (Ελληνικών Πετρελαίων στις Βιομηχανικές Εγκαταστάσεις Ελευσίνας). Εφαρμόζοντας τα προηγούμενα κεφάλαια της μελέτης και βάσει των δεδομένων και χαρακτηριστικών της δεξαμενής, των γραμμών υπηρεσιών (ισχύος και ελέγχου) και του περιβάλλοντος αρχικά διαχωρίζουμε τη δεξαμενή σε τρεις ζώνες (εκτός, εντός και επί της δεξαμενής), υπολογίζουμε τις συλλεκτήριες επιφάνειες, τον αναμενόμενο ετήσιο αριθμό των επικινδύνων συμβάντων, τους διάφορους εμπλεκόμενους συντελεστές, τις πιθανότητες βλάβης, τις απώλειες και τέλος τις συνιστώσες κινδύνου και τον συνολικό κίνδυνο ανθρώπινης ζωής (R1) που μας ενδιαφέρει και τον συγκρίνουμε με τον ανεκτό κίνδυνο RT = 10-5. Λόγω των διαφορετικών συνθηκών λειτουργίας και δεκαετούς μεγάλης συντήρησης της δεξαμενής ο R1 υπολογίσθηκε και για τις δύο περιπτώσεις. Για την περίοδο λειτουργίας βρέθηκε R1 = 2,968x10-5 > 10-5 = RT και για μείωση του κινδύνου προτείνεται η απαγόρευση της ανόδου επί της δεξαμενής σε ημέρες καταιγίδας οπότε θα έχουμε R1 = 0. Για την περίοδο δεκαετούς συντήρησης βρέθηκε R1 = 2,011x10-6 < 10-5 = RT οπότε δεν απαιτούνται μέτρα προστασίας. Στο δεύτερο μέρος μελετάμε την προστασία της δεξαμενής από στατικό ηλεκτρισμό κάνοντας αρχικά μια εισαγωγή στον στατικό ηλεκτρισμό σε σχέση με τα πετρελαιοειδή δηλαδή την γενική ταξινόμηση των πετρελαιοειδών, τους στατικούς και μη συσσωρευτές, τα εύφλεκτα χαρακτηριστικά των πετρελαιοειδών, την επικίνδυνη ατμόσφαιρα και την αποθήκευση αυτών. Στη συνέχεια αναφέρουμε τους κινδύνους στατικού ηλεκτρισμού από τη δημιουργία και συγκέντρωση αυτού, τη δημιουργία προαγωγών σπινθήρων, τη δημιουργία χώρου εύφλεκτων ατμών και τη δημιουργία σπινθήρων εναύσεως. Κατόπιν προτείνουμε μέτρα αποφυγής ή μείωσης του κινδύνου από στατικό ηλεκτρισμό όπως έλεγχο δημιουργίας και συσσώρευσης ηλεκτροστατικών φορτίων, οδηγίες αποφυγής ηλεκτροστατικής ανάφλεξης για δεξαμενές αποθήκευσης σε διάφορες λειτουργίες όπως γέμισμα, άδειασμα, μείξη, ανάδευση, καθαρισμός, αδρανοποίηση, κ.λπ. Στο τέλος του δευτέρου μέρους δίνουμε συγκεκριμένες οδηγίες επαρκούς γείωσης της δεξαμενής (και γενικότερα παρομοίων δεξαμενών) με εναλλακτικές μεθόδους. Στο τρίτο μέρος προτείνονται συγκεντρωτικά και επιγραμματικά τα μέτρα ασφαλείας από κεραυνό και στατικό ηλεκτρισμό για την 7-ΤΚ-102 σε δύο κατηγορίες. Πρώτον τα βασικά μέτρα σχεδιασμού και τα προληπτικά μέτρα λειτουργίας, επιθεώρησης και συντήρησης και δεύτερον τα κατασταλτικά μέτρα που θα πρέπει να υπάρχουν για καταστολή του οποιουδήποτε κινδύνου, που θα εκδηλωθεί παρά τα προληπτικά μέτρα, και περιορισμού της βλάβης στο ελάχιστο δυνατόν. Στο τέλος παρατίθενται τέσσερα υποβοηθητικά παραρτήματα.