5×104m3原油儲罐改造成內(nèi)浮頂柴油罐的作業(yè)方法

摘要：本文分析某油庫將原油罐改造成內(nèi)浮頂柴油罐過程中存在的缺陷，針對基礎(chǔ)沉降和不均勻沉降，橢圓度，垂直度和水平度、底板的腐蝕情況及罐體各部的鋼板測厚檢測及分析結(jié)果。對罐基礎(chǔ)找平、罐體改造及罐體部分壁板更換等施工順序及要領(lǐng)進(jìn)行闡述，為后續(xù)儲罐的改造提供了作業(yè)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：浮頂罐施工要領(lǐng)作業(yè)

1.0前言

某油庫1989年施工，1990年投入使用，為原油儲存、輸運的供應(yīng)基地。陳山油庫擁有9座原油儲罐，其中10×104m3油罐1座，5×104m3油罐6座，總?cè)萘窟_(dá)40×104m3。為了減少原油中轉(zhuǎn)的運輸成本，減輕成品油公路、鐵路運輸壓力并減少或消滅運輸過程中易發(fā)生的不安全事故，將富余的2座5×104m3外浮頂原油儲罐改造成內(nèi)浮頂柴油罐，作為某成品油管道工程的配套油罐。

2.0原油儲罐基本情況

2.1原油罐基本情況

5#、6#罐為利舊改造外浮頂原油儲罐，儲罐直徑60m，罐壁高19.35m，公稱容積5.5×104m3，計算容積4.9255×104m3。

儲罐罐壁板厚度10-34mm，罐底邊緣板厚度在14mm左右，中幅板厚度在8mm，浮頂板厚度采用5mm。

罐壁板從罐體底部至頂部共11圈，其中上部3圈壁板及底板中的中幅板和浮頂板采用普通壓力容器鋼板（Q235-B），下部8圈罐壁板和底板中的邊緣板采用高強度壓力容器鋼板（16MnR）。

2.2 地基情況

2臺外浮頂罐基礎(chǔ)分別坐落在基巖頂面標(biāo)高-41～-45m（5#罐）和-30～-48m（6#罐）。由于地質(zhì)條件的差異，原設(shè)計分別采用不同樁長，正方形布置，根據(jù)軟土分布的厚度采用15.3-18.5m不同樁長，來加固飽和軟土層，以便于油罐基礎(chǔ)均勻沉降，為了加強地基的穩(wěn)定性，在油罐基礎(chǔ)外加設(shè)三排立體護(hù)樁，每臺油罐加固直徑為70m，并在兩臺罐基礎(chǔ)之間加設(shè)屏蔽樁。

3.0儲罐檢測及分析結(jié)論

通過對原油儲罐儲罐基礎(chǔ)沉降與不均勻沉降、罐壁橢圓度、罐體垂直度及水平度進(jìn)行全面檢測并校核，評價其改造成柴油內(nèi)浮頂罐的可行性。

3.1儲罐基礎(chǔ)沉降檢測與分析

1）沉降與不均勻沉降較嚴(yán)重

從上例表中不難看到罐基礎(chǔ)產(chǎn)生沉降和不均勻沉降較嚴(yán)重。5#罐罐基礎(chǔ)平均沉降量798.12mm，平均點間相差43.57mm；6#罐基礎(chǔ)總沉降量較大達(dá)869.57mm，平均點間高差較小為32.61mm，6#罐基礎(chǔ)沉降情況略比5#罐均勻些，但基礎(chǔ)的穩(wěn)定性比5#罐要差些。

2）罐基礎(chǔ)頂點變形顯著

從圖表-1明顯看到5#罐基礎(chǔ)產(chǎn)生的不均勻沉降，東點沉降量較少，西點沉降量較大，構(gòu)成一個從東到西的斜坡，從點號1至點號7`區(qū)域范圍的基礎(chǔ)頂變形成馬鞍形。

5#罐的平面傾斜（任意直徑方向）能滿足規(guī)范要求，非傾斜（罐周邊不均勻沉降）值超過規(guī)范規(guī)定。6#罐的平面傾斜（任意直徑方向）能滿足規(guī)范要求，而非傾斜，其點號是“3`”與點號“3”、“4”間的差值較大，因此2臺罐基礎(chǔ)必須進(jìn)行找平糾偏處理，在處理基礎(chǔ)的同時，結(jié)合網(wǎng)殼頂蓋安裝，將儲罐壁的上口半徑，也即橢圓度，垂直度，一并處理。

3.2罐壁橢圓度、罐體垂直度與水平度檢測

1）橢圓度：5#罐橢圓度±極限偏差分別為-440mm和-248mm，6#罐橢圓度±極限偏差分別為+181mm和-51mm，均超出規(guī)范規(guī)定的±50mm要求。

2）罐體垂直度：5#罐罐體垂直度±極限偏差為+130mm到-220mm，6#罐±極限偏差為+75mm到-100mm.兩儲罐罐體垂直度都超過規(guī)范規(guī)定的50mm要求。

3）罐體水平度：5#、6#罐包邊角鋼處的水平度極限最大偏差分別為265mm、140mm，均超出規(guī)范規(guī)定的不大于罐壁高度的0.5%（即97mm）的要求。

3.3罐板檢測與校核

3.3.1罐壁板

5#罐的第一圈壁板，測點編號1-2（B）、1-12（B）、1-14（B），及6#罐的第一圈壁板，測點編號1-24（A），這些壁板厚度不符合設(shè)計最小厚度的要求，需更換這些罐壁板滿足設(shè)計要求的厚度。其余罐壁板（第二至第十一圈）的全部測點的壁厚均符合設(shè)計最小厚度的要求，可以不作更換處理。

3.3.2罐底與浮艙底板、頂板

5#、6#罐的浮艙底板及單盤板的厚度分別在5mm和4.5mm以上，均能滿足規(guī)范規(guī)定的最小厚度4.5mm（不包括腐蝕余量）的要求，也可滿足設(shè)計規(guī)定的最小厚度4.0mm（不包括腐蝕余量）的要求，不作任何處理。

3.4網(wǎng)殼技術(shù)的選擇

設(shè)計計算采用非線性大搭度理站，使計算結(jié)果和實際工況相符。中國建筑科學(xué)研究院又對三種雙向子午線網(wǎng)殼中型模型進(jìn)行加載試驗。直至網(wǎng)殼發(fā)生整體失穩(wěn)破壞，測試數(shù)據(jù)顯示，理論計算結(jié)果與實測數(shù)據(jù)非常吻合，驗證了計算理論，計算程序的正確性。因此選擇鋼制雙向子午線網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)做儲罐固定頂蓋的受力構(gòu)件。

4.0儲罐改造

4.1儲罐改造后的設(shè)計使用年限

影響儲罐使用年限的因素很多，有內(nèi)在因素的影響，如材料的質(zhì)量、儲罐本身的強度、剛度、塑性、韌性和制造安裝過程中存在的缺陷大小、數(shù)量多少，缺陷性質(zhì)和所處位置等。也有外界因素的影響，如風(fēng)載、雪載、地震、地質(zhì)條件，操作使用、維護(hù)，以及儲存柴油中腐蝕物的含量、種類和周邊大氣中有害物（如靠海邊大氣中算霧）含量等的影響。

若都不考慮儲罐內(nèi)在的缺陷，和外界因素的影響，單從儲存介質(zhì)對金屬材料的腐蝕速率考慮，按SH3046-92《石油化工立式園筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范》罐壁板設(shè)計厚度計算公式：

式中：t1儲存介質(zhì)時的設(shè)計厚度（mm）。

D_Dd_____

H：計算的罐壁底邊至罐壁頂端（當(dāng)設(shè)有溢流口時，后至溢流口下沿）的垂直距離m；

D：儲罐內(nèi)直徑m；

[ D_Dd__________

C1：鋼板的厚度負(fù)偏差mm；

C2：腐蝕容量mm。

在正常操作工程條件下，腐蝕率按0.225mm計算，根據(jù)5#、6#罐實測的壁厚，其底圈壁板平均厚度為34.286mm，按上式計算移到底圈壁板所需的厚度為28.6mm。按此推算5#、6#儲罐使用年限不少於15年。

4.2罐基礎(chǔ)找平糾偏實施要領(lǐng)

基礎(chǔ)找平糾偏是決定浮頂罐改為內(nèi)浮頂罐在改造、制作安裝后，儲罐的各項指標(biāo)能否達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求，投入運行后是能否正常安全運行，也是對改造技術(shù)方案的選擇，判斷的考驗，為此，要詳細(xì)，周密地編制實施方案。

基礎(chǔ)找平糾偏采用頂升找平糾偏方法，其實施要領(lǐng)包括：均勻布置千斤頂位置，明確前期準(zhǔn)備工作，罐體頂升、墊鐵安放、罐體檢查、灌填瀝青砂（包括環(huán)梁部位二次灌漿）儲罐充水基礎(chǔ)沉降觀測，驗收與中間交接等。

4.3罐體改造主要施工順序和要領(lǐng)

5#、6#罐已歷過長期儲存原油，現(xiàn)將原外浮頂罐改造為內(nèi)浮頂形式，改造后儲存介質(zhì)改為成品柴油，因此對罐體本身，罐體內(nèi)外附件有較多的改動，在整個改造過程中按下列施工順序和要領(lǐng)進(jìn)行。

4.3.1罐體清洗

首先打開浮頂上面單盤人孔和所有浮艙人孔，用高壓消防水或用其它方式，對罐壁、罐底、浮盤下表面進(jìn)行沖洗，當(dāng)沖洗基本完成后，拆除一次密封，二次密封設(shè)施，使儲罐內(nèi)的氣體流通，用鼓風(fēng)機向罐內(nèi)送風(fēng)，同時對罐內(nèi)可進(jìn)行徹底清洗。待清洗完成后，對罐內(nèi)浮艙內(nèi)的氣體進(jìn)行取樣分析，安全部門確認(rèn)已無可燃性氣體，已達(dá)到允許范圍內(nèi)，方可進(jìn)入罐內(nèi)進(jìn)行施工。罐體內(nèi)部徹底清洗是保證罐體改造的重要安全措施之一。

4.3.2拆除罐內(nèi)外各類附件

罐內(nèi)外的各類附件較多，凡是影響改造施工的或需要更換的或改造后不需要的，都必須一一清理拆除，如：中央排水裝置中的集水坑、罐外保溫層、導(dǎo)流板、防水板、拆除與罐體連接的所有管線。待底圈罐壁板抗風(fēng)圈、頂圈罐壁先后拆除后，可拆除罐頂平臺、扶手和轉(zhuǎn)動浮梯等。

抗風(fēng)圈拆除前，應(yīng)對抗風(fēng)圈按順序做好分段號碼標(biāo)記，沿著原來抗風(fēng)圈的分段位置，逐段切割下來，吊到地面上，并按順序編號放好，對切割下來的分段抗風(fēng)圈部件，必需采取防變形的措施，以防復(fù)位安裝時增加施工困難。

罐壁板拆除時，先沿著欲更換的罐壁板的環(huán)向焊縫逐張切割開，但每張板縫留之處（每處均50mm），無切段，然后再沿每道縱焊縫連接處，用吊車將該板吊下，在切割時，為了防止切割后壁板向里外倒，要采取必要的安全措施。

4.4罐體部分壁板更換施工順序和要領(lǐng)

罐體部分壁板更換主要有底圈罐壁板、頂圈壁板，還包括底板（若需方更換部分），待頂圈罐壁板更換完成后，將抗風(fēng)圈安裝復(fù)位，再安裝網(wǎng)殼頂蓋，其施工順序一般從下往上展開，其施工順序和要領(lǐng)如下：

更換底板（需要時）—更換底圈罐壁板—帶芯人孔安裝—更換中圈部位罐壁板（需要時）—更換頂圈罐壁板—安裝復(fù)位抗風(fēng)圈—錐板安裝—網(wǎng)殼架安裝—網(wǎng)殼架提升安裝—蒙皮板安裝—罐頂平臺、拉桿、盤梯復(fù)位北更換—罐內(nèi)外拆下的部件。管線、儀表等復(fù)位或更新安裝—儲罐內(nèi)外防腐處理—總體試驗。

更換底圈罐壁板時，更換的罐壁板在切割前應(yīng)先用工字鋼將第二圈罐壁板支撐起來，待工字鋼加固好以后，進(jìn)行切割第一張更換的壁板，安裝點焊好第一張壁板后，再進(jìn)行切割第二張更換的壁板。在安裝底圈罐壁板前，在罐底板上畫同油罐的內(nèi)圓，并在罐底板上每隔一米焊接一切擋板以防罐壁板的焊接變形。離底圈罐壁板2.34mm，連同更換壁板后的帶芯人孔一并進(jìn)行熱處理。

頂圈罐壁板更換安裝時，對切割后的環(huán)縫上邊面進(jìn)行修口，找準(zhǔn)上口水平度和橢圓度，以及罐壁的總垂直度，當(dāng)符合安裝要求后，方可安裝頂圈罐壁板。

為使罐壁上口橢圓度達(dá)到規(guī)范要求，將原有的包邊角鋼割掉，在頂圈罐壁增設(shè)一圈壁板（500*10mm）補強板，然后利用抗風(fēng)圈與錐板的鋼度將罐壁上口糾圓橢圓度達(dá)到規(guī)范要求。

5.0結(jié)束語

通過對某油庫2臺5萬m3外浮頂罐改造為內(nèi)浮頂柴油罐過程中儲罐存在的缺陷，提出修復(fù)及改造方案，并對罐基礎(chǔ)找平、罐體改造及罐體部分壁板更換等施工順序及要領(lǐng)進(jìn)行闡述，為后續(xù)儲罐的改造提供了作業(yè)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]GB50128-2005立式圓筒形鋼制焊接儲罐施工及驗收規(guī)范；

[2]SH3046-92石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范；

[3]SH3068-95石油化工企業(yè)鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范；

[4]徐至鈞、許朝銓、沈珠江編著：大型儲罐基礎(chǔ)設(shè)計與地建處理中國石化出版社，1999.11。

作者簡介

李玉杏（1966），男，1989畢業(yè)，MBA，高級工程師，長期從事石化技術(shù)及管理工作。