高溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的研究

祝春強(qiáng),屈 威，劉 亞賢

（1. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)一部，廣西 欽州 535008；2. 中國(guó)石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運(yùn)分公司，廣西 欽州 535000）

高溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的研究

祝春強(qiáng)1,屈 威2，劉 亞賢2

（1. 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司廣西石化公司儲(chǔ)運(yùn)一部，廣西 欽州 535008；2. 中國(guó)石油華南化工銷售公司欽州調(diào)運(yùn)分公司，廣西 欽州 535000）

由傳統(tǒng)的經(jīng)中間罐周轉(zhuǎn)輸轉(zhuǎn)改為裝置間直接供料方式，減少了中間罐中轉(zhuǎn)過程，同時(shí)中間重質(zhì)油品罐接受暫存原料不再要求上游裝置送料溫度必須降至90℃以下進(jìn)入儲(chǔ)罐，減少了能耗。但儲(chǔ)罐卻因儲(chǔ)存高溫原料，對(duì)儲(chǔ)罐基礎(chǔ)提出了如防熱膨脹等方面的要求。因此，高溫儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不同于普通儲(chǔ)罐基礎(chǔ)，應(yīng)進(jìn)行全方面考慮。

儲(chǔ)罐基礎(chǔ)；油溫；結(jié)構(gòu)；環(huán)墻式基礎(chǔ)；膨脹；原料

高溫儲(chǔ)罐（介質(zhì)儲(chǔ)存溫度在120℃以上）一直以來都用于重油（渣油）、瀝青的儲(chǔ)存[1]。隨著煉化企業(yè)采取系統(tǒng)化生產(chǎn)操作，生產(chǎn)裝置之間多采取互供原料，既減少了以前因裝置間設(shè)中間罐增加的操作，也降低了能耗，減少了相應(yīng)的設(shè)備，同時(shí)大大減少了中間罐的數(shù)量，優(yōu)勢(shì)明顯。與此同時(shí)，儲(chǔ)罐相應(yīng)儲(chǔ)存溫度得以提高，高溫儲(chǔ)罐應(yīng)用越來越普遍。

油品儲(chǔ)罐的基礎(chǔ)一般為護(hù)坡式罐基礎(chǔ)、外環(huán)墻式（鋼筋混凝土）罐基礎(chǔ)、環(huán)墻式[2]罐基礎(chǔ)。新改擴(kuò)建儲(chǔ)罐時(shí)，從既減少占地，又能確保滿足各種地基土承載力要求考慮，罐基礎(chǔ)幾乎全部采用環(huán)墻式罐基礎(chǔ)，罐壁置于環(huán)梁之上。

1 高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)

一般的油品儲(chǔ)罐環(huán)墻式罐基礎(chǔ)的內(nèi)部墊層自上而下為瀝青絕緣層、墊砂層、填料層。新建罐還在砂墊層與填料層間增加了HDPE高密度聚乙烯土工膜及保護(hù)該膜的上下砂（細(xì)）墊層，為保護(hù)膜的完整性一般在膜兩側(cè)還增加了砂墊層與細(xì)沙保護(hù)層。環(huán)墻結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)澆灌結(jié)構(gòu)，并環(huán)向10～15開有坡度不小于5%的排水孔（滲漏孔）。

高溫儲(chǔ)罐的罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與一般的儲(chǔ)罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)明顯不同之處，是增加了隔熱層。按API650附錄M中要求：罐內(nèi)介質(zhì)溫度高于90℃時(shí)，與罐底接觸的基礎(chǔ)表面應(yīng)采取隔熱措施。目前高溫儲(chǔ)罐的罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)基本有如下幾種：

(1)自罐底板向下依次為：底板隔熱層（320mm）、瀝青砂絕緣層、砂墊層、HDPE高密度聚乙烯土工膜、填料層。其中底板隔熱層自罐底板向下依次為：M7.5水泥砂漿MU10燒結(jié)磚（130mm）、M7.5水泥砂漿MU10燒結(jié)磚（60mm，內(nèi)設(shè)60×60@790通氣孔）、M7.5水泥砂漿MU10燒結(jié)磚（130mm）。

(2)自罐底板向下依次為：底板隔熱層（113mm）、瀝青砂絕緣層、砂墊層、HDPE高密度聚乙烯土工膜、填料層。其中底板隔熱層自罐底板向下為輕質(zhì)粘土耐火磚（T-3）側(cè)立鋪砌113mm。

(3)自罐底板向下依次為：底板隔熱層（200mm）、瀝青砂絕緣層、砂墊層、HDPE高密度聚乙烯土工膜、填料層。其中底板隔熱層自罐底板向下依次為：紅磚平鋪、紅磚平鋪留出通風(fēng)孔道、紅磚錯(cuò)縫平鋪壓蓋。

從這幾種高溫儲(chǔ)罐的地基設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)比看出，除底板隔熱層外，其它均按照SH 3068-1995《石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定執(zhí)行。從上述3種高溫儲(chǔ)罐底板隔熱層結(jié)構(gòu)看出：

(1)罐壁均置于環(huán)梁隔熱層上，有些底板隔熱層留有通風(fēng)結(jié)構(gòu)，有些底板隔熱層無通風(fēng)結(jié)構(gòu)；

(2)環(huán)墻厚度按照GB 50341-2003《立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄B[3]的要求執(zhí)行；

(3)HDPE高密度聚乙烯土工膜保護(hù)層厚度略有不同；

(4)隔熱結(jié)構(gòu)由略薄的環(huán)梁部分緊固（該部分僅用于固定隔熱層），但留出通風(fēng)孔。

2 高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)分析

按照相關(guān)規(guī)范，當(dāng)罐內(nèi)儲(chǔ)存介質(zhì)溫度大于95℃時(shí)，與罐底接觸的罐基礎(chǔ)表面，應(yīng)采取隔熱措施。目前國(guó)內(nèi)高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)增加了隔熱，但出現(xiàn)了一些問題，如隔熱結(jié)構(gòu)外表面水泥照面層龜裂脫落，底部瀝青絕緣層軟化等。因此需對(duì)隔熱層結(jié)構(gòu)對(duì)高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)的影響予以分析。

2.1 隔熱層材料

隔熱層材料一般為普通燒結(jié)磚和水泥砂漿，水泥砂漿用于磚底部。從上述幾種罐基礎(chǔ)的磚體選材上看，第(1)、(2)種高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)隔熱層選用燒結(jié)磚，第(3)種高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)隔熱層選用耐火磚。耐火磚用于工廠內(nèi)各種窯爐建設(shè)、高溫區(qū)隔熱等作用，不抗凍容，易風(fēng)化，壽命短，在南方地區(qū)可以作為隔熱層使用。而燒結(jié)磚抗壓性能好（MU10級(jí)燒結(jié)磚抗壓強(qiáng)度平均值大于10MP以上），抗凍性高，在標(biāo)準(zhǔn)孔洞率情況下就有良好的隔熱性[4]。因此，隔熱層材料采用燒結(jié)磚即可。

2.2 熱膨脹現(xiàn)象

在儲(chǔ)罐儲(chǔ)存介質(zhì)高溫狀態(tài)下，罐底會(huì)出現(xiàn)熱膨脹；不連續(xù)部件溫差會(huì)造成基礎(chǔ)額外受力。

儲(chǔ)罐內(nèi)介質(zhì)的不斷收付會(huì)造成罐底、罐壁熱應(yīng)力變化幅度和頻率不斷變化，表現(xiàn)在底板發(fā)生形變，結(jié)果會(huì)因底板膨脹壓擠隔熱層，同時(shí)附屬設(shè)施（如靜電接地線）被拉拽，產(chǎn)生新的受力。因此，在隔熱層施工時(shí)磚體排列間不要用水泥砂漿完全堵塞，留有一定的間隙，同時(shí)附屬設(shè)施要留出膨脹余量。

2.3 罐基礎(chǔ)環(huán)梁

地基變形特征分為罐基沉降量、基礎(chǔ)整體傾斜（平面傾斜）、罐基周邊不均勻沉降（非平面傾斜）及罐中心與罐周邊的沉降（罐基礎(chǔ)錐面坡度）。這些沉降與傾斜會(huì)造成罐體對(duì)隔熱層受力不均?？紤]上述情況采取第(2)種的環(huán)梁形式較為穩(wěn)妥。

2.4 罐基礎(chǔ)導(dǎo)熱

考慮到罐內(nèi)介質(zhì)溫度可達(dá)150℃，如長(zhǎng)期傳熱會(huì)對(duì)瀝青絕緣層產(chǎn)生影響引起瀝青絕緣層軟化，隔熱層中間加設(shè)通風(fēng)孔是非常必要的。在相關(guān)煉油企業(yè)有一些低于95℃的儲(chǔ)罐，可經(jīng)常看到瀝青絕緣層有瀝青滲出現(xiàn)象。

瀝青絕緣層采用現(xiàn)場(chǎng)拌制。做法是將砂加熱至100～150℃，瀝青加熱至160～200℃，熱臺(tái)下拌合均勻，瀝青砂體積配合比：8%～10%的瀝青與92%～90%的中粗砂。瀝青采用30號(hào)甲建筑石油瀝青，該瀝青軟化點(diǎn)不低于70℃。由此看來，罐底部至瀝青絕緣層必須有良好隔熱。增加通風(fēng)通道可帶走罐底部分傳熱，通道間傳熱形式也改變，大大減少了到達(dá)瀝青絕緣層的熱量。

3 結(jié)論

為保證高溫儲(chǔ)罐的安全運(yùn)行，采用罐基礎(chǔ)基本結(jié)構(gòu)形式基本上滿足了高溫儲(chǔ)罐的要求。由于南北方地域溫度差異，隔熱層略有差異，但經(jīng)綜合分析，高溫儲(chǔ)罐罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)需在以下方面統(tǒng)一：

(1)隔熱磚采用標(biāo)準(zhǔn)燒結(jié)磚。

(2) 罐基礎(chǔ)環(huán)梁在設(shè)計(jì)滿足要求的條件下，適當(dāng)增加圍箍隔熱層段，并保有與隔熱層相符的通氣孔，增加隔熱層強(qiáng)度。減少儲(chǔ)罐地基沉降變形的影響。

(3)在相關(guān)規(guī)范未明確95℃以上儲(chǔ)存介質(zhì)采用的瀝青規(guī)格情況下，隔熱層要設(shè)有通風(fēng)孔，減少罐底熱量傳遞對(duì)瀝青絕緣層的影響。

[1] SH/T 3007-2007，石油化工儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)罐區(qū)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] SH 3068-1995，石油化工企業(yè)鋼儲(chǔ)罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3] GB50341-2003，立式圓筒形鋼制焊接儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] 李慶繁，趙振魁，桑勇.關(guān)于粉煤灰燒結(jié)磚孔洞率和孔隙率有關(guān)問題的分析建議[J].新型建筑材料，2005(10)：3-6.

Study on Base Structure of High Temperature Tank

ZHU Ch un-qiang, QU Wei,LIU Ya-xian
(Guangxi Petrochemical Company, Qinzhou 535008, China)

TE 97

B

1671-9905(2014)05-0062-02

祝春強(qiáng)(1966-)，助理工程師，學(xué)士，畢業(yè)于解放軍后勤工程學(xué)院油氣儲(chǔ)運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)從事煉廠儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)生產(chǎn)技術(shù)管理工作。電話：15907773011，E-mail:zhuchunqiang@petrochina.com.cn

2014-03-13