某石油儲(chǔ)備庫(kù)初期污染雨水池及事故水池設(shè)計(jì)

現(xiàn)在我國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)地發(fā)展，對(duì)原油的需求量很大，造成了石油化工產(chǎn)業(yè)原油的供求矛盾。為了緩解這種矛盾，我國(guó)建設(shè)了一批石油儲(chǔ)備庫(kù)來(lái)增加原油儲(chǔ)備量，緩解我國(guó)的石油供應(yīng)壓力。但是石油儲(chǔ)備庫(kù)極易發(fā)生事故，也會(huì)受到初期雨水的污染，所謂初期雨水污染指的是雨水和空氣中的污染物以及灰塵等結(jié)合,同時(shí)將路面的污染物一起帶入雨水管，一般初期雨水比污水更加臟，初期雨水和事故會(huì)引起周邊環(huán)境的污染，設(shè)置初期污染雨水池和事故水池就可以緩解這一問(wèn)題。

1.工程概況

山東某港區(qū)的石油儲(chǔ)備庫(kù)，儲(chǔ)備庫(kù)的設(shè)計(jì)庫(kù)容為246×104m3,包括27臺(tái)外浮頂油罐，其中庫(kù)容為10×104m3的外浮頂油罐24臺(tái)，深度為77米，高度為23.5米，庫(kù)容為2×104m3的外浮頂油缸3臺(tái)，深度為37米，高度為19.8米，石油儲(chǔ)備庫(kù)中的油品是原油和燃料油。

2.初期雨水池及事故水池的設(shè)計(jì)

2.1 荷載的設(shè)計(jì)

進(jìn)行水池的荷載設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮池壁的荷載、溫濕度荷載以及荷載組合四種狀況，下面分別進(jìn)行說(shuō)明：

作用在池壁上的荷載主要是池內(nèi)水壓力、池外土壓力。其中池內(nèi)水壓是水池承受的主要的荷載，一般按滿池來(lái)計(jì)算水壓；如果水池為地下式，池壁會(huì)受到土壓力，計(jì)算壓力時(shí)用良肯主動(dòng)土壓力理論來(lái)進(jìn)行計(jì)算，取土各項(xiàng)參數(shù)時(shí)參考巖土勘察報(bào)告提供的數(shù)據(jù)，初步設(shè)計(jì)時(shí)土的內(nèi)摩擦角度取30度，重度取18Kn/m3。如果地下水位線低于水池的埋置深度，要考慮地下水位以下的土受到水浮力的影響而發(fā)生重度的下降，重度下降會(huì)對(duì)水壓力造成影響。設(shè)計(jì)時(shí)要通過(guò)抗浮穩(wěn)定來(lái)驗(yàn)算池體受到的托浮，要采取措施防止發(fā)生水池漂浮事故。

混凝土在硬化時(shí)池壁會(huì)產(chǎn)生膨脹和收縮而發(fā)生變形，會(huì)在池體產(chǎn)生溫度或者濕度應(yīng)力，溫、濕度應(yīng)力是造成混凝土池壁發(fā)生裂縫的主要原因，特別是在冬季和夏季以及溫度、濕度差異較大的區(qū)域，不能忽略溫、溫度荷載的計(jì)算。

在進(jìn)行水池設(shè)計(jì)時(shí)，也要考慮到荷載組合的作用，常見(jiàn)的荷載組合形式為：池內(nèi)水壓與自重組合、池內(nèi)水壓與自重和溫、濕度荷載的組合、池外土壓與自重的組合。荷載組合產(chǎn)生的應(yīng)力是多種應(yīng)力的組合，要根據(jù)具體的荷載類(lèi)型進(jìn)行相應(yīng)的處理。

2.2 內(nèi)力的計(jì)算

計(jì)算水池的內(nèi)力時(shí)，主要是計(jì)算池壁內(nèi)力和底板內(nèi)力，內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果會(huì)受到選擇的邊界條件和地基反力模型的選擇。如果設(shè)計(jì)的水池屬于大、中型規(guī)模，盡量要設(shè)計(jì)為有頂蓋形式，這樣可以改善池壁的受力，如果條件不允許采取有頂蓋形式，要從池壁處挑出走道板，讓走道板來(lái)做為池壁的彈性支承。要發(fā)揮走道板的不動(dòng)鉸支承功能，要減小其水平方面的跨度或者增加其寬度，如果走道板不能起到不動(dòng)鉸支承作用，按照彈性支承來(lái)進(jìn)行計(jì)算。如果水池?zé)o頂蓋并且池壁較高，可以將池壁設(shè)計(jì)為變截面形式，并且設(shè)計(jì)上壁柱。計(jì)算矩形水池的矩形壁板時(shí)，按照混凝土結(jié)構(gòu)矩形板的計(jì)算方法來(lái)進(jìn)行計(jì)算。

再就是底板的應(yīng)力，在進(jìn)行實(shí)際的工程計(jì)算時(shí)，計(jì)算水池底板的內(nèi)力采用靜力平衡法或者采用考慮池底與地基相互作用的內(nèi)力分析方法。如果池壁間距較小，兩個(gè)相鄰池壁的剛性角發(fā)生重疊時(shí)，此時(shí)可以不將彎矩計(jì)算在內(nèi)，如果池壁間距較大，會(huì)引起與地基的脫開(kāi)，此時(shí)采用線性分布法進(jìn)行計(jì)算。

2.3 水池的施工組織設(shè)計(jì)

首先是混凝土的配比，混凝土是復(fù)合材料，各種組成部分進(jìn)行最優(yōu)的拌和才能拌制出性能優(yōu)異的混凝土，對(duì)于水池的施工來(lái)說(shuō)混凝土的質(zhì)量更加重要?？梢圆捎?2.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，粗骨料要級(jí)配良好，最大粒徑不能大于40mm,不能大于截面最小尺寸的1/4，含泥量不大于1%，吸水量不大于1.5%。細(xì)骨料采用中、粗砂，含泥量不能大于3%。

其實(shí)是水泥的用量影響著混凝土硬化時(shí)的收縮性，一般來(lái)說(shuō)用量越大，產(chǎn)生的混凝土收縮越大，變形的延續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)。所以必須減少水泥的用量，不宜大于380kg。水灰比也是影響混凝土收縮性的一個(gè)指標(biāo)，如果混凝土的蒸發(fā)率超過(guò)了0.5kg/m2h，混凝土?xí)a(chǎn)生劇烈的收縮，所以混凝土的水灰比不能大于0.5，要保證混凝土和易性的前提下，要減少水灰比。

水池建設(shè)過(guò)程中出現(xiàn)了裂縫要及時(shí)進(jìn)行整治，一般來(lái)說(shuō)以豎向裂縫居多，主要有兩種原因會(huì)造成裂縫的產(chǎn)生，一種是由混凝土的收縮引起，一種是池壁外側(cè)的表面裂縫延伸而引起。在工程施工過(guò)程中外挑現(xiàn)澆走道板會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的裂縫，針對(duì)這種情況，走道板要采用預(yù)制裝配式或者現(xiàn)澆式，要設(shè)置伸縮縫，伸縮縫之間的距離為3米。

3.初期污染雨水池污染水量的設(shè)計(jì)以及事故水池的容積設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)初期污染雨水池時(shí)，初期污染雨水量的確定非常重要，初期污染雨水量是兩個(gè)地方的污染雨水量之和，分別是浮盤(pán)上和地面上的污染雨水量。

3.1 浮盤(pán)上的污染雨水量

石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范明確規(guī)定：計(jì)算單缸初期雨水時(shí)，計(jì)算時(shí)要以油缸頂上30mm厚的雨水量為計(jì)算基礎(chǔ)，罐區(qū)的一次雨水量為20%油罐的雨水量。根據(jù)這項(xiàng)規(guī)定，庫(kù)容為10×104m3的外浮頂油罐共24臺(tái)，其中有5臺(tái)石油儲(chǔ)罐受到了油品污染，庫(kù)容為2×104m3的外浮頂油罐共3臺(tái)，其中有1臺(tái)石油儲(chǔ)罐受到了油品污染，按照《石油儲(chǔ)備庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，計(jì)算得出儲(chǔ)罐浮盤(pán)的污染面積為24358.4m2，污染雨水的深度為30mm，污染雨水的容積為731m3。

3.2 地面的污染雨水量

為了準(zhǔn)確計(jì)算地面上的污染雨水量，設(shè)計(jì)時(shí)石油儲(chǔ)備庫(kù)初期污染雨水池工程要與儲(chǔ)運(yùn)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行配合，操作閥區(qū)和易引起地面污染的區(qū)域要設(shè)置一個(gè)高20mm、面積為6500m2的圍堰，圍堰里面的雨水會(huì)收集起來(lái)排到油污水系統(tǒng)，污染區(qū)的降雨量為當(dāng)?shù)貧v史最高日降雨量，其數(shù)值為196.8mm，污染雨水的容量為污染區(qū)降雨量與圍堰面積的乘積，為1288m3。

先求取初期污染雨水池的設(shè)計(jì)容積量。一次初期污染雨水量為2019m3，從總圖上可以得知初期雨水池的長(zhǎng)度為71米，寬度為10.6米，深度為2.88米，初期污染雨水池的容積為上述長(zhǎng)度、寬度和深度的乘積，求得2167m3，符合設(shè)計(jì)要求。

在計(jì)算事故水池的事故水量時(shí)，要依據(jù)事故狀態(tài)下預(yù)防控制水體污染的相關(guān)要求進(jìn)行計(jì)算，事故狀態(tài)下污染水容積的計(jì)算公式為：

事故狀態(tài)下污染水容積=（V1+V2+V3）max+V4+V5公式中各項(xiàng)的含義如下：

（V1+V2-V3）max：收集系統(tǒng)內(nèi)罐組的最大值。

V1：收集系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生事故的最大罐組的容積；

V2:發(fā)生事故的儲(chǔ)罐或設(shè)施的消防用水容積；

V3:事故發(fā)生后，從儲(chǔ)罐傳輸?shù)狡渌O(shè)施的水容量；

V4:事故發(fā)生過(guò)程中，收集到的生產(chǎn)廢水量；

V5:事故發(fā)生過(guò)程中，收集到的雨水量。

為了對(duì)罐區(qū)進(jìn)行防火處理，設(shè)置了防火堤，計(jì)算防火堤的容積時(shí)，其數(shù)值為事故發(fā)生時(shí)排水的容積數(shù)。

第1-4個(gè)原油罐組防火堤的面積為69423m2，罐組的基礎(chǔ)面積為27940m2（6座容積為100000m3的浮頂罐）防火堤的高度為280米。事故狀態(tài)下污染水容積為116147m3，事故水容積量可以達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

第5個(gè)油罐防火堤的面積為12300m2，其中基礎(chǔ)面積為3224m2（3座容積為20000m3的浮頂罐）防火堤的高度為2.8米。事故狀態(tài)下污染水容積為21600m3，防火堤的實(shí)際容積為25413m3，符合儲(chǔ)罐事故水的容積設(shè)計(jì)要求。

汽車(chē)裝車(chē)區(qū)內(nèi)所有設(shè)施的面積總數(shù)為27200m2，汽車(chē)裝車(chē)設(shè)施處于事故狀態(tài)， 此 時(shí) V1為 80m3，V2為 677m3，V5為274m3，總的污染水容積為1031m3，要將這容積為1031m3的事故狀態(tài)下的污染水排掉。為了將事故高姿態(tài)態(tài)下的污染水排出，需要建設(shè)一個(gè)容積大于防火堤有效容積（1031m3）的事故水池。

本石油儲(chǔ)備庫(kù)位于港區(qū)，2015年國(guó)家針對(duì)港區(qū)危險(xiǎn)化學(xué)品的安全儲(chǔ)存問(wèn)題下發(fā)了文件，文件對(duì)庫(kù)區(qū)事故污染收集池的容積量進(jìn)行了規(guī)定，其值不能小于一次最大消防用水量，本工程中一次最大消防用水量為5200m3，所以庫(kù)區(qū)一次事故污水量也取此值。

3.3 事故水池的設(shè)計(jì)容積

由上面的計(jì)算看出，庫(kù)區(qū)一次事故污水量為5200m3，根據(jù)總圖可以得到事故水池的長(zhǎng)為71米，寬為29.4米，深度為2.88米，事故水池的有效容積為長(zhǎng)、寬和高的乘積，乘積結(jié)果為6011m3，符合設(shè)計(jì)要求。

4.小結(jié)

進(jìn)行石油儲(chǔ)備庫(kù)排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行設(shè)置，在庫(kù)區(qū)內(nèi)在設(shè)置一定高度和厚度的圍堰，以此來(lái)減少初期污染雨水的儲(chǔ)存量，從而可以對(duì)收集系統(tǒng)中的初期污染雨水量進(jìn)行有效地控制，從而達(dá)到安全環(huán)保的要求。企業(yè)要做好初期污染雨水池和事故水池的管理，避免造成環(huán)境污染。