石油化工企業(yè)中立式鋼制儲油罐設(shè)計特點

曹崇陽　肖立兵

摘要：本文介紹了石油化工企業(yè)立式鋼制儲油罐基礎(chǔ)設(shè)計、施工和使用期間應(yīng)注意的一些問題。

關(guān)鍵詞：石油化工；鋼制儲油罐；設(shè)計

1 設(shè)計條件

鋼儲罐基礎(chǔ)設(shè)計必須具備以下資料：

1.1 建設(shè)場區(qū)的工程地質(zhì)勘察報告；

1.2 建設(shè)場地和地基的地震效應(yīng)評價；

1.3 罐區(qū)平面布置及設(shè)計豎向標(biāo)高，罐中心座標(biāo)；

1.4 儲罐的型式、容積、幾何尺寸、罐底坡度及中心標(biāo)高、設(shè)計地面標(biāo)高、罐壁底端線分布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；

1.5 儲罐內(nèi)介質(zhì)及最高儲液面的高度、最高溫度、介質(zhì)重度；

1.6 儲罐的罐前平臺、排放口、溝、井、梯基礎(chǔ)等輔助設(shè)施的位置及型式；

1.7 與儲罐罐體有關(guān)的管道布置、預(yù)埋件、錨栓布置及罐周的排水設(shè)施等；

1.8 儲罐施工安裝、試壓等方法對罐基礎(chǔ)的要求。

2 基礎(chǔ)的特點

2.1 儲罐本體均由鋼板焊制而成，外形尺寸較大，整體剛度較低，具有較大的柔性；

2.2 總荷重大，但較均勻，且充水試驗時一般達(dá)到最大值；

2.3 儲油罐的液位較高，對于軟土地基基礎(chǔ)所承受的壓力往往超過地基的容許承載力、壓縮沉降及沉降差起控制作用；

2.4 儲油罐對基礎(chǔ)的不均勻沉降較敏感。因此必需嚴(yán)格控制基礎(chǔ)的總沉降量和不均勻沉降量；

2.5 荷載面積較大，地基沉降影響深度一般較深，應(yīng)注意了解地基深部土質(zhì)情況。

2.6 由于罐底板為鋼板，對于非均勻地基應(yīng)做必要處理；

2.7 考慮對罐底板進(jìn)行防腐處理，一般在底板與基礎(chǔ)之間設(shè)100mm厚瀝青砂墊層，因此儲油罐罐體與基礎(chǔ)部分采用非固定連接方式。

3 基礎(chǔ)型式的選擇

3.1 護(hù)坡式罐基礎(chǔ)

優(yōu)點：基礎(chǔ)的整體均勻性好，對罐體受力較好；.工程投資小，造價低。

缺點：基礎(chǔ)平面抗彎剛度差，調(diào)整地基不均勻沉降作用小，效果較差；基礎(chǔ)本身的穩(wěn)定性差。

3.2 鋼筋混凝土環(huán)墻式罐基礎(chǔ)

優(yōu)點：平面抗彎剛度較大，減少罐周的不均勻沉降，從而減少罐壁的變形；罐體荷載傳遞給地基的壓力分布較均勻；基礎(chǔ)的穩(wěn)定性能及抗震性能較好；施工方便，為罐體焊接工作提供了較好的工作面；有利于事故的處理；占地面積少，鋼筋混凝土環(huán)墻還能起防潮作用等。

缺點：罐底剛度不均勻使罐壁和罐底的受力狀態(tài)差；鋼筋水泥耗量大，投資高。

3.3 外環(huán)墻式罐基礎(chǔ)

優(yōu)點：對罐壁和罐底的受力狀態(tài)較環(huán)墻式罐基礎(chǔ)好；抗震性能也較好；較環(huán)墻式罐基礎(chǔ)省鋼筋和水泥。

缺點：整體平面抗彎剛度較鋼筋混凝土環(huán)墻式罐基礎(chǔ)差，因此調(diào)整不均勻沉降能力較差；當(dāng)罐壁下節(jié)點處下沉量低于外環(huán)罐頂時易造成兩者之間的凹陷。

3.4 鋼筋混凝土板式罐基礎(chǔ)

一般用于地質(zhì)條件較差，且土層分布不均勻?；蛴卸囱ǖ惹闆r。用鋼筋混凝土底板作為基礎(chǔ)的儲罐直徑不宜大于15m。

3.5 碎石環(huán)墻式罐基礎(chǔ)

一般用于回填土較厚或土質(zhì)情況較差的浮頂罐基礎(chǔ)，尤其是用于單罐容量為50000m3以上的大型儲罐，但對碎石的級配及密實性要求較高。

4 地震效應(yīng)定性分析

罐體及儲液的地震反應(yīng)可歸納為以下幾種：

罐體及儲液的水平地震慣性力；罐體及儲液的豎向地震慣性力；水平地震時罐壁上的動液壓；豎向地震時罐壁上的動液壓；水平地震時罐壁及罐底剪力；水平地震時罐壁及罐底彎力；液面晃動時罐壁上的動液壓；液面晃動時罐壁和罐底剪力；液面晃動時罐壁和罐底彎力。

由于上述地震反應(yīng)最終傳到基礎(chǔ)頂面，便形成了地震時罐體對基礎(chǔ)的以下幾種附力作用。

水平地震時罐底剪力；水平地震時罐壁傾覆力矩；水平地震時罐底板的翻轉(zhuǎn)力矩；豎向地震時罐壁的豎向慣性力；豎向地震時儲液浮頂及底板的豎向慣性力；液面晃動引起的罐底水平剪彩力；液面晃動引起罐壁傾覆力矩；液面晃動引起的罐底板翻轉(zhuǎn)力矩。

5 對施工的特種要求

介于很多施工單位對瀝青砂絕緣層的材料要求及施工工序不是十分熟悉，本文僅對瀝青砂絕緣層的施工要求作以詳細(xì)敘述。

瀝青砂絕緣層所用砂應(yīng)采用干燥的中砂配制，砂中含泥量不得大于5%，所用瀝青材料，當(dāng)罐內(nèi)介質(zhì)溫度低于80℃時,宜采用60號道路石油瀝青,或30號建筑石油瀝青,當(dāng)罐內(nèi)介質(zhì)溫度等于或高于80℃時，宜采用30號建筑石油瀝青。

瀝青砂絕緣層的作用主要是防止罐底板的腐蝕，同時防止水滲入或侵蝕基礎(chǔ)，同時也便于罐底板的鋪設(shè)和安裝。瀝青砂由砂和熱瀝青均勻拌合而成，配合比應(yīng)按體積比，宜為8%~10%的瀝青與92%~90%的中砂，具體施工要求應(yīng)按設(shè)計圖紙和現(xiàn)場材料情況通過試驗確定。瀝青砂熱拌時應(yīng)將砂加熱至100~150℃,石油瀝青加熱至160~180℃時(冬季應(yīng)略高一些)立即將其在熱狀態(tài)下拌合均勻后使用。瀝青砂絕緣層應(yīng)分層分塊鋪設(shè)，每層虛鋪厚度不宜大于40mm，上下層接縫錯開距離不應(yīng)小于500mm，可按扇型式或環(huán)形分格，上下層分塊的間隙應(yīng)錯開。施工時塊間縫隙用10~20mm厚的模板隔開，模板應(yīng)按瀝青砂鋪設(shè)坡度、標(biāo)高進(jìn)行加工。待瀝青砂壓實烙平冷卻后將模板抽出，灌熱瀝青并熨平。熱拌瀝青砂鋪設(shè)溫度不應(yīng)低于140℃，用壓路機(jī)碾壓密實，然后用加熱的烙鐵烙平，或用平板振動器振實。熱瀝青在施工間歇后繼續(xù)鋪設(shè)前，應(yīng)將已壓實的面層邊緣加熱，并涂一層熱瀝青，施工縫處應(yīng)碾壓平整，保證無明顯的接縫痕跡，瀝青砂絕緣層不得在雨天施工。如在雨天施工必須采取有效措施。

6 沉降觀測

新建的每臺罐基礎(chǔ)均應(yīng)按要求設(shè)沉降觀測點進(jìn)行沉降觀測，沉降觀測點應(yīng)沿圓周方向均勻設(shè)置，沉降觀測點數(shù)的設(shè)置應(yīng)符合設(shè)計圖紙要求。

罐基礎(chǔ)沉降應(yīng)設(shè)專人定期觀測，充水開始后，每天不少于1次并認(rèn)真做好記錄，沉降觀測應(yīng)包括：基礎(chǔ)完工后，儲罐充水前，充水過程中，充滿水后，放水后的全過程。沉降觀測宜采用精密水準(zhǔn)儀和銦鋼尺或精密的工程水準(zhǔn)儀（帶有復(fù)合不準(zhǔn)器）和刻度精確的水準(zhǔn)尺進(jìn)行。

儲罐應(yīng)做充水試驗，試驗時可一次充水到1/2罐高進(jìn)行沉降觀測。當(dāng)不均勻沉降量小于5mm/d時，方可繼續(xù)充水到罐高的3/4。經(jīng)觀測不均勻沉降量仍小于5mm/d允許值時，繼續(xù)充水到最高水位，充滿水并保持48h后進(jìn)行觀測，當(dāng)沉降量無明顯變化即可放水，當(dāng)沉降量有明顯變化則應(yīng)保持操作液面。每天進(jìn)行定期觀測，直至沉降穩(wěn)定為止。沉降觀測過程中當(dāng)發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)異常，應(yīng)立即停止充水，待處理后方可繼續(xù)充水。當(dāng)罐充水試驗完成，放水時，放水速度每天不大于3m。

7 結(jié)束語

對于鋼儲油罐，特別是大型儲油罐的威脅主要來自兩個方面：一是基礎(chǔ)的不均勻沉陷，二是材料的脆性破壞。這二者往往是結(jié)合在一起的。由于不均勻沉降造成罐底和罐底與罐壁板間的角縫處產(chǎn)生過大的應(yīng)力，往往導(dǎo)致油罐脆性破壞事故的發(fā)生。油罐基礎(chǔ)的沉陷可概括為以下五種類型：a.均勻沉陷。b.傾斜不均勻沉陷。c.盤形不均勻沉陷。d.壁板周邊的不均勻沉陷。e.壁板周邊的局部沉陷。綜上所述鋼制儲油罐除應(yīng)根據(jù)儲罐的具體情況及所處場地的工程地質(zhì)條件進(jìn)行合理設(shè)計外還應(yīng)精心施工，確保儲罐完全可靠。