食用油罐改造為糧食倉(cāng)庫(kù)的可行性分析技術(shù)重點(diǎn)

◎ 王 寧，夏永星

（鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院有限公司，河南 鄭州 450001）

我國(guó)現(xiàn)階段有很多糧庫(kù)兼?zhèn)溆杏椭瑑?chǔ)備功能，庫(kù)區(qū)內(nèi)建設(shè)有一定數(shù)量的食用油罐，但隨著儲(chǔ)備指標(biāo)的變動(dòng)，很多庫(kù)區(qū)內(nèi)的油罐處于閑置狀態(tài)，并且長(zhǎng)期內(nèi)沒有儲(chǔ)備任務(wù)。近年來(lái)，國(guó)家加大了糧食倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度，政策性糧食的自儲(chǔ)比例逐步提高，但隨著“托市收購(gòu)、臨時(shí)儲(chǔ)備”等保護(hù)農(nóng)民利益的國(guó)家收儲(chǔ)政策的落實(shí)，糧食庫(kù)存量達(dá)到了最高水平，整個(gè)糧食行業(yè)存在糧倉(cāng)倉(cāng)容不足的問題，部分糧食還在“簡(jiǎn)易倉(cāng)”中儲(chǔ)藏。新建糧倉(cāng)報(bào)建程序多，且土地資源日益緊缺、建設(shè)投入越來(lái)越大。如果能將庫(kù)區(qū)內(nèi)的閑置油罐改造為儲(chǔ)糧倉(cāng)房，既充分利用資源，又節(jié)約投資成本，且符合國(guó)家推進(jìn)企業(yè)改革發(fā)展轉(zhuǎn)型升級(jí)的總體要求，具有十分重要的意義。

1 植物油儲(chǔ)罐改造糧倉(cāng)的可行性研究方案分析

現(xiàn)階段，我國(guó)食用油儲(chǔ)備主要采用地上式立式圓筒形鋼制固定頂油罐，材質(zhì)一般為全碳鋼，通過(guò)不同厚度的鋼板進(jìn)行拼接，并通過(guò)一些加強(qiáng)構(gòu)件，使罐體形成一個(gè)自支撐穩(wěn)定的整體，并具有一定的抗雪壓、風(fēng)壓、地震等極端條件的能力[1]。

油脂是液體，糧食是散粒體，油脂接發(fā)工藝和糧食出入倉(cāng)工藝、儲(chǔ)藏技術(shù)、設(shè)備和工藝、建筑結(jié)構(gòu)等都完全不同。油罐改糧倉(cāng)是一個(gè)系統(tǒng)工程，必須系統(tǒng)考慮，有目的地開展前期研究。要根據(jù)油罐的實(shí)際情況，主要從建筑、結(jié)構(gòu)、電氣、進(jìn)出倉(cāng)工藝、儲(chǔ)糧工藝等方面研究技改的安全性、經(jīng)濟(jì)性、有效性、可操作性，提出具體措施，制定改造規(guī)范或指導(dǎo)意見，以確保設(shè)施設(shè)備安全、生產(chǎn)安全和儲(chǔ)糧安全。

2 可行性條件分析

2.1 邊界條件

決定改造前，需確定庫(kù)區(qū)內(nèi)供水、排水、通訊、網(wǎng)絡(luò)、電力等市政配套設(shè)施齊全可滿足工程要求。庫(kù)區(qū)原有變配電站可按設(shè)計(jì)要求保證庫(kù)區(qū)生產(chǎn)、生活用電。要求改造項(xiàng)目擬建場(chǎng)址需遠(yuǎn)離污染源及易燃易爆場(chǎng)所，具有良好的工程地質(zhì)和水文條件，且需具備一定的運(yùn)輸條件和相配套的設(shè)備設(shè)施，交通運(yùn)輸方式俱全，交通條件便利，并有足夠的改造施工空間。

2.2 總圖

2.2.1 消防間距

應(yīng)按照改造后總倉(cāng)容計(jì)算與周邊建筑的防火間距。將改造后的油罐作為鋼板糧食淺圓倉(cāng)計(jì)算與周邊建筑的防火間距。根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范（2018年版）》（GB 50016—2014）中第3.5.4條規(guī)定，糧食淺圓倉(cāng)與周邊建筑的防火間距應(yīng)滿足以下條件[2]。①當(dāng)油罐改造后總倉(cāng)容不大于5萬(wàn)t時(shí)，與周邊其他一、二級(jí)耐火等級(jí)的建筑之間的防火間距應(yīng)不小于20 m；與周邊三級(jí)耐火等級(jí)的建筑之間的防火間距應(yīng)不小于25 m。②當(dāng)油罐改造后總倉(cāng)容大于5萬(wàn)t時(shí)，與周邊其他一、二級(jí)耐火等級(jí)的建筑之間的防火間距應(yīng)不小于25 m；與周邊三級(jí)耐火等級(jí)的建筑之間的防火間距應(yīng)不小于30 m。注意當(dāng)糧食立筒倉(cāng)、糧食淺圓倉(cāng)與工作塔、接收塔、發(fā)放站為一個(gè)完整工藝單元的組群時(shí)，組內(nèi)各建筑之間的防火間距不受本表限制。糧食淺圓倉(cāng)組內(nèi)每個(gè)獨(dú)立倉(cāng)的儲(chǔ)糧不應(yīng)大于10 000 t，具體如表1所示。油罐區(qū)應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)油量確定與周邊建筑的防火間距要求，詳見下表2。

表1 糧食筒倉(cāng)與其他建筑、糧食筒倉(cāng)組之間的防火間距表

表2 植物油庫(kù)內(nèi)建構(gòu)筑物防火間距表

通過(guò)對(duì)比兩本規(guī)范對(duì)防火間距的要求，為了將閑置油罐最大化改造利用，待改造庫(kù)區(qū)應(yīng)根據(jù)各自的實(shí)際情況，事先與當(dāng)?shù)叵拦芾聿块T進(jìn)行溝通，建議將改造后的儲(chǔ)備倉(cāng)與周邊已建成的建、構(gòu)筑物的最小防火間距改為15.0 m。并應(yīng)取得消防部門承認(rèn)的紙質(zhì)文件留檔備份。

2.2.2 消防車道

待改造油罐區(qū)域需建有環(huán)形消防通道或有足夠空間布置環(huán)形消防通道，且新建道路與原有庫(kù)區(qū)道路應(yīng)連接，并形成環(huán)路。道路凈寬度不應(yīng)小于4.0 m，道路凈高度不小于4.0 m。若未設(shè)置環(huán)形消防車道，實(shí)施改造時(shí)應(yīng)一并設(shè)計(jì)實(shí)施。

2.3 結(jié)構(gòu)

2.3.1 基礎(chǔ)

油罐所裝載油料比重為9.3 kN·m-3，改造后裝載糧食按照散裝小麥計(jì)算，小麥最大容重為8.0 kN·m-3，地基平均附加應(yīng)力相應(yīng)減少，且一般油罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)按照水（容重為10 kN·m-3）設(shè)計(jì)計(jì)算，原地基承載能力特征值一般能夠滿足裝糧要求。但由于油罐改裝糧食后物料由液態(tài)變?yōu)轭w粒骨料，糧食相對(duì)于液態(tài)物質(zhì)對(duì)鋼板側(cè)壁的豎向摩擦力大大增加，即相對(duì)于油罐發(fā)揮儲(chǔ)油功能時(shí)，油罐側(cè)壁豎向荷載增加。倉(cāng)內(nèi)壓力重新分布，罐內(nèi)平均散料壓力減少，一般需對(duì)原油罐基礎(chǔ)分析驗(yàn)算，稍加改造即可滿足要求。

若油罐采用樁筏基礎(chǔ)一般不需另外加固處理，由于糧食對(duì)倉(cāng)壁摩擦力的增加和屋頂增加的荷載，需對(duì)倉(cāng)壁下樁基承載力進(jìn)行驗(yàn)算，滿足要求后方可進(jìn)行基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)改造，改造罐體的倉(cāng)底加強(qiáng)構(gòu)件和后加屋頂H型鋼柱需生根于基礎(chǔ)，故后加倉(cāng)底構(gòu)件采用植筋于基礎(chǔ)筏板內(nèi)或基礎(chǔ)環(huán)梁內(nèi)，并后澆混凝土方法?；A(chǔ)植筋采用專用植筋膠并經(jīng)抗拔及抗拉實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，以確保結(jié)構(gòu)安全。

若油罐采用天然基礎(chǔ)，由于糧食對(duì)倉(cāng)壁摩擦力的增加和屋頂增加的荷載，需對(duì)倉(cāng)壁下地基承載力進(jìn)行驗(yàn)算，滿足要求后方可進(jìn)行基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)改造，為保證現(xiàn)有油罐主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，采取分段加固加強(qiáng)基礎(chǔ)的方式，基礎(chǔ)加強(qiáng)采用環(huán)梁外側(cè)下后加獨(dú)立基礎(chǔ)+環(huán)條形基礎(chǔ)梁，后加均勻分布的獨(dú)立基礎(chǔ)植筋于原罐體基礎(chǔ)環(huán)梁或在原罐體環(huán)梁下后加頂緊的方法。罐體砼外倉(cāng)壁生根于外側(cè)后加基礎(chǔ)環(huán)梁。

2.3.2 罐壁

油罐罐壁一般由不同厚度的鋼板拼接而成，自上而下板厚越來(lái)越大[4]。鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院曾以直徑25 m、裝糧高度16 m高的油罐體為例分析計(jì)算，油罐材質(zhì)選用Q235B（設(shè)計(jì)強(qiáng)度215 N·mm-2），計(jì)算罐壁厚度自上而下由6 mm逐漸增加為12 mm，基本風(fēng)壓按0.45 kN·m-2，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本加速度0.10 g，罐體高徑比小于1.5，按照淺倉(cāng)計(jì)算，散裝糧食為小麥（儲(chǔ)糧的重力密度：8 kN·m-3，儲(chǔ)糧內(nèi)摩擦角25°，儲(chǔ)糧對(duì)倉(cāng)壁摩擦系數(shù)0.3[4]。

通過(guò)計(jì)算，在水平壓力拉力和豎向壓力共同作用下的綜合應(yīng)力均在80 N·mm-2以下，遠(yuǎn)小于215 N·mm-2，故罐體鋼板能夠滿足裝糧滿倉(cāng)后的強(qiáng)度及穩(wěn)定性要求。由于油罐設(shè)計(jì)時(shí)考慮的為液體的儲(chǔ)存，罐壁受力一直處于均勻狀態(tài)，各個(gè)方向的受力始終平均，但改為糧倉(cāng)后，由于糧粒間有自身的摩擦力，容易出現(xiàn)偏倉(cāng)的情況，導(dǎo)致罐壁各向受力差距較大，從而破壞罐整體穩(wěn)定性，而罐壁并無(wú)防止此種穩(wěn)定性的措施，故需嚴(yán)格避免偏倉(cāng)的情況出現(xiàn)。

2.3.3 罐頂

油罐設(shè)計(jì)時(shí)儲(chǔ)存物為液體，罐頂無(wú)過(guò)多附加載荷，一般采用自支撐拱頂?shù)男问健９揄攦H在罐壁處通過(guò)包邊抗壓圈相連，見圖1。自支撐拱頂設(shè)計(jì)時(shí)僅能保證罐頂能承受住雪壓并保持穩(wěn)定，滿足檢修、行人荷載，但是不能承受除風(fēng)機(jī)外的其他設(shè)備荷載，尤其是糧食倉(cāng)庫(kù)內(nèi)懸掛的測(cè)溫電纜。

圖1 油罐罐頂與罐壁連接方式圖

油罐改為糧倉(cāng)，倉(cāng)頂需要增加機(jī)械通風(fēng)口、自然通風(fēng)口、進(jìn)糧孔及吊掛電纜孔，原有洞盡量利用，新開洞口則需補(bǔ)強(qiáng)罐體；新開洞口附加荷載較小，且避開加強(qiáng)肋位置，并相應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)，確保結(jié)構(gòu)安全，倉(cāng)頂新增吊掛電纜每根荷載約25 kN，每個(gè)倉(cāng)頂約20多根電纜，荷載較大，原罐頂滿足不了吊掛電纜的巨大荷載，故需另外設(shè)置倉(cāng)頂房或者改造罐頂，方可實(shí)現(xiàn)倉(cāng)內(nèi)測(cè)溫電纜的吊掛[5]。

2.4 進(jìn)出倉(cāng)工藝

由于原有罐體的結(jié)構(gòu)限制，油罐改造倉(cāng)必須保證倉(cāng)房?jī)?nèi)糧面高度均勻，不能有偏倉(cāng)的情況發(fā)生，故進(jìn)料和出料方式應(yīng)盡量選用中心進(jìn)料及中心出料的方式。

2.4.1 罐區(qū)典型布置方式

（1）“一”字型布局。油罐區(qū)布局成以“一”型單列布局，如圖2所示。特點(diǎn)：閑置油罐相對(duì)獨(dú)立，排布規(guī)整，周邊設(shè)施對(duì)其影響低，進(jìn)倉(cāng)固定式設(shè)施利用率高，改造方便。

圖2 “一”型單列布局典型圖

（2）多列型布局。油罐區(qū)布局成采用雙列或三列進(jìn)行布局，如圖3所示。特點(diǎn)：倉(cāng)容大，布局罐區(qū)呈多列布置，雙列罐間距不同庫(kù)區(qū)區(qū)別較大，進(jìn)出倉(cāng)方式會(huì)受不同影響。

圖3 多列型布局典型圖

（3）獨(dú)立布局。油罐區(qū)布局針對(duì)原有地形地塊，進(jìn)行獨(dú)立建設(shè)，一般建設(shè)罐容小，油罐個(gè)數(shù)少，針對(duì)此類罐區(qū)，因其改造成本高，進(jìn)出倉(cāng)設(shè)施利用率低，不建議進(jìn)行整體改造施工。

2.4.2 進(jìn)倉(cāng)工藝

（1）單列棧橋布局罐區(qū)。對(duì)于單排布置的油罐區(qū)，采用單列布局的方式。罐頂采用固定式進(jìn)倉(cāng)輸送設(shè)備，滿足同一列中不同罐改倉(cāng)內(nèi)的糧食入倉(cāng)要求。基本布局方式如圖4所示。

圖4 單列棧橋布局典型圖

（2）塔式布局。針對(duì)油罐罐區(qū)排布，采用塔式提升的方案，分為“一對(duì)二”“一對(duì)四”2種排布方式（此方式可以自由組合），基本布局方式如下圖所示，最大限度地降低固定式設(shè)備投資，進(jìn)倉(cāng)均采用移動(dòng)式設(shè)備進(jìn)行入倉(cāng)作業(yè)，經(jīng)斗提機(jī)提升后通過(guò)溜管系統(tǒng)直接入倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)糧食快速入倉(cāng)，詳見圖5。

圖5 塔式布局典型圖

（3）對(duì)比分析。針對(duì)以上兩種油罐改糧倉(cāng)的入倉(cāng)方式，以2萬(wàn)t油罐區(qū)（φ18 m，2×4排布）改造為例，從機(jī)械化程度、用地面積、改造運(yùn)營(yíng)成本等方面進(jìn)行對(duì)比分析，為單點(diǎn)油罐區(qū)改造提供理論支撐，進(jìn)倉(cāng)方式選擇對(duì)比詳見表3。

表3 進(jìn)倉(cāng)形式選擇對(duì)比表

綜上所述，小型罐區(qū)（罐容小于2萬(wàn)t）建議采用塔式布局方案，節(jié)省整體投資；中型罐區(qū)（罐容2萬(wàn)t～5萬(wàn)t）需根據(jù)單一項(xiàng)目情況進(jìn)行整體分析，確定進(jìn)倉(cāng)形式；大型罐區(qū)（罐容大于5萬(wàn)t）建議采用棧橋式布局方案，減少單一塔架設(shè)備投資，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化近倉(cāng)作業(yè)，節(jié)省整體投資。

2.4.3 出倉(cāng)工藝

（1）罐內(nèi)隧道式出倉(cāng)。本方案主要采用罐改倉(cāng)內(nèi)原有底板，罐內(nèi)隧道采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，滿足滿倉(cāng)糧食壓力；隧道高寬滿足移動(dòng)式設(shè)備出倉(cāng)作業(yè)及檢修要求；隧道底部增設(shè)隧道閥板基礎(chǔ)。單隧道布置，余糧采用鏟車清倉(cāng)，降低改造投資?；静季址绞饺鐖D6所示。

圖6 倉(cāng)內(nèi)隧道出倉(cāng)立面圖

（2）地溝式出倉(cāng)。對(duì)于罐體基礎(chǔ)為整體閥板基礎(chǔ)，可采用地溝式出倉(cāng)，分為2種方式。①罐內(nèi)采用土墊層，墊層內(nèi)增設(shè)出糧地溝，罐內(nèi)通風(fēng)地槽。②結(jié)合原罐體基礎(chǔ)形式，采用下挖式地溝。兩種方式均為糧食大部分經(jīng)中心孔自流出倉(cāng)，剩余糧食可通過(guò)對(duì)稱分布的低位側(cè)壁發(fā)放出糧口出倉(cāng)，最終剩余糧食通過(guò)裝載機(jī)出倉(cāng)。罐內(nèi)為平底，根據(jù)投資情況，可配合設(shè)置螺旋式清倉(cāng)機(jī)，減少人工清倉(cāng)量，提高工作效率。基本布局方式如圖7所示。

圖7 地溝式出倉(cāng)基本布局方式圖

（3）對(duì)比分析。出倉(cāng)方式以“中心出糧、對(duì)稱出糧”為原則，根據(jù)改造罐區(qū)的總圖布置情況、原罐區(qū)地質(zhì)情況、改造資金狀況靈活選擇出倉(cāng)形式。出倉(cāng)方式的選擇對(duì)比見表4。

表4 出倉(cāng)方式對(duì)比選擇表

2.5 水、電、儲(chǔ)糧措施

水、電、儲(chǔ)糧措施改造對(duì)原有罐體的改造量較小，且布置較為靈活，可行性方面無(wú)較大問題，本文不再詳細(xì)論述。

3 改造方案建議

根據(jù)前文可行性論述，提出以下改造方案建議。①要確定改造罐區(qū)周邊的邊界條件滿足改造的需求，并且現(xiàn)有罐體需有符合規(guī)范的設(shè)計(jì)圖紙，作為改造的設(shè)計(jì)依據(jù)。②待改造油罐區(qū)域改成儲(chǔ)糧設(shè)施后，總倉(cāng)容量應(yīng)不小于1.0萬(wàn)t，單倉(cāng)容量不應(yīng)小于2 000 t，考慮到施工成本、土建成本、設(shè)備成本、后期運(yùn)營(yíng)成本等因素，倉(cāng)容過(guò)小不具備改造價(jià)值，因此不予考慮。③改造過(guò)后的倉(cāng)需滿足現(xiàn)有的消防規(guī)范要求，并且罐間空軍滿足生產(chǎn)時(shí)的汽車、設(shè)備作業(yè)需求空間。④考慮到改造后倉(cāng)壁及倉(cāng)頂受力需求，原有罐頂需增加測(cè)溫電纜的承重設(shè)施，倉(cāng)壁需增加防止偏倉(cāng)的穩(wěn)固設(shè)施，綜合建議在油罐上增加倉(cāng)頂房，并落地生根至地坪，同油罐基礎(chǔ)進(jìn)行整體改造。⑤進(jìn)出倉(cāng)的形式需根據(jù)罐區(qū)的實(shí)際布置情況及投資需求綜合考慮，選取滿足需求的進(jìn)出倉(cāng)形式。⑥改造前需進(jìn)行整體的經(jīng)濟(jì)分析，綜合測(cè)算改造的費(fèi)用，根據(jù)投資及預(yù)期效果整體評(píng)價(jià)項(xiàng)目是否具有改造的價(jià)值。根據(jù)鄭州中糧科研設(shè)計(jì)院的實(shí)際項(xiàng)目分析，改造費(fèi)用一般為原有油罐拆除重建費(fèi)用的50%～70%。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有油罐改造糧食倉(cāng)既充分利用資源，又節(jié)約投資成本，具有改造的價(jià)值及可行性。設(shè)計(jì)人員需在周邊條件、總圖布置、結(jié)構(gòu)、工藝等多方面對(duì)改造后的預(yù)期效果進(jìn)行考慮，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)分析，對(duì)改造進(jìn)行全面的分析設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)出最優(yōu)的方案