◎ 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。
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。
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。
2.2.1 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。
2.3.1 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]。
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
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。
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%。
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