關(guān)于儲油罐維修若干問題的探討

王銀強，薛潤斌，劉 霞，文松青，郭建輝，李媛媛，馮 晶，欒 翔

（新疆油田 油氣儲運分公司，新疆 克拉瑪依 834000）

儲油罐（以下簡稱儲罐）是石油化工企業(yè)的主要儲油設(shè)施，通常每6～9 a維修一次，其整體結(jié)構(gòu)和局部結(jié)構(gòu)部件的安全性是維修關(guān)注的重點，維修方法優(yōu)選是提高維修質(zhì)量和維修經(jīng)濟性的關(guān)鍵。新疆油田油氣儲運分公司塔7站（以下稱塔7站）儲罐共有16座，其中拱頂罐6座，浮頂罐10座，平均每年有1～2座儲罐需要維修，在多年的儲罐管理實踐中積累了豐富的維修經(jīng)驗。文中整理總結(jié)近幾年出現(xiàn)的若干問題及維修方式，以期能為同類儲罐維修提供參考。

1 拱頂罐建造概況及使用現(xiàn)狀

塔 7站 3#鋼制（16MnR）拱頂罐始建于 1993年，公稱容積10 000 m3，設(shè)計液位高度14.8 m，內(nèi)徑30.7 m，設(shè)計溫度60℃，頂板及中幅板厚度6 mm，邊緣板厚度8 mm。經(jīng)檢測，該罐頂板下表面腐蝕嚴(yán)重，多處出現(xiàn)穿孔及裂紋，平均剩余厚度在2.5～3.1 mm。儲罐頂板上表面的腐蝕主要是自然界中的雨和雪等介質(zhì)造成的，下表面的腐蝕主要是罐內(nèi)油品及水蒸氣所致[1-3]。為了保證安全運行，對儲罐進(jìn)行維修改造。

實施改造前，基于該罐罐壁板在20℃下的許用應(yīng)力[σ]=230 MPa，所儲油品密度 950 kg/m3，依據(jù)GB 50341—2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設(shè)計規(guī)范》[4]，采用定設(shè)計點法計算了罐壁厚度，并對比了罐壁計算厚度和實際測量厚度，見表1。表1中，壁板序號1～壁板序號9依次表示罐體自下而上的9層圈板。

表1 塔7站3#鋼制拱頂罐罐壁計算厚度及檢測厚度

按照SY/T 5921—2017《立式圓筒形鋼制焊接油罐操作維護修理規(guī)范》[5]中的要求，各圈壁板的最小平均厚度不應(yīng)小于該圈壁板的計算厚度加腐蝕裕量。分散點蝕的最大深度不應(yīng)大于原設(shè)計壁板厚度的20%，且不應(yīng)大于 3 mm。密集的點蝕最大深度不應(yīng)大于原設(shè)計壁板厚度的10%。由表1可以看出，罐壁板整體腐蝕不大，其中第4層～第6層壁板部分區(qū)域已不能滿足計算厚度要求?？紤]到儲罐已使用近30 a，初步檢測了罐基礎(chǔ)，結(jié)果表明儲罐基礎(chǔ)合格，可以在現(xiàn)有儲罐基礎(chǔ)上采用更換儲罐罐板方式、增加儲罐內(nèi)膽補強方式或者二者組合方式進(jìn)行維修。

2 拱頂罐罐頂及罐壁維修可選方案

2.1 更換儲罐罐板

2.1.1 罐頂板

儲罐罐頂腐蝕嚴(yán)重且局部出現(xiàn)了腐蝕穿孔，難以保障施工過程中的安全性。由于涉及頂板上其他附件的拆除及安裝，工序相對復(fù)雜。此外，還需采取防變形技術(shù)措施等，因此，對其進(jìn)行修補維修的可能性不大，綜合考慮只更換罐頂施工作業(yè)會比較困難，決定對儲罐罐頂進(jìn)行整體更換，即更換還包括將儲罐罐頂和包邊角鋼全部切除。同時要求切除過程中不得損壞儲罐頂層罐壁板,并保證罐體圓度。GB 50341—2014規(guī)定固定頂?shù)墓揄敯迕x厚度不應(yīng)小于5 mm。SH 3046—1992《石油化工立式圓筒形鋼制焊接儲罐設(shè)計規(guī)范》[6]要求，不包括腐蝕裕量時固定頂頂板的規(guī)格厚度應(yīng)不小于4.5 mm。此外，考慮到多年拱頂罐罐頂材料的使用情況以及與罐壁的連接方式，選用6 mm厚的Q235B板材作為罐頂材料。

拱頂更換結(jié)束后，需按照GB 4053.3—2009《固定式鋼梯及平臺安全要求第3部分：工業(yè)防護欄桿及鋼平臺》[10]、GB 50205—2020《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》[11]、GB 50341—2014、SY/T 4202—2019《石油天然氣建設(shè)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范 儲罐工程》[12]重新制造罐頂平臺和檢修平臺，設(shè)計檢修平臺時還應(yīng)考慮與罐頂?shù)倪B接結(jié)構(gòu)，以防止雨水等進(jìn)入保溫層內(nèi)部造成罐壁和罐頂腐蝕[13]。此外，對儲罐頂部原有呼吸閥、阻火器、量油孔、透光孔和雷達(dá)液位計等附件進(jìn)行拆除、清洗和檢測，未發(fā)現(xiàn)損壞的則原位恢復(fù)。罐頂?shù)谋芾缀徒拥氐雀郊鸪螅鐭o損則應(yīng)原位恢復(fù)。在罐頂和罐頂包邊角鋼拆除過程中不應(yīng)損壞罐壁保溫層，如有部分損壞應(yīng)在罐頂維修完后恢復(fù)。在罐頂和罐頂包邊角鋼拆除過程中不應(yīng)損壞管壁保溫層，如有部分損壞應(yīng)在罐頂維修后恢復(fù)重新制作罐頂保溫，罐頂平臺以下部分采用復(fù)合硅酸鹽漿料，其余部分采用復(fù)合硅酸鹽板，保溫厚度為50 mm，外包0.5 mm厚的鍍鋅鐵皮。

2.1.2 儲罐罐壁

該罐罐壁整體腐蝕不大，需對罐壁重新進(jìn)行防腐。由于第4層～第6層壁板部分區(qū)域不能滿足計算厚度要求，故需進(jìn)行部分更換，第4層罐壁板更換為10 mm厚的Q345R鋼板，第5層和第6層罐壁板更換為8 mm厚的Q345R鋼板。

2.2 增加儲罐內(nèi)膽補強

采用高強復(fù)合材料內(nèi)膽進(jìn)行儲罐壁板防腐及補強。已知鋼板許用應(yīng)力[σ]1=230 MPa，內(nèi)膽許用應(yīng)力[σ]2=33.5 MPa，內(nèi)膽設(shè)計厚度取4 mm?；谟嬎愀叨燃颁摪遄钚∈Ｓ嗪穸?，參照復(fù)合鋼板的許用應(yīng)力計算方法，分別計算復(fù)合板許用應(yīng)力、復(fù)合板最小所需厚度、補強后復(fù)合板厚度及復(fù)合板提供的強度，結(jié)果見表2。

表2 儲罐壁板補強用內(nèi)膽復(fù)合板材計算許用應(yīng)力

由表2可以看出，采用4 mm高強復(fù)合材料內(nèi)膽進(jìn)行防腐補強后，罐體9層圈板中僅第1、2、3、7、8、9層應(yīng)力可以滿足強度校核要求。因此，還需對第4～6層壁板進(jìn)行局部較薄位置的修復(fù)，修復(fù)后再制作4 mm高強復(fù)合材料內(nèi)膽進(jìn)行補強。

2.3 其他維修方案

2.3.1 更換加補強

塔7站3#拱頂罐的現(xiàn)狀是，罐頂腐蝕嚴(yán)重，部分罐體壁板有一定程度的腐蝕減薄，其強度校核不合格。針對這種情況，可以分兩步進(jìn)行維修，第一步進(jìn)行罐頂整體更換，第二步在內(nèi)壁制作4 mm厚高強復(fù)合材料防腐內(nèi)膽。

總的來說,在國際化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的大環(huán)境下,結(jié)合納米材料科學(xué)的發(fā)展特點,全英文的研究生“納米材料”課程教學(xué)已經(jīng)是必然趨勢。與成熟學(xué)科的系統(tǒng)全面理論學(xué)習(xí)不同,以科研實踐工作導(dǎo)向引導(dǎo)研究生在納米材料領(lǐng)域的探索是更加有效的。因此,教師與學(xué)生加強交流,以學(xué)生為本,在教學(xué)目標(biāo)制定、教學(xué)內(nèi)容規(guī)劃及教學(xué)內(nèi)容設(shè)定上下功夫,必將提高全英文“納米材料”課程的教學(xué)效果,幫助研究生科研工作順利開展。

2.3.2 拆除新建

對塔7站3#拱頂罐的維修，采用更換罐頂加更換第4層～第6層壁板方案的預(yù)算是298萬元（包含基礎(chǔ)檢測），采用增加內(nèi)膽補強方案的預(yù)算是713萬元（包含基礎(chǔ)檢測）。推薦采用預(yù)算較少的前一種方案。

此外，可在原址拆除后新建一座20 000 m3的外浮頂儲罐?？紤]如下，①塔7站3#拱頂罐建于20世紀(jì)90年代，部分設(shè)計已不符合當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)要求,如SH 3046—1992中對罐壁處基礎(chǔ)頂面的水平度要求是，當(dāng)為環(huán)墻式基礎(chǔ)時，環(huán)墻上表面任意10 m弧長上應(yīng)不超過±3.5 mm，在整個圓周上，從平均的標(biāo)高計算不超過±6.5 mm。GB 50341—2014中要求鋼筋混凝土環(huán)墻基礎(chǔ)水平度，任意10 m弧長上應(yīng)不超過±3 mm，在整個圓周上不應(yīng)超過±6 mm。此外，GB 50151—2021《泡沫滅火系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[14]中明確固定頂儲罐低倍數(shù)泡沫產(chǎn)生器應(yīng)選用立式泡沫產(chǎn)生器，而塔7站3#拱頂罐為橫式泡沫產(chǎn)生器。②外浮頂罐原油儲存過程中的蒸發(fā)損耗少，相對環(huán)保，安全性更高。新建方案有技術(shù)方面的優(yōu)勢，但是也有經(jīng)濟方面的壓力，其預(yù)算費用很高，大約是更換罐頂加更換第4層～第6層壁板方案的4.95倍。

3 其他功能結(jié)構(gòu)改進(jìn)

3.1 罐頂加環(huán)向巡檢通道

在固定頂式儲罐罐頂常規(guī)設(shè)計中，從罐頂梯子平臺至呼吸閥的通道均設(shè)有踏步，有些還設(shè)有護欄。相關(guān)人員進(jìn)行固定頂式儲罐罐頂邊緣部位的檢修時發(fā)現(xiàn)，固定頂式儲罐罐頂無環(huán)向巡檢通道，檢修難度大且危險系數(shù)較高。GB 50074—2014《石油庫設(shè)計規(guī)范》[15]中也有規(guī)定，儲罐罐頂上經(jīng)常走人的地方，應(yīng)設(shè)防滑踏步和護欄。

為此，提出一種易于施工、安全性較高而且成本低的方式，對固定頂儲罐罐頂進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計的拱頂罐罐頂環(huán)向巡檢通道見圖1。圖1中，R為底圈罐壁半徑。改造時，采用鋼格柵板在罐頂護欄與拱頂之間增設(shè)一道環(huán)形巡檢通道，通道寬度為700 mm，單面護欄，護欄高度自格柵板上表面增高至1 200 mm，擋腳板寬度為100 mm，擋腳板與平臺之間的間隙為6 mm。

圖1 拱頂罐罐頂環(huán)向巡檢通道

3.2 增加邊緣板防水保護

SY/T 5921—2017中有如下技術(shù)要求,罐底邊緣板的外伸部分應(yīng)加強防腐，且應(yīng)采取可靠的防水措施，環(huán)墻上表面由邊緣板外緣向外宜做成不大于5°的排水坡度。此外，GB/T 50393—2017《鋼質(zhì)石油儲罐防腐蝕工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》[16]中也明確儲罐罐底板邊緣宜進(jìn)行防護，防護結(jié)構(gòu)應(yīng)能有效防水，排水斜坡斜度應(yīng)大于1:10。由此可見，邊緣板腐蝕也會造成儲罐失效，加強邊緣板防腐防水對提高儲罐使用壽命至關(guān)重要[17]。

環(huán)境（主要是溫度）變化和載荷變化是造成儲罐發(fā)生變形的主要原因。溫度變化會使與儲罐基座結(jié)合處的底板沿徑向伸縮。當(dāng)罐內(nèi)儲油后，在環(huán)向應(yīng)力的作用下，儲罐將沿徑向發(fā)生變位，而底圈壁板的下部因與邊緣板焊接無法向外擴張，故在邊緣板處發(fā)生變形。同時，在罐底與罐壁板相接的角焊縫處產(chǎn)生邊緣應(yīng)力，該應(yīng)力與基座對邊緣板的抵抗力共同作用會使底部邊緣板產(chǎn)生塑性變形。因此，一旦儲罐處于空罐狀態(tài)，邊緣板就會因塑性變形而向上翅曲，從而與基座形成縫隙，其大小會隨儲罐變形不斷收縮與膨脹，從而給雨水等腐蝕性介質(zhì)的浸入提供了通道[18]。由于這些通道很小，雨水、雪水等一旦浸入不易揮發(fā)，從而可造成嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕，直至下表面腐蝕穿孔[19-20]。

國內(nèi)罐底邊緣板防腐防水的普遍做法有瀝青灌縫或敷瀝青砂、改性橡膠瀝青、環(huán)氧玻璃布及防腐涂料等，但這些做法仍存在諸多問題，難以達(dá)到預(yù)期效果。

因此，為了更好地做好罐底邊緣板的防護，除了可采用特種防腐膠泥和高溫砂脂防腐膠帶、TD-CTPU油罐邊緣板專用密封膠及粘彈體儲罐防腐防水等技術(shù)外[21-23]，還可采用圖2所示的防護措施來進(jìn)一步切斷雨水等腐蝕介質(zhì)的入侵通道，從而達(dá)到保護儲罐底板的目的。

圖2 邊緣板防腐防水結(jié)構(gòu)示圖

圖2中，儲罐外壁底部增設(shè)了防水擋板。先對邊緣板進(jìn)行防腐防水處理，再采用嵌入式膨脹螺母將鍍鋅鐵皮一邊固定到保護層上，一邊固定在水泥圈梁上，鍍鋅鐵皮厚度為1 mm，鍍鋅鐵皮間連接處采用防水密封膠條壓實加密封膠封嚴(yán)的方式。根據(jù)近些年現(xiàn)場應(yīng)用情況來看，效果良好。

此外，也可參照GB/T 50393—2017中罐底板邊緣防護區(qū)域示意圖，按照圖3所示的方式進(jìn)行防護。用手工除銹方法對儲罐邊緣板的外伸部分以及罐底以上300 mm范圍的罐壁外表面進(jìn)行打磨除銹及加強防腐，舊漆膜、銹蝕物、水泥雜物及油污等附著物全部清除干凈（St3級）。將儲罐基礎(chǔ)邊緣全部整改成散水坡型，用高聚物水泥砂漿對環(huán)梁混凝土基礎(chǔ)進(jìn)行修補，邊角要圓滑過渡。環(huán)梁基礎(chǔ)導(dǎo)流裙板采用2 mm厚Q235B鋼，外表面單面連續(xù)滿焊，雙面防腐（防腐結(jié)構(gòu)與罐壁外防腐一致，內(nèi)表面不刷面漆）。儲罐邊緣板外伸部分與基礎(chǔ)接觸處采用彈性聚氨酯進(jìn)行密封防水，罐根與基礎(chǔ)結(jié)合防水范圍為壁板底部向上150 mm、儲罐基礎(chǔ)上表面全部外露部分和儲罐基礎(chǔ)側(cè)壁頂部100 mm，并向外形成不小于6°的排水坡度。

圖3 邊緣板防腐防水方式示圖

3.3 轉(zhuǎn)動浮梯導(dǎo)輪加裝保護圈

油罐有大小呼吸作用，其周圍會積聚一定濃度的油氣與空氣的混合物[24-25]。在這些區(qū)域使用鐵器進(jìn)行敲擊或摩擦，則非常容易產(chǎn)生火花。為此，在這些區(qū)域一定要盡量避免不必要的撞擊和摩擦。若無法避免，則可使用銅材質(zhì)制作的工具或防爆工具，這主要是因為銅有優(yōu)良的導(dǎo)熱性能，幾乎不含碳，當(dāng)發(fā)生撞擊和摩擦?xí)r，短時間內(nèi)產(chǎn)生的熱量會被其吸收及傳導(dǎo)。同時，銅質(zhì)地相對較軟，退讓性好，不易產(chǎn)生微小金屬顆粒，故可防止產(chǎn)生火花。

轉(zhuǎn)動浮梯是外浮頂油罐罐頂平臺與浮頂之間的重要附件，會隨罐內(nèi)油位的升降而發(fā)生聯(lián)動，其上端繞著固定在罐頂平臺的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，其下端則通過轉(zhuǎn)動軸來驅(qū)動導(dǎo)輪沿著導(dǎo)軌前后滾動[26]。為了防止導(dǎo)輪與導(dǎo)軌因摩擦而產(chǎn)生靜電和火花，可對相互接觸摩擦的導(dǎo)輪及導(dǎo)軌分別采用2種不同的金屬。GB 50341—2014中轉(zhuǎn)動浮梯及軌道部分指出，浮梯滾輪外緣應(yīng)采用摩擦或碰撞時不產(chǎn)生火花的材料。此外，Q/SY 08718.1—2019《外浮頂油罐防雷技術(shù)規(guī)范 第 1部分：導(dǎo)則》[27]的跨接接地技術(shù)要求中還提出，外浮頂油罐轉(zhuǎn)動浮梯導(dǎo)輪宜加裝銅質(zhì)材料保護圈。

外浮頂油罐轉(zhuǎn)動浮梯導(dǎo)輪加裝銅質(zhì)保護圈（圖4）實施方便，應(yīng)用效果良好。在維護過程中，需經(jīng)常對導(dǎo)輪上的螺絲緊固脫落情況及銅皮磨損破裂情況進(jìn)行檢查，以防因此造成同種金屬摩擦產(chǎn)生靜電和火花。當(dāng)然，也可考慮采用銅質(zhì)浮梯導(dǎo)輪軌道或直接采用H62銅板加工銅質(zhì)導(dǎo)輪（圖5）進(jìn)行整體更換。除此之外，還需根據(jù)實際需要決定是否對浮梯導(dǎo)輪加注潤滑脂，且每季度還需對其進(jìn)行一次維護保養(yǎng)[28-29]。

圖4 加裝銅質(zhì)保護圈的轉(zhuǎn)動浮梯導(dǎo)輪

圖5 轉(zhuǎn)動浮梯銅質(zhì)導(dǎo)輪樣圖

轉(zhuǎn)動浮梯導(dǎo)輪材質(zhì)可采用60 mm的H62黃銅板整體切削成型，圖5僅供參考，具體可根據(jù)現(xiàn)場實際調(diào)整尺寸，圖中未標(biāo)尺寸、圓角及倒角等公差可參照GB/T 1804—2000《一般公差 未注公差的線性和角度尺寸的公差》的相關(guān)規(guī)定[30]。

4 結(jié)語

對服役時間超過30 a的老舊拱頂油罐的維修，應(yīng)先詳細(xì)了解使用現(xiàn)狀、現(xiàn)場條件和資金情況，然后分情況制定方案，比較預(yù)算。若拱頂腐蝕嚴(yán)重且修補可能性不大，為了易于施工，可將原罐頂和包邊角鋼全部切除整體更換。采用高強復(fù)合材料內(nèi)膽補強費用相對較高，實施前應(yīng)做好充分論證。還應(yīng)重視技術(shù)進(jìn)步和日常反饋的情況，在維修時采用增設(shè)環(huán)形巡檢通道、及時增加邊緣板防水、為轉(zhuǎn)動浮梯導(dǎo)輪加裝銅質(zhì)保護圈等措施優(yōu)化改進(jìn)老舊儲罐的使用狀態(tài)和操作安全便利性。