石油化工企業中立式鋼制儲油罐設計特點

曹崇陽　肖立兵

摘要：本文介紹了石油化工企業立式鋼制儲油罐基礎設計、施工和使用期間應注意的一些問題。

關鍵詞：石油化工；鋼制儲油罐；設計

1 設計條件

鋼儲罐基礎設計必須具備以下資料：

1.1 建設場區的工程地質勘察報告；

1.2 建設場地和地基的地震效應評價；

1.3 罐區平面布置及設計豎向標高，罐中心座標；

1.4 儲罐的型式、容積、幾何尺寸、罐底坡度及中心標高、設計地面標高、罐壁底端線分布荷載標準值；

1.5 儲罐內介質及最高儲液面的高度、最高溫度、介質重度；

1.6 儲罐的罐前平臺、排放口、溝、井、梯基礎等輔助設施的位置及型式；

1.7 與儲罐罐體有關的管道布置、預埋件、錨栓布置及罐周的排水設施等；

1.8 儲罐施工安裝、試壓等方法對罐基礎的要求。

2 基礎的特點

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到最大值；

2.3 儲油罐的液位較高，對于軟土地基基礎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 儲油罐對基礎的不均勻沉降較敏感。因此必需嚴格控制基礎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，應注意了解地基深部土質情況。

2.6 由于罐底板為鋼板，對于非均勻地基應做必要處理；

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

3 基礎型式的選擇

3.1 護坡式罐基礎

優點：基礎的整體均勻性好，對罐體受力較好；.工程投資小，造價低。

缺點：基礎平面抗彎剛度差，調整地基不均勻沉降作用小，效果較差；基礎本身的穩定性差。

3.2 鋼筋混凝土環墻式罐基礎

優點：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；基礎的穩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差；鋼筋水泥耗量大，投資高。

3.3 外環墻式罐基礎

優點：對罐壁和罐底的受力狀態較環墻式罐基礎好；抗震性能也較好；較環墻式罐基礎省鋼筋和水泥。

缺點：整體平面抗彎剛度較鋼筋混凝土環墻式罐基礎差，因此調整不均勻沉降能力較差；當罐壁下節點處下沉量低于外環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

一般用于地質條件較差，且土層分布不均勻。或有洞穴等情況。用鋼筋混凝土底板作為基礎的儲罐直徑不宜大于15m。

3.5 碎石環墻式罐基礎

一般用于回填土較厚或土質情況較差的浮頂罐基礎，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 地震效應定性分析

罐體及儲液的地震反應可歸納為以下幾種：

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。

由于上述地震反應最終傳到基礎頂面，便形成了地震時罐體對基礎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敘述。

瀝青砂絕緣層所用砂應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，當罐內介質溫度低于80℃時,宜采用60號道路石油瀝青,或30號建筑石油瀝青,當罐內介質溫度等于或高于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，同時也便于罐底板的鋪設和安裝。瀝青砂由砂和熱瀝青均勻拌合而成，配合比應按體積比，宜為8%~10%的瀝青與92%~90%的中砂，具體施工要求應按設計圖紙和現場材料情況通過試驗確定。瀝青砂熱拌時應將砂加熱至100~150℃,石油瀝青加熱至160~180℃時(冬季應略高一些)立即將其在熱狀態下拌合均勻后使用。瀝青砂絕緣層應分層分塊鋪設，每層虛鋪厚度不宜大于40mm，上下層接縫錯開距離不應小于500mm，可按扇型式或環形分格，上下層分塊的間隙應錯開。施工時塊間縫隙用10~20mm厚的模板隔開，模板應按瀝青砂鋪設坡度、標高進行加工。待瀝青砂壓實烙平冷卻后將模板抽出，灌熱瀝青并熨平。熱拌瀝青砂鋪設溫度不應低于140℃，用壓路機碾壓密實，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鋪設前，應將已壓實的面層邊緣加熱，并涂一層熱瀝青，施工縫處應碾壓平整，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

新建的每臺罐基礎均應按要求設沉降觀測點進行沉降觀測，沉降觀測點應沿圓周方向均勻設置，沉降觀測點數的設置應符合設計圖紙要求。

罐基礎沉降應設專人定期觀測，充水開始后，每天不少于1次并認真做好記錄，沉降觀測應包括：基礎完工后，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儀和銦鋼尺或精密的工程水準儀（帶有復合不準器）和刻度精確的水準尺進行。

儲罐應做充水試驗，試驗時可一次充水到1/2罐高進行沉降觀測。當不均勻沉降量小于5mm/d時，方可繼續充水到罐高的3/4。經觀測不均勻沉降量仍小于5mm/d允許值時，繼續充水到最高水位，充滿水并保持48h后進行觀測，當沉降量無明顯變化即可放水，當沉降量有明顯變化則應保持操作液面。每天進行定期觀測，直至沉降穩定為止。沉降觀測過程中當發現基礎異常，應立即停止充水，待處理后方可繼續充水。當罐充水試驗完成，放水時，放水速度每天不大于3m。

7 結束語

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：一是基礎的不均勻沉陷，二是材料的脆性破壞。這二者往往是結合在一起的。由于不均勻沉降造成罐底和罐底與罐壁板間的角縫處產生過大的應力，往往導致油罐脆性破壞事故的發生。油罐基礎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根據儲罐的具體情況及所處場地的工程地質條件進行合理設計外還應精心施工，確保儲罐完全可靠。