大型浮頂原油罐罐壁保溫結構設計與施工

張 毅 張有渝 謝 兵 余澤慶 萬 娟

中國石油集團工程設計有限責任公司西南分公司，四川 成都 610041

0 前言

大型鋼制原油儲罐是石油化工行業的重要儲運設備［1］。 隨著近年來我國煉鋼技術的突破，大型原油儲罐用高強鋼板國產化， 與之匹配的高強鋼焊材在國內項目中成功應用［2］，這標志著我國已全面掌握了大型原油儲罐國產化的成套技術，并在多個項目中得到了成功應用［3-4］。

原油的密度、黏度、凝固點等物理性質決定了原油儲運的復雜性， 而溫度與影響原油流動性的原油黏度、析蠟傾向密切相關，因此大型儲罐保溫結構對原油儲罐長周期操作運行的安全性、節能性和經濟性有重要影響［5］。由于大型儲罐，特別是儲存易燃介質原油的10×104m3浮頂罐，需要配備消防噴淋系統、泡沫滅火系統及各種儀表探頭等安全附件， 因此通常會在罐壁上設置各種支撐，此外罐體結構固有的抗風圈、加強圈和盤梯等結構支架，以及罐壁上各種規格開口接管，在罐壁上構成了大量不連續性安裝障礙，給罐體保溫設計和施工帶來了很大困難。

儲罐的保溫方式眾多，但多數文獻［6］以及各設計院和施工單位的技術規格書大都局限于對1 000～5×104m3的儲罐保溫介紹。 以中國石油四川石化有限責任公司原油儲備庫工程和原油罐區工程10×104m3大型浮頂原油罐為例，介紹了“保溫棉—金屬波形板”保溫方式的設計和施工要點。

1 保溫結構設計

工程建設方十分重視10×104m3雙盤式浮頂原油罐的保溫效果，對保溫結構質量和外觀要求很高，并組織開展了調研考察，據此設計方認為10×104m3原油浮頂罐保溫結構設計至少應滿足以下要求：

a）保溫結構安全可靠，在各種惡劣的自然環境中能完好無損，并保證其功能不變。

b）能滿足原油儲存運行中的保溫要求，盡量減少熱能損耗，做好節能降耗。

c）使用壽命≥20 a。

d）結構設計美觀整潔。

根據上述要求，經過分析篩選，決定內部保溫層采用高溫玻璃纖維棉板，外部保護層采用彩鋼壓型板。 為保證使用壽命≥20 a，結合考慮材料價格因素，選用了熱鍍鋅基板的彩鋼壓型板，其正面為聚偏氟乙烯（PVDF）面漆。 彩鋼板為白色，寬度為1 000 mm，厚度為0.7 mm，為保證彩鋼板卷及其加工后的壓型板質量，在相關國家標準的基礎上編制了本工程用的彩鋼壓型板技術條件，對彩鋼板卷的基板，彩鋼板卷表面質量、彩層色差、光澤度、彩鋼壓型板尺寸偏差等方面內容作出了規定。

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本工程在10×104m3浮頂原油罐保溫結構設計上的特點是自罐底至第二層加強圈的彩鋼壓型板為板幅長達12.67 m 的一張整板，中間無橫向接縫，大大提高了保溫結構的安全性和罐體保溫的整體效果。 根據對國內現有10×104m3罐的考察，將整板板幅長達12.67 m 的彩鋼壓型板用于10×104m3浮頂原油罐罐壁保溫結構上尚屬國內首創，故在設計和壓型加工、安裝施工方案上均考慮細致，因而在工程現場安裝施工上取得了成功，安裝質量和外觀效果很好。

保溫結構分為內部保溫層和外部彩鋼壓型板保護層，相關文獻也曾介紹過該種保溫方式的結構組成和施工要點［7］。根據本工程的地理位置、介質條件和工藝流程設計，要求內部保溫層采用的高溫玻璃纖維棉板的保溫厚度為50 mm，單張規格為1 200 mm×600 mm，平均厚度為50 mm，密度約為48 kg/m3，分圈層鋪裝于預焊在罐壁上的相鄰兩圈承重角鋼之間， 并以鍍鋅鋼帶橫向固定。保溫層外鋪裝彩鋼壓型板，環向以自攻螺釘固定于各圈承重角鋼之上， 彩鋼壓型板搭接棱處以抽芯鉚釘固定，鉚釘的間距應保證壓型板的安裝牢固可靠，但又要考慮其美觀、整潔。

彩鋼壓型板的尺寸和波型選擇應考慮國內生產的彩鋼板卷的規格，現有彩鋼壓型機的型式、規格，壓型板吊裝、運輸和安裝中的剛度要求及使用壽命、美觀等因素。本工程確定的彩鋼壓型板板幅寬度為840mm， 波距為210 mm，波高為25mm，板厚0.7mm，最大板幅長12.67m。 經過壓型加工、吊裝運輸和安裝施工的實踐，證明壓型板的這些尺寸參數完全滿足上述因素的要求，16 臺10×104m3原油浮頂罐保溫結構安裝質量很好，外形美觀整潔。

2 保溫結構安裝

2.1 保溫施工總體要求

為保證保溫結構的安裝施工質量，特別是板幅長度達12.67 m 的壓型板的安裝施工質量和外形美觀， 必須在彩鋼壓型板壓型、吊裝運輸和安裝施工等每一環節上有嚴格細致的技術要求：

a）壓型板成型時必須滿足其尺寸偏差和外形要求，表面不被污染劃傷，板邊不出現變形。

b）壓型板在吊裝、運輸和安裝過程中必須保證不變形且無其它機械損傷。

c） 壓型板在罐壁上的安裝直接影響到保溫結構的美觀整潔，因此要求安裝時全罐壓型板的上下邊緣必須整齊劃一，鉚釘位置應上下均成一直線，左右應在同一高度上。

d）壓型板安裝屬高空作業，應確保施工人員安全。

e）板幅長達12.67 m 的壓型板應減少或避免橫向接縫，即便是在罐壁盤梯處也應滿足此要求。

f） 壓型板拼接時必須上板壓下板，避免雨水污物流入［8-9］。

由于罐體附件多， 結構支撐復雜，10×104m3罐保溫結構安裝施工的主要難點在于板幅長達12.67 m 的壓型板的吊裝就位，特別是在罐壁盤梯處，在安裝過程中會出現很多需要拼板和貼補的地方。 為保證12.67 m 長的壓型板的吊裝就位和開孔、盤梯處的拼接，召開了多次專題會議進行方案研究，并由施工方編制了詳細的施工方案組織實施。 在保證罐體保溫結構牢靠的同時，又保證保溫結構整體效果的美觀，因此拼板和貼補的總體思路是：

a）盡量使用整板，開槽（開孔）盡可能小。

b）相鄰開槽（開孔）部位間距太小則采用整體貼補，減少小規格補貼板的使用，盡量減少拼接橫縫的數量。

2.2 罐體開口接管處安裝

罐體開口接管通常可以劃分為DN 500～DN 600 的大開孔和DN 50～DN 300 的開孔。 由于開孔越大，貼補越困難，因此必須優先考慮大開孔的貼補。 在保溫結構安裝之前，需按照罐體接管開口方位圖進行排板，優先考慮大開孔的拼板。

單個開口接管相對于固定規格的彩鋼壓型板來說，可以歸納為如圖1 所示的三種相對位置。 對于位置Ⅰ而言， 壓型板的搭接位置位于接管橫截面中心線附近；位置Ⅱ的接管整體處于單張壓型板寬度范圍以內；位置Ⅲ的接管與位置Ⅰ的區別在于接管大部分處于單張壓型板板幅以內。

圖1 單個開口接管與彩鋼壓型板的相對安裝位置

圖2 開口接管處的彩鋼壓型板拼板方式

圖3 加熱器接管處的彩鋼壓型板拼板方式

針對圖1 所示三種情況， 拼板方式可以采用圖2 所示的方式。

對于成排布置的較為特殊的加熱器開口，拼板方式可參照圖2 中位置Ⅱ的方式，采用整體上下合攏的方式，將拼接縫預留在成排接管中心連線處，見圖3。

對于攪拌器開口而言，直徑大且結構復雜（設有6個沿接管圓周均布的支耳），保溫結構施工難度相當大。因此，原則上在施工開始之前排板時，要重點考慮攪拌器開口處的安裝，盡量全面把握保溫結構施工過程中的難點。

2.3 罐體附件支撐支架貼補

罐壁附件縱向和環向支撐眾多， 而支撐均為角鋼，因此難免需要在整板上橫向開槽并采用補貼板對開槽進行貼補，此類障礙的下料及修補需要遵循以下原則：

a）對于立管垂直線上的支撐，開槽寬度由角鋼規格確定，補貼板縱向高度定為開槽寬度加40 mm，補貼板橫向寬度根據實際切口長度確定。 要求同一立管支撐補貼板尺寸統一。

b）對于盤梯、抗風圈、加強圈等處的三角支撐，由于相鄰兩個開槽部位間距小于1 m， 采用兩處合并整體開槽，使用尺寸較大的補貼板整體修補。

c） 對補貼板的要求：選材上，不得選用有色差和外觀損傷的材料， 不得選用搭接于底層的棱邊側板材上；處理上，切割必須保證直線度，且下料后的補貼板必須對切邊毛刺進行修磨清理；安裝上，補貼板四周必須連續涂抹密封膠，保證補貼板與母材之間涂膠有足夠的厚度，成形后以45°倒角光滑均勻過度。 涂抹密封膠后的補貼板自下而上觀察不得有黑邊。

d）各圈層壓型板如需長度調整，將切割余量放在上端，保證下端按圖紙要求落齊，避免下端安裝就位后切割產生二次損傷。

2.4 盤梯處保溫安裝

由于盤梯處邊梁與罐壁間距小、盤梯和立管支撐多等因素， 板幅長達12.67 m 的壓型板在盤梯特別是盤梯中部位置安裝難度相當大。 在盡量采用整板鋪裝（不裁板）和減少拼接橫縫的原則下，采用整板縱向對剖的形式，將寬板變窄（原板幅寬840 mm），以解決壓型板垂直吊裝時受盤梯以及立管支撐阻礙難以安裝的問題，避免在盤梯處壓型板出現拼接橫縫。 由于板幅長度達12.67 m，壓型板現場手工縱向切割直線度難以保證，因此安裝時要求切割棱邊搭接于底層，不得外露。

該處理方法的優點是，安裝后在原板寬長度內增加一條通過抽芯鉚釘固定的縱向搭接縫，較之橫向剪裁拼接縫美觀整潔；缺點是，相同板幅寬度內，為了滿足縱向搭接縫的要求，板材的耗損量增加一倍。

3 結論

本工程10×104m3浮頂原油罐罐壁保溫結構在設計和施工上有創新。 設計、施工、建設各方嚴格按照質量管理體系要求，達到了法規、規范和標準規定，確保了質量安全，取得了很好的效果，可得出以下結論：

a） 大型儲罐保溫結構采用聚偏氟乙烯（PVDF）彩鋼壓型板作外保護層的質量較好，外形美觀、整潔。

b） 保溫結構的外保護層壓型板板幅長度可以達到12.67 m 或更長， 只要在設計和施工安裝上措施控制得當，均是可行的。 本工程中的保溫設計和安裝在國內屬于首創。

c）大型儲罐保溫結構的設計、施工安裝質量好壞取決于細部結構上的嚴格要求和處置方式。

［1］ 徐 英，楊一凡，朱 萍，等. 化工設備設計全書——球罐和大型儲罐［M］北京：化學工業出版社，2005.123.

［2］ 張有渝，宋清安，黃 敏，等. 大型原油浮頂罐焊接材料國產化應用［J］. 天然氣與石油，2011，29（5）：63-67.

［3］ 吳世東，袁光碧. 立式鋼質浮頂原油儲罐冬季焊接施工中的質量監控——天津南疆油庫儲罐工程罐體施工［J］. 天然氣與石油，2009，27（2）：61-65.

［4］ 吳世東.15×104m3原油儲罐焊接施工中的質量監控——白沙灣原油商業儲備基地工程儲罐施工［J］. 天然氣與石油，2010，28（6）：63-68.

［5］ 趙小川，崔建偉. 凝析油內浮頂儲罐浮船損壞事故分析［J］.天然氣與石油，2007，25（5）：30-32.

［6］ 張連志，王克華. 儲油罐保溫節能分析［J］. 今日科苑，2002，（8）：57.

［7］ 李月新，鮮朝佐. 大型立式圓筒形儲罐保溫設計中潛在的深層次問題［J］. 石油化工設備技術，1997，18（5）：46-48.

［8］ 林 煒. 立式圓筒形鋼制儲罐隔熱層的設計施工［J］.油氣田地面工程，2009，28（9）：33-34.

［9］ 張紅磊，韓文禮，聶 東. 原油儲罐保溫存在的問題及其應對措施［J］. 石油工程建設，2009，35（3）：37-40.