海洋平臺立式圓形薄壁儲罐的吊裝設計

王傳磊，楊 勃，田 煒

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300461）

海洋平臺立式原油儲罐作為原油儲存及轉運的一種方式，在國內外部分油田得到應用，尤其適用于邊際油田[1]。與陸地儲罐直接建造不同，海上儲罐需在陸地建造完成后，整體吊裝至海上進行安裝，儲罐薄壁、大體積特點使儲罐在吊裝過程中易產生變形，因此吊耳的設計及罐體的加強尤為重要，儲罐整體吊裝時的重心校核研究對保證罐體順利就位也十分必要。本文以渤海某平臺2000m3儲罐的吊裝設計為例，簡述海上儲罐吊裝設計的主要內容。

1 吊耳設計

根據HGT 21574—2008《化工設備吊耳及工程技術要求》設計規范，規范中對于立式容器結構，一般建議使用尾部式吊耳[3]。但本項目由于儲罐壁板薄、體積大、無吊裝生根點、吊耳數量不宜過多、罐體易變形等特點，側壁式吊耳與尾部式吊耳對比如表1所示，根據儲罐特點，確定選用側壁式吊耳方案。

表1 側壁式吊耳與尾部式吊耳優缺點對比

根據儲罐罐壁結構特點及吊裝操作需求，將吊耳設置于罐壁頂部，吊耳的設計還需考慮配套吊裝框架的簡便性，因此吊耳可布置數量有限，超過4個將大大增加吊裝框架工作量。利用有限元分析對不同吊耳設計及布置方案結果進行校核，確定使用4個吊耳的設計方案，通過增大吊耳墊板尺寸，用以減少對罐壁的影響，避免了制作復雜吊裝框架的工作量。

2 罐體加強

由于海洋環境的特殊性，海上儲罐承受風力普遍大于陸地儲罐，因此海上儲罐設計過程中風載的選擇要根據海上環境特點，確定合理的設計參數，抗風圈設計[2]如下：

風載荷標準值：

ω0——基本風壓值（＜300時取300），取1.533kPa

βz——高度Z處的風振系數，油罐為1.00

μs——風荷載體型系數，取駐點值1.00

μz——風壓高度變化系數，為 1.67

中間抗風圈計算：

罐壁筒體的臨界壓力：

Hei——管壁各段當量高度，m

罐壁設計外壓：

q——設計真空負壓，為0.6kPa

[pcr]≤/2，需設置2個中間抗風圈，兩個抗風圈分別設置于He/3及2He/3處。

該原油儲罐儲罐底板為PL16鋼板，罐底自重25t，底板上面有58塊陽極和大量加熱盤管構件重4.4t。由于罐底跨度大，吊裝時未經加強的底板高度方向彈性變形可以達到1m，無法滿足儲罐的吊裝。根據分析，整個罐體吊起后主要受力及變形位置為罐底，需要以較輕的重量對其進行加強以減少變形。

根據海上儲罐安裝特點及施工工作量，對比設計了四種加強方式，分別是：十字鋼板式、牽引繩式、桁架結構式、T型十字梁式，基于施工難易程度、可靠性及海上施工工作量對比，最終優選出工藝簡單、工作量小、加強效果明顯的T型十字梁方案，如圖1所示。

圖1 T型十字梁設計圖

兩道T型梁在罐底內表面十字交叉，增加罐底板豎直方向的剛度。垂直加熱盤管方向的T型梁腹板開38個Φ100圓孔，便于加熱盤管穿過，2個T型梁底端各開6個弧形過水孔，保證罐內液體流動，同時減輕結構重量。通過限制梁高，避免造成清罐時人員通行障礙。底部弧形過水孔，便于清罐時清理殘余液體及罐底泥沙，使得加強結構得以保留，完全避免了海上加強結構拆除的工作量、防腐漆破壞。儲罐加強后在考慮2倍動力系數的工況下，罐底應力小于20MPa，彈性變形最大為12.172mm，滿足罐體設計要求。

3 重心校核

由于橇裝后罐體附件增加，儲罐重心產生偏移，通過重量統計及有限元模擬分析，重心偏移量為X=-39mm，Y=-228mm。

重心偏移通過采用不同長度的吊索具對應不同的吊點的吊索具配對方案進行補償，保證儲罐吊裝過程中罐體水平，利于吊裝就位，降低吊裝風險和時間，吊索具配置方案如圖2所示。

4 結語

基于工程實例，從吊耳設計、罐底加強、重心校核等方面優化了海上儲罐吊裝的設計內容，對不同吊耳結構、加強方式等進行了對比，通過有限元分析校核設計結果，基于分析結果，對罐底變形、重心偏移等問題提出了優化方案。

圖2 儲罐吊索具配扣圖