食用油罐改造為糧食倉庫的可行性分析技術重點

◎ 王 寧，夏永星

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

我國現階段有很多糧庫兼備有油脂儲備功能，庫區內建設有一定數量的食用油罐，但隨著儲備指標的變動，很多庫區內的油罐處于閑置狀態，并且長期內沒有儲備任務。近年來，國家加大了糧食倉儲設施建設力度，政策性糧食的自儲比例逐步提高，但隨著“托市收購、臨時儲備”等保護農民利益的國家收儲政策的落實，糧食庫存量達到了最高水平，整個糧食行業存在糧倉倉容不足的問題，部分糧食還在“簡易倉”中儲藏。新建糧倉報建程序多，且土地資源日益緊缺、建設投入越來越大。如果能將庫區內的閑置油罐改造為儲糧倉房，既充分利用資源，又節約投資成本，且符合國家推進企業改革發展轉型升級的總體要求，具有十分重要的意義。

1 植物油儲罐改造糧倉的可行性研究方案分析

現階段，我國食用油儲備主要采用地上式立式圓筒形鋼制固定頂油罐，材質一般為全碳鋼，通過不同厚度的鋼板進行拼接，并通過一些加強構件，使罐體形成一個自支撐穩定的整體，并具有一定的抗雪壓、風壓、地震等極端條件的能力[1]。

油脂是液體，糧食是散粒體，油脂接發工藝和糧食出入倉工藝、儲藏技術、設備和工藝、建筑結構等都完全不同。油罐改糧倉是一個系統工程，必須系統考慮，有目的地開展前期研究。要根據油罐的實際情況，主要從建筑、結構、電氣、進出倉工藝、儲糧工藝等方面研究技改的安全性、經濟性、有效性、可操作性，提出具體措施，制定改造規范或指導意見，以確保設施設備安全、生產安全和儲糧安全。

2 可行性條件分析

2.1 邊界條件

決定改造前，需確定庫區內供水、排水、通訊、網絡、電力等市政配套設施齊全可滿足工程要求。庫區原有變配電站可按設計要求保證庫區生產、生活用電。要求改造項目擬建場址需遠離污染源及易燃易爆場所，具有良好的工程地質和水文條件，且需具備一定的運輸條件和相配套的設備設施，交通運輸方式俱全，交通條件便利，并有足夠的改造施工空間。

2.2 總圖

2.2.1 消防間距

應按照改造后總倉容計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計算與周邊建筑的防火間距。根據《建筑設計防火規范（2018年版）》（GB 50016—2014）中第3.5.4條規定，糧食淺圓倉與周邊建筑的防火間距應滿足以下條件[2]。①當油罐改造后總倉容不大于5萬t時，與周邊其他一、二級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于20 m；與周邊三級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于25 m。②當油罐改造后總倉容大于5萬t時，與周邊其他一、二級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于25 m；與周邊三級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于30 m。注意當糧食立筒倉、糧食淺圓倉與工作塔、接收塔、發放站為一個完整工藝單元的組群時，組內各建筑之間的防火間距不受本表限制。糧食淺圓倉組內每個獨立倉的儲糧不應大于10 000 t，具體如表1所示。油罐區應根據儲油量確定與周邊建筑的防火間距要求，詳見下表2。

表1 糧食筒倉與其他建筑、糧食筒倉組之間的防火間距表

表2 植物油庫內建構筑物防火間距表

通過對比兩本規范對防火間距的要求，為了將閑置油罐最大化改造利用，待改造庫區應根據各自的實際情況，事先與當地消防管理部門進行溝通，建議將改造后的儲備倉與周邊已建成的建、構筑物的最小防火間距改為15.0 m。并應取得消防部門承認的紙質文件留檔備份。

2.2.2 消防車道

待改造油罐區域需建有環形消防通道或有足夠空間布置環形消防通道，且新建道路與原有庫區道路應連接，并形成環路。道路凈寬度不應小于4.0 m，道路凈高度不小于4.0 m。若未設置環形消防車道，實施改造時應一并設計實施。

2.3 結構

2.3.1 基礎

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算，小麥最大容重為8.0 kN·m-3，地基平均附加應力相應減少，且一般油罐結構設計按照水（容重為10 kN·m-3）設計計算，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變為顆粒骨料，糧食相對于液態物質對鋼板側壁的豎向摩擦力大大增加，即相對于油罐發揮儲油功能時，油罐側壁豎向荷載增加。倉內壓力重新分布，罐內平均散料壓力減少，一般需對原油罐基礎分析驗算，稍加改造即可滿足要求。

若油罐采用樁筏基礎一般不需另外加固處理，由于糧食對倉壁摩擦力的增加和屋頂增加的荷載，需對倉壁下樁基承載力進行驗算，滿足要求后方可進行基礎和上部結構改造，改造罐體的倉底加強構件和后加屋頂H型鋼柱需生根于基礎，故后加倉底構件采用植筋于基礎筏板內或基礎環梁內，并后澆混凝土方法。基礎植筋采用專用植筋膠并經抗拔及抗拉實驗驗證，以確保結構安全。

若油罐采用天然基礎，由于糧食對倉壁摩擦力的增加和屋頂增加的荷載，需對倉壁下地基承載力進行驗算，滿足要求后方可進行基礎和上部結構改造，為保證現有油罐主體結構穩定，采取分段加固加強基礎的方式，基礎加強采用環梁外側下后加獨立基礎+環條形基礎梁，后加均勻分布的獨立基礎植筋于原罐體基礎環梁或在原罐體環梁下后加頂緊的方法。罐體砼外倉壁生根于外側后加基礎環梁。

2.3.2 罐壁

油罐罐壁一般由不同厚度的鋼板拼接而成，自上而下板厚越來越大[4]。鄭州中糧科研設計院曾以直徑25 m、裝糧高度16 m高的油罐體為例分析計算，油罐材質選用Q235B（設計強度215 N·mm-2），計算罐壁厚度自上而下由6 mm逐漸增加為12 mm，基本風壓按0.45 kN·m-2，抗震設防烈度為7度，設計基本加速度0.10 g，罐體高徑比小于1.5，按照淺倉計算，散裝糧食為小麥（儲糧的重力密度：8 kN·m-3，儲糧內摩擦角25°，儲糧對倉壁摩擦系數0.3[4]。

通過計算，在水平壓力拉力和豎向壓力共同作用下的綜合應力均在80 N·mm-2以下，遠小于215 N·mm-2，故罐體鋼板能夠滿足裝糧滿倉后的強度及穩定性要求。由于油罐設計時考慮的為液體的儲存，罐壁受力一直處于均勻狀態，各個方向的受力始終平均，但改為糧倉后，由于糧粒間有自身的摩擦力，容易出現偏倉的情況，導致罐壁各向受力差距較大，從而破壞罐整體穩定性，而罐壁并無防止此種穩定性的措施，故需嚴格避免偏倉的情況出現。

2.3.3 罐頂

油罐設計時儲存物為液體，罐頂無過多附加載荷，一般采用自支撐拱頂的形式。罐頂僅在罐壁處通過包邊抗壓圈相連，見圖1。自支撐拱頂設計時僅能保證罐頂能承受住雪壓并保持穩定，滿足檢修、行人荷載，但是不能承受除風機外的其他設備荷載，尤其是糧食倉庫內懸掛的測溫電纜。

圖1 油罐罐頂與罐壁連接方式圖

油罐改為糧倉，倉頂需要增加機械通風口、自然通風口、進糧孔及吊掛電纜孔，原有洞盡量利用，新開洞口則需補強罐體；新開洞口附加荷載較小，且避開加強肋位置，并相應補強，確保結構安全，倉頂新增吊掛電纜每根荷載約25 kN，每個倉頂約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，故需另外設置倉頂房或者改造罐頂，方可實現倉內測溫電纜的吊掛[5]。

2.4 進出倉工藝

由于原有罐體的結構限制，油罐改造倉必須保證倉房內糧面高度均勻，不能有偏倉的情況發生，故進料和出料方式應盡量選用中心進料及中心出料的方式。

2.4.1 罐區典型布置方式

（1）“一”字型布局。油罐區布局成以“一”型單列布局，如圖2所示。特點：閑置油罐相對獨立，排布規整，周邊設施對其影響低，進倉固定式設施利用率高，改造方便。

圖2 “一”型單列布局典型圖

（2）多列型布局。油罐區布局成采用雙列或三列進行布局，如圖3所示。特點：倉容大，布局罐區呈多列布置，雙列罐間距不同庫區區別較大，進出倉方式會受不同影響。

圖3 多列型布局典型圖

（3）獨立布局。油罐區布局針對原有地形地塊，進行獨立建設，一般建設罐容小，油罐個數少，針對此類罐區，因其改造成本高，進出倉設施利用率低，不建議進行整體改造施工。

2.4.2 進倉工藝

（1）單列棧橋布局罐區。對于單排布置的油罐區，采用單列布局的方式。罐頂采用固定式進倉輸送設備，滿足同一列中不同罐改倉內的糧食入倉要求。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。針對油罐罐區排布，采用塔式提升的方案，分為“一對二”“一對四”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備投資，進倉均采用移動式設備進行入倉作業，經斗提機提升后通過溜管系統直接入倉，實現糧食快速入倉，詳見圖5。

圖5 塔式布局典型圖

（3）對比分析。針對以上兩種油罐改糧倉的入倉方式，以2萬t油罐區（φ18 m，2×4排布）改造為例，從機械化程度、用地面積、改造運營成本等方面進行對比分析，為單點油罐區改造提供理論支撐，進倉方式選擇對比詳見表3。

表3 進倉形式選擇對比表

綜上所述，小型罐區（罐容小于2萬t）建議采用塔式布局方案，節省整體投資；中型罐區（罐容2萬t～5萬t）需根據單一項目情況進行整體分析，確定進倉形式；大型罐區（罐容大于5萬t）建議采用棧橋式布局方案，減少單一塔架設備投資，便于實現機械化近倉作業，節省整體投資。

2.4.3 出倉工藝

（1）罐內隧道式出倉。本方案主要采用罐改倉內原有底板，罐內隧道采用鋼筋混凝土結構或鋼結構，保證結構強度，滿足滿倉糧食壓力；隧道高寬滿足移動式設備出倉作業及檢修要求；隧道底部增設隧道閥板基礎。單隧道布置，余糧采用鏟車清倉，降低改造投資。基本布局方式如圖6所示。

圖6 倉內隧道出倉立面圖

（2）地溝式出倉。對于罐體基礎為整體閥板基礎，可采用地溝式出倉，分為2種方式。①罐內采用土墊層，墊層內增設出糧地溝，罐內通風地槽。②結合原罐體基礎形式，采用下挖式地溝。兩種方式均為糧食大部分經中心孔自流出倉，剩余糧食可通過對稱分布的低位側壁發放出糧口出倉，最終剩余糧食通過裝載機出倉。罐內為平底，根據投資情況，可配合設置螺旋式清倉機，減少人工清倉量，提高工作效率。基本布局方式如圖7所示。

圖7 地溝式出倉基本布局方式圖

（3）對比分析。出倉方式以“中心出糧、對稱出糧”為原則，根據改造罐區的總圖布置情況、原罐區地質情況、改造資金狀況靈活選擇出倉形式。出倉方式的選擇對比見表4。

表4 出倉方式對比選擇表

2.5 水、電、儲糧措施

水、電、儲糧措施改造對原有罐體的改造量較小，且布置較為靈活，可行性方面無較大問題，本文不再詳細論述。

3 改造方案建議

根據前文可行性論述，提出以下改造方案建議。①要確定改造罐區周邊的邊界條件滿足改造的需求，并且現有罐體需有符合規范的設計圖紙，作為改造的設計依據。②待改造油罐區域改成儲糧設施后，總倉容量應不小于1.0萬t，單倉容量不應小于2 000 t，考慮到施工成本、土建成本、設備成本、后期運營成本等因素，倉容過小不具備改造價值，因此不予考慮。③改造過后的倉需滿足現有的消防規范要求，并且罐間空軍滿足生產時的汽車、設備作業需求空間。④考慮到改造后倉壁及倉頂受力需求，原有罐頂需增加測溫電纜的承重設施，倉壁需增加防止偏倉的穩固設施，綜合建議在油罐上增加倉頂房，并落地生根至地坪，同油罐基礎進行整體改造。⑤進出倉的形式需根據罐區的實際布置情況及投資需求綜合考慮，選取滿足需求的進出倉形式。⑥改造前需進行整體的經濟分析，綜合測算改造的費用，根據投資及預期效果整體評價項目是否具有改造的價值。根據鄭州中糧科研設計院的實際項目分析，改造費用一般為原有油罐拆除重建費用的50%～70%。

4 結語

現有油罐改造糧食倉既充分利用資源，又節約投資成本，具有改造的價值及可行性。設計人員需在周邊條件、總圖布置、結構、工藝等多方面對改造后的預期效果進行考慮，并結合經濟分析，對改造進行全面的分析設計，最終設計出最優的方案