石油化工企业中立式钢制储油罐设计特点

曹崇阳　肖立兵

摘要：本文介绍了石油化工企业立式钢制储油罐基础设计、施工和使用期间应注意的一些问题。

关键词：石油化工；钢制储油罐；设计

1 设计条件

钢储罐基础设计必须具备以下资料：

1.1 建设场区的工程地质勘察报告；

1.2 建设场地和地基的地震效应评价；

1.3 罐区平面布置及设计竖向标高，罐中心座标；

1.4 储罐的型式、容积、几何尺寸、罐底坡度及中心标高、设计地面标高、罐壁底端线分布荷载标准值；

1.5 储罐内介质及最高储液面的高度、最高温度、介质重度；

1.6 储罐的罐前平台、排放口、沟、井、梯基础等辅助设施的位置及型式；

1.7 与储罐罐体有关的管道布置、预埋件、锚栓布置及罐周的排水设施等；

1.8 储罐施工安装、试压等方法对罐基础的要求。

2 基础的特点

2.1 储罐本体均由钢板焊制而成，外形尺寸较大，整体刚度较低，具有较大的柔性；

2.2 总荷重大，但较均匀，且充水试验时一般达到最大值；

2.3 储油罐的液位较高，对于软土地基基础所承受的压力往往超过地基的容许承载力、压缩沉降及沉降差起控制作用；

2.4 储油罐对基础的不均匀沉降较敏感。因此必需严格控制基础的总沉降量和不均匀沉降量；

2.5 荷载面积较大，地基沉降影响深度一般较深，应注意了解地基深部土质情况。

2.6 由于罐底板为钢板，对于非均匀地基应做必要处理；

2.7 考虑对罐底板进行防腐处理，一般在底板与基础之间设100mm厚沥青砂垫层，因此储油罐罐体与基础部分采用非固定连接方式。

3 基础型式的选择

3.1 护坡式罐基础

优点：基础的整体均匀性好，对罐体受力较好；.工程投资小，造价低。

缺点：基础平面抗弯刚度差，调整地基不均匀沉降作用小，效果较差；基础本身的稳定性差。

3.2 钢筋混凝土环墙式罐基础

优点：平面抗弯刚度较大，减少罐周的不均匀沉降，从而减少罐壁的变形；罐体荷载传递给地基的压力分布较均匀；基础的稳定性能及抗震性能较好；施工方便，为罐体焊接工作提供了较好的工作面；有利于事故的处理；占地面积少，钢筋混凝土环墙还能起防潮作用等。

缺点：罐底刚度不均匀使罐壁和罐底的受力状态差；钢筋水泥耗量大，投资高。

3.3 外环墙式罐基础

优点：对罐壁和罐底的受力状态较环墙式罐基础好；抗震性能也较好；较环墙式罐基础省钢筋和水泥。

缺点：整体平面抗弯刚度较钢筋混凝土环墙式罐基础差，因此调整不均匀沉降能力较差；当罐壁下节点处下沉量低于外环罐顶时易造成两者之间的凹陷。

3.4 钢筋混凝土板式罐基础

一般用于地质条件较差，且土层分布不均匀。或有洞穴等情况。用钢筋混凝土底板作为基础的储罐直径不宜大于15m。

3.5 碎石环墙式罐基础

一般用于回填土较厚或土质情况较差的浮顶罐基础，尤其是用于单罐容量为50000m3以上的大型储罐，但对碎石的级配及密实性要求较高。

4 地震效应定性分析

罐体及储液的地震反应可归纳为以下几种：

罐体及储液的水平地震惯性力；罐体及储液的竖向地震惯性力；水平地震时罐壁上的动液压；竖向地震时罐壁上的动液压；水平地震时罐壁及罐底剪力；水平地震时罐壁及罐底弯力；液面晃动时罐壁上的动液压；液面晃动时罐壁和罐底剪力；液面晃动时罐壁和罐底弯力。

由于上述地震反应最终传到基础顶面，便形成了地震时罐体对基础的以下几种附力作用。

水平地震时罐底剪力；水平地震时罐壁倾覆力矩；水平地震时罐底板的翻转力矩；竖向地震时罐壁的竖向惯性力；竖向地震时储液浮顶及底板的竖向惯性力；液面晃动引起的罐底水平剪彩力；液面晃动引起罐壁倾覆力矩；液面晃动引起的罐底板翻转力矩。

5 对施工的特种要求

介于很多施工单位对沥青砂绝缘层的材料要求及施工工序不是十分熟悉，本文仅对沥青砂绝缘层的施工要求作以详细叙述。

沥青砂绝缘层所用砂应采用干燥的中砂配制，砂中含泥量不得大于5%，所用沥青材料，当罐内介质温度低于80℃时,宜采用60号道路石油沥青,或30号建筑石油沥青,当罐内介质温度等于或高于80℃时，宜采用30号建筑石油沥青。

沥青砂绝缘层的作用主要是防止罐底板的腐蚀，同时防止水渗入或侵蚀基础，同时也便于罐底板的铺设和安装。沥青砂由砂和热沥青均匀拌合而成，配合比应按体积比，宜为8%~10%的沥青与92%~90%的中砂，具体施工要求应按设计图纸和现场材料情况通过试验确定。沥青砂热拌时应将砂加热至100~150℃,石油沥青加热至160~180℃时(冬季应略高一些)立即将其在热状态下拌合均匀后使用。沥青砂绝缘层应分层分块铺设，每层虚铺厚度不宜大于40mm，上下层接缝错开距离不应小于500mm，可按扇型式或环形分格，上下层分块的间隙应错开。施工时块间缝隙用10~20mm厚的模板隔开，模板应按沥青砂铺设坡度、标高进行加工。待沥青砂压实烙平冷却后将模板抽出，灌热沥青并熨平。热拌沥青砂铺设温度不应低于140℃，用压路机碾压密实，然后用加热的烙铁烙平，或用平板振动器振实。热沥青在施工间歇后继续铺设前，应将已压实的面层边缘加热，并涂一层热沥青，施工缝处应碾压平整，保证无明显的接缝痕迹，沥青砂绝缘层不得在雨天施工。如在雨天施工必须采取有效措施。

6 沉降观测

新建的每台罐基础均应按要求设沉降观测点进行沉降观测，沉降观测点应沿圆周方向均匀设置，沉降观测点数的设置应符合设计图纸要求。

罐基础沉降应设专人定期观测，充水开始后，每天不少于1次并认真做好记录，沉降观测应包括：基础完工后，储罐充水前，充水过程中，充满水后，放水后的全过程。沉降观测宜采用精密水准仪和铟钢尺或精密的工程水准仪（带有复合不准器）和刻度精确的水准尺进行。

储罐应做充水试验，试验时可一次充水到1/2罐高进行沉降观测。当不均匀沉降量小于5mm/d时，方可继续充水到罐高的3/4。经观测不均匀沉降量仍小于5mm/d允许值时，继续充水到最高水位，充满水并保持48h后进行观测，当沉降量无明显变化即可放水，当沉降量有明显变化则应保持操作液面。每天进行定期观测，直至沉降稳定为止。沉降观测过程中当发现基础异常，应立即停止充水，待处理后方可继续充水。当罐充水试验完成，放水时，放水速度每天不大于3m。

7 结束语

对于钢储油罐，特别是大型储油罐的威胁主要来自两个方面：一是基础的不均匀沉陷，二是材料的脆性破坏。这二者往往是结合在一起的。由于不均匀沉降造成罐底和罐底与罐壁板间的角缝处产生过大的应力，往往导致油罐脆性破坏事故的发生。油罐基础的沉陷可概括为以下五种类型：a.均匀沉陷。b.倾斜不均匀沉陷。c.盘形不均匀沉陷。d.壁板周边的不均匀沉陷。e.壁板周边的局部沉陷。综上所述钢制储油罐除应根据储罐的具体情况及所处场地的工程地质条件进行合理设计外还应精心施工，确保储罐完全可靠。