用水准网监测大型临海石油储罐的基础沉降

曲洪谋

(中国石油广西石化公司，广西 钦州535008)

近年来，常压储罐的安全性和经济性越来越受到关注[1]。导致储罐沉降的原因包括地理位置、地下土壤地质特点、储罐服役年限等[2]。为了分析判断储罐地基是否沉降，本文以实际储罐地基为研究对象，并结合水准网观测方法，监测充油期间的储罐地基变形及管墩沉降，准确监测出储罐的沉降，为储罐的安全运行提供数据参考。

目前我国石油储备基本都采用地上储罐，考虑到海运条件的优越性和市场集中化等便利因素，我国的石油储备基地多设在沿海地区。受到地基稳定性、地表水下渗、不良地质体等的影响，储罐基础常会发生沉降，威胁到储罐的安全运行，若储罐局部应力过大，会引发破裂、漏油等安全事故[3]。因此，临海而建的大型油罐的沉降问题越来越受到油气行业的关注。

1 水准网理论

水准网观测[4]是在已知点和待定点之间，以一定的路线进行测量，由这些路线构成的图形叫水准网、导线网，网中各条线路相汇的点称为结点，已知点与结点、结点与结点之间的路线称为环节。起始数据是已知点的高程，直接观察值是各水准点间侧段或路线的高差h及其路线长度l（或路线的测站数）。网中各水准点的高程，由已知点的高程和高差计算而得。

2 储罐概况

大型储罐就是采用立式圆筒形钢制焊接而成的油罐，通常容积大于5万m3。大型储罐一般采用外浮顶结构，底板均带有环形边缘板，考虑到罐内排水、地基沉降等因素，底板有一定的锥度，常用的设计是中间高、四周低的储罐底板。

某码头油库位于我国西南沿海，濒临北部湾，建设规模为320万m3原油储罐（单罐容量10万m3），以及为新建储罐配套的储运工艺、消防、给排水、电器、仪表、通信、建筑等设备和设施工程。由于该储罐建设用地为填海造地，现储罐已运行10年之久，地基沉降的概率很大。本文在油罐的充油时段进行了油罐的沉降监测，包括基准网沉降监测、罐基础沉降监测及管墩沉降监测，完成的工作量见表1。

表1储罐地基变形监测工作量表

3 监测方法

3.1 储罐内油位

充油阶段，储罐油位在盘梯顶端的浮船导向管处用量油尺直接量取。充油前，盘梯顶端的浮船导向管已经密封，所以油位高度直接在库区中控室内查询。

3.2 环墙垂直位移

3.2.1 水准网布设与观测

每隔15d 检查1次水准仪的i角和水准尺的基辅分划读数差。水准仪的i角应不大于10″，水准尺基辅分划的读数差不大于0.5mm。遇到观测数据异常时，在排除偶然误差的前提下，应检查水准仪的i角，以便查明原因。水准网的观测周期，应根据水准点位的稳定情况来确定。

每次水准网的观测数据采集完成，应对数据进行检查校对。各项技术指标符合规范要求后，计算出各点间的高差，用“测量平差计算”程序进行严密平差，计算出各点高程值，并进行精度评定。

图1水准网平面位置示意图

3.2.2 环墙垂直位移监测

1）储罐上的监测点在充油期间已布置完成，本期沉降监测沿用充油期间的观测点。

2）观测环墙沉降时，每个测站采集多个观测点的数据,采用闭合水准路线，环线闭合差不大于(n为测站数)，观测条件较差时可放宽至观测时应固定仪器、固定路线、固定水准尺，以削弱系统误差。

3）对地基稳定标准和油罐安全控制等指标，按设计要求确定。主要监测指标有竖向位移速率、环墙对径点最大沉降差、罐周边相邻点最大沉降差等。监测过程中若有异常情况，要及时通知业主、监理等单位，尽早采取处理措施。

4）外观测结束，经检查符合限差要求后，再进行平差。计算采用电算程序，计算出每个沉降点的高程、本次沉降量和累计沉降量，以及对径点的最大沉降差、相邻点的最大沉降差、平均沉降量、沉降速率等。如计算结果不满足技术要求，要进行重测。

3.3 监测结果分析

3.3.1 全场水准观测基准网的布置

以场区西门门口的K3为基准点，在罐区工作范围内布置7个工作基点，串联成网。其中K3和S1互相检查校正。

图2基准点示意图

3.3.2 储罐环墙垂直位移

按照设计图纸要求，环墙施工单位在环墙上均匀布置了32 个沉降观测点，建北方向为1 号点，顺时针增大。储罐环墙垂直位移观测点平面示意图见图3。

图3垂直位移观测点平面示意图

3.4 基准网监测汇总表

基准网测量结果日期汇总表见表2，基准网沉降结果汇总表见表3，管墩测量结果分析见表4。从表2、表3可以看出，基准网中S2 点在第二次测量时遭到破坏，又重新启用新的工作基点进行测量，此后的测量数据并未出现异常情况。其余各工作基点沉降基本均匀，未出现有较大的沉降。

表2基准网测量结果日期汇总表

表3 基准网沉降结果汇总表/m

表4 管墩测量结果分析

3.5 储罐监测结果分析

环墙的垂直位移结果汇总见表5，储罐环墙平均沉降速率曲线见图4，沿环墙圆周的各点沉降曲线(S-P)曲线见图5，环墙沉降差(倾斜)随油位的发展曲线见图6，管墩平均累计沉降与对应储罐点累计沉降发展曲线见图7。

图4 储罐环墙平均沉降速率曲线

图5沿环墙圆周的各点沉降曲线(S-P)曲线

图6环墙沉降差(倾斜)随油位的发展曲线

图7 管墩平均累计沉降与对应储罐点累计沉降发展曲线

3.6 充油期间环墙和管墩的垂直位移数据汇总

储罐在充油期间的环墙垂直位移详细数据汇总见表6，管墩的垂直位移详细数据汇总见表7。

表5 储罐充油期间的沉降观测结果汇总表

表6环墙垂直位移详细数据汇总

表7 管墩的垂直位移详细数据汇总/m

4 分析

1）储罐的充油过程与充水过程不同，并非按照充水期间设计要求分级充油，由图4 可以看出，沉降速率虽然有时较大，但基本在可控范围内。由储罐沉降数据（表5）可见，随时间的推移和油位的变化，总沉降值越来越大，但沉降均匀且发展缓慢，说明储罐处于一个稳定的状态。

2）由表6和图6可以看出，投产以来，对径点的沉降差虽然在逐渐变大，但发展趋势缓慢。由图5可以看出，环墙出现一个较大波谷，出现了不均匀沉降，但对径点沉降差的最终值为13.2mm，远小于设计要求的280mm。环墙展开图（图5）为一条较光滑的曲线，说明相邻点未出现较大的沉降差异。由图6和表6 可以看出，从充油开始至最高液面，相邻点沉降差虽然在逐渐变大，但最终值为2.9mm，远小于设计要求的19.6mm。对径点和相邻点的发展趋势可以说明，环墙扭曲处于一个稳定形态。

3）油罐管墩对应的储罐位置为9号点，累计沉降值为40.7mm，由管墩测量结果分析可知，管墩沉降值在47.4～54.4mm 之间（表7）。由图7 可以看出，管墩沉降量大于相应位置的储罐沉降量，说明管墩与储罐存在沉降差，且有继续发展变大的趋势。

5 结果及结论

以上数据说明，充油至11.092m 又回落至2.682m后，至监测结束时的18.553m，储罐累计沉降量为34.5mm，在此期间，对径点沉降差的最终值为13.2mm，相邻点沉降差的最终值为2.9mm，各项倾斜指标均未超标，满足规范要求。从2013-08-15至2015-01-30，11个管墩测点的累计沉降量在47.4～54.4mm 之间，管墩10 点与储罐9号点的累积沉降差异达到13.7mm，建议后期应对此位置加强监测，并采取相应的措施加以处理。

综上所述，大型储油罐作为石油化工行业重要的存储设备，其安全隐患问题不容忽视。储罐不均匀沉降所带来的影响巨大，随着时间的推移，可能会导致油罐产生泄漏问题，严重的话可能导致一系列严重的二次灾害。采用可靠度方法对储罐底板沉降进行安全评价，运用水准网理论，对储罐基础周边的不均匀沉降进行测量，采用指数曲线法分析沉降，具有积极的实际价值。此外，主观因素的影响，以及各个技术规范的参考不同，可能会对评价结果造成偏差。