成品油立式储罐沉降浅析及对策研究

成品油立式储罐沉降浅析及对策研究

孙萌 ,樊玥

中国石化销售股份有限公司天津石油分公司

摘要 

成品油立式圆柱形钢制储罐主要用于柴汽油等轻质成品油，是一种典型的薄壁结构。这种结构在地基不均匀沉降或地震作用下都可能发生失效，导致储液泄漏，造成经济损失、人员伤亡。本文在简要介绍沉降类型和相关特点的基础上，分析了不均匀沉降的原因及危害，清罐作业、罐体加固、顶升及稳固等重要施工作业节点进行阐述，以确保储罐的安全运行。

关键词：沉降类型，沉降原因，沉降危害，重要施工节点

1.研究的背景和意义

1.1沉降的类型和相关特点

大型的钢制储罐特别容易储罐地基沉降的影响，并且地基沉降的类型较多，尤其是建造在软土地上储罐，一般情况下储罐的沉降的类型主要分为两大类：均匀沉降和不均匀沉降。在均匀沉降中又分为整体均匀沉降和整体平面倾斜沉降；在不均匀沉降中又分为局部沉降和蝶形沉降。

（1）均匀沉降

正常情况下，储罐在建造完成后一般要进行饱压和饱载实验，在这种情况下储罐会发生均匀沉降，这属于正常情况下的均匀沉降，正常情况下的均匀沉降一般不会对储罐造成影响，只是对储罐罐壁外的接口或其他外接管道造成一定的影响，如果沉降面积较大的话，会影响与储罐相连接的其他装置。因此，通常情况要定期检查，如发现有损坏的，要及时更换。

（2）非平面不均匀沉降

通常情况下整体均匀沉降的数值较大，但是虽然数值较大，但对储罐的整体影响相比较来说较小，虽然不均匀沉降在数值要比整体均匀沉降来说较小，但是其对储罐的影响要比均匀沉降来说影响要大，根据大量的储罐安全事件分析可知，储罐的不均匀沉降是影响储罐安全最重要的因素。通常情况下，储罐罐壁的径向位移影响储罐的形状，如果径向位移变化过大，通常条件下会影响罐顶板正常移动，引起罐顶板不能移动，如果再进一步加剧的话，还会造成重大的安全事故。由于在建造储罐的而过程中，储罐罐体的刚度也会影响到储罐的沉降，通常情况下会阻碍储罐的不均匀沉降，然而由于地基的不均匀沉降的特性，罐周仍然会发生罐周不均匀沉降，同时罐周在不均匀沉降的过程中仍然对罐壁产生应力的作用。

1.2不均匀沉降对储罐的影响

通常情况下，储罐罐壁的径向位移影响储罐的形状，如果径向位移变化过大，通常条件下会影响罐顶板正常移动，引起罐顶板不能移动，如果再进一步加剧的话，还会造成重大的安全事故。由于在建造储罐的而过程中，储罐罐体的刚度也会影响到储罐的沉降，通常情况下会阻碍储罐的不均匀沉降，然而由于地基的不均匀沉降的特性，罐周仍然会发生罐周不均匀沉降，同时罐周在不均匀沉降的过程中仍然对罐壁产生应力的作用。通常情况下，储罐罐周的不均匀沉降会引起固顶型钢制储罐的罐顶盖和抗风梁产生相应的变形弯曲，会使其产生轴向和周向应力的变化，这样的结果会使储罐的罐壁产生变形，严重的会使储罐的罐壁破裂，所盛放的介质流出来。

2.不均匀沉降的原因

造成储罐基础不均匀沉降的原因，简单来说分为内部原因和外部荷载原因。其中基础内部原因指地基土质软弱、上质不均匀以及基础回填土未夯实等，此类原因会导致储罐在初期冲水试压时发生危害储罐的沉降；除此之外，地基上部罐体本身荷载超过设计值或罐区储罐排布过密均会导致基础沉降。外部荷载原因指地震载荷、风载等自然因素。

3.不均匀沉降对浮顶储罐的危害

由于大型储罐体积庞大，可以将它看作薄壳结构，因此即使储罐结构发生很小的变形都会对储罐造成很大的影响。

3.1发生不均匀沉降后罐壁因产生扭曲使浮顶出现卡盘现象，发生不均匀沉降后由于发生差异沉降导致罐壁与底板等连接管路出现破损。储罐的非平面倾斜经常造成罐壁径向扭曲，当扭曲过大时会造成罐壁发生次应力进而影响浮顶的正常使用。

3.2当储罐受到浅层土剪切并造成罐周不均匀沉降，此时罐壁极有可能发生次应力以及椭圆化，产生太大椭圆度会对浮顶的正常升降产生破坏甚至发生灾害。

3.3储罐的底板发生变形，造成底板很大应力产生，以及应力的持续变化，底板开裂，最后产生损坏。大型储罐罐周不均沉降会导致储罐结构发生破坏，当罐区内一座罐体发生安全隐患，安全考虑整个储备库将停止运转，从而产生的损失难以计数，并且罐内存储的大多为易燃易爆物品，当罐体发生损坏时则会对周围环境产生灾难性的破坏。

4.重要施工作业节点简述

为消除储罐沉降的影响，需及时采取罐体抬升施工作业，重要施工作业节点如下：

4.1施工准备

按计划完成施工方案的编制，并经审批。向参加施工的管理人员和施工作业人员进行完技术交底和安全交底、环保交底。现场搭设隔离围栏，围栏高度不能低于2.5米进行硬防护隔离。对与油罐相关的工艺管线、消防管线、阀门、法兰、液位仪、电缆及电气设备等与罐体分离且做好保护措施。

4.2清罐作业

当采用机械抽吸法排出底油时，配套电机应为隔爆型。不可采用机械通风排除油气。应打开工作孔自然通风。确保浮盘上下空间贯通。内浮顶油罐通风宜采用底部通风，确保浮盘空间贯通。仅采用底部通风，在通风末期进罐检测合格后，应打开浮盘人孔，使浮盘上下空间充分联通后，再次通风24h以上。保持罐内有良好的通风。待作业储罐所有的检维修孔，包括人孔、光孔、计量孔等通风口均应打开，保持罐内有良好的通风。

4.3罐体加固

施工采用顶升法使用多台千斤顶抬升，将储罐整体分步顶起，由于顶升时底板会弯曲变形，会对罐壁产生向内的拉力使得罐壁变形，因此需对顶升部位的管壁进行加固。油罐完成清罐具备动火作业条件后，可以进行罐顶升加固及相应的附件安装。罐底板防下沉连接支架上端与中间加强支架连接，下端与罐底板连接在一起，对罐底板进行加固，防止顶升作业时罐底板下坠变形。

4.4顶升及稳固

正式顶升油罐前，应先试顶升，保证6台液压千斤顶全部正常工作。检查支架与罐壁焊接处是否有异常及支撑底座牢固度，无问题后，正式进行顶升，顶升需分步缓慢进行，每顶升200mm,停止检查，确认没有任何问题后，再继续顶升。

4.5充水及沉降观测

为使油罐达到使用要求，油罐罐底板焊接完毕后，应进行充水试验。充水试验，充水实验前所有附件及其他与罐体焊接的构件应全部完工，基础的沉降观测在充水试验中，如基础发生不均匀沉降，需停止充水待处理后，方可继续进行试验。

参考文献：

[1]曹庆帅.大型钢储罐在谐波沉降下的结构性能[D].浙江大学，2005.

[2]何国富.基础局部沉陷下大型储罐变形形态与应力分析[D].特种结构，2012,29(2):27-31.