3000m_3内浮船罐不均匀沉陷及修整措施

3 000m 3内浮船罐不均匀沉陷及修整措施 李守亭 (中石化齐鲁分公司胜利炼油厂,山东淄博, 255434) 摘 � 要 � 以内浮船罐为例,分析了导致储罐基础变形和倾斜的主要因素,阐述了不均匀沉降对油品计量、储罐设 备、内浮盘及储罐基础的影响,分析了油罐不均匀沉降调正纠偏方法的适用性和局限性, 并采用了顶升调正法对大罐 基础进行纠偏。实践证明,顶升调正纠偏法是大罐纠偏的有效措施。 关键词 � 内浮船罐 � 不均匀沉降 � 调正纠偏 � 措施 中图分类号: TE972 � � 文献标识码: B� � 文章编号: 1009- 9859( 2002) 04- 0331- 03 � � 储油罐属大型设备, 基础所占的面积很大,因 此要找到完全均匀的工程地质, 往往比较困难。 由于储罐场地选择不妥, 罐址地基情况复杂, 土层 的不均匀,基础质量问题,以及充水加荷速度 太快等原因,使储罐基础发生不均匀沉降,而造成 罐体的倾斜较大,影响储罐的使用, 浮顶盖变形、 卡住、罐体扭曲等事故时有所见。 142号罐原为 2 000m3 拱顶罐, 后更新扩容为 3 000m 3 内浮船罐, 新罐规格 (直径 � 高度)为 17 000mm� 17 719mm, 总量108 336. 5kg, 罐基础设计 为钢筋混凝土环墙式,环墙宽 300mm,基础填充物 自下而上为土垫层、3 7灰土垫层 500mm 厚、砂垫 层300mm厚、沥青绝缘砂 100mm厚, 基础从中心 沿径向铺成 1. 5%的坡度。安装工程完毕后一次 注水 12m做充水预压试验, 试验进行 48h 后罐基 础发生不均匀沉降, 罐体由南偏西向北偏东方向 发生倾斜。基础差异沉降数见图 1。 1 � 不均匀沉降的原因 1. 1 � 新罐基础与原罐基础不同心 142号新罐基础在原旧罐基础上施工, 从沉 降均匀角度考虑新罐底基础与原罐底基础同心最 理想。但考虑防火安全距离, 142号罐新罐基础 向北移位 3m, 如图 2所示。图 2中新旧罐底基础 重叠部分(划斜线部分)即旧罐底基础素土层, 因 原罐在用多年已压实,可压缩量较小,而新罐基础 偏离旧罐基础的部分( !)则落在新鲜土层上, ! 部分沉降量必然大于 ∀部分沉降量。 图 1� 差异沉降实测数据图 注: ( 1)序号 6, # 0. 00为相对标高; ( 2)相对标高单位皆 为mm。 图 2� 新罐基础移位示意图 注: O1、O2 分别为旧基础、新基础中心, L为挖沟位置。 1. 2 � 基础施工夯击加固问题 图2中斜线 L位置是 1条深 2. 0m、宽 1. 5m、 收稿日期: 2002- 07- 10;修回日期: 2002- 10- 01。 作者简介:李守亭( 1966- ) , 男,工程师。1990年毕业于山东 师范大学环境与资源学院, 1996年毕业于石油大学化工机械 专业, 现任胜利炼油厂第一油品车间主任。电话: ( 0533 ) 7571456。 设备与防腐 � � � � � � � � � � 齐鲁石油化工 , 2 00 2 , 3 0( 4 ) : 3 3 1 ~ 3 3 3QILU � PETROCHEMICAL � TECHNOLOGY 长20m的沟,该沟正位于 142 号罐新基础偏离旧 基础部位。该部位为回填土, 应按回填土夯击加 固处理方法,即从硬土层开始分层回填碾压, 或进 行强夯加固。但该部位基础在施工时未做特殊夯 实处理。 1. 3 � 充水预压选取不合理 该罐地基属稳定地基, 地基承载力标准值大 于储罐基础底面附加力,充水预压可以分三次快 速充水,即第一次充水到储高 1�2处;沉降达到稳 定控制标准后, 进行第二次充水,第二次充水到储 高的 3�4处; 沉降量稳定后,最后充水到最高操作 液位。该罐充水预压时, 违反充水预压规程, 一次 充水到操作液面,加荷过快,又忽略了土层不均匀 的因素。 1. 4 � 相邻荷载的影响[ 1] 实测证明, 单个大型储罐的底板变形是中间 大,边缘小, 但从成组储罐的实测数据分析,都是 中间小边缘大,而且沉降量也比单个储罐大。这 主要是储罐基础的相互影响作用, 基础之间距离 越近,沉降的相互影响就越大。该罐所在罐组共 14台大罐, 其中 142号罐是最南侧的 1台, 与其北 侧的 140号罐相距仅 6. 3m。 2 � 不均匀沉降造成的危害 (1)基础沉降和不均匀沉降超过一定限度将 导致储罐的歪斜,以及与罐连接的管道破裂。 ( 2)罐基础不均匀沉降导致罐体倾斜,罐内液 面由准圆面变成椭圆面, 内浮船升降受阻,易导致 卡船、沉船事故。 ( 3)浮船导向管随罐体倾斜,失去导向作用。 ( 4)罐体倾斜后, 油品液位测量不准确, 容量 编制困难。 (5)罐基础不均匀沉降改变了罐壁的应力状 态。正常情况下,罐壁主要受两个方向的作用力, 即径向压力和环向拉力。倾斜后由于倾倒力矩造 成罐壁一侧受拉,另一侧受压,当压应力超过其临 界压应力值时会造成罐壁屈曲; 拉应力超过其临 界拉应力,容易造成周向焊缝开裂。 ( 6)不均匀沉降严重时,不仅会使罐基础混凝 土环梁损坏,而且能导致油罐本体破裂。 3 � 纠偏调正 3. 1 � 罐基础倾斜校正常用方法 基础倾斜调正的方法有预压法、排水法、挖沟 法、顶升调正法等。 ∃预压纠偏法。预压纠偏法是采用钢锭或其 它混凝土预制块作压重,在基础周围进行堆载预 压,使基础倾斜得到局部的调正。该方法有一定 的效果,但周期长。 %排水纠偏法。排水纠偏法是在储罐基础沉 降少的一侧, 开挖排水沟, 用泵定时抽水, 使这部 分基础下的地基加速压缩凝固,加速沉降,从而使 基础各部位的沉降统一平衡, 达到基础纠偏的目 的。饱和软粘土中多采用排水纠偏法。 &挖沟纠偏法。该法是利用储罐的环墙基础 刚度较好的特点,根据土力学原理,在储罐基础沉 降小的一侧,沿环形基础外侧圆周挖一条一定深 度和宽度的半圆形沟,造成土的侧向挤出,使沉降 小的部位加大沉降,达到纠偏目的。该方法操作 难度较大,包括挖沟的位置、长度, 挖沟深度,控制 加荷速率、掌握纠偏时机。 ∋顶升调正纠偏法。此方法是将储罐整体逐 步顶起,顶起高度根据基础偏沉情况而定,一般多 沉多顶,少沉少顶,然后用压缩空气将砂吹入储罐 基础底面。此法设备简单,施工周期短,调正纠偏 的幅度大,也比较经济。 3. 2 � 调正纠偏方案 3. 2. 1 � 调正纠偏方法的选择 顶升调正纠偏法实施操作简便,省时经济,设 备简单, 可操作性强,且成功的经验多; 施工过程 中出现异常情况便于处理控制, 处理不成功还可 恢复原状, 为确保调正纠偏成功的几率, 降低风 险,根据 142号罐基础不均匀沉降的情况和罐周 边场地情况,该罐采用顶升调正纠偏法。 3. 2. 2 � 调正方案实施 ( 1)顶升准备工作。将实测的罐基础不均沉 降值标记在罐壁上。确定顶升所需的千斤顶数 量,由储罐自重决定,即: (NT )1. 2N�[ 1] 式中: NT ∗ ∗ ∗ 每台千斤顶额定起重能力乘以 0. 8, kg; N�∗ ∗ ∗ 储罐总质量, kg。 用额定起重能力 10t 的千斤顶, 则所需千斤 顶数量为 16台。 考虑该罐在抬高时, 只有半圈被抬高,所以用 8台千斤顶就可以。 ( 2)如图 1所示,从西北- 150. 0mm 点 8处经 北至东- 70. 0mm点 4处,在罐壁外第一层圈板距 +332+� � � � � � � � � � � � � � � � � � � 齐 � 鲁 � 石 � 油 � 化 � 工 � � � � � � � � � � � � � � � � � 第 30卷 罐底板 400mm 处打一道背杠, 背杠用龙门卡铁固 定在罐壁上,在背杠下均布 8只千斤顶,千斤顶下 垫枕木支在基础上, 用千斤顶将罐体顶起,使罐壁 在 8个方位垂直度都符合规范标准, 测量检查罐 壁垂直度符合标准后, 用喷砂机将细砂喷到罐底 板与基础的间隙处, 砂子必须填满,然后外圈灌注 细混凝土灰浆。 ( 3)由于内浮船支腿落在罐底板上,顶起罐体 时为防止罐底板局部受力过大而导致罐底板与罐 壁板变形,采取了如下措施:用千斤顶支罐体的方 位上的船舱支腿处, 在罐底板上切割一个方洞,让 支腿落至罐基础上,使内浮船不随罐体升起。等 罐体调整好垂直度, 罐底板与罐基础间用砂填实 后,再用千斤顶顶船舱,把船舱顶平。罐底方洞用 �= 14mm钢板补焊,同时起支撑板作用。 (4)将导向管导向轮卸下, 防止在抬高过程 中,导向轮与导向管相互积压,拉弯导向管。 ( 5)调整导向管垂直度。 ( 6)罐底板动改处做真空试漏。 4 � 罐体发生滑移的可能性分析 该罐属于, 细高型−结构, 即油罐的径高比 ( 0. 959)很小,在倾覆力矩作用下易发生歪斜。那 么,罐体在抬高过程中, 是否会发生整体滑移,导 致此修整措施无效, 分析如下:罐底环板与罐壁板 结合处径向剖面为角钢结构, 刚度大, 不易变形, 因此,抬举时罐底环板除相对标高 # 0. 00附近区 域外全部被抬起。但以罐底圆心为中心的中幅板 因刚度不足仍落在罐基础上, 因此罐底板与罐基 础间能产生足够大的摩擦力阻止罐体滑移。另一 方面, 该罐抬高幅度较小, 只有 250mm, 不会导致 罐体歪倒。 5 � 调正过程中出现的问题和实测有关数据 图3中点 2抬高 170mm 时暂停, 检查罐体和 罐基础环梁变形情况, 发现配管与罐体结合部出 现轻微扭转变形,遂将法兰螺栓松脱,消除管线对 罐体的约束。同时拆除罐南侧消防线横管基础, 防止消防线对罐体产生支反力。 继续抬高, 考虑压缩余量, 将点 2 抬高 275mm,其余各点实测抬高数据见图 3。 罐内检测结果: 导向管未发生变形,内浮船共 20条支腿,其中靠北侧 9条通过方洞落至罐基础 上,其余11条支腿使罐底板发生轻微变形, 影响 不大。值得注意的是罐底中幅板因刚度不足仍落 在罐基础上,而环板被抬起,使罐底板预先从中心 沿径向铺成的坡度结构遭到破坏。 图 3� 各点实测抬高数据图 调正完成后,再注水做沉降试验,实测各点数 据表明, 罐体 8个方位及导向管垂直度均达规范 标准。调正及沉降试验后,实测相对标高数据见 图 4。 图 4� 调正沉降试验后,实测相对标高图 6 � 结 � 语 ( 1)顶升调正纠偏的实践说明,储罐的基础发 生了不均匀沉降和倾斜, 影响了储罐的正常使用, 完全可以采用调正纠偏法这一专门技术来处理。 ( 2)储罐的基础倾斜受许多因素影响,但主要 因素是地基土层的不均匀。另外, 储罐内加荷速 率的快慢,大型储罐群中相邻荷载的相互影响,基 础施工不执行施工操作规程等, 也会造成储罐的 倾斜。 参 考 文 献 1� 徐至钧编著. 大型储罐基础设计与地基处理[ M ] . 北 京: 中国石化出版社, 1999 +333+� 第 4期 � � � � � � � � � � � 李守亭� 3 000m3 内浮船罐不均匀沉陷及修整措施 � � � � � � � � � � � � � � �