李家財 蔡聯(lián)猛

摘 要：低壓儲罐由于儲罐基礎設計不當，導致儲罐底板外緣與罐基礎分離。通過對儲罐原設計文件調(diào)研、分析總結出事故原因，根據(jù)實際運行的內(nèi)部和外部條件，重新對儲罐的內(nèi)壓、風壓、傾覆力矩等參數(shù)進行計算。通過試算的方式得出儲罐底板與基礎分離的臨界值，并給出解決方案和措施。

關 鍵 詞：低壓儲罐；彎矩；內(nèi)壓；開啟壓力

中圖分類號：TE 972 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2015）07-1658-03

Cause Analysis and Solutions of Tank Body Rising of the Gasoline Tank

LI Jia-cai1，CAI Lian-meng2

（1. Dalian Design Branch of China Petroleum Engineering Construction Company， Liaoning Dalian 116085，China；

2. Shanghai Zhongyi Petrochemical Engineering Co.， Ltd. Guangxi Branch， Guangxi Beihai 536000，China）

Abstract： Due to improper design of the storage tank foundation， outer bottom plate of the low pressure storage tank separated with the tank foundation. In this article， through research and analysis of the original design documents of the storage tank， causes of the accident were summed up. According to the actual operation conditions， parameters of the storage tank were calculated， such as internal pressure， air pressure and overturning moment. The critical value of the bottom plate of the low pressure storage tank with the tank foundation was determined， and solutions and measures were put forward.

Key words： Low pressure storage； Bending moment； Internal pressure； Opening pressure

1 項目現(xiàn)狀

由于在進行低壓儲罐設計時未只考慮了內(nèi)壓對罐壁及頂板的提升情況，而沒有考慮低壓儲罐內(nèi)壓對罐體及基礎提升的情況，導致了儲罐底板外緣與基礎分離。汽油組分罐區(qū)低壓固定頂罐由于油罐基礎圈梁配重不夠，罐底板錨固措施不當，當儲罐內(nèi)壓力過高時，會使罐底板周邊被罐壁向上拉起，致使罐底與罐基礎分離。儲罐設計參數(shù)見表1。

2 儲罐提升原因分析

對該儲罐設計資料調(diào)研的過程中發(fā)現(xiàn)，該儲罐基礎的結構設計執(zhí)行規(guī)范《石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規(guī)范》（SH/T 3068-2007）[1]，該規(guī)范不適用于低壓儲罐設計，所以造成了基礎配重不夠，基礎有被提升罐頂?shù)臍鈮号c風載荷或地震載荷（取兩者中大值）引起的傾覆力的組合引起的舉升力，不應超過罐壁的質(zhì)量與無舉升力作用時罐頂質(zhì)量之和。如果超出，應由平衡結構予以平衡。平衡結構（可以是基礎或者其他支撐系統(tǒng)）應能承受1.25倍的設計內(nèi)壓加上作用在罐殼和罐頂垂直平面上的風荷載引起的舉升力（API Std620—2008第5.11.2.2條）。如果規(guī)定采用地震荷載，則應為設計內(nèi)壓加地震荷載引起的舉升力。風荷載和地震荷載不必同時考慮。的風險。

低壓儲罐被抬升的原因有以下幾個方面：

（1）內(nèi)壓產(chǎn)生的舉升力大于罐頂、罐壁及其所支撐的構件的總重時。

（2）風彎矩、地震彎矩產(chǎn)生的傾覆升舉力。

《大型焊接低壓儲罐設計與建造》API Std620—2008[2]中規(guī)定，對于低壓儲罐，罐頂?shù)?/p>

氣壓與風載荷或地震載荷（取兩者中大值）引起的傾覆力的組合引起的舉升力，不應超過罐壁的質(zhì)量與

無舉升力作用時罐頂質(zhì)量之和。如果超出，應由平衡結構予以平衡。平衡結構（可以是基礎或者其他支撐系統(tǒng)）應能承受1.25倍的設計內(nèi)壓加上作用在罐殼和罐頂垂直平面上的風荷載引起的舉升力（API Std620—2008第5.11.2.2條）。如果規(guī)定采用地震荷載，則應為設計內(nèi)壓加地震荷載引起的舉升力。風荷載和地震荷載不必同時考慮。

表1 儲罐設計參數(shù)一覽表

Table 1 Design parameters for storage tanks

名 稱 數(shù) 值

最高工作壓力P0/MPa 0.06/0.076

設計壓力PG/MPa 0.095

工作溫度/℃ 55/40（最高/正常）

設計溫度/℃ 55

工作介質(zhì) 催化輕汽油

物料比重γ/（kg·m-3） 630

設計風壓q0/MPa 0.000 75

地震設防烈度 6

場地類別 Ⅲ類

嚴密性試驗壓力/MPa 0.053（真空度）

主要材料 Q245R

儲罐公稱容積V/m3 3 000

儲罐內(nèi)徑D1/mm 15 200

儲罐總高H總/mm 19 255

儲罐壁高H/mm 16 500

最高液位高度h/mm 14 800

低報警液位高度h/mm 450

拱頂球面半徑SR/mm 12 160

罐體總質(zhì)量Q總/kg 約138 440

罐頂板質(zhì)量Q頂/kg 30 227

3 計算分析過程

3.1 機構基礎核算

根據(jù)原有圖紙：3 000 m3低壓儲罐罐基礎重約220 000 kg，罐體總質(zhì)量Q總約為138 440 kg，其中罐頂蓋質(zhì)量Q頂約為30 227 kg。

3.2 罐壁底部不被抬起的最大內(nèi)壓計算

根據(jù)《立式圓筒鋼制焊接油罐設計規(guī)范》（GB50341-2003）[3]：

其中：Pmax—罐壁底部不被抬起的最大內(nèi)壓，kPa）

mt— 罐壁和由罐壁及罐頂所支撐構件（不包括罐頂板）的總質(zhì)量（kg），本項目取值mt=108 213 kg；

th—罐頂板有效厚度，m；本項目取值th=0.008 m。

計算的Pmax=5.74 kPa。

儲罐最大允許內(nèi)壓遠小于最高工作壓力（60 kPa），所以在無錨栓結構時，在工作壓力下有抬升和滑移的可能。

3.3 風彎矩和地震彎矩的組合彎矩計算

風彎矩和地震彎矩的組合彎矩計算公式：

M=Mmax（Mw，ME+0.25Mw）[4]

其中風壓產(chǎn)生的彎矩Mw=q0AH0

式中：q0 —基本風壓，Pa；

A—儲罐迎風面面積，m2；

H0—儲罐（空罐）重心高度，m。

地震彎矩按照《立式圓筒鋼制焊接油罐設計規(guī)范》（GB50341-2003）[3]附錄D的條文說明：對于油罐抗震設防烈度為6度時，不必進行地震作用計算。所以本次只計算風彎矩即可。

3.3.1 風彎矩計算

根據(jù)規(guī)范《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規(guī)范》GB50341-2003[3]的計算見表2。

3.3.2 空罐時傾覆力矩的校核

儲罐盛裝物料后風載荷不可能引起儲罐的傾覆和滑移，只需要校驗空罐時風載荷引起傾覆和滑移的可能性，即風載荷使儲罐產(chǎn)生的傾覆力矩是否小于由儲罐重力和基礎重力產(chǎn)生的抵抗力矩。

空罐時的抵抗力矩MR：

式中： WR —儲罐自重（N）；

WL —物料重力（N），取WL =0；

WJ —基礎重力（N），取WJ =2 158 200 kg。

計算得：MR=26 723 853 N·m。

MR> Mf，故儲罐空罐在風載荷的作用下不可能傾覆。

另外，在風載荷的作用下儲罐底板產(chǎn)生的滑移剪力的計算及底板和基礎表面之間的摩擦力的計算見表3。

表2 風彎矩計算

Table 2 The wind moment calculation

ωk = βzμsμzω0 1.297 5 kPa GB50341中公式6.4.7

ω0—基本風壓值（<300時取300 Pa） 0.750 kPa

βz—高度Z處的風振系數(shù)，油罐取 1.00

μs—風荷載體型系數(shù)，取駐點值 1.00

μz—風壓高度變化系數(shù) 1.73 按6.4.9的規(guī)定選用。

罐壁迎風面投影面積A1： 250.8 m2 D1×H

球缺受風力面積A2： 27.69 m2 RS2×2×asin（D/2/ RS）-D×sqrt（RS2- D2/4）/2

作用于圓柱體投影面上的風壓P1： 1 297.50 Pa

作用于罐壁上的風載荷：

F1 = 325 413 N P1×A1

作用于拱頂投影面上的風壓P2： 1 297.50 Pa

作用于頂部上的風載荷：

F2 = 35 923.25 N P2×A2

拱頂高度： 2.67 m

風彎矩：

Mf= F1×H/2+F2×（H+h/2） 3325305.36 N·m

表3 儲罐基礎滑移剪切力和摩擦力計算

Table 3 Calculation of the shear force and friction force of the storage tank foundation

風載荷引起的滑移剪力FD：

FD= μ1×（F1 +F2） 242 095 N

μ1—儲罐的滑移系數(shù)， 0.67

底板和基礎表面之間的摩擦力FR：

FR=μ2×（WR+WL） 543 239 N

μ2—儲罐的滑移系數(shù)， 0.4

FR>FD，儲罐底板產(chǎn)生的滑移剪力小于底板和基礎表面之間的摩擦力，因此儲罐空罐在風載荷的作用下不可能滑移。

3.3.3 儲罐在內(nèi)作用下的提升力

儲罐在內(nèi)壓作用下的提升力計算見下式：

計算的F內(nèi)1=1.72×107 N， F內(nèi)2=1.09×107 N。

3.3.4 內(nèi)壓作用下傾覆力矩的校核

在儲罐內(nèi)壓作用下，只需要校驗罐低液位時內(nèi)壓提升力和風載荷的組合彎矩引起傾覆的可能性，即內(nèi)壓提升力和風載荷的組合彎矩使儲罐產(chǎn)生的傾覆力矩是否小于由儲罐重力、物料重力和基礎重力產(chǎn)生的抵抗力矩。

（1）內(nèi)壓提升力和風載荷的組合彎矩MT：

（2）罐低液位時的抵抗力矩MR：

計算得：MT=10.67×107 N·m， MR=3.24 ×107 N·m。

MT>MR，故儲罐低液位時，在最大工作壓力及風載荷的作用下可能被拔起傾覆。

4 解決方案

（1）降低呼吸閥起跳壓力，以降低儲罐內(nèi)部壓力。

（2）提高儲罐低液位報警值，以增加儲罐物料自重。

為確保儲罐在基礎未整改前的安全運行，通過試算法，將儲罐呼吸閥啟跳壓力調(diào)整至0.020 MPa，緊急泄壓人孔泄放定壓調(diào)整至0.021 MPa.排放火炬管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥啟跳壓力設定為0.018 MPa。才能保證儲罐低液位時不被拔起。

同時為了提高儲罐安全系數(shù)及提升調(diào)節(jié)閥可調(diào)整的壓力空間，建議在不影響油品調(diào)合的情況下將低液位報警值提高至1.45 m。

5 結束語

本次計算分析主要調(diào)整呼吸閥啟跳壓力和儲罐最低液位，以保證儲罐連帶基礎不被拔起的安全性。但是由于催化組分汽油的飽和蒸汽壓（10 ℃的催化汽油飽和蒸氣壓0.028 MPa）高于火炬管網(wǎng)調(diào)節(jié)閥的壓力，因此該調(diào)節(jié)閥將一直處于打開狀態(tài)，儲罐內(nèi)的氣體將不斷排放至火炬系統(tǒng)。對資源造成嚴重浪費，而且對環(huán)境也造成污染。因此該解決方案僅是臨時方案，根據(jù)《大型焊接低壓儲罐設計與建造》API STD 620-2008[2]及《鋼制儲罐地基基礎設計規(guī)范》GB 50473-2008[5]，建議業(yè)主方在合適的時候最好對基礎進行配重平衡加固才是解決問題的根本。

參考文獻：

[1]SH/T 3068-2007石油化工鋼儲罐地基與基礎設計規(guī)范[S].

[2]API Std620-2008大型焊接低壓儲罐設計與建造[S].

[3]GB50341-2003立式圓筒鋼制焊接油罐設計規(guī)范【[S].

[4]徐英，楊一凡，朱萍，等.球罐和大型儲罐[M].北京：化學工業(yè)出版社，2005

[5]GB 50473-2008鋼制儲罐地基基礎設計規(guī)范[S].

墨西哥塑料產(chǎn)品貿(mào)易逆差居全球第一

西哥《經(jīng)濟學家報》7月23日報道，墨西哥塑料產(chǎn)品貿(mào)易逆差居全球第一，2014年逆差總額達136.88億美元，其中出口86.28億美元，進口223.16億美元。墨主要進口塑料產(chǎn)品是用于塑料制造業(yè)，如乙烯聚合物、塑料盒、塑料板、聚碳酸酯等產(chǎn)品。據(jù)墨經(jīng)濟部數(shù)據(jù)，墨塑料產(chǎn)品進口主要來源國分別為美國（占進口的70.1%），中國（7.4%），韓國（4.3%），德國（3.3%），加拿大（2.6%）。