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摘要：本文分析某油库将原油罐改造成内浮顶柴油罐过程中存在的缺陷，针对基础沉降和不均匀沉降，椭圆度，垂直度和水平度、底板的腐蚀情况及罐体各部的钢板测厚检测及分析结果。对罐基础找平、罐体改造及罐体部分壁板更换等施工顺序及要领进行阐述，为后续储罐的改造提供了作业依据。
关键词：浮顶罐施工要领作业
1.0前言
某油库1989年施工，1990年投入使用，为原油储存、输运的供应基地。陈山油库拥有9座原油储罐，其中10×104m3油罐1座，5×104m3油罐6座，总容量达40×104m3。为了减少原油中转的运输成本，减轻成品油公路、铁路运输压力并减少或消灭运输过程中易发生的不安全事故，将富余的2座5×104m3外浮顶原油储罐改造成内浮顶柴油罐，作为某成品油管道工程的配套油罐。
2.0原油储罐基本情况
2.1原油罐基本情況
5#、6#罐为利旧改造外浮顶原油储罐，储罐直径60m，罐壁高19.35m，公称容积5.5×104m3，计算容积4.9255×104m3。
储罐罐壁板厚度10-34mm，罐底边缘板厚度在14mm左右，中幅板厚度在8mm，浮顶板厚度采用5mm。
罐壁板从罐体底部至顶部共11圈，其中上部3圈壁板及底板中的中幅板和浮顶板采用普通压力容器钢板（Q235-B），下部8圈罐壁板和底板中的边缘板采用高强度压力容器钢板（16MnR）。
2.2 地基情况
2台外浮顶罐基础分别坐落在基岩顶面标高-41～-45m（5#罐）和-30～-48m（6#罐）。由于地质条件的差异，原设计分别采用不同桩长，正方形布置，根据软土分布的厚度采用15.3-18.5m不同桩长，来加固饱和软土层，以便于油罐基础均匀沉降，为了加强地基的稳定性，在油罐基础外加设三排立体护桩，每台油罐加固直径为70m，并在两台罐基础之间加设屏蔽桩。
3.0储罐检测及分析结论
通过对原油储罐储罐基础沉降与不均匀沉降、罐壁椭圆度、罐体垂直度及水平度进行全面检测并校核，评价其改造成柴油内浮顶罐的可行性。
3.1储罐基础沉降检测与分析
1）沉降与不均匀沉降较严重
从上例表中不难看到罐基础产生沉降和不均匀沉降较严重。5#罐罐基础平均沉降量798.12mm，平均点间相差43.57mm；6#罐基础总沉降量较大达869.57mm，平均点间高差较小为32.61mm，6#罐基础沉降情况略比5#罐均匀些，但基础的稳定性比5#罐要差些。
2）罐基础顶点变形显著
从图表-1明显看到5#罐基础产生的不均匀沉降，东点沉降量较少，西点沉降量较大，构成一个从东到西的斜坡，从点号1至点号7`区域范围的基础顶变形成马鞍形。
5#罐的平面倾斜（任意直径方向）能满足规范要求，非倾斜（罐周边不均匀沉降）值超过规范规定。6#罐的平面倾斜（任意直径方向）能满足规范要求，而非倾斜，其点号是“3`”与点号“3”、“4”间的差值较大，因此2台罐基础必须进行找平纠偏处理，在处理基础的同时，结合网壳顶盖安装，将储罐壁的上口半径，也即椭圆度，垂直度，一并处理。
3.2罐壁椭圆度、罐体垂直度与水平度检测
1）椭圆度：5#罐椭圆度±极限偏差分别为-440mm和-248mm，6#罐椭圆度±极限偏差分别为+181mm和-51mm，均超出规范规定的±50mm要求。
2）罐体垂直度：5#罐罐体垂直度±极限偏差为+130mm到-220mm，6#罐±极限偏差为+75mm到-100mm.两储罐罐体垂直度都超过规范规定的50mm要求。
3）罐体水平度：5#、6#罐包边角钢处的水平度极限最大偏差分别为265mm、140mm，均超出规范规定的不大于罐壁高度的0.5%（即97mm）的要求。
3.3罐板检测与校核
3.3.1罐壁板
5#罐的第一圈壁板，测点编号1-2（B）、1-12（B）、1-14（B），及6#罐的第一圈壁板，测点编号1-24（A），这些壁板厚度不符合设计最小厚度的要求，需更换这些罐壁板满足设计要求的厚度。其余罐壁板（第二至第十一圈）的全部测点的壁厚均符合设计最小厚度的要求，可以不作更换处理。
3.3.2罐底与浮舱底板、顶板
5#、6#罐的浮舱底板及单盘板的厚度分别在5mm和4.5mm以上，均能满足规范规定的最小厚度4.5mm（不包括腐蚀余量）的要求，也可满足设计规定的最小厚度4.0mm（不包括腐蚀余量）的要求，不作任何处理。
3.4网壳技术的选择
设计计算采用非线性大搭度理站，使计算结果和实际工况相符。中国建筑科学研究院又对三种双向子午线网壳中型模型进行加载试验。直至网壳发生整体失稳破坏，测试数据显示，理论计算结果与实测数据非常吻合，验证了计算理论，计算程序的正确性。因此选择钢制双向子午线网壳结构做储罐固定顶盖的受力构件。
4.0储罐改造
4.1储罐改造后的设计使用年限
影响储罐使用年限的因素很多，有内在因素的影响，如材料的质量、储罐本身的强度、刚度、塑性、韧性和制造安装过程中存在的缺陷大小、数量多少，缺陷性质和所处位置等。也有外界因素的影响，如风载、雪载、地震、地质条件，操作使用、维护，以及储存柴油中腐蚀物的含量、种类和周边大气中有害物（如靠海边大气中算雾）含量等的影响。
若都不考虑储罐内在的缺陷，和外界因素的影响，单从储存介质对金属材料的腐蚀速率考虑，按SH3046-92《石油化工立式园筒形钢制焊接储罐设计规范》罐壁板设计厚度计算公式：
式中：t1储存介质时的设计厚度（mm）。
D_Dd_____ H：計算的罐壁底边至罐壁顶端（当设有溢流口时，后至溢流口下沿）的垂直距离m；
D：储罐内直径m；
[ D_Dd__________
C1：钢板的厚度负偏差mm；
C2：腐蚀容量mm。
在正常操作工程条件下，腐蚀率按0.225mm计算，根据5#、6#罐实测的壁厚，其底圈壁板平均厚度为34.286mm，按上式计算移到底圈壁板所需的厚度为28.6mm。按此推算5#、6#储罐使用年限不少於15年。
4.2罐基础找平纠偏实施要领
基础找平纠偏是决定浮顶罐改为内浮顶罐在改造、制作安装后，储罐的各项指标能否达到规范规定的要求，投入运行后是能否正常安全运行，也是对改造技术方案的选择，判断的考验，为此，要详细，周密地编制实施方案。
基础找平纠偏采用顶升找平纠偏方法，其实施要领包括：均匀布置千斤顶位置，明确前期准备工作，罐体顶升、垫铁安放、罐体检查、灌填沥青砂（包括环梁部位二次灌浆）储罐充水基础沉降观测，验收与中间交接等。
4.3罐体改造主要施工顺序和要领
5#、6#罐已历过长期储存原油，现将原外浮顶罐改造为内浮顶形式，改造后储存介质改为成品柴油，因此对罐体本身，罐体内外附件有较多的改动，在整个改造过程中按下列施工顺序和要领进行。
4.3.1罐体清洗
首先打开浮顶上面单盘人孔和所有浮舱人孔，用高压消防水或用其它方式，对罐壁、罐底、浮盘下表面进行冲洗，当冲洗基本完成后，拆除一次密封，二次密封设施，使储罐内的气体流通，用鼓风机向罐内送风，同时对罐内可进行彻底清洗。待清洗完成后，对罐内浮舱内的气体进行取样分析，安全部门确认已无可燃性气体，已达到允许范围内，方可进入罐内进行施工。罐体内部彻底清洗是保证罐体改造的重要安全措施之一。
4.3.2拆除罐内外各类附件
罐内外的各类附件较多，凡是影响改造施工的或需要更换的或改造后不需要的，都必须一一清理拆除，如：中央排水装置中的集水坑、罐外保温层、导流板、防水板、拆除与罐体连接的所有管线。待底圈罐壁板抗风圈、顶圈罐壁先后拆除后，可拆除罐顶平台、扶手和转动浮梯等。
抗风圈拆除前，应对抗风圈按顺序做好分段号码标记，沿着原来抗风圈的分段位置，逐段切割下来，吊到地面上，并按顺序编号放好，对切割下来的分段抗风圈部件，必需采取防变形的措施，以防复位安装时增加施工困难。
罐壁板拆除时，先沿着欲更换的罐壁板的环向焊缝逐张切割开，但每张板缝留之处（每处均50mm），无切段，然后再沿每道纵焊缝连接处，用吊车将该板吊下，在切割时，为了防止切割后壁板向里外倒，要采取必要的安全措施。
4.4罐体部分壁板更换施工顺序和要领
罐体部分壁板更换主要有底圈罐壁板、顶圈壁板，还包括底板（若需方更换部分），待顶圈罐壁板更换完成后，将抗风圈安装复位，再安装网壳顶盖，其施工顺序一般从下往上展开，其施工顺序和要领如下：
更换底板（需要时）—更换底圈罐壁板—带芯人孔安装—更换中圈部位罐壁板（需要时）—更换顶圈罐壁板—安装复位抗风圈—锥板安装—网壳架安装—网壳架提升安装—蒙皮板安装—罐顶平台、拉杆、盘梯复位北更换—罐内外拆下的部件。管线、仪表等复位或更新安装—储罐内外防腐处理—总体试验。
更换底圈罐壁板时，更换的罐壁板在切割前应先用工字钢将第二圈罐壁板支撑起来，待工字钢加固好以后，进行切割第一张更换的壁板，安装点焊好第一张壁板后，再进行切割第二张更换的壁板。在安装底圈罐壁板前，在罐底板上画同油罐的内圆，并在罐底板上每隔一米焊接一切挡板以防罐壁板的焊接变形。离底圈罐壁板2.34mm，连同更换壁板后的带芯人孔一并进行热处理。
顶圈罐壁板更换安装时，对切割后的环缝上边面进行修口，找准上口水平度和椭圆度，以及罐壁的总垂直度，当符合安装要求后，方可安装顶圈罐壁板。
为使罐壁上口椭圆度达到规范要求，将原有的包边角钢割掉，在顶圈罐壁增设一圈壁板（500*10mm）补强板，然后利用抗风圈与锥板的钢度将罐壁上口纠圆椭圆度达到规范要求。
5.0结束语
通过对某油库2台5万m3外浮顶罐改造为内浮顶柴油罐过程中储罐存在的缺陷，提出修复及改造方案，并对罐基础找平、罐体改造及罐体部分壁板更换等施工顺序及要领进行阐述，为后续储罐的改造提供了作业依据。
参考文献
[1]GB50128-2005立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范；
[2]SH3046-92石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范；
[3]SH3068-95石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范；
[4]徐至钧、许朝铨、沈珠江编著：大型储罐基础设计与地建处理中国石化出版社，1999.11。
作者简介
李玉杏（1966），男，1989毕业，MBA，高级工程师，长期从事石化技术及管理工作。
关键词：浮顶罐施工要领作业
1.0前言
某油库1989年施工，1990年投入使用，为原油储存、输运的供应基地。陈山油库拥有9座原油储罐，其中10×104m3油罐1座，5×104m3油罐6座，总容量达40×104m3。为了减少原油中转的运输成本，减轻成品油公路、铁路运输压力并减少或消灭运输过程中易发生的不安全事故，将富余的2座5×104m3外浮顶原油储罐改造成内浮顶柴油罐，作为某成品油管道工程的配套油罐。
2.0原油储罐基本情况
2.1原油罐基本情況
5#、6#罐为利旧改造外浮顶原油储罐，储罐直径60m，罐壁高19.35m，公称容积5.5×104m3，计算容积4.9255×104m3。
储罐罐壁板厚度10-34mm，罐底边缘板厚度在14mm左右，中幅板厚度在8mm，浮顶板厚度采用5mm。
罐壁板从罐体底部至顶部共11圈，其中上部3圈壁板及底板中的中幅板和浮顶板采用普通压力容器钢板（Q235-B），下部8圈罐壁板和底板中的边缘板采用高强度压力容器钢板（16MnR）。
2.2 地基情况
2台外浮顶罐基础分别坐落在基岩顶面标高-41～-45m（5#罐）和-30～-48m（6#罐）。由于地质条件的差异，原设计分别采用不同桩长，正方形布置，根据软土分布的厚度采用15.3-18.5m不同桩长，来加固饱和软土层，以便于油罐基础均匀沉降，为了加强地基的稳定性，在油罐基础外加设三排立体护桩，每台油罐加固直径为70m，并在两台罐基础之间加设屏蔽桩。
3.0储罐检测及分析结论
通过对原油储罐储罐基础沉降与不均匀沉降、罐壁椭圆度、罐体垂直度及水平度进行全面检测并校核，评价其改造成柴油内浮顶罐的可行性。
3.1储罐基础沉降检测与分析
1）沉降与不均匀沉降较严重
从上例表中不难看到罐基础产生沉降和不均匀沉降较严重。5#罐罐基础平均沉降量798.12mm，平均点间相差43.57mm；6#罐基础总沉降量较大达869.57mm，平均点间高差较小为32.61mm，6#罐基础沉降情况略比5#罐均匀些，但基础的稳定性比5#罐要差些。
2）罐基础顶点变形显著
从图表-1明显看到5#罐基础产生的不均匀沉降，东点沉降量较少，西点沉降量较大，构成一个从东到西的斜坡，从点号1至点号7`区域范围的基础顶变形成马鞍形。
5#罐的平面倾斜（任意直径方向）能满足规范要求，非倾斜（罐周边不均匀沉降）值超过规范规定。6#罐的平面倾斜（任意直径方向）能满足规范要求，而非倾斜，其点号是“3`”与点号“3”、“4”间的差值较大，因此2台罐基础必须进行找平纠偏处理，在处理基础的同时，结合网壳顶盖安装，将储罐壁的上口半径，也即椭圆度，垂直度，一并处理。
3.2罐壁椭圆度、罐体垂直度与水平度检测
1）椭圆度：5#罐椭圆度±极限偏差分别为-440mm和-248mm，6#罐椭圆度±极限偏差分别为+181mm和-51mm，均超出规范规定的±50mm要求。
2）罐体垂直度：5#罐罐体垂直度±极限偏差为+130mm到-220mm，6#罐±极限偏差为+75mm到-100mm.两储罐罐体垂直度都超过规范规定的50mm要求。
3）罐体水平度：5#、6#罐包边角钢处的水平度极限最大偏差分别为265mm、140mm，均超出规范规定的不大于罐壁高度的0.5%（即97mm）的要求。
3.3罐板检测与校核
3.3.1罐壁板
5#罐的第一圈壁板，测点编号1-2（B）、1-12（B）、1-14（B），及6#罐的第一圈壁板，测点编号1-24（A），这些壁板厚度不符合设计最小厚度的要求，需更换这些罐壁板满足设计要求的厚度。其余罐壁板（第二至第十一圈）的全部测点的壁厚均符合设计最小厚度的要求，可以不作更换处理。
3.3.2罐底与浮舱底板、顶板
5#、6#罐的浮舱底板及单盘板的厚度分别在5mm和4.5mm以上，均能满足规范规定的最小厚度4.5mm（不包括腐蚀余量）的要求，也可满足设计规定的最小厚度4.0mm（不包括腐蚀余量）的要求，不作任何处理。
3.4网壳技术的选择
设计计算采用非线性大搭度理站，使计算结果和实际工况相符。中国建筑科学研究院又对三种双向子午线网壳中型模型进行加载试验。直至网壳发生整体失稳破坏，测试数据显示，理论计算结果与实测数据非常吻合，验证了计算理论，计算程序的正确性。因此选择钢制双向子午线网壳结构做储罐固定顶盖的受力构件。
4.0储罐改造
4.1储罐改造后的设计使用年限
影响储罐使用年限的因素很多，有内在因素的影响，如材料的质量、储罐本身的强度、刚度、塑性、韧性和制造安装过程中存在的缺陷大小、数量多少，缺陷性质和所处位置等。也有外界因素的影响，如风载、雪载、地震、地质条件，操作使用、维护，以及储存柴油中腐蚀物的含量、种类和周边大气中有害物（如靠海边大气中算雾）含量等的影响。
若都不考虑储罐内在的缺陷，和外界因素的影响，单从储存介质对金属材料的腐蚀速率考虑，按SH3046-92《石油化工立式园筒形钢制焊接储罐设计规范》罐壁板设计厚度计算公式：
式中：t1储存介质时的设计厚度（mm）。
D_Dd_____ H：計算的罐壁底边至罐壁顶端（当设有溢流口时，后至溢流口下沿）的垂直距离m；
D：储罐内直径m；
[ D_Dd__________
C1：钢板的厚度负偏差mm；
C2：腐蚀容量mm。
在正常操作工程条件下，腐蚀率按0.225mm计算，根据5#、6#罐实测的壁厚，其底圈壁板平均厚度为34.286mm，按上式计算移到底圈壁板所需的厚度为28.6mm。按此推算5#、6#储罐使用年限不少於15年。
4.2罐基础找平纠偏实施要领
基础找平纠偏是决定浮顶罐改为内浮顶罐在改造、制作安装后，储罐的各项指标能否达到规范规定的要求，投入运行后是能否正常安全运行，也是对改造技术方案的选择，判断的考验，为此，要详细，周密地编制实施方案。
基础找平纠偏采用顶升找平纠偏方法，其实施要领包括：均匀布置千斤顶位置，明确前期准备工作，罐体顶升、垫铁安放、罐体检查、灌填沥青砂（包括环梁部位二次灌浆）储罐充水基础沉降观测，验收与中间交接等。
4.3罐体改造主要施工顺序和要领
5#、6#罐已历过长期储存原油，现将原外浮顶罐改造为内浮顶形式，改造后储存介质改为成品柴油，因此对罐体本身，罐体内外附件有较多的改动，在整个改造过程中按下列施工顺序和要领进行。
4.3.1罐体清洗
首先打开浮顶上面单盘人孔和所有浮舱人孔，用高压消防水或用其它方式，对罐壁、罐底、浮盘下表面进行冲洗，当冲洗基本完成后，拆除一次密封，二次密封设施，使储罐内的气体流通，用鼓风机向罐内送风，同时对罐内可进行彻底清洗。待清洗完成后，对罐内浮舱内的气体进行取样分析，安全部门确认已无可燃性气体，已达到允许范围内，方可进入罐内进行施工。罐体内部彻底清洗是保证罐体改造的重要安全措施之一。
4.3.2拆除罐内外各类附件
罐内外的各类附件较多，凡是影响改造施工的或需要更换的或改造后不需要的，都必须一一清理拆除，如：中央排水装置中的集水坑、罐外保温层、导流板、防水板、拆除与罐体连接的所有管线。待底圈罐壁板抗风圈、顶圈罐壁先后拆除后，可拆除罐顶平台、扶手和转动浮梯等。
抗风圈拆除前，应对抗风圈按顺序做好分段号码标记，沿着原来抗风圈的分段位置，逐段切割下来，吊到地面上，并按顺序编号放好，对切割下来的分段抗风圈部件，必需采取防变形的措施，以防复位安装时增加施工困难。
罐壁板拆除时，先沿着欲更换的罐壁板的环向焊缝逐张切割开，但每张板缝留之处（每处均50mm），无切段，然后再沿每道纵焊缝连接处，用吊车将该板吊下，在切割时，为了防止切割后壁板向里外倒，要采取必要的安全措施。
4.4罐体部分壁板更换施工顺序和要领
罐体部分壁板更换主要有底圈罐壁板、顶圈壁板，还包括底板（若需方更换部分），待顶圈罐壁板更换完成后，将抗风圈安装复位，再安装网壳顶盖，其施工顺序一般从下往上展开，其施工顺序和要领如下：
更换底板（需要时）—更换底圈罐壁板—带芯人孔安装—更换中圈部位罐壁板（需要时）—更换顶圈罐壁板—安装复位抗风圈—锥板安装—网壳架安装—网壳架提升安装—蒙皮板安装—罐顶平台、拉杆、盘梯复位北更换—罐内外拆下的部件。管线、仪表等复位或更新安装—储罐内外防腐处理—总体试验。
更换底圈罐壁板时，更换的罐壁板在切割前应先用工字钢将第二圈罐壁板支撑起来，待工字钢加固好以后，进行切割第一张更换的壁板，安装点焊好第一张壁板后，再进行切割第二张更换的壁板。在安装底圈罐壁板前，在罐底板上画同油罐的内圆，并在罐底板上每隔一米焊接一切挡板以防罐壁板的焊接变形。离底圈罐壁板2.34mm，连同更换壁板后的带芯人孔一并进行热处理。
顶圈罐壁板更换安装时，对切割后的环缝上边面进行修口，找准上口水平度和椭圆度，以及罐壁的总垂直度，当符合安装要求后，方可安装顶圈罐壁板。
为使罐壁上口椭圆度达到规范要求，将原有的包边角钢割掉，在顶圈罐壁增设一圈壁板（500*10mm）补强板，然后利用抗风圈与锥板的钢度将罐壁上口纠圆椭圆度达到规范要求。
5.0结束语
通过对某油库2台5万m3外浮顶罐改造为内浮顶柴油罐过程中储罐存在的缺陷，提出修复及改造方案，并对罐基础找平、罐体改造及罐体部分壁板更换等施工顺序及要领进行阐述，为后续储罐的改造提供了作业依据。
参考文献
[1]GB50128-2005立式圆筒形钢制焊接储罐施工及验收规范；
[2]SH3046-92石油化工立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范；
[3]SH3068-95石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范；
[4]徐至钧、许朝铨、沈珠江编著：大型储罐基础设计与地建处理中国石化出版社，1999.11。
作者简介
李玉杏（1966），男，1989毕业，MBA，高级工程师，长期从事石化技术及管理工作。