曹艷(東華工程科技股份有限公司,上海 200433)
石油化工行業(yè)屬于高危行業(yè),其設(shè)備的安全運行對于企業(yè)的安全運營有著至關(guān)重要的影響。所以,對石油化工裝置安裝和設(shè)計中安全隱患有所認(rèn)識,才能更好的確?;ぱb置的安全運行。而塔型設(shè)備是石油化工設(shè)備中具有特殊結(jié)構(gòu)的設(shè)備,同時也是引用較為廣泛的設(shè)備。因此,對塔型設(shè)備傾斜與地基變形的問題進行研究,以便更好的完成設(shè)備的設(shè)計和安裝,才能更好的確保石油化工企業(yè)的安全生產(chǎn),繼而為人們的生命財產(chǎn)安全提供保障。
針對高聳建筑物基礎(chǔ)的傾斜和沉降問題,一直以來都有相關(guān)的規(guī)定進行管理。但是,在化工廠的塔型設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜和沉降方面,卻缺乏明確的規(guī)定。從國外的研究情況來看,日本要求塔型設(shè)備基礎(chǔ)傾斜不超過0.001,而法國則要求設(shè)備的基礎(chǔ)沉降不超過3厘米。然而就實際情況而言,不同地質(zhì)條件下的塔型設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜和變形將造成不同的后果。
就目前來看,石油化工企業(yè)的塔型設(shè)備主要可以分成兩類,即空心塔和帶塔盤的塔。一般的情況下,人們對空心塔的基礎(chǔ)傾斜和沉降有著較低的要求。因為,帶塔盤的塔設(shè)備一定出現(xiàn)一定程度的傾斜和變形,就將導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部的塔盤齒縫從液面露出。在這種情況下,塔盤的鼓泡作用將停止,塔盤的效率也將降低,繼而使塔設(shè)備的使用效果變差[1]。而在塔設(shè)備的基礎(chǔ)沉降過大的情況下,油品的輸送就會變得較為困難。在嚴(yán)重沉降出現(xiàn)時,塔設(shè)備的管道還將產(chǎn)生開裂,繼而使化工企業(yè)遭受嚴(yán)重的損失。因此,考慮到塔型設(shè)備的液面水平度的要求,需要較好的研究塔型設(shè)備的基礎(chǔ)傾斜和地基變形問題,以便更好的控制設(shè)備的傾斜和變形。
實際上,塔型設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜和地基變形與很多因素有關(guān)。在實際應(yīng)用的過程中,塔的外形、塔盤結(jié)構(gòu)、荷載大小、荷載偏心、加荷速度快慢和土層土質(zhì)分布都會影響到塔型設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜和變形。就目前來看,不同化工廠的塔型設(shè)備的大小、荷載、土質(zhì)和基礎(chǔ)設(shè)計都不盡相同。而根據(jù)生產(chǎn)需要,塔型設(shè)備內(nèi)部的充油和充水的速率也不相同,所以每臺設(shè)備基礎(chǔ)的沉降也都有一定的差距。在塔型設(shè)備的使用年限在5到13年之間時,大多數(shù)塔型設(shè)備有著較為穩(wěn)定的基礎(chǔ)沉降,所以在生產(chǎn)上的應(yīng)用情況也大致相同。
就實際情況而言,在設(shè)備的基礎(chǔ)沉降超過3厘米,并且傾斜也超過0.001時,設(shè)備也都能正常的投入使用。而在確定導(dǎo)致塔型設(shè)備基礎(chǔ)出現(xiàn)沉降和傾斜原因時可以發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因?qū)⒅饕性趲c上。首先,在塔基礎(chǔ)底面的土層的厚度不均勻時,塔型設(shè)備基礎(chǔ)容易出現(xiàn)傾斜問題。其次,在塔型設(shè)備的上部荷重出現(xiàn)偏心問題時,塔基礎(chǔ)也容易出現(xiàn)傾斜問題。同時,設(shè)備充水加荷的速度較快,將造成塔型設(shè)備的荷重驟然加劇,繼而容易導(dǎo)致設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜。再者,在塔型設(shè)備內(nèi),如果出現(xiàn)基礎(chǔ)布置較密的狀況,設(shè)備基礎(chǔ)將容易因基礎(chǔ)之間的相互影響而出現(xiàn)傾斜[2]。此外,在地面排水無組織的情況下,一旦水進入到地基,就容易造成塔型設(shè)備基礎(chǔ)因地基濕陷而出現(xiàn)傾斜。最后,在塔型設(shè)備基礎(chǔ)附近進行氣動打樁或挖土方等項目工程的施工,也容易使塔基礎(chǔ)出現(xiàn)傾斜。
就目前來看,可以用沉降量、沉降差、傾斜和局部傾斜等詞匯描述地基變形。而塔型設(shè)備基礎(chǔ)的地基變形,則主要是由沉降差和傾斜導(dǎo)致的。在塔型設(shè)備基礎(chǔ)出現(xiàn)較大的平均沉降的情況下,塔型設(shè)備可以得到正常的使用。但是一旦塔型設(shè)備基礎(chǔ)出現(xiàn)了大角度的傾斜,設(shè)備的運行就會受到影響[3]。所以,在進行塔型設(shè)備基礎(chǔ)傾斜與地基變形問題的分析時,可以主要研究設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜問題。
實際上,大多數(shù)正常運行的塔型設(shè)備并沒有出現(xiàn)嚴(yán)重的地基變形。就目前來看,尚沒有現(xiàn)成的計算公式可以用于計算大型設(shè)備基礎(chǔ)的傾斜。所以,需要用平均沉降控制相對傾斜的方法完成對地基變形值的計算。在完成塔型設(shè)備沉降值的統(tǒng)計和分析時,需要完成平均沉降和相對傾斜的三元網(wǎng)絡(luò)圖的繪制,以便描述二者之間的關(guān)系。而通過計算可以發(fā)現(xiàn),在控制空心塔和帶塔盤的塔的基礎(chǔ)傾斜和沉降時,只需要使平均沉降不超過一定的數(shù)值,塔型設(shè)備的相對傾斜也就不會超過極限值。相較于帶塔盤的塔型設(shè)備,空心塔的沉降和傾斜的要求則可以適當(dāng)?shù)姆艑抂4]。在傾斜值小于最大限度的情況下,可以適當(dāng)提高設(shè)備基礎(chǔ)的平均沉降。因此,經(jīng)過分析可以發(fā)現(xiàn),相較于平均沉降,相對傾斜指標(biāo)對設(shè)備基礎(chǔ)的控制更加重要。但是,由于相對傾斜和平均沉降是相互聯(lián)系的變形值,所以還需要采取措施控制這兩項內(nèi)容。
在進行塔型設(shè)備基礎(chǔ)傾斜和地基變形的控制時,需要根據(jù)塔形基礎(chǔ)完成沉降值的計算,并在設(shè)計時使用基礎(chǔ)的預(yù)抬高。而針對已有的塔型設(shè)備,則需要利用設(shè)備充水試漏和試壓的機會完成進水過程的分層控制。在這一過程中,需要將每層進水荷載控制在總充水荷重的10%到15%之間。而如果設(shè)備基礎(chǔ)具有較好的土質(zhì),則可以將水荷載控制在20%到25%之間。在完成水加荷后,則需要對塔型設(shè)備基礎(chǔ)的沉降速率進行嚴(yán)格的控制。具體來講,就是完成基礎(chǔ)沉降速率的監(jiān)測,確保天然地基上的塔型設(shè)備基礎(chǔ)沉降速度每天小于5毫米,樁基上的塔型設(shè)備基礎(chǔ)沉降速度每天小于0.1毫米。而在條件滿足的情況下,則可以將設(shè)備投入使用。需要注意的是,充水過程是對地基進行施壓,以便使塔基礎(chǔ)在充水時完成部分沉降。而放水時,也同樣要控制好卸荷的速度,即每天放一次水,水量不超過總荷載的20%。此外,在進行設(shè)備的檢修時,需要利用頂升調(diào)整的方法控制設(shè)備的傾斜。具體來講,就是在設(shè)備底部安裝臨時油壓千斤頂設(shè)備,以便利用該設(shè)備完成塔型設(shè)備傾斜的調(diào)整[5]。而在軟土地區(qū)的基礎(chǔ)沉降較大時,則可以利用柔性連接的管接頭完成塔型設(shè)備與其它容器的連接,以便減輕設(shè)備的豎向荷載。
總而言之,塔型設(shè)備是石油化工廠的基礎(chǔ)設(shè)備,其傾斜和沉降問題則一直威脅著企業(yè)的生產(chǎn)運營。而通過檢測塔型設(shè)備的傾斜和沉降的實際情況,并完成對塔型設(shè)備基礎(chǔ)允許的變形值的計算,則可以在設(shè)計和安裝塔型設(shè)備的過程中有效提升地基的承載能力,繼而使塔型設(shè)備的使用更加安全。因此,本文對塔型設(shè)備傾斜與地基變形問題展開的研究,對于簡化塔型設(shè)備安裝基礎(chǔ)工程和保證化工企業(yè)的安全生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。
[1]林忠.石油化工高塔設(shè)備基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計實例剖析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2013,25:117.
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