(中國石油 大連石化分公司， 遼寧 大連 116011)

石油和天然氣存儲及裝卸場區(qū)是連接產(chǎn)、運、銷各環(huán)節(jié)的紐帶，其安全、高效運營尤為重要。場區(qū)內(nèi)的儲罐是原料儲備、油品調(diào)合及成品油輸轉(zhuǎn)的重要設(shè)備，其內(nèi)部儲存著易燃、易爆、會對環(huán)境產(chǎn)生污染的介質(zhì)，一旦發(fā)生安全事故后果嚴(yán)重[1]。因此，儲罐的安全服役對于石油儲運系統(tǒng)至關(guān)重要。大型儲罐基礎(chǔ)沉降及罐體變形是影響儲罐安全服役的重要因素，也是評價儲罐罐體安全性的重要指標(biāo)。

大型儲罐在服役過程中會發(fā)生一些沉降及變形，一般分為均勻沉降、整體平面傾斜沉降、不均勻沉降和底板沉降[2]。其中不均勻沉降對儲罐的影響最大，主要會引起儲罐的徑向變形和罐壁的超應(yīng)力。儲罐的徑向變形通常稱為橢圓化變形，過大的橢圓化變形將引起無頂蓋儲罐罐頂產(chǎn)生很大的徑向位移，對浮頂罐則會影響到浮頂?shù)淖杂缮担鬼斏w活動失靈[3]。同時，罐體周圍的不均勻沉降會引起很大的罐底局部軸向壓應(yīng)力和檐梁周向應(yīng)力，導(dǎo)致罐壁局部屈曲和檐梁屈服，使罐壁撕裂，儲液溢出，甚至造成安全事故。

國內(nèi)外大量儲罐工程事故分析表明，地基不均勻沉降是導(dǎo)致儲罐破壞的主要原因，因此應(yīng)在儲罐服役過程中監(jiān)測儲罐的不均勻沉降及罐體的橢圓化變形。文中簡要介紹了儲罐基礎(chǔ)沉降及罐體變形檢驗方法，并以塔里木油田輪南儲運站6#儲罐為例加以說明。

1 儲罐基礎(chǔ)沉降及罐體變形檢驗方法

儲罐基礎(chǔ)沉降及罐體變形檢驗工作主要依據(jù)GB 50026—2007《工程測量規(guī)范》[4]、JGJ/T 8—2007《建筑物變形測量規(guī)程》[5]、SH 3068—2007《石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》[6]、SY/T 5921—2000《立式圓筒形鋼制焊接原油罐修理規(guī)程》[7]、SH/T 3123—2001《石油化工鋼儲罐地基充水預(yù)壓監(jiān)測規(guī)程》[8]進(jìn)行，采用高精度水準(zhǔn)儀或全站儀對儲罐進(jìn)行測量。

采用獨立高程系統(tǒng)，在場區(qū)內(nèi)埋設(shè)3個以上高程基準(zhǔn)點，基準(zhǔn)點埋設(shè)在構(gòu)筑物的壓力傳播范圍以外。為防止基準(zhǔn)點受到凍脹的影響，應(yīng)使基準(zhǔn)點的埋設(shè)深度超過凍土層，以保證基準(zhǔn)點的穩(wěn)定?；鶞?zhǔn)點設(shè)計大樣圖見圖1。

圖1 基準(zhǔn)點設(shè)計大樣圖

采用鋼筋植入的方式，按圓周均勻分布的規(guī)律在儲罐基礎(chǔ)環(huán)墻混凝土外表面布置32個觀測點(圖2a)。采用粘貼反光片的方式在儲罐外表面圓周均勻分布設(shè)置32個觀測點(圖2b)。

圖2 儲罐沉降及變形觀測點布置分布

采用全站儀進(jìn)行儲罐沉降及變形各觀測點的平面坐標(biāo)測量和三角高程測量，定期測定觀測線上各測點在不同時期內(nèi)空間位置的變化，獲得任意測點的三位空間位置(包括平面坐標(biāo)和高程)，然后進(jìn)行近似平差，并按平差結(jié)果計算各種移動和變形值。儲罐沉降及變形監(jiān)測方法見圖3，圖中BM1～BM3為基準(zhǔn)點，BK1～BK12為觀測點。

圖3 儲罐沉降及變形測量工作示意圖

2 儲罐基礎(chǔ)沉降及罐體變形檢驗實例

2.1 監(jiān)測方案

塔里木油田輪南儲運站6#儲罐為雙盤式浮頂油罐，公稱體積50 000 m3，油罐內(nèi)直徑60 000 mm，油罐高度19 500 mm，儲存介質(zhì)為原油。對該儲罐的基礎(chǔ)環(huán)墻及罐體進(jìn)行基礎(chǔ)沉降及罐體變形監(jiān)測。對基礎(chǔ)環(huán)墻按圓周均勻分布的規(guī)律布置32個基礎(chǔ)沉降觀測點。對罐體按13.0 m、10.0 m、8.0 m、4.0 m、2.5 m和0.5 m共6個標(biāo)高層位進(jìn)行罐體變形監(jiān)測，每個層位圓周均勻布置32個觀測點。

2.2 基礎(chǔ)沉降計算

根據(jù)SH 3068—2007《石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的要求，用沿罐周相鄰兩測點的沉降差除以該兩點間的罐周弧長計算儲罐的不均勻沉降指標(biāo)，即：

ΔS/l×100%≤δ

(1)

式中，ΔS為罐周相鄰兩測點的沉降差，l為兩點間的罐周弧長，mm；δ為不均勻沉降度，%。

根據(jù)間隔3個月的2次現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，取兩點間的罐周弧長l=5 919.939 mm，以EXCEL中的公式計算儲罐基礎(chǔ)不均勻沉降度，得到的部分計算結(jié)果見表1。

表1 儲罐基礎(chǔ)不均勻沉降度部分計算結(jié)果

可根據(jù)表1數(shù)據(jù)，按SH 3068—2007《石油化工鋼儲罐地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范》的要求分析儲罐沉降差是否符合規(guī)范要求的允許值。

2.3 罐體橢圓度計算

采用最小二乘擬合法計算罐體各監(jiān)測層位的橢圓度，最小二乘法通過最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配，可簡便求得未知數(shù)據(jù)，并使得這些數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)間誤差的平方和為最小[9-11]。

橢圓的一般方程式為：

Ax2+Bxy+Cy2+Dx+Ey+F=0

(2)

式中，A、B、C、D、E、F為橢圓方程中的常量，x、y為橢圓方程中的變量。

根據(jù)最小二乘法的偏差最小計算方法，可以將式(2)寫為：

(3)

式中，i為測量樣本數(shù)據(jù)的數(shù)量，儲罐測量樣本數(shù)據(jù)為每層32個。

令：

(4)

將式(4)轉(zhuǎn)換為線性方程組：

(5)

將各層位的監(jiān)測數(shù)據(jù)帶入式(5)計算出A、B、C、D、E、F，再根據(jù)式(6)計算罐體橢圓度。

σ=a-b

(6)

(7)

(8)

式中，σ為橢圓度，a為橢圓長軸，b為橢圓短軸，mm。

計算得到的儲罐罐體各層位橢圓度見表2。

表2 儲罐罐體各層位橢圓度計算結(jié)果

3 結(jié)語

儲罐基礎(chǔ)不均勻沉降會引起罐體徑向橢圓化變形及罐壁產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致罐壁局部屈曲和檐梁屈服，因此儲罐的不均勻沉降觀測在儲罐服役過程中尤為重要[12-18]?？衫萌緝x對儲罐進(jìn)行巡檢測量，以監(jiān)測儲罐沉降及變形情況。該方法簡單方便，適合儲罐的日常監(jiān)測及管理?？梢罁?jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)采用最小二乘法擬合計算儲罐橢圓度，隨時分析儲罐的變形情況，指導(dǎo)儲罐的運行管理。