曲洪謀

(中國石油廣西石化公司，廣西 欽州535008)

近年來，常壓儲罐的安全性和經(jīng)濟性越來越受到關(guān)注[1]。導(dǎo)致儲罐沉降的原因包括地理位置、地下土壤地質(zhì)特點、儲罐服役年限等[2]。為了分析判斷儲罐地基是否沉降，本文以實際儲罐地基為研究對象，并結(jié)合水準網(wǎng)觀測方法，監(jiān)測充油期間的儲罐地基變形及管墩沉降，準確監(jiān)測出儲罐的沉降，為儲罐的安全運行提供數(shù)據(jù)參考。

目前我國石油儲備基本都采用地上儲罐，考慮到海運條件的優(yōu)越性和市場集中化等便利因素，我國的石油儲備基地多設(shè)在沿海地區(qū)。受到地基穩(wěn)定性、地表水下滲、不良地質(zhì)體等的影響，儲罐基礎(chǔ)常會發(fā)生沉降，威脅到儲罐的安全運行，若儲罐局部應(yīng)力過大，會引發(fā)破裂、漏油等安全事故[3]。因此，臨海而建的大型油罐的沉降問題越來越受到油氣行業(yè)的關(guān)注。

1 水準網(wǎng)理論

水準網(wǎng)觀測[4]是在已知點和待定點之間，以一定的路線進行測量，由這些路線構(gòu)成的圖形叫水準網(wǎng)、導(dǎo)線網(wǎng)，網(wǎng)中各條線路相匯的點稱為結(jié)點，已知點與結(jié)點、結(jié)點與結(jié)點之間的路線稱為環(huán)節(jié)。起始數(shù)據(jù)是已知點的高程，直接觀察值是各水準點間側(cè)段或路線的高差h及其路線長度l（或路線的測站數(shù)）。網(wǎng)中各水準點的高程，由已知點的高程和高差計算而得。

2 儲罐概況

大型儲罐就是采用立式圓筒形鋼制焊接而成的油罐，通常容積大于5萬m3。大型儲罐一般采用外浮頂結(jié)構(gòu)，底板均帶有環(huán)形邊緣板，考慮到罐內(nèi)排水、地基沉降等因素，底板有一定的錐度，常用的設(shè)計是中間高、四周低的儲罐底板。

某碼頭油庫位于我國西南沿海，瀕臨北部灣，建設(shè)規(guī)模為320萬m3原油儲罐（單罐容量10萬m3），以及為新建儲罐配套的儲運工藝、消防、給排水、電器、儀表、通信、建筑等設(shè)備和設(shè)施工程。由于該儲罐建設(shè)用地為填海造地，現(xiàn)儲罐已運行10年之久，地基沉降的概率很大。本文在油罐的充油時段進行了油罐的沉降監(jiān)測，包括基準網(wǎng)沉降監(jiān)測、罐基礎(chǔ)沉降監(jiān)測及管墩沉降監(jiān)測，完成的工作量見表1。

表1儲罐地基變形監(jiān)測工作量表

3 監(jiān)測方法

3.1 儲罐內(nèi)油位

充油階段，儲罐油位在盤梯頂端的浮船導(dǎo)向管處用量油尺直接量取。充油前，盤梯頂端的浮船導(dǎo)向管已經(jīng)密封，所以油位高度直接在庫區(qū)中控室內(nèi)查詢。

3.2 環(huán)墻垂直位移

3.2.1 水準網(wǎng)布設(shè)與觀測

每隔15d 檢查1次水準儀的i角和水準尺的基輔分劃讀數(shù)差。水準儀的i角應(yīng)不大于10″，水準尺基輔分劃的讀數(shù)差不大于0.5mm。遇到觀測數(shù)據(jù)異常時，在排除偶然誤差的前提下，應(yīng)檢查水準儀的i角，以便查明原因。水準網(wǎng)的觀測周期，應(yīng)根據(jù)水準點位的穩(wěn)定情況來確定。

每次水準網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)采集完成，應(yīng)對數(shù)據(jù)進行檢查校對。各項技術(shù)指標符合規(guī)范要求后，計算出各點間的高差，用“測量平差計算”程序進行嚴密平差，計算出各點高程值，并進行精度評定。

圖1水準網(wǎng)平面位置示意圖

3.2.2 環(huán)墻垂直位移監(jiān)測

1）儲罐上的監(jiān)測點在充油期間已布置完成，本期沉降監(jiān)測沿用充油期間的觀測點。

2）觀測環(huán)墻沉降時，每個測站采集多個觀測點的數(shù)據(jù),采用閉合水準路線，環(huán)線閉合差不大于(n為測站數(shù))，觀測條件較差時可放寬至觀測時應(yīng)固定儀器、固定路線、固定水準尺，以削弱系統(tǒng)誤差。

3）對地基穩(wěn)定標準和油罐安全控制等指標，按設(shè)計要求確定。主要監(jiān)測指標有豎向位移速率、環(huán)墻對徑點最大沉降差、罐周邊相鄰點最大沉降差等。監(jiān)測過程中若有異常情況，要及時通知業(yè)主、監(jiān)理等單位，盡早采取處理措施。

4）外觀測結(jié)束，經(jīng)檢查符合限差要求后，再進行平差。計算采用電算程序，計算出每個沉降點的高程、本次沉降量和累計沉降量，以及對徑點的最大沉降差、相鄰點的最大沉降差、平均沉降量、沉降速率等。如計算結(jié)果不滿足技術(shù)要求，要進行重測。

3.3 監(jiān)測結(jié)果分析

3.3.1 全場水準觀測基準網(wǎng)的布置

以場區(qū)西門門口的K3為基準點，在罐區(qū)工作范圍內(nèi)布置7個工作基點，串聯(lián)成網(wǎng)。其中K3和S1互相檢查校正。

圖2基準點示意圖

3.3.2 儲罐環(huán)墻垂直位移

按照設(shè)計圖紙要求，環(huán)墻施工單位在環(huán)墻上均勻布置了32 個沉降觀測點，建北方向為1 號點，順時針增大。儲罐環(huán)墻垂直位移觀測點平面示意圖見圖3。

圖3垂直位移觀測點平面示意圖

3.4 基準網(wǎng)監(jiān)測匯總表

基準網(wǎng)測量結(jié)果日期匯總表見表2，基準網(wǎng)沉降結(jié)果匯總表見表3，管墩測量結(jié)果分析見表4。從表2、表3可以看出，基準網(wǎng)中S2 點在第二次測量時遭到破壞，又重新啟用新的工作基點進行測量，此后的測量數(shù)據(jù)并未出現(xiàn)異常情況。其余各工作基點沉降基本均勻，未出現(xiàn)有較大的沉降。

表2基準網(wǎng)測量結(jié)果日期匯總表

表3 基準網(wǎng)沉降結(jié)果匯總表/m

表4 管墩測量結(jié)果分析

3.5 儲罐監(jiān)測結(jié)果分析

環(huán)墻的垂直位移結(jié)果匯總見表5，儲罐環(huán)墻平均沉降速率曲線見圖4，沿環(huán)墻圓周的各點沉降曲線(S-P)曲線見圖5，環(huán)墻沉降差(傾斜)隨油位的發(fā)展曲線見圖6，管墩平均累計沉降與對應(yīng)儲罐點累計沉降發(fā)展曲線見圖7。

圖4 儲罐環(huán)墻平均沉降速率曲線

圖5沿環(huán)墻圓周的各點沉降曲線(S-P)曲線

圖6環(huán)墻沉降差(傾斜)隨油位的發(fā)展曲線

圖7 管墩平均累計沉降與對應(yīng)儲罐點累計沉降發(fā)展曲線

3.6 充油期間環(huán)墻和管墩的垂直位移數(shù)據(jù)匯總

儲罐在充油期間的環(huán)墻垂直位移詳細數(shù)據(jù)匯總見表6，管墩的垂直位移詳細數(shù)據(jù)匯總見表7。

表5 儲罐充油期間的沉降觀測結(jié)果匯總表

表6環(huán)墻垂直位移詳細數(shù)據(jù)匯總

表7 管墩的垂直位移詳細數(shù)據(jù)匯總/m

4 分析

1）儲罐的充油過程與充水過程不同，并非按照充水期間設(shè)計要求分級充油，由圖4 可以看出，沉降速率雖然有時較大，但基本在可控范圍內(nèi)。由儲罐沉降數(shù)據(jù)（表5）可見，隨時間的推移和油位的變化，總沉降值越來越大，但沉降均勻且發(fā)展緩慢，說明儲罐處于一個穩(wěn)定的狀態(tài)。

2）由表6和圖6可以看出，投產(chǎn)以來，對徑點的沉降差雖然在逐漸變大，但發(fā)展趨勢緩慢。由圖5可以看出，環(huán)墻出現(xiàn)一個較大波谷，出現(xiàn)了不均勻沉降，但對徑點沉降差的最終值為13.2mm，遠小于設(shè)計要求的280mm。環(huán)墻展開圖（圖5）為一條較光滑的曲線，說明相鄰點未出現(xiàn)較大的沉降差異。由圖6和表6 可以看出，從充油開始至最高液面，相鄰點沉降差雖然在逐漸變大，但最終值為2.9mm，遠小于設(shè)計要求的19.6mm。對徑點和相鄰點的發(fā)展趨勢可以說明，環(huán)墻扭曲處于一個穩(wěn)定形態(tài)。

3）油罐管墩對應(yīng)的儲罐位置為9號點，累計沉降值為40.7mm，由管墩測量結(jié)果分析可知，管墩沉降值在47.4～54.4mm 之間（表7）。由圖7 可以看出，管墩沉降量大于相應(yīng)位置的儲罐沉降量，說明管墩與儲罐存在沉降差，且有繼續(xù)發(fā)展變大的趨勢。

5 結(jié)果及結(jié)論

以上數(shù)據(jù)說明，充油至11.092m 又回落至2.682m后，至監(jiān)測結(jié)束時的18.553m，儲罐累計沉降量為34.5mm，在此期間，對徑點沉降差的最終值為13.2mm，相鄰點沉降差的最終值為2.9mm，各項傾斜指標均未超標，滿足規(guī)范要求。從2013-08-15至2015-01-30，11個管墩測點的累計沉降量在47.4～54.4mm 之間，管墩10 點與儲罐9號點的累積沉降差異達到13.7mm，建議后期應(yīng)對此位置加強監(jiān)測，并采取相應(yīng)的措施加以處理。

綜上所述，大型儲油罐作為石油化工行業(yè)重要的存儲設(shè)備，其安全隱患問題不容忽視。儲罐不均勻沉降所帶來的影響巨大，隨著時間的推移，可能會導(dǎo)致油罐產(chǎn)生泄漏問題，嚴重的話可能導(dǎo)致一系列嚴重的二次災(zāi)害。采用可靠度方法對儲罐底板沉降進行安全評價，運用水準網(wǎng)理論，對儲罐基礎(chǔ)周邊的不均勻沉降進行測量，采用指數(shù)曲線法分析沉降，具有積極的實際價值。此外，主觀因素的影響，以及各個技術(shù)規(guī)范的參考不同，可能會對評價結(jié)果造成偏差。