◎ 王 寧，夏永星

（鄭州中糧科研設計院有限公司，河南 鄭州 450001）

我國現(xiàn)階段有很多糧庫兼?zhèn)溆杏椭瑑涔δ埽瑤靺^(qū)內建設有一定數(shù)量的食用油罐，但隨著儲備指標的變動，很多庫區(qū)內的油罐處于閑置狀態(tài)，并且長期內沒有儲備任務。近年來，國家加大了糧食倉儲設施建設力度，政策性糧食的自儲比例逐步提高，但隨著“托市收購、臨時儲備”等保護農民利益的國家收儲政策的落實，糧食庫存量達到了最高水平，整個糧食行業(yè)存在糧倉倉容不足的問題，部分糧食還在“簡易倉”中儲藏。新建糧倉報建程序多，且土地資源日益緊缺、建設投入越來越大。如果能將庫區(qū)內的閑置油罐改造為儲糧倉房，既充分利用資源，又節(jié)約投資成本，且符合國家推進企業(yè)改革發(fā)展轉型升級的總體要求，具有十分重要的意義。

1 植物油儲罐改造糧倉的可行性研究方案分析

現(xiàn)階段，我國食用油儲備主要采用地上式立式圓筒形鋼制固定頂油罐，材質一般為全碳鋼，通過不同厚度的鋼板進行拼接，并通過一些加強構件，使罐體形成一個自支撐穩(wěn)定的整體，并具有一定的抗雪壓、風壓、地震等極端條件的能力[1]。

油脂是液體，糧食是散粒體，油脂接發(fā)工藝和糧食出入倉工藝、儲藏技術、設備和工藝、建筑結構等都完全不同。油罐改糧倉是一個系統(tǒng)工程，必須系統(tǒng)考慮，有目的地開展前期研究。要根據油罐的實際情況，主要從建筑、結構、電氣、進出倉工藝、儲糧工藝等方面研究技改的安全性、經濟性、有效性、可操作性，提出具體措施，制定改造規(guī)范或指導意見，以確保設施設備安全、生產安全和儲糧安全。

2 可行性條件分析

2.1 邊界條件

決定改造前，需確定庫區(qū)內供水、排水、通訊、網絡、電力等市政配套設施齊全可滿足工程要求。庫區(qū)原有變配電站可按設計要求保證庫區(qū)生產、生活用電。要求改造項目擬建場址需遠離污染源及易燃易爆場所，具有良好的工程地質和水文條件，且需具備一定的運輸條件和相配套的設備設施，交通運輸方式俱全，交通條件便利，并有足夠的改造施工空間。

2.2 總圖

2.2.1 消防間距

應按照改造后總倉容計算與周邊建筑的防火間距。將改造后的油罐作為鋼板糧食淺圓倉計算與周邊建筑的防火間距。根據《建筑設計防火規(guī)范（2018年版）》（GB 50016—2014）中第3.5.4條規(guī)定，糧食淺圓倉與周邊建筑的防火間距應滿足以下條件[2]。①當油罐改造后總倉容不大于5萬t時，與周邊其他一、二級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于20 m；與周邊三級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于25 m。②當油罐改造后總倉容大于5萬t時，與周邊其他一、二級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于25 m；與周邊三級耐火等級的建筑之間的防火間距應不小于30 m。注意當糧食立筒倉、糧食淺圓倉與工作塔、接收塔、發(fā)放站為一個完整工藝單元的組群時，組內各建筑之間的防火間距不受本表限制。糧食淺圓倉組內每個獨立倉的儲糧不應大于10 000 t，具體如表1所示。油罐區(qū)應根據儲油量確定與周邊建筑的防火間距要求，詳見下表2。

表1 糧食筒倉與其他建筑、糧食筒倉組之間的防火間距表

表2 植物油庫內建構筑物防火間距表

通過對比兩本規(guī)范對防火間距的要求，為了將閑置油罐最大化改造利用，待改造庫區(qū)應根據各自的實際情況，事先與當?shù)叵拦芾聿块T進行溝通，建議將改造后的儲備倉與周邊已建成的建、構筑物的最小防火間距改為15.0 m。并應取得消防部門承認的紙質文件留檔備份。

2.2.2 消防車道

待改造油罐區(qū)域需建有環(huán)形消防通道或有足夠空間布置環(huán)形消防通道，且新建道路與原有庫區(qū)道路應連接，并形成環(huán)路。道路凈寬度不應小于4.0 m，道路凈高度不小于4.0 m。若未設置環(huán)形消防車道，實施改造時應一并設計實施。

2.3 結構

2.3.1 基礎

油罐所裝載油料比重為9.3 kN·m-3，改造后裝載糧食按照散裝小麥計算，小麥最大容重為8.0 kN·m-3，地基平均附加應力相應減少，且一般油罐結構設計按照水（容重為10 kN·m-3）設計計算，原地基承載能力特征值一般能夠滿足裝糧要求。但由于油罐改裝糧食后物料由液態(tài)變?yōu)轭w粒骨料，糧食相對于液態(tài)物質對鋼板側壁的豎向摩擦力大大增加，即相對于油罐發(fā)揮儲油功能時，油罐側壁豎向荷載增加。倉內壓力重新分布，罐內平均散料壓力減少，一般需對原油罐基礎分析驗算，稍加改造即可滿足要求。

若油罐采用樁筏基礎一般不需另外加固處理，由于糧食對倉壁摩擦力的增加和屋頂增加的荷載，需對倉壁下樁基承載力進行驗算，滿足要求后方可進行基礎和上部結構改造，改造罐體的倉底加強構件和后加屋頂H型鋼柱需生根于基礎，故后加倉底構件采用植筋于基礎筏板內或基礎環(huán)梁內，并后澆混凝土方法?；A植筋采用專用植筋膠并經抗拔及抗拉實驗驗證，以確保結構安全。

若油罐采用天然基礎，由于糧食對倉壁摩擦力的增加和屋頂增加的荷載，需對倉壁下地基承載力進行驗算，滿足要求后方可進行基礎和上部結構改造，為保證現(xiàn)有油罐主體結構穩(wěn)定，采取分段加固加強基礎的方式，基礎加強采用環(huán)梁外側下后加獨立基礎+環(huán)條形基礎梁，后加均勻分布的獨立基礎植筋于原罐體基礎環(huán)梁或在原罐體環(huán)梁下后加頂緊的方法。罐體砼外倉壁生根于外側后加基礎環(huán)梁。

2.3.2 罐壁

油罐罐壁一般由不同厚度的鋼板拼接而成，自上而下板厚越來越大[4]。鄭州中糧科研設計院曾以直徑25 m、裝糧高度16 m高的油罐體為例分析計算，油罐材質選用Q235B（設計強度215 N·mm-2），計算罐壁厚度自上而下由6 mm逐漸增加為12 mm，基本風壓按0.45 kN·m-2，抗震設防烈度為7度，設計基本加速度0.10 g，罐體高徑比小于1.5，按照淺倉計算，散裝糧食為小麥（儲糧的重力密度：8 kN·m-3，儲糧內摩擦角25°，儲糧對倉壁摩擦系數(shù)0.3[4]。

通過計算，在水平壓力拉力和豎向壓力共同作用下的綜合應力均在80 N·mm-2以下，遠小于215 N·mm-2，故罐體鋼板能夠滿足裝糧滿倉后的強度及穩(wěn)定性要求。由于油罐設計時考慮的為液體的儲存，罐壁受力一直處于均勻狀態(tài)，各個方向的受力始終平均，但改為糧倉后，由于糧粒間有自身的摩擦力，容易出現(xiàn)偏倉的情況，導致罐壁各向受力差距較大，從而破壞罐整體穩(wěn)定性，而罐壁并無防止此種穩(wěn)定性的措施，故需嚴格避免偏倉的情況出現(xiàn)。

2.3.3 罐頂

油罐設計時儲存物為液體，罐頂無過多附加載荷，一般采用自支撐拱頂?shù)男问?。罐頂僅在罐壁處通過包邊抗壓圈相連，見圖1。自支撐拱頂設計時僅能保證罐頂能承受住雪壓并保持穩(wěn)定，滿足檢修、行人荷載，但是不能承受除風機外的其他設備荷載，尤其是糧食倉庫內懸掛的測溫電纜。

圖1 油罐罐頂與罐壁連接方式圖

油罐改為糧倉，倉頂需要增加機械通風口、自然通風口、進糧孔及吊掛電纜孔，原有洞盡量利用，新開洞口則需補強罐體；新開洞口附加荷載較小，且避開加強肋位置，并相應補強，確保結構安全，倉頂新增吊掛電纜每根荷載約25 kN，每個倉頂約20多根電纜，荷載較大，原罐頂滿足不了吊掛電纜的巨大荷載，故需另外設置倉頂房或者改造罐頂，方可實現(xiàn)倉內測溫電纜的吊掛[5]。

2.4 進出倉工藝

由于原有罐體的結構限制，油罐改造倉必須保證倉房內糧面高度均勻，不能有偏倉的情況發(fā)生，故進料和出料方式應盡量選用中心進料及中心出料的方式。

2.4.1 罐區(qū)典型布置方式

（1）“一”字型布局。油罐區(qū)布局成以“一”型單列布局，如圖2所示。特點：閑置油罐相對獨立，排布規(guī)整，周邊設施對其影響低，進倉固定式設施利用率高，改造方便。

圖2 “一”型單列布局典型圖

（2）多列型布局。油罐區(qū)布局成采用雙列或三列進行布局，如圖3所示。特點：倉容大，布局罐區(qū)呈多列布置，雙列罐間距不同庫區(qū)區(qū)別較大，進出倉方式會受不同影響。

圖3 多列型布局典型圖

（3）獨立布局。油罐區(qū)布局針對原有地形地塊，進行獨立建設，一般建設罐容小，油罐個數(shù)少，針對此類罐區(qū)，因其改造成本高，進出倉設施利用率低，不建議進行整體改造施工。

2.4.2 進倉工藝

（1）單列棧橋布局罐區(qū)。對于單排布置的油罐區(qū)，采用單列布局的方式。罐頂采用固定式進倉輸送設備，滿足同一列中不同罐改倉內的糧食入倉要求?；静季址绞饺鐖D4所示。

圖4 單列棧橋布局典型圖

（2）塔式布局。針對油罐罐區(qū)排布，采用塔式提升的方案，分為“一對二”“一對四”2種排布方式（此方式可以自由組合），基本布局方式如下圖所示，最大限度地降低固定式設備投資，進倉均采用移動式設備進行入倉作業(yè)，經斗提機提升后通過溜管系統(tǒng)直接入倉，實現(xiàn)糧食快速入倉，詳見圖5。

圖5 塔式布局典型圖

（3）對比分析。針對以上兩種油罐改糧倉的入倉方式，以2萬t油罐區(qū)（φ18 m，2×4排布）改造為例，從機械化程度、用地面積、改造運營成本等方面進行對比分析，為單點油罐區(qū)改造提供理論支撐，進倉方式選擇對比詳見表3。

表3 進倉形式選擇對比表

綜上所述，小型罐區(qū)（罐容小于2萬t）建議采用塔式布局方案，節(jié)省整體投資；中型罐區(qū)（罐容2萬t～5萬t）需根據單一項目情況進行整體分析，確定進倉形式；大型罐區(qū)（罐容大于5萬t）建議采用棧橋式布局方案，減少單一塔架設備投資，便于實現(xiàn)機械化近倉作業(yè)，節(jié)省整體投資。

2.4.3 出倉工藝

（1）罐內隧道式出倉。本方案主要采用罐改倉內原有底板，罐內隧道采用鋼筋混凝土結構或鋼結構，保證結構強度，滿足滿倉糧食壓力；隧道高寬滿足移動式設備出倉作業(yè)及檢修要求；隧道底部增設隧道閥板基礎。單隧道布置，余糧采用鏟車清倉，降低改造投資?；静季址绞饺鐖D6所示。

圖6 倉內隧道出倉立面圖

（2）地溝式出倉。對于罐體基礎為整體閥板基礎，可采用地溝式出倉，分為2種方式。①罐內采用土墊層，墊層內增設出糧地溝，罐內通風地槽。②結合原罐體基礎形式，采用下挖式地溝。兩種方式均為糧食大部分經中心孔自流出倉，剩余糧食可通過對稱分布的低位側壁發(fā)放出糧口出倉，最終剩余糧食通過裝載機出倉。罐內為平底，根據投資情況，可配合設置螺旋式清倉機，減少人工清倉量，提高工作效率。基本布局方式如圖7所示。

圖7 地溝式出倉基本布局方式圖

（3）對比分析。出倉方式以“中心出糧、對稱出糧”為原則，根據改造罐區(qū)的總圖布置情況、原罐區(qū)地質情況、改造資金狀況靈活選擇出倉形式。出倉方式的選擇對比見表4。

表4 出倉方式對比選擇表

2.5 水、電、儲糧措施

水、電、儲糧措施改造對原有罐體的改造量較小，且布置較為靈活，可行性方面無較大問題，本文不再詳細論述。

3 改造方案建議

根據前文可行性論述，提出以下改造方案建議。①要確定改造罐區(qū)周邊的邊界條件滿足改造的需求，并且現(xiàn)有罐體需有符合規(guī)范的設計圖紙，作為改造的設計依據。②待改造油罐區(qū)域改成儲糧設施后，總倉容量應不小于1.0萬t，單倉容量不應小于2 000 t，考慮到施工成本、土建成本、設備成本、后期運營成本等因素，倉容過小不具備改造價值，因此不予考慮。③改造過后的倉需滿足現(xiàn)有的消防規(guī)范要求，并且罐間空軍滿足生產時的汽車、設備作業(yè)需求空間。④考慮到改造后倉壁及倉頂受力需求，原有罐頂需增加測溫電纜的承重設施，倉壁需增加防止偏倉的穩(wěn)固設施，綜合建議在油罐上增加倉頂房，并落地生根至地坪，同油罐基礎進行整體改造。⑤進出倉的形式需根據罐區(qū)的實際布置情況及投資需求綜合考慮，選取滿足需求的進出倉形式。⑥改造前需進行整體的經濟分析，綜合測算改造的費用，根據投資及預期效果整體評價項目是否具有改造的價值。根據鄭州中糧科研設計院的實際項目分析，改造費用一般為原有油罐拆除重建費用的50%～70%。

4 結語

現(xiàn)有油罐改造糧食倉既充分利用資源，又節(jié)約投資成本，具有改造的價值及可行性。設計人員需在周邊條件、總圖布置、結構、工藝等多方面對改造后的預期效果進行考慮，并結合經濟分析，對改造進行全面的分析設計，最終設計出最優(yōu)的方案