CN1277137A - 软土中立式大型油罐及其建造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型油罐尤其是原油罐构造及其建造方法。其特征是先在地面焊接罐壁及敷贴加挂保温层,使用人工或自然沉降的方法使焊接好的罐壁到达软土下工作深度,沉降与冲泥吸排泥同时,形成水坑,抛石筑底,安装轻质顶盖,使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态,最后安装供排水泵、进排油泵,形成以油水置换方式运动的水中油罐。采用本发明方法建造的大型油罐,造低价,工作稳定、可靠,寿命长,维护、检验工程量小。

Description

软土中立式大型油罐及其建造方法

本发明属于储油罐及其建造方法，主要涉及在高地下水位软土地基中设置以油水置换法运行的特大型立式钢制原油、成品油储罐及其建造方法。

近年来，原油市场的国际化和原油储运规模的大型化日益明显，常有建设数十万立方原油罐的实例。油罐容积与罐直径平方成正比，故油罐大型化(大直径)已成为降低单位造价、节省管线、机泵投资、方便操作管理的基本手段，也是石油储罐建设发展的目标之一。目前，受材料和加工方法的限制，国际国内地上单台大型油罐只能做到10～16万立方米的容量。在海中使用座于浅海底或漂浮于海面上的各种储油设施，使用油水置换方法运行储存、输入、输出原油、汽油、柴油等油品，是众所周知的。其原理是借罐内液体压力平衡海水压力，实现储油设施壁部受力的微小化。在陆上山区、丘陵地带建造地下峒室油库或岩石裂隙水封油库，也使用固定水位或变水位法运行，但横竖洞掘进构成峒网，以及衬砌工程，虽节省了占地费，但造价较高，使用范围受到较大限制。根据地下水封峒罐储油原理提出的软土下水封混凝土封闭顶底拱形桶型油罐，利用地下水压力封存罐内油品，把钢筋混凝土视为岩洞衬砌等同的透水结构，深埋于地下一定深度，并建议深埋深水压力与两倍地温下油品饱和蒸气压相等，显然是使罐壁满足混凝土结构仅受压力的要求，由于顶底壳体受压力和结构的限制，必然只能制成中小型油罐。瑞典希坦克国际公司申请的专利CN86105666号，提出使用浮箱带无底圆柱壳体内置软质风箱式腔体的水上漂浮储油方式，其油水置换方式所要求的壳体厚度在大容量(5～10万立方米)条件下相当厚重，其机泵安装在浮箱上，而在该专利中未指明柱壳筒的制作安装或拖带至水中的方式，因而在大容量、巨型库存需求条件下实施困难。按地坪以上凌空设置立式圆柱型钢油罐工程惯式，软土高地下水地区设置大型油罐，仍然使用地上形式，罐体本身造价等同于硬土区地上罐，规模较小，其基础始终采用砂桩、碎石桩等换土措施以及罐体冲水预压等方法强化地基，支撑厚重的罐体。施工期长，预压期长达40～180天，土工造价占到罐体造价的20～30％以上，还经常产生预压后沉降不均匀，底板拉裂，罐体倾斜以及由此产生的罐体次应力，椭圆度以至罐体破裂等问题，不得不再沉降，再修复，对大型油罐保证安全使用困难多。早期的砖石混凝土地下罐多半使用砼拱顶，或柱支撑混凝土梁板体系为顶，规模小，造价高，还存在出现火灾救助困难等问题，被明令禁止。传统油罐使用钢板加筋的拱形结构或钢网架配板实现较大跨度覆盖，其缺陷是跨度有限，造价高，一般情况下油罐顶底板造价占到罐体造价的30％。

本发明的目的是提供一种软土地基条件下，用油水置换方法运行，造低价，工作稳定，实施容易，可实现大型和超大型化的软土中立式大型油罐及其建造方法。

本发明的软土中立式大型油罐的建造方法，其特征在于先在地面焊接罐壁及敷贴加挂保温层，使用人工或自然沉降的方法使焊接好的罐壁到达软土下工作深度，沉降与冲泥吸排泥交替进行，形成水坑，抛石筑底，拖带在胎架上以热空气托浮成形的罐顶，并将罐顶边缘与罐壁联接，使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态，形成气浮顶，最后安装供排水管，进排油管，形成以油水置换方式运行的水中油罐。

本发明在预定罐壁位内先拖入工作船及制作内浮顶浮船，制作罐壁并检验和加挂保温层后，抽出罐壁下的支撑垫板，并在罐壁全圆周同时水淹硬土，或辅以罐壁侧、顶加压，在罐壁自重下沉至一定位置时，悬挂于内浮船上，冲泥吸排泥交替进行至设定位置，放下罐壁下沉，使罐壁到达预定位置后，抛石笼筑罐壁下底，再反复吸排泥至工作位置，罐壁与石笼绑接，安装轻质罐顶并与罐壁联接，再抛石筑底，使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态，最后安装供排水管，进排油管。

本发明也可以先在地面焊接罐壁，检验并加挂保温层后，在罐壁圆周对称点挖坑，并用千斤顶支撑，同时下放千斤顶到软土，冲泥吸排泥至地下水位，使用炸药放置器置放炸药包于软土中，施爆摧土下沉罐壁，吸排泥，再反复至工作位置，抛石筑底，然后安装轻质顶盖，使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态后，最后安装供排水管，进排油管。

油罐的内浮顶技术近年来普及之后，防火、减小损耗的功能已健全，没有必要再设置一层刚性结构只承担风、雨荷载，结合油库泵多、管线多的特点，气浮结构成为大跨度跨越的必然选择，问题集中在如何减弱甚至消除风振的方法，罐顶使用发泡双曲面下为框肋予制块结构增加厚度，再以钢丝网甚至钢板网贴附其上的结构，形成泡塑钢筋混凝土结构，增强抗风振惯性和刚度，并兼作防雷电导电网作用，为适应增气压抗风振的需要，添置尼龙绳网平衡压力，并设防老化管套。本发明的罐顶制作成型及安装拖运使用热空气托浮，其为拱形结构，拱度为1/2～1/10，由50～150Pa压缩空气支撑。其成形方法是在瓜皮状胎架上，局部分片烫合底膜，并加接裙边，再旋转组烫，全部成形后以热空气(火焰喷烧)支浮，仍在胎架上贴烫结合上三层，成形一部分旋转一个角度，直至全部完成后，加强热气鼓入，浮起平拉至罐顶与罐壁结合。罐顶的内浮顶的中间板最后在地下水上拼接，结构为搭接铆合或水上焊接；内浮顶的浮船为单圈式或多圈式，其局部可以加接加结构。

本发明的大型油罐包括罐壁、罐顶、内浮顶、进出油管线及进出水管线，其特征在于罐壁采用倒阶梯型结构，其罐壁圆周上设置保温层及竖向筋板和局部横向筋板，罐壁上部地下水位以下位置开设进出油管口，罐壁下部死库容范围内开设进出水管口，管口周围的罐壁上设置加强筋；罐顶为拱形结构，由顶膜、底膜和芯层粘合而成。

本发明的罐壁外表面呈倒阶梯形，内表面平直，也可内表面呈倒阶梯形，外表面平直，或内外表面均呈倒阶梯形；罐壁内或外侧增加的竖向筋板呈梯形，沿圆周均匀分布，下宽上窄，局部设置的横向筋板呈V型断面沿圆周呈环形布置，下部与筑底石笼以抗腐蚀绳索拴接；罐顶的芯层为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯及其它发泡材料，现场或预制发泡或预先制作竖面为微双曲面，下面为框肋结构的预制块粘结成层，上钩或上下均缝、贴附钢丝网或钢板网，顶膜为覆塑铝箔膜或覆塑铝箔膜和粘于其上的内置尼龙绳的防老化聚烯烃管子，底膜为聚烯烃膜或织物覆胶或覆塑膜。

本发明的罐壁保温层可单侧外挂，也可双面挂设，外层敷设轻质膜类密封材料，下端封死；或在轻质材料外敷设(或不敷设)重质水泥沙浆，或钢丝网水泥沙浆隔层，外层敷设轻质膜类密封材料，下端与罐壁连接封死。罐壁外层采用聚烯烃喷涂，与水接触的面层使用抗藻抗水生物生长剂掺合的聚乙烯膜或聚丙烯酸酯类涂料。保温工程在油水置换工况下，尤为重要，如果在罐壁内外层设置轻质保温层外敷贴完整密封膜料，则成为罐壁下沉工艺中的巨大浮力，阻止自重下沉，为此可在轻质保温外层，依托筋板及支挂件钩，敷设砂浆层或钢丝网砂浆刚性层后，再敷隔水薄膜，形成三层或内外双三层结构，不仅平衡浮力，而且增加了罐壁整体刚度，可以减少筋板设置密度和罐壁最小厚度，降低造价。

采用油水置换法空罐期，罐壁内外地下水位等水平；工作期，最高工作油位高于地下水位；工作期泵入油量大于泵出水量，全部自控方法均需考虑油温水温变化的影响。在大容量的油水置换运行工况下，供热及保温工程更为重要，除加强保温层外，应统计预测存油供油量的时间分布，合理确定加热周期和供热量，并与全厂或区域供热通盘规划，既利用低温余热，也外供余热，充分利用地下油库的供热能力。在浮顶后，气浮升力接近或超过罐壁自重及浮力总和后，使用石笼与罐底绑扎方式限制起升。石笼绑扎料应突破传统的镀锌铁丝单一材料，而使用耐水下腐蚀的丙纶编织袋、尼龙绳、聚氯乙烯管、或喷塑覆塑钢丝等。

使用本发明的方法依储存油品比重不同，其容量可突破500～1000万立方米，罐体直径可作到400～1000米，在此规模单位造价可降至现有10万立方米地上油罐造价的五分之一到二十分之一。在50万立方米左右规模，比多个10万立方米罐可节省钢材造价85～89％。使用本发明的方法的巨型油罐无钢制底板，代以块石或石笼抛底作为透水层；罐壁断面形状、尺度完全倒置，即下圈薄，顶圈厚，其罐内的液位变化极小，因而大部分罐壁不受重复交变应力的作用，不存在疲劳和微小裂缝开展问题，寿命长，维护、检验工程量小。罐顶质轻、自重小，解决了大型油罐配套罐顶问题，造价降低80～90％，制造简单。本发明的结构不但可以用于软土地基，也可以用于沙质地基，但要配合使用专利号为98221753.6的产品。

下面结合附图对本发明的油罐及建造方法作进一步说明：

附图1是本发明实施例开挖支撑顺序示意图；

附图2是本发明实施例工作挂架局部示意图；

附图3是本发明实施例油罐构成示意图；

附图4是本发明实施例罐壁结构示意图；

附图5是本发明实施例工作挂架示意图；

附图6是本发明实施例罐顶的局部剖视示意图。

在地下水位长期稳定的软土地基上部地表硬壳层上，先拖入囤船、工作船(吸泥船)，并组焊罐顶1的浮箱4，按照陆上立式圆柱钢制油罐的常规组焊方法，拼装罐底边缘板7和罐壁底圈或全部罐壁各圈及临时支撑架，在罐壁底边缘板下圆周直径对称点上等间距挖掘等大小等深的土坑，在坑底加支垫板，放置千斤顶支撑，再挖坑、再支撑直到罐壁全部均匀支撑悬空后，同时下放千斤顶，直至罐壁底触及软土层，再挖出一半千斤顶，开动工作船或围船上的水力冲泥吸泥泵，清除全部干硬壳层土，挖出全部千斤顶，罐壁全部由软土支持。使用安装于浮船上的插入旋转式炸药放置器，沿罐壁等间距插入泥中，旋转到位，压下旋塞，放出炸药筒，退出工作船，实施同时爆破摧土，罐壁获得同时均匀下沉，再冲泥吸排泥，如此反复直至配装罐壁达到预定深度，再组焊上层圈罐壁，再重复，完成全部罐壁安装检验到位罐壁与石笼绑紧。利用罐壁预留缺口以工作船、驳船驳运块石，严格按罐壁标志定位抛石或石笼，形成压底层3后，撤出部分工作船，按水上组装法拼装罐顶，撤出全部船只，补焊缺口，检验、安装轻质顶盖及控制传感器，密封罐顶1。罐壁外吸排泥工程及抛石护坡工程与罐壁内同时进行，保证完成后安装水泵、水管线、浮箱、油气泵房、油管等，完成全部工程。

图中，是在罐壁2底端固定底边缘支撑板7结构。先在地面焊接部分或全部带竖向筋板6的罐壁2，在罐壁圆周对称点分先后挖坑，并用千斤顶支撑，然后全圆周同时下放千斤顶，直至软土，冲泥并吸排泥至地下水位后使用炸药放置器置放炸药包施爆，摧土下沉罐壁再吸排泥，重复操作至设计高程，再抛石筑底，实现罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态，然后安装供排水泵、进排油泵5、轻质罐顶1，实现软土地基中用油水置换方式运行。

本发明的罐壁底端也可以不固定底边缘支撑板，而采用活垫板，焊接罐壁时采用活垫板支撑，当罐壁焊接完成后，抽掉底活垫板，靠罐壁自重及外力使罐壁自沉，在内浮顶浮船悬挂前提下，吸排泥，再松动支撑，下放牵引绳索，使整个罐壁落到罐底的石笼上，并把石笼与罐壁绑紧。其余同上述过程。

使用本方法底圈钢板打坡、底端面磨平牵拉时注油润滑，壁内直径方向等距牵拉，壁外以人力或绞车以滑轮组施力，垫板可用双层钢板，或混凝土双面埋钢片预制块，连续或间隔放置，保温层下层设筋板断面斜放，与壁成V形，以利切入。加压可用壁内外预置石笼为加载物，牵压索间加滑轮组施力、通过壁顶的压靴施力。

使用本发明方法在软土中油库库址选择应以长远地下水位稳定，不受潮汐海水侵蚀影响的地区，全部施工过程以测深仪和潜水员配合。否则调节油量、油位的控制方案，在满罐情况下，要留有水位下降的余量或有排出油的可能。在罐壁设计中，要留足最大水位降余量或和最高水位时储油量的余量，以防止罐底圈受压失稳。本发明推荐壁厚余量10％。在10～50万立方米规模下，最厚壁范围放大对总耗钢影响不大，故可成米放大。使用油水置换的软土地下油罐，罐壁受力急骤减小，但与油品比重关系甚大，与地上油罐统一按充水压力计算不同，因而相关的设计规程需作修订。其防腐标准需参照水上船舶防腐方式处理。本发明推荐使用掺有水生生物杀虫剂的聚烯烃喷涂。

本发明的思路和实施前提是多专业、多工种的协同配合，并贯穿设计、施工、生产的全过程。

Claims (10)

1、一种软土中立式大型油罐的建造方法，其特征在于先在地面焊接罐壁及敷贴加挂保温层，使用人工或自然沉降的方法使焊接好的罐壁到达软土下工作深度，沉降与冲泥吸排泥交替进行，形成水坑，抛石筑底，拖带在胎架上以热空气托浮成形的罐顶，并将罐顶边缘与罐壁联接，使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态，形成气浮顶，最后安装供排水管，进排油管，形成以油水置换方式运行的水中油罐。

2、根据权利要求1所述的软土中立式大型油罐的建造方法，其特征在于在预定罐壁位内先拖入工作船及制作内浮顶浮船，制作罐壁并检验和加挂保温层后，抽出罐壁下的支撑垫板，并在罐壁全圆周同时水淹硬土，或辅以罐壁侧、顶加压，在罐壁自重下沉至一定位置时，悬挂于内浮船上，冲泥吸排泥交替进行至设定位置，放下罐壁下沉，使罐壁到达预定位置后，抛石笼筑罐壁下底，再反复吸排泥至工作位置，罐壁与石笼绑接，安装轻质罐顶并与罐壁联接，再抛石筑底，使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态，最后安装供排水管，进排油管。

3、根据权利要求1所述的软土中立式大型油罐的建造方法，其特征在于先在地面焊接罐壁，检验并加挂保温层后，在罐壁圆周对称点挖坑，并用千斤顶支撑，同时下放千斤顶到软土，冲泥吸排泥至地下水位，使用炸药放置器置放炸药包于软土中，施爆摧土下沉罐壁，吸排泥，再反复至工作位置，抛石筑底，然后安装轻质顶盖，使罐壁处于地下水位内外平衡的安置状态后，最后安装供排水管，进排油管。

4、根据权利要求1所述的软土中立式大型油罐的建造方法，其特征在于罐顶制作成型及安装拖运使用热空气托浮。

5、根据权利要求4所述的软土中立式大型油罐的建造方法，其特征在于罐顶的内浮顶的中间板最后在地下水上拼接，结构为搭接铆合或水上焊接；内浮顶的浮船为单圈式或多圈式，其局部可以加接加强结构。

6、一种软土中立式大型油罐，包括罐壁、罐顶、内浮顶、进出油管线及进出水管线，其特征在于罐壁采用倒阶梯型结构，其罐壁的圆周上设置保温层及竖向筋板和局部横向筋板，罐壁上部地下水位以下位置开设进出油管口，罐壁下部死库容范围内开设进出水管口，管口周围的罐壁上设置加强筋；罐顶为拱形结构，其拱度为1/2～1/10，由顶膜、底膜和芯层粘合而成。

7、根据权利要求6所述的软土中立式大型油罐，其特征在于罐壁外表面呈倒阶梯形，内表面平直，也可内表面呈倒阶梯形，外表面平直，或内外表面均呈倒阶梯形；罐壁内或外侧增加的竖向筋板呈梯形，沿圆周均匀分布，下宽上窄，局部设置的横向筋板呈V型断面沿圆周呈环形布置，下部与筑底石笼以抗腐蚀绳索拴接；罐顶的芯层为聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯及其它发泡材料，现场或预制发泡或预先制作竖面为微双曲面，下面为框肋结构的预制块粘结成层，上钩或上下均缝、贴附钢丝网或钢板网，顶膜为覆塑铝箔膜或覆塑铝箔膜和粘于其上的内置尼龙绳的聚烯烃管子，底膜为聚烯烃膜或织物覆胶或覆塑膜。

8、根据权利要求7所述的软土中立式大型油罐，其特征在于罐壁的底端固定环状底边缘支撑板。

9、根据权利要求6所述的软土中立式大型油罐，其特征在于罐壁保温层可单侧外挂，也可双面挂设，外层敷设轻质膜类密封材料，下端封死；或在轻质材料外敷设(或不敷设)重质水泥沙浆，或钢丝网水泥沙浆隔层，外层敷设轻质膜类密封材料，下端与罐壁连接封死。

10、根据权利要求7所述的软土中立式大型油罐，其特征在于罐壁外层采用聚烯烃喷涂，与水接触的面层使用抗藻抗水生物生长剂掺合的聚乙烯膜或聚丙烯酸酯类涂料。

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