高温储罐基础结构的研究

2014-04-03祝春强亚贤

化工技术与开发 2014年5期

关键词：烧结砖隔热层绝缘层

祝春强,屈威，刘亚贤

（1. 中国石油天然气集团公司广西石化公司储运一部，广西钦州 535008；2. 中国石油华南化工销售公司钦州调运分公司，广西钦州 535000）

高温储罐基础结构的研究

祝春强1,屈威2，刘亚贤2

（1. 中国石油天然气集团公司广西石化公司储运一部，广西钦州 535008；2. 中国石油华南化工销售公司钦州调运分公司，广西钦州 535000）

由传统的经中间罐周转输转改为装置间直接供料方式，减少了中间罐中转过程，同时中间重质油品罐接受暂存原料不再要求上游装置送料温度必须降至90℃以下进入储罐，减少了能耗。但储罐却因储存高温原料，对储罐基础提出了如防热膨胀等方面的要求。因此，高温储罐基础结构不同于普通储罐基础，应进行全方面考虑。

储罐基础；油温；结构；环墙式基础；膨胀；原料

高温储罐（介质储存温度在120℃以上）一直以来都用于重油（渣油）、沥青的储存[1]。随着炼化企业采取系统化生产操作，生产装置之间多采取互供原料，既减少了以前因装置间设中间罐增加的操作，也降低了能耗，减少了相应的设备，同时大大减少了中间罐的数量，优势明显。与此同时，储罐相应储存温度得以提高，高温储罐应用越来越普遍。

油品储罐的基础一般为护坡式罐基础、外环墙式（钢筋混凝土）罐基础、环墙式[2]罐基础。新改扩建储罐时，从既减少占地，又能确保满足各种地基土承载力要求考虑，罐基础几乎全部采用环墙式罐基础，罐壁置于环梁之上。

1 高温储罐罐基础

一般的油品储罐环墙式罐基础的内部垫层自上而下为沥青绝缘层、垫砂层、填料层。新建罐还在砂垫层与填料层间增加了HDPE高密度聚乙烯土工膜及保护该膜的上下砂（细）垫层，为保护膜的完整性一般在膜两侧还增加了砂垫层与细沙保护层。环墙结构为钢筋混凝土结构浇灌结构，并环向10～15开有坡度不小于5%的排水孔（渗漏孔）。

高温储罐的罐基础结构与一般的储罐基础结构明显不同之处，是增加了隔热层。按API650附录M中要求：罐内介质温度高于90℃时，与罐底接触的基础表面应采取隔热措施。目前高温储罐的罐基础结构基本有如下几种：

(1)自罐底板向下依次为：底板隔热层（320mm）、沥青砂绝缘层、砂垫层、HDPE高密度聚乙烯土工膜、填料层。其中底板隔热层自罐底板向下依次为：M7.5水泥砂浆MU10烧结砖（130mm）、M7.5水泥砂浆MU10烧结砖（60mm，内设60×60@790通气孔）、M7.5水泥砂浆MU10烧结砖（130mm）。

(2)自罐底板向下依次为：底板隔热层（113mm）、沥青砂绝缘层、砂垫层、HDPE高密度聚乙烯土工膜、填料层。其中底板隔热层自罐底板向下为轻质粘土耐火砖（T-3）侧立铺砌113mm。

(3)自罐底板向下依次为：底板隔热层（200mm）、沥青砂绝缘层、砂垫层、HDPE高密度聚乙烯土工膜、填料层。其中底板隔热层自罐底板向下依次为：红砖平铺、红砖平铺留出通风孔道、红砖错缝平铺压盖。

从这几种高温储罐的地基设计结构对比看出，除底板隔热层外，其它均按照SH 3068-1995《石油化工企业钢储罐地基与基础设计规范》规定执行。从上述3种高温储罐底板隔热层结构看出：

(1)罐壁均置于环梁隔热层上，有些底板隔热层留有通风结构，有些底板隔热层无通风结构；

(2)环墙厚度按照GB 50341-2003《立式圆筒形钢制焊接储罐设计规范》附录B[3]的要求执行；

(3)HDPE高密度聚乙烯土工膜保护层厚度略有不同；

(4)隔热结构由略薄的环梁部分紧固（该部分仅用于固定隔热层），但留出通风孔。

2 高温储罐罐基础分析

按照相关规范，当罐内储存介质温度大于95℃时，与罐底接触的罐基础表面，应采取隔热措施。目前国内高温储罐罐基础结构增加了隔热，但出现了一些问题，如隔热结构外表面水泥照面层龟裂脱落，底部沥青绝缘层软化等。因此需对隔热层结构对高温储罐罐基础的影响予以分析。

2.1 隔热层材料

隔热层材料一般为普通烧结砖和水泥砂浆，水泥砂浆用于砖底部。从上述几种罐基础的砖体选材上看，第(1)、(2)种高温储罐罐基础隔热层选用烧结砖，第(3)种高温储罐罐基础隔热层选用耐火砖。耐火砖用于工厂内各种窑炉建设、高温区隔热等作用，不抗冻容，易风化，寿命短，在南方地区可以作为隔热层使用。而烧结砖抗压性能好（MU10级烧结砖抗压强度平均值大于10MP以上），抗冻性高，在标准孔洞率情况下就有良好的隔热性[4]。因此，隔热层材料采用烧结砖即可。

2.2 热膨胀现象

在储罐储存介质高温状态下，罐底会出现热膨胀；不连续部件温差会造成基础额外受力。

储罐内介质的不断收付会造成罐底、罐壁热应力变化幅度和频率不断变化，表现在底板发生形变，结果会因底板膨胀压挤隔热层，同时附属设施（如静电接地线）被拉拽，产生新的受力。因此，在隔热层施工时砖体排列间不要用水泥砂浆完全堵塞，留有一定的间隙，同时附属设施要留出膨胀余量。

2.3 罐基础环梁

地基变形特征分为罐基沉降量、基础整体倾斜（平面倾斜）、罐基周边不均匀沉降（非平面倾斜）及罐中心与罐周边的沉降（罐基础锥面坡度）。这些沉降与倾斜会造成罐体对隔热层受力不均。考虑上述情况采取第(2)种的环梁形式较为稳妥。

2.4 罐基础导热

考虑到罐内介质温度可达150℃，如长期传热会对沥青绝缘层产生影响引起沥青绝缘层软化，隔热层中间加设通风孔是非常必要的。在相关炼油企业有一些低于95℃的储罐，可经常看到沥青绝缘层有沥青渗出现象。

沥青绝缘层采用现场拌制。做法是将砂加热至100～150℃，沥青加热至160～200℃，热台下拌合均匀，沥青砂体积配合比：8%～10%的沥青与92%～90%的中粗砂。沥青采用30号甲建筑石油沥青，该沥青软化点不低于70℃。由此看来，罐底部至沥青绝缘层必须有良好隔热。增加通风通道可带走罐底部分传热，通道间传热形式也改变，大大减少了到达沥青绝缘层的热量。