塔型设备倾斜与地基变形的研究

曹艳（东华工程科技股份有限公司，上海 200433）

石油化工行业属于高危行业，其设备的安全运行对于企业的安全运营有着至关重要的影响。所以，对石油化工装置安装和设计中安全隐患有所认识，才能更好的确保化工装置的安全运行。而塔型设备是石油化工设备中具有特殊结构的设备，同时也是引用较为广泛的设备。因此，对塔型设备倾斜与地基变形的问题进行研究，以便更好的完成设备的设计和安装，才能更好的确保石油化工企业的安全生产，继而为人们的生命财产安全提供保障。

1 塔型设备的倾斜和变形问题分析

1.1 塔型设备倾斜和变形的后果

针对高耸建筑物基础的倾斜和沉降问题，一直以来都有相关的规定进行管理。但是，在化工厂的塔型设备基础的倾斜和沉降方面，却缺乏明确的规定。从国外的研究情况来看，日本要求塔型设备基础倾斜不超过0.001，而法国则要求设备的基础沉降不超过3厘米。然而就实际情况而言，不同地质条件下的塔型设备基础的倾斜和变形将造成不同的后果。

就目前来看，石油化工企业的塔型设备主要可以分成两类，即空心塔和带塔盘的塔。一般的情况下，人们对空心塔的基础倾斜和沉降有着较低的要求。因为，带塔盘的塔设备一定出现一定程度的倾斜和变形，就将导致设备内部的塔盘齿缝从液面露出。在这种情况下，塔盘的鼓泡作用将停止，塔盘的效率也将降低，继而使塔设备的使用效果变差[1]。而在塔设备的基础沉降过大的情况下，油品的输送就会变得较为困难。在严重沉降出现时，塔设备的管道还将产生开裂，继而使化工企业遭受严重的损失。因此，考虑到塔型设备的液面水平度的要求，需要较好的研究塔型设备的基础倾斜和地基变形问题，以便更好的控制设备的倾斜和变形。

1.2 导致塔型设备倾斜和变形的原因

实际上，塔型设备基础的倾斜和地基变形与很多因素有关。在实际应用的过程中，塔的外形、塔盘结构、荷载大小、荷载偏心、加荷速度快慢和土层土质分布都会影响到塔型设备基础的倾斜和变形。就目前来看，不同化工厂的塔型设备的大小、荷载、土质和基础设计都不尽相同。而根据生产需要，塔型设备内部的充油和充水的速率也不相同，所以每台设备基础的沉降也都有一定的差距。在塔型设备的使用年限在5到13年之间时，大多数塔型设备有着较为稳定的基础沉降，所以在生产上的应用情况也大致相同。

就实际情况而言，在设备的基础沉降超过3厘米，并且倾斜也超过0.001时，设备也都能正常的投入使用。而在确定导致塔型设备基础出现沉降和倾斜原因时可以发现，导致这些现象产生的原因将主要集中在几点上。首先，在塔基础底面的土层的厚度不均匀时，塔型设备基础容易出现倾斜问题。其次，在塔型设备的上部荷重出现偏心问题时，塔基础也容易出现倾斜问题。同时，设备充水加荷的速度较快，将造成塔型设备的荷重骤然加剧，继而容易导致设备基础的倾斜。再者，在塔型设备内，如果出现基础布置较密的状况，设备基础将容易因基础之间的相互影响而出现倾斜[2]。此外，在地面排水无组织的情况下，一旦水进入到地基，就容易造成塔型设备基础因地基湿陷而出现倾斜。最后，在塔型设备基础附近进行气动打桩或挖土方等项目工程的施工，也容易使塔基础出现倾斜。

2 塔型设备的倾斜与变形值分析

2.1 地基变形分析

就目前来看，可以用沉降量、沉降差、倾斜和局部倾斜等词汇描述地基变形。而塔型设备基础的地基变形，则主要是由沉降差和倾斜导致的。在塔型设备基础出现较大的平均沉降的情况下，塔型设备可以得到正常的使用。但是一旦塔型设备基础出现了大角度的倾斜，设备的运行就会受到影响[3]。所以，在进行塔型设备基础倾斜与地基变形问题的分析时，可以主要研究设备基础的倾斜问题。

2.2 倾斜与变形值分析

实际上，大多数正常运行的塔型设备并没有出现严重的地基变形。就目前来看，尚没有现成的计算公式可以用于计算大型设备基础的倾斜。所以，需要用平均沉降控制相对倾斜的方法完成对地基变形值的计算。在完成塔型设备沉降值的统计和分析时，需要完成平均沉降和相对倾斜的三元网络图的绘制，以便描述二者之间的关系。而通过计算可以发现，在控制空心塔和带塔盘的塔的基础倾斜和沉降时，只需要使平均沉降不超过一定的数值，塔型设备的相对倾斜也就不会超过极限值。相较于带塔盘的塔型设备，空心塔的沉降和倾斜的要求则可以适当的放宽[4]。在倾斜值小于最大限度的情况下，可以适当提高设备基础的平均沉降。因此，经过分析可以发现，相较于平均沉降，相对倾斜指标对设备基础的控制更加重要。但是，由于相对倾斜和平均沉降是相互联系的变形值，所以还需要采取措施控制这两项内容。

3 控制塔型设备倾斜与变形的措施

在进行塔型设备基础倾斜和地基变形的控制时，需要根据塔形基础完成沉降值的计算，并在设计时使用基础的预抬高。而针对已有的塔型设备，则需要利用设备充水试漏和试压的机会完成进水过程的分层控制。在这一过程中，需要将每层进水荷载控制在总充水荷重的10%到15%之间。而如果设备基础具有较好的土质，则可以将水荷载控制在20%到25%之间。在完成水加荷后，则需要对塔型设备基础的沉降速率进行严格的控制。具体来讲，就是完成基础沉降速率的监测，确保天然地基上的塔型设备基础沉降速度每天小于5毫米，桩基上的塔型设备基础沉降速度每天小于0.1毫米。而在条件满足的情况下，则可以将设备投入使用。需要注意的是，充水过程是对地基进行施压，以便使塔基础在充水时完成部分沉降。而放水时，也同样要控制好卸荷的速度，即每天放一次水，水量不超过总荷载的20%。此外，在进行设备的检修时，需要利用顶升调整的方法控制设备的倾斜。具体来讲，就是在设备底部安装临时油压千斤顶设备，以便利用该设备完成塔型设备倾斜的调整[5]。而在软土地区的基础沉降较大时，则可以利用柔性连接的管接头完成塔型设备与其它容器的连接，以便减轻设备的竖向荷载。

4 结语

总而言之，塔型设备是石油化工厂的基础设备，其倾斜和沉降问题则一直威胁着企业的生产运营。而通过检测塔型设备的倾斜和沉降的实际情况，并完成对塔型设备基础允许的变形值的计算，则可以在设计和安装塔型设备的过程中有效提升地基的承载能力，继而使塔型设备的使用更加安全。因此，本文对塔型设备倾斜与地基变形问题展开的研究，对于简化塔型设备安装基础工程和保证化工企业的安全生产具有一定的指导意义。

[1]林忠.石油化工高塔设备基础结构设计实例剖析[J].科技创新与应用,2013,25:117.

[2]谭丽勇.化工装置中塔设备的安全设计及监察[J].化工管理,2015,08:244.

[3]刘银卯,闫向刚.横向风振对石油化工塔型设备设计的影响[J].化工设计,2012,04:29-32+1.

[4]杨进宏.水平荷载作用下塔型设备基础的设计计算[J].赤峰学院学报(自然科学版),2011,11:129-131.

[5]冯军,谭志祥,邓喀中.采动地表倾斜变形对风力发电塔筒的影响研究[J].煤炭科学技术,2015,03:130-133+145.