低温储罐基础设计

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1、低温储罐基础设计何国富(中国石化集团上海工程有限公司，上海200120)摘要：大型低温储罐有着较高储存效率和良好经济特性，但由于我国目前缺乏低温储罐工艺设计相应的系列规范标准，包括土建基础设计、施工的相关规范标准，石化行业绝大部分的低温储罐成套技术都从国外引进，国内设计单位大多进行工艺设计的转化工作，而土建专业的基础设计工作则国内外双方相对合作要深入得多。本文以作者参与设计的上海赛科90万吨乙烯工程中的某一低温储罐工程为例，分析介绍了在软土地基上建设大型低温储罐时，结合场地工程地质条件，进行了基础方案的比较，探讨了低温

2、储罐基础工程设计中的一些问题。关键词：低温罐I架空筏板式基础；桩基础；荷载组合；沉降变形1前言近十年来，随着我国石油储运业的不断发展，有着较高储存效率和良好经济特性的低温储存技术也在不断的发展，但由于工艺、材料、建造技术和造价等方面的原因，目前建设大型低温储罐的数量相对还比较少。我国的普通大型常温油罐基础设计，无论在地基基础设计理论还是在工程实践方面，都已经积累了较为丰富的经验。而对于大型低温储罐，尤其在软土地基上设计建造，则可供参考的资料并不多见。上海金山石化从20世纪90年代起，前后从国外引进工艺和制造技术，建造了

3、多座大型低温储罐，2002年在化工区赛科90万吨乙烯工程中，又从美国CBI公司引进技术，建造了3座大型低温储罐，分别为2万立方的丙烯罐、3万立方的乙烯罐和5万立方的氨罐，配套的土建工程转化设计则有中石化上海工程公司完成。本文以其中的5万立方低温氨罐工程设计为例，简单介绍和分析了在软土地基上建设大型低温罐的一些设计工作基本情况。2低温罐及罐基础形式国外对低温储罐本身的设计定义并无统一的标准。相对英国在这方面的技术标准[1]比较系统全面。其标准《平底立式圆筒形低温储罐应用))(BS7777)根据不同的工艺要求和介质储存方式

4、，将低温罐定义为单容器罐(singlecontainmenttank)、双容器罐(doublecontainmenttank)和全容器罐(fullcontainmenttank)等三种罐体形式。单容器罐一般是有一个钢制内罐加上保温外壳组成，而双容器罐和全容器罐则是由一个钢制内罐和一个钢制或采用混凝土(一般为预应力混凝土)制成的外罐组成，保温设在内外罐壁之间，目前较多采用的是双容罐形式。此次从美国CBI公司引进技术建造的5万立方低温氨罐，采用的是全双钢壳的罐体形式，内罐直径45．5m，外罐直径47．3m，罐壁高度34．5

5、m，介质高度31m，储存原料为液氨，温度为--50℃，基础沉降要求控制在25mm范围，差异沉降小于1；500。在进行低温罐设计时，由于罐内低温介质的传导作用，使得地基土极易产生冻涨并使土体隆起，进·430·地基处理理论与实践(2006)而造成基础破坏，因此为消除这一不利因素，除了在罐底板与基础底板表面之间设置保温措施外，还必须对罐基础采取防冻措施，通常的做法有两种，一是在基础底板内采用电或其他加热系统，即做成带有循环加热系统的筏板式基础，另一种是采用将基础底板架空，通过架空形成的空气层将基础底板与地基土分隔开。前者因加

6、热系统成本较高，一般不常采用。在国内引进建造的大多数低温罐中，普遍采用了架空筏板式基础形式。架空层的净高，一般除根据工艺管道和设备布置要求确定外，尚需根据罐内储存介质温度的高低进行一定的温度传导计算后来确定。架空筏板式基础又可分为单筏板(承台)和双筏板(承台)架空两种形式，在地质条件较好的情况下，一般可采用双筏板基础形式；但由于低温储罐对基础沉降的要求相对较高，在大多数情况下，特别时地质条件较差的软土地基上，则多采用单筏板(承台)桩基，有时也有采用双筏板(承台)桩基(见图1)。(a)双承台架空式(b)单承台架空式图l架

7、空筏板式基础3基础沉降限值与软土地基条件由于低温罐的工艺管道连接和设备布置比较复杂，其安装使用要求和保温构造要求均非常严格，因而控制基础变形的要求也比普通常温罐要高一些，特别是沿径向的平面倾斜，而对绝对沉降变形的限值，虽然在有关规范标准中未作明确规定，但在具体工程技术文件中一般都按设备闭水试验工况下25mm、长期荷载下55ram的要求作出规定。表l列出了国内外标准中对罐基础沉降变形控制的不同限值C2]。根据这一限值以及罐的荷载条件，天然地基远不能达到要求。表1l国内外油罐基础沉降控制限值5万立方低温氨罐就建造在上海化工

8、区濒临杭州湾的滩涂上，1996年围海造地而成，场地覆盖有2"～5m厚的吹填土，场地地面相对较平坦，标高在3．20～3．49m，地下水位埋深0．5m。各土层按其成因及地质特性分为11层(包括亚层)，有关各土层的物理力学指标见表2，为典型的软土地基。本地区场地地震基本烈度(按评估报告)为7度，Ⅳ类场地土，15m以浅砂质粉土存在轻微地震