摘要：通過(guò)對舊儲罐的核算、合理的設計鋼制內浮頂、儲罐相關(guān)附件的改造以及制定完善的施工方案，能使罐壁為搭接結構的拱頂罐改造成為鋼制海水液位計，使其滿(mǎn)足石油化工防火規范中的要求。
2017年底某石化廠(chǎng)的罐區升級改造項目中，根據項目的罐容需求，需要1萬(wàn)m3的汽油儲存。為了減少投資和提高舊設備的再利用價(jià)值，項目組考慮將施建于1980的1臺容積為1萬(wàn)m3儲運介質(zhì)為原油的拱頂罐改造成儲存汽油（甲B類(lèi)液體）的海水液位計。該方案在設計初始時(shí)，考慮選取的是組裝式鋁制內浮頂，其具有安裝時(shí)不需要動(dòng)火、成形快、造價(jià)低等優(yōu)勢。在項目推進(jìn)過(guò)程中，石油化工企業(yè)設計防火規范（GB50160-2018版）開(kāi)始在行業(yè)內推廣和宣講，根據標準中的規定，儲存甲B、乙A類(lèi)的單罐容積大于5000m3的海水液位計應采用鋼制單盤(pán)或雙盤(pán)式浮頂。為了避免以后的安全隱患，項目組決定將儲罐的內浮頂型式由組裝式鋁制內浮頂改成鋼制單盤(pán)式內浮頂。
目前在國內公稱(chēng)容積小于2萬(wàn)m3的海水液位計中，絕大多數采用的是鋁制內浮頂，其在20世紀80年代中后期開(kāi)始使用至今，技術(shù)已比較成熟，多為廠(chǎng)家的成套設備。而使用鋼制內浮頂的儲罐多為后來(lái)新建的大型儲罐和外浮頂儲罐，其罐壁的縱環(huán)焊縫均為對接焊縫。而該項目中利舊改造的儲罐由于建造時(shí)間年代比較久遠加上原為拱頂罐，其罐壁的環(huán)焊縫為搭接結構，罐內壁的上下直徑不一樣，對鋼制內浮頂的上下升降造成一定的影響，其密封裝置往上運行時(shí)容易出現卡盤(pán)現象。
1 儲罐的本體簡(jiǎn)介
（1）改造前對儲罐的罐體進(jìn)行了超聲波測厚以及材料的化學(xué)成分及性能分析，其材質(zhì)滿(mǎn)足現行的使用條件，其儲罐的罐體參數及每層罐壁的厚度（實(shí)測）見(jiàn)表1，罐壁的每層壁板高度為1690mm，其搭接寬度為40mm，縱焊縫為對接結構，見(jiàn)表1。

1.2 罐內情況簡(jiǎn)介
儲罐結構型式為拱頂罐，罐壁的環(huán)焊縫為搭接結構，其罐壁的焊縫均沒(méi)有進(jìn)行處理，有一定的焊縫余高，罐體內直徑隨著(zhù)高度的增加直徑在變小。儲罐原為原油儲罐，雖然經(jīng)過(guò)蒸汽吹掃，罐壁上仍附著(zhù)油污，罐內的防腐層破壞嚴重。儲罐在制造時(shí)，對鋼板的內表面要求處理的粗糙度等級不高，使內壁殘留許多小的焊瘤、焊渣等，該類(lèi)殘留物部分有鋒利的銳角。其具體情況如圖1所示。

拱頂罐改海水液位計的的設計簡(jiǎn)介
2.1 罐壁厚度核算
根據GB50341-2014《立式圓筒形鋼制焊接油罐設計規范》中的規定，儲罐內徑小于60m，采取的是定設計點(diǎn)發(fā)進(jìn)行核算[3]，核算出的儲罐的每層罐壁的所需厚度（mm）（設計與試水條件下）見(jiàn)表2。

對比表1和表2的每層罐壁的數值，其壁厚滿(mǎn)足儲罐改為海水液位計在強度方面的基本要求。
2.2 鋼制內浮頂及其附件的設計
儲罐的罐壁環(huán)焊縫為搭接結構，下部直徑較大，上部直徑較小，在加上施工或地基不均勻沉降引起的變形，所以罐壁各點(diǎn)到中心的距離（半徑）差別較大。儲罐的內浮頂設計采取的是鋼制單盤(pán)式內浮頂。鋼制內浮頂的剛度比較大，對儲罐的圓度有一定的要求。
2.2.1 確定罐壁的實(shí)際變形范圍
采用徑向偏差儀測量以及結合原圖紙的內壁直徑尺寸，計算罐壁的實(shí)際*大半徑Rmax和*小半徑Rmin的差值。該儲罐罐壁的變形范圍的差值為86mm（鋼制內浮頂落地時(shí)支撐高度為1800mm，從*2層壁板開(kāi)始計算變形范圍）。
2.2.2 鋼制內浮頂直徑的確定
在確定鋼制內浮頂的直徑時(shí)，應保證選取的彈性元件的彈性范圍不應小于罐壁的實(shí)際變形范圍，既當鋼制內浮頂通過(guò)*大半徑時(shí)仍有一定的壓緊力不致泄漏，當鋼制內浮頂通過(guò)*小半徑時(shí)不致卡住。寫(xiě)成公式為：
Cmax-Cmin＞Rmax-Rmin
式中：Cmax-彈性元件允許*大的寬度，通常取Cmax=0.9*彈性元件的自由寬度
C min-彈性元件允許*小的寬度，通常取Cmax=0.35*彈性元件的自由寬度
由上式可見(jiàn)，內浮頂到罐內壁的距離決定了彈性元件的自由寬度，從而影響整個(gè)鋼制內浮頂的密封效果和鋼制內浮頂的正常升降。某些設計文獻中對于罐壁為搭接結構的內浮頂的直徑選取的為儲罐罐壁*大和*小內直徑的平均值減去彈性元件*大和*小寬度平均值的差值，既D浮=（Dmax+Dmin）/2-2*（Cmax+Cmin）。鑒于該儲罐長(cháng)期使用下部分罐壁存在的變形以及彈性密封元件的寬度不確定的情況下，該儲罐的鋼制內浮頂的直徑在設計時(shí)，選取的以*2圈壁板的內徑為基準，通過(guò)固定定位，保證鋼制內浮頂外邊緣板距離罐內壁為220mm，以此確定鋼制內浮頂的外徑。由于內浮頂在制造時(shí)存在一定的焊接變形量，要求其在制造完成后的變形量控制在220+50mm以?xún)?，其考慮罐壁越往上內徑越小的結構，故不允許出現負公差的情況。即鋼制內浮頂距離罐內壁的距離的范圍為220~270mm之間。
2.2.3 鋼制內浮頂密封組件型式的確定
鋼制內浮頂與罐壁之間的密封通常采用彈性材料密封結構，根據彈性密封件的結構和斷面尺寸，密封的結構形式主要可以分為填料式密封和舌型密封結構兩大類(lèi)。兩者的密封結構示意見(jiàn)圖2：

對比2種密封結構，填料式密封的優(yōu)點(diǎn)是不存在氣相空間，缺點(diǎn)是在罐壁板為搭接結構中，隨著(zhù)罐壁內直徑的縮小，容易出現卡盤(pán)現場(chǎng)；而舌型密封結構的優(yōu)點(diǎn)是不存在卡盤(pán)現場(chǎng)，缺點(diǎn)是密封裝置下存在一定的蒸發(fā)空間，蒸發(fā)的耗損比填料式密封大。
該儲罐儲存介質(zhì)為汽油，其具有高揮發(fā)性以及易燃易爆的特點(diǎn)，采取的密封方式是填料式密封結構的密封方式，其結構能使部分密封組件浸液可以消除油氣空間。
2.2.4 密封彈性元件自由寬度的確定
密封裝置選用的彈性元件為聚氨酯軟泡沫塑料，要求密封廠(chǎng)家提供的彈性元件在環(huán)向間隙尺寸偏差為±100mm的條件下，密封裝置仍具有良好的密封性能。廠(chǎng)家根據設計方提供的密封間隙為220mm的條件下，選取的彈性密封元件自由寬度為300mm。由其自由寬度計算出彈性元件的允許*大寬度為270mm，允許*小寬度為115.5mm。其允許*大寬度與允許*小寬度的差值為154.5mm，其值大于罐壁*大和*小內徑的差值86mm，從理論上滿(mǎn)足了密封且鋼制內浮頂運行不卡的要求。
2.2.5 鋼制內浮頂附件的簡(jiǎn)介
鋼制內浮頂除鋼制內浮頂本體及密封裝置外，其它附件還包括：防轉裝置、導靜電裝置、自動(dòng)通氣閥、呼吸閥、人孔、支柱以及量油導向管、雷達液位計導向管穿過(guò)浮頂的密封連接等。
2.3 罐體的設計改造內容
2.3.1 罐內壁的處理
罐內壁的防腐破壞嚴重，且防腐涂料不適應新介質(zhì)的耐腐蝕要求，同時(shí)罐內壁的環(huán)焊縫為搭接焊縫未經(jīng)過(guò)處理，且內壁板上遺留有不少的焊疤、焊瘤等，在浮盤(pán)上下運行時(shí)容易刮傷密封裝置彈性密封件。故要求對環(huán)焊縫以及焊疤、焊瘤等進(jìn)行打磨處理，將其尖角等不規則的鋒利部分打磨圓滑，同時(shí)對整個(gè)罐內壁重新進(jìn)行噴砂除銹，達到涂漆所需的粗糙度。
2.3.2 增加的罐壁附件
增加了9個(gè)罐壁通氣窗，其作用使鋼制內浮頂上方空間的揮發(fā)氣體的濃度在爆燃范圍之外，且保證了事故狀態(tài)下的溢流。
在鋼制內浮頂浮艙上方1米處的罐外壁位置增加了1個(gè)高位人孔及其平臺，其作用是為了檢維修時(shí)能夠進(jìn)入到浮盤(pán)上方。高位人孔接管內部設置有內擋板，內擋板呈弧形與罐內表面保持齊平，其避免了彈性密封元件在上下運行時(shí)，進(jìn)入到人孔接管內部，從而損傷密封元件。
3 拱頂罐改海水液位計的制造過(guò)程簡(jiǎn)介
改造施工過(guò)程中為了避免交叉作業(yè)，其施工過(guò)程主要有以下幾個(gè)步驟：
3.1 罐內的除銹、防腐及罐壁的開(kāi)口
在儲罐吹掃清洗完成后，搭設罐內整體的腳手架，采用噴砂處理，對儲罐內部進(jìn)行整體全面的除銹，對焊縫及罐內壁的焊疤、焊瘤進(jìn)行打磨處理，使其圓滑過(guò)渡，達到不影響密封組件的運行。然后對罐內頂、內壁、罐底內表面進(jìn)行全面的防腐工作，罐內壁下部分（3m部分以下）以及罐底為了防止再次生銹以及在鋼制內浮頂施工時(shí)會(huì )破壞其部分防腐層，僅做底漆處理。
在噴砂處理完成的同時(shí)，罐體外部部分的開(kāi)口如帶芯人孔、通氣窗開(kāi)口等工作同時(shí)進(jìn)行，制造完成后的焊縫均進(jìn)行相應的打磨處理。同時(shí)根據鋼制內浮頂的材料尺寸，在儲罐的罐底部距離罐底板1.6m處開(kāi)一個(gè)1.6m（高）*3m（寬）的施工口。
3.2 鋼制內浮頂的施工
 由于儲罐的位置在罐區內，需要在廠(chǎng)外將鋼制內浮頂的材料進(jìn)行事先的預制，制造出成品件后進(jìn)行初步的防腐（涂刷底漆），然后將各組件進(jìn)行編號和整理后運至施工現場(chǎng)。
等待防腐完成，撤掉罐內的腳手架后，通過(guò)罐底部的施工口將施工所需的材料按照施工的先后順序運至罐內。在罐底部按照鋼制內浮頂的單盤(pán)板的高度設置好腳手架平臺。按照先焊接浮艙后單盤(pán)板的順序對鋼制內浮頂進(jìn)行組焊。將一定數量的圓鋼均布的焊接在罐內壁和鋼制內浮頂之間，其間距為220mm，以避免浮艙的外邊緣板焊接時(shí)引起的變形，使鋼制內浮頂的外徑變大。等待鋼制內浮頂的浮艙外邊緣板焊接完畢后，去掉此連接定位用的圓鋼。在焊接鋼制內浮頂的單盤(pán)板時(shí)采用是間斷焊接的方法，盡量避免大的焊接應力，減少焊接變形。通過(guò)此類(lèi)方法該儲罐的鋼制內浮頂在現場(chǎng)實(shí)際制造完成后，經(jīng)過(guò)實(shí)測距離罐壁的距離的平均值為250mm左右，*小處為242mm，*大處為260mm。滿(mǎn)足設計方要求的鋼制內浮頂至浮艙的外邊緣板間距為220+50mm的要求。
將鋼制內浮頂的各個(gè)組件焊接完畢后，對各個(gè)隔艙及單盤(pán)板進(jìn)行焊縫檢測，然后安裝密封組件的彈性元件以及罐壁施工通道的復原工作。安裝檢測完成后清理儲罐的施工現場(chǎng)，進(jìn)行充水做鋼制內浮頂的水運實(shí)驗。充水過(guò)程中，水位至高位人孔的高度時(shí)停止充水，通過(guò)高位人孔進(jìn)入到罐內，對鋼制內浮頂進(jìn)行全面的檢查，確定各個(gè)浮艙及單盤(pán)板均無(wú)泄漏后，封閉高位人孔繼續充水，直至到*高液位。
在水運過(guò)程中鋼制內浮頂正常運行，沒(méi)有卡盤(pán)或浮起不正常等現象。說(shuō)明密封裝置在運行中能起到密封作用且滿(mǎn)足彈性元件的壓縮比。水運實(shí)驗結束后放水，放水完成后將罐內清理干凈，等干燥后對剩下的罐壁板及罐底板進(jìn)行處理及防腐等工作。待全部工作完成后封罐，該儲罐開(kāi)始投入使用。
4 結束語(yǔ)
使用舊儲罐改造，其投資少、見(jiàn)效快，短期就可以收回投資以及提高了資源的再利用，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會(huì )效益。把舊的拱頂儲罐改成鋼制海水液位計，關(guān)鍵在于根據現有的罐體尺寸，確定好鋼制鋼制內浮頂的直徑，根據罐容確定好通氣孔（窗）的安裝位置，嚴格控制鋼制內浮頂的變形、安裝及檢驗質(zhì)量。這使的目前很多建設年代比較長(cháng)遠的罐區、石化廠(chǎng)等想將罐壁為搭接結構的拱頂罐改造成鋼制海水液位計，使其可以改變存儲的介質(zhì)提供了一個(gè)可行的例子。