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[摘 要]针对浮顶油罐罐顶随液位变化，易引起单盘变形，严重影响浮顶油罐正常运行这一现象。分析影响浮顶油罐正常运行的因素，主要是由于单盘产生变形产生的。进一步分析单盘产生变形的原因，制定相应的预防措施。
[关键词]浮顶油罐；单盘变形；预防措施
中图分类号：TE972 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0006-01
1 前言
我站浮顶油罐采用单盘式浮顶，单盘变形是浮顶油罐一个非常严重的问题。从我站的4座单盘式浮顶罐使用状况来看，较早建的1#罐就是因为单盘变形，造成密封刮蜡板损坏及浮船边缘密封的海绵偏磨而进行了维修，并且将随着使用时间的延长，其它罐也出现不同程度的单盘变形，严重影响浮顶油罐正常运行。
2 影响浮顶油罐正常运行的因素
影响这种浮顶油罐正常运行的原因很多，主要有以下几点
2.1 腐蚀穿孔渗漏造成油气溢出污染了环境，留下火灾安全隐患。
2.1.1 罐底板金属腐蚀渗漏。
由于圈梁的阻隔，油罐边缘板部位是阴极防腐的盲区，储油罐装油后，边缘板微上翘，雨水很容易进入边缘板与基础的缝隙中，加剧罐底板的金属腐蚀，存在较大的安全隐患。
2.1.2 蒸汽盘管泄漏。
油罐底部安装有蒸汽盘管，防止油罐停用后剩余油的冷凝。当蒸汽盘管发生穿孔后，罐内油水有可能回窜入蒸汽管线，从蒸汽放空管线排出，严重时蒸汽回水可将油气带回锅炉内部，给锅炉的安全运行带来隐患。目前我站四座油罐蒸汽盘管均因穿孔停止使用。
2.2 油罐浮船密封圈脱落
油罐浮船密封圈脱落原因有：1）浮船密封圈老化开裂；2）管理使用不当。一是当罐内油品凝结时进油，造成浮盘倾斜，致使浮船密封圈撕裂；二是液泛。當含有大量气体的油料输送到罐内，压力降低，产生大量的油气。气体在罐壁与密封装置某处微小缝隙产生极大的流速，并携带着液沫从密封缝隙中喷溅而出，所夹带的大部分液体，积聚在外浮顶上，从中央排水管中排出。在此过程中，气体以极大的流速喷出，加上油料在罐内剧烈湍动，使得浮顶倾斜、旋转，造成浮船密封圈与罐壁上下急速刮擦、密封圈连接部位开裂、脱落。
2.3 中央排水管漏油。
2.3.1 中央排水管漏油。
浮顶油罐的排水系统为刚性回转接头排水系统，这种系统的密封面即为旋转面，动密封容易失效，每隔3-8年就要进行更换，造成油品外泄，对浮盘、罐底板也有外力作用。中央排水管漏油故障发生时，因可能造成环境污染，迫使该罐停用并抽空，此时浮船靠支柱支撑，浮盘几何形状和尺寸发生变化，浮盘逐渐变形，表面凹凸不平而存水，加速了浮盘腐蚀；若关闭中央排水管排水阀门，可能会造成罐内原油渗入中央排水管并通过中央排水单向阀进入浮船单盘，致使浮盘淹没。
2.3.2 中央排水单向阀打不开或排水不畅。
产生的原因一是转动部位锈蚀，二是浮球腐蚀穿孔，三是由于设计不合理，对于浮球连杆式单向阀，由于连杆过长，遇大雨时，中央排水井满水后产生较大的浮力，致使浮球连杆开启角度大，造成浮球与中央排水井卡死，2007年7月18日气象预报降雨量110mm，2#油罐，就出现了此种情况，浮盘上积水近30cm厚。
2.3.3 蒸汽盘管泄漏。
油罐底部安装有蒸汽盘管，防止油罐停用后剩余油的冷凝。当蒸汽盘管发生穿孔后，罐内油水有可能回窜入蒸汽管线，从蒸汽放空管线排出，严重时蒸汽回水可将油气带回锅炉内部，给锅炉的安全运行带来隐患。目前我站四座油罐蒸汽盘管均因穿孔逐一进行施工改造。
2.4 单盘变形。
变形严重时，由于浮顶上的雨水不能通过集水坑全部从中央排水管排出罐外，尤其是在冬季，单盘上的雨水、雪水不能顺畅排出而结冰，加之单盘变形受力不均匀和堆积物的重量偏重于某一位置而导致浮面倾斜，使导向管、量油管弯曲，浮顶升降卡塞，浮梯脱轨，密封刮蜡板及挡雨板损坏，严重时可能造成浮顶沉没。因此必须分析单盘产生变形的原因，并采取相应的措施进行预防和修复。
3 单盘产生变形的原因
单盘的变形主要产生于排板方式、焊接工艺、组装方法等施工阶段。
3.1 排板方式
目前常用的单盘排板方式有“条”形排板、“T”字形排板、“井”字形排板和“人”字形排板4种，其特点如下。
3.1.1 “条”形排板
整个单盘由若干张贯穿的条形板组成，刚性在垂直于条形的方向上最小。该种排板方式铺板方便，有利于自动化焊接工艺的应用。但由于长缝太多，在组装、焊接时容易产生很大的波浪变形，而且变形量、变形位置分布不均匀。
3.1.2 “T”字形排板
该排板方式是在条形排板的基础上，将整个条形板从中间断开，增加一廊板，形成T字形，焊接应力主要集中在廊板两侧，而且分布不均匀。整体刚性与条形排板相比略有增大。该排板方式施工方便，易于操作，有利于自动化焊接工艺的应用。
3.1.3 “井”字形排板
这种排板是条形与T字形两种排板的结合，顺序复杂，施工难度大。排板构成的井字形中间的4个点是应力集中点，而且焊接应力分布不均匀。该排板的焊接工艺顺序制定较复杂，不利于自动化焊接。唯一优点是整体刚性比条形、T字形排板都大。
3.1.4 “人”字形排拉
该排板方式是在条形排板和T字形排板的基础上发展而来，既吸收了井字形排板刚性大的优点，又避免了应力集中不均匀的缺陷。此排板方式突出的优点是，所有焊缝均为阶梯形状，产生的焊接应力、焊接变形不断地被自然形成的阶梯所抵消，确保了焊接收缩缝的应力自由伸缩，减少了焊接变形量，应力分布较均匀。从以上分析可以看出，人字形排板为最佳排板。而我站的浮顶油罐的单盘都为“条”形排板.这是引起单盘变形的首要原因。
3.2 焊接热应力
焊接是一种局部加热的工艺过程，焊接时，在焊接区附近产生不均匀温度场，工件会产生热胀冷缩的变化。但基于接头的约束，在大多数情况下，工件不能随温度的变化而自由膨胀和收缩。因而，在焊后冷却过程中，焊接加热产生塑性变形的部位因不能自由收缩而受到拉伸，这样，在工件内部产生不均匀的内应力场，使工件产生焊接残余应力和焊接变形。
3.3 组装方法
由于底板有15‰的坡度，因此当连接单盘板和浮船时，不仅要克服单盘本身自重的下凹量，而且还要克服底板坡度产生的富余量（自重产生的下凹量+1.5%，浮顶半径减浮船宽度）。通常采取以下方法消除这两种因素产生的总下凹量。
4 预防措施
为了防止钢板产生焊接残余应力和变形，可以采取以下预防措施。
4.1 设计措施
选用合理的焊缝尺寸和形状。在保证单盘结构有足够承载能力的前提下，应尽量采用小的焊缝尺寸，对仅起连接作用的或受力不大的角焊缝应按板厚和焊接工艺选取最小尺寸。尽可能减少焊缝数量，以减少焊接变形；合理安排焊缝位置，只要结构允许，应尽可能使焊缝对称于截面的中性轴，或者接近中性轴，以减少焊接变形。
4.2 工艺措施
焊接单盘板时，应尽量采用热源较集中的焊接方法。合理的装配、焊接顺序不仅能减少焊接变形，而且能减少焊接内应力。选择焊接顺序是比较复杂的，通常根据实际构件进行具体分析。单盘焊接顺序的基本原则是，不论纵缝还是横缝，均要从单盘的中心向两边施焊。先焊短缝，后焊长缝，最后焊单盘板的收缩缝。将整个单盘分成若于个对称的小单元，这些小单元焊完后，通过收缩缝将这些小单元组焊在一起，组成一个完整的单盘。
5 总结
我站2017年对四个浮顶油罐进行施工改造中，目前该技术已应用于3、4#浮顶油罐的施工改造中（已完工投产），有效的预防浮顶油罐单盘产生变形。而且延长了浮顶油罐的使用寿命，确保油罐的安全运行。
参考文献
[1] 李征西.油品储运设计手册[M]北京：石油工业出版社.2013.
[关键词]浮顶油罐；单盘变形；预防措施
中图分类号：TE972 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）47-0006-01
1 前言
我站浮顶油罐采用单盘式浮顶，单盘变形是浮顶油罐一个非常严重的问题。从我站的4座单盘式浮顶罐使用状况来看，较早建的1#罐就是因为单盘变形，造成密封刮蜡板损坏及浮船边缘密封的海绵偏磨而进行了维修，并且将随着使用时间的延长，其它罐也出现不同程度的单盘变形，严重影响浮顶油罐正常运行。
2 影响浮顶油罐正常运行的因素
影响这种浮顶油罐正常运行的原因很多，主要有以下几点
2.1 腐蚀穿孔渗漏造成油气溢出污染了环境，留下火灾安全隐患。
2.1.1 罐底板金属腐蚀渗漏。
由于圈梁的阻隔，油罐边缘板部位是阴极防腐的盲区，储油罐装油后，边缘板微上翘，雨水很容易进入边缘板与基础的缝隙中，加剧罐底板的金属腐蚀，存在较大的安全隐患。
2.1.2 蒸汽盘管泄漏。
油罐底部安装有蒸汽盘管，防止油罐停用后剩余油的冷凝。当蒸汽盘管发生穿孔后，罐内油水有可能回窜入蒸汽管线，从蒸汽放空管线排出，严重时蒸汽回水可将油气带回锅炉内部，给锅炉的安全运行带来隐患。目前我站四座油罐蒸汽盘管均因穿孔停止使用。
2.2 油罐浮船密封圈脱落
油罐浮船密封圈脱落原因有：1）浮船密封圈老化开裂；2）管理使用不当。一是当罐内油品凝结时进油，造成浮盘倾斜，致使浮船密封圈撕裂；二是液泛。當含有大量气体的油料输送到罐内，压力降低，产生大量的油气。气体在罐壁与密封装置某处微小缝隙产生极大的流速，并携带着液沫从密封缝隙中喷溅而出，所夹带的大部分液体，积聚在外浮顶上，从中央排水管中排出。在此过程中，气体以极大的流速喷出，加上油料在罐内剧烈湍动，使得浮顶倾斜、旋转，造成浮船密封圈与罐壁上下急速刮擦、密封圈连接部位开裂、脱落。
2.3 中央排水管漏油。
2.3.1 中央排水管漏油。
浮顶油罐的排水系统为刚性回转接头排水系统，这种系统的密封面即为旋转面，动密封容易失效，每隔3-8年就要进行更换，造成油品外泄，对浮盘、罐底板也有外力作用。中央排水管漏油故障发生时，因可能造成环境污染，迫使该罐停用并抽空，此时浮船靠支柱支撑，浮盘几何形状和尺寸发生变化，浮盘逐渐变形，表面凹凸不平而存水，加速了浮盘腐蚀；若关闭中央排水管排水阀门，可能会造成罐内原油渗入中央排水管并通过中央排水单向阀进入浮船单盘，致使浮盘淹没。
2.3.2 中央排水单向阀打不开或排水不畅。
产生的原因一是转动部位锈蚀，二是浮球腐蚀穿孔，三是由于设计不合理，对于浮球连杆式单向阀，由于连杆过长，遇大雨时，中央排水井满水后产生较大的浮力，致使浮球连杆开启角度大，造成浮球与中央排水井卡死，2007年7月18日气象预报降雨量110mm，2#油罐，就出现了此种情况，浮盘上积水近30cm厚。
2.3.3 蒸汽盘管泄漏。
油罐底部安装有蒸汽盘管，防止油罐停用后剩余油的冷凝。当蒸汽盘管发生穿孔后，罐内油水有可能回窜入蒸汽管线，从蒸汽放空管线排出，严重时蒸汽回水可将油气带回锅炉内部，给锅炉的安全运行带来隐患。目前我站四座油罐蒸汽盘管均因穿孔逐一进行施工改造。
2.4 单盘变形。
变形严重时，由于浮顶上的雨水不能通过集水坑全部从中央排水管排出罐外，尤其是在冬季，单盘上的雨水、雪水不能顺畅排出而结冰，加之单盘变形受力不均匀和堆积物的重量偏重于某一位置而导致浮面倾斜，使导向管、量油管弯曲，浮顶升降卡塞，浮梯脱轨，密封刮蜡板及挡雨板损坏，严重时可能造成浮顶沉没。因此必须分析单盘产生变形的原因，并采取相应的措施进行预防和修复。
3 单盘产生变形的原因
单盘的变形主要产生于排板方式、焊接工艺、组装方法等施工阶段。
3.1 排板方式
目前常用的单盘排板方式有“条”形排板、“T”字形排板、“井”字形排板和“人”字形排板4种，其特点如下。
3.1.1 “条”形排板
整个单盘由若干张贯穿的条形板组成，刚性在垂直于条形的方向上最小。该种排板方式铺板方便，有利于自动化焊接工艺的应用。但由于长缝太多，在组装、焊接时容易产生很大的波浪变形，而且变形量、变形位置分布不均匀。
3.1.2 “T”字形排板
该排板方式是在条形排板的基础上，将整个条形板从中间断开，增加一廊板，形成T字形，焊接应力主要集中在廊板两侧，而且分布不均匀。整体刚性与条形排板相比略有增大。该排板方式施工方便，易于操作，有利于自动化焊接工艺的应用。
3.1.3 “井”字形排板
这种排板是条形与T字形两种排板的结合，顺序复杂，施工难度大。排板构成的井字形中间的4个点是应力集中点，而且焊接应力分布不均匀。该排板的焊接工艺顺序制定较复杂，不利于自动化焊接。唯一优点是整体刚性比条形、T字形排板都大。
3.1.4 “人”字形排拉
该排板方式是在条形排板和T字形排板的基础上发展而来，既吸收了井字形排板刚性大的优点，又避免了应力集中不均匀的缺陷。此排板方式突出的优点是，所有焊缝均为阶梯形状，产生的焊接应力、焊接变形不断地被自然形成的阶梯所抵消，确保了焊接收缩缝的应力自由伸缩，减少了焊接变形量，应力分布较均匀。从以上分析可以看出，人字形排板为最佳排板。而我站的浮顶油罐的单盘都为“条”形排板.这是引起单盘变形的首要原因。
3.2 焊接热应力
焊接是一种局部加热的工艺过程，焊接时，在焊接区附近产生不均匀温度场，工件会产生热胀冷缩的变化。但基于接头的约束，在大多数情况下，工件不能随温度的变化而自由膨胀和收缩。因而，在焊后冷却过程中，焊接加热产生塑性变形的部位因不能自由收缩而受到拉伸，这样，在工件内部产生不均匀的内应力场，使工件产生焊接残余应力和焊接变形。
3.3 组装方法
由于底板有15‰的坡度，因此当连接单盘板和浮船时，不仅要克服单盘本身自重的下凹量，而且还要克服底板坡度产生的富余量（自重产生的下凹量+1.5%，浮顶半径减浮船宽度）。通常采取以下方法消除这两种因素产生的总下凹量。
4 预防措施
为了防止钢板产生焊接残余应力和变形，可以采取以下预防措施。
4.1 设计措施
选用合理的焊缝尺寸和形状。在保证单盘结构有足够承载能力的前提下，应尽量采用小的焊缝尺寸，对仅起连接作用的或受力不大的角焊缝应按板厚和焊接工艺选取最小尺寸。尽可能减少焊缝数量，以减少焊接变形；合理安排焊缝位置，只要结构允许，应尽可能使焊缝对称于截面的中性轴，或者接近中性轴，以减少焊接变形。
4.2 工艺措施
焊接单盘板时，应尽量采用热源较集中的焊接方法。合理的装配、焊接顺序不仅能减少焊接变形，而且能减少焊接内应力。选择焊接顺序是比较复杂的，通常根据实际构件进行具体分析。单盘焊接顺序的基本原则是，不论纵缝还是横缝，均要从单盘的中心向两边施焊。先焊短缝，后焊长缝，最后焊单盘板的收缩缝。将整个单盘分成若于个对称的小单元，这些小单元焊完后，通过收缩缝将这些小单元组焊在一起，组成一个完整的单盘。
5 总结
我站2017年对四个浮顶油罐进行施工改造中，目前该技术已应用于3、4#浮顶油罐的施工改造中（已完工投产），有效的预防浮顶油罐单盘产生变形。而且延长了浮顶油罐的使用寿命，确保油罐的安全运行。
参考文献
[1] 李征西.油品储运设计手册[M]北京：石油工业出版社.2013.