油罐罐頂失穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析
一、浮頂載荷分析
1.浮頂油罐的浮頂所受載荷較為復(fù)雜，除介質(zhì)引起的浮力外，還有風(fēng)、雨、操作條件、自身結(jié)構(gòu)，尤其是導(dǎo)向管(或?qū)в凸?及導(dǎo)向筒的結(jié)構(gòu)對浮頂傾斜時是否卡阻影響頗大，現(xiàn)就各主要因素對浮頂?shù)挠绊懛质鲇谙隆?/span>
取決于浮頂及附件質(zhì)量、刮蠟板、密封機構(gòu)對罐壁摩擦力的大小及方向以及導(dǎo)向筒對導(dǎo)向管、量油管摩擦力的大小及方向。但當(dāng)隔艙破壞漏油、浮頂積水、風(fēng)力作用及浮頂受導(dǎo)向管(或量油管)卡阻時，其浸沒深度就會發(fā)生深度不同的變化，造成浮頂傾斜。
2.暴雨沖擊力作用
暴雨無風(fēng)時，對浮頂?shù)臎_擊力是均勻向下的，僅影響浮頂?shù)慕]深度，但當(dāng)暴雨伴隨狂風(fēng)時，就會使雨線偏斜。雨線對浮頂?shù)臎_擊力可分解成與浮頂垂直的力及與罐頂平行的力，而其力作用在消防擋板和擋雨板上，由于雨線在風(fēng)力作用下對浮頂形成一入射角，浮頂左方一部分不受雨線作用，因而造成浮頂偏載，所以對浮頂中心形成傾覆力矩，并與前一力矩疊加。
3.風(fēng)力作用
狂風(fēng)對浮頂產(chǎn)生附加彎矩，并使浮頂向最大風(fēng)向漂移。當(dāng)狂風(fēng)吹過罐上方時，風(fēng)力線密度發(fā)生變化，并改變方向，與罐頂呈α角俯沖到浮頂上，并在消防擋板擋雨板處受阻最大。俯沖力T可分解成與浮頂垂直的T2(略去浮頂?shù)呐潘露?和平行浮頂?shù)腡1。在俯沖力的尾端，即狂風(fēng)初始進入地帶，由于風(fēng)力線突變，根據(jù)空氣動力學(xué)原理，將產(chǎn)生一定的真空度，相當(dāng)對浮頂產(chǎn)生一向上的吸力T3，這樣一來，T2和T3形成了對浮頂中心的傾覆力矩，T1對消防擋板產(chǎn)生一推力，使浮頂向最大風(fēng)向漂移，并產(chǎn)生對浮頂?shù)膬A覆力矩M，其方向與前一力矩疊加。且風(fēng)力為忽大忽小的動載荷。
4.不均勻積水對浮頂?shù)淖饔昧?/span>
當(dāng)暴雨使浮頂積水不能從中央排水管排盡時，將造成一定深度的積水，因浮頂傾斜，在最大風(fēng)力方向一側(cè)積水較深，又產(chǎn)生一與前相同方向的浮頂傾覆力矩。
二、預(yù)防措施
A.增加導(dǎo)向管數(shù)量
導(dǎo)向管及量油管與最大風(fēng)向的不同安裝方位，對浮頂?shù)膬A覆矩影響較大。如在最大風(fēng)向浮頂?shù)膬啥嗽黾?根導(dǎo)向管，則浮頂傾覆就會受阻，使導(dǎo)向管(或量油管)傾覆彎矩減小。對于大型儲罐，由于直徑較大，可適當(dāng)增加導(dǎo)向管，對任何風(fēng)向都有較大抗浮頂傾覆能力，其增加的費用遠遠低于浮頂沉沒事故處理造成的經(jīng)濟損失。
B.在浮頂外隔艙上加設(shè)連通管
在狂風(fēng)暴雨時，中央排水管及緊急排水管由于浮頂?shù)膬A斜，已失去了原有的功能，使浮頂上方在最大風(fēng)向上產(chǎn)生局部大量積水，它是浮頂破壞的重要因素，為此需及時排除。若在浮頂最外一圈夏季最大風(fēng)向區(qū)域的浮艙上加設(shè)適當(dāng)數(shù)量的連通管，通過連通管將浮頂上的積水及時排入罐內(nèi)，減少了浮頂積水形成的外載荷，消除了導(dǎo)致浮頂破壞的重要因素。
C.按最大風(fēng)向兩端布置導(dǎo)向管及量油管
當(dāng)儲罐容量較小時，也可仍按現(xiàn)有浮頂結(jié)構(gòu)僅設(shè)兩根導(dǎo)向管及量油管，但必須按建罐地點實際最大風(fēng)向兩端布置，且將量油管設(shè)在夏季最大風(fēng)尾處。這樣，導(dǎo)向管對浮頂反力矩的力臂會成百倍地增加。
D.在浮頂上加設(shè)定位環(huán)
現(xiàn)有的浮頂油罐，有的在浮頂下部均布若干個限位塊，其徑向尺寸約為浮頂與罐壁空間的1/2，它在與罐壁接觸時，罐壁對它的反力對浮頂中心產(chǎn)生力矩，使浮頂傾覆，處于最大風(fēng)向的限位塊產(chǎn)生的傾覆力矩正好與前述傾覆力矩疊加，加劇了浮頂?shù)膬A覆，因而十分不利。如果將其改在浮頂上部，并使其有一定柔性，一方面可使力矩與上相反，減緩浮頂傾覆，另一方面，其柔性可吸收一部分定位塊與罐壁的沖擊能，減緩浮頂在狂風(fēng)下飄蕩產(chǎn)生的沖擊力，使動載荷系數(shù)降低，不宜使浮頂產(chǎn)生整體失穩(wěn)破壞。
E.提高導(dǎo)向管(或量油管)剛度
導(dǎo)向管及量油管的變形失穩(wěn)主要是剛度不足，為此可將導(dǎo)向管及量油管的直徑及壁厚加大，由現(xiàn)在的下端固結(jié)，上端自由(可軸向移動)改為兩端固結(jié)(或上端固結(jié)，下端可軸向滑動)。有人可能擔(dān)心，原來的上端自由是為解決導(dǎo)向管因氣溫變化產(chǎn)生的熱脹冷縮。筆者認為，導(dǎo)向管的工作條件與罐壁相差無幾，因為原油儲罐雖然與大氣溫差較大，但由于罐壁保溫，外露部分又因罐壁結(jié)構(gòu)較薄，故與量油管同一氣溫下的濕度變化較小，這種差異引起的伸縮可由導(dǎo)向管兩端的支架吸收，只要支架設(shè)計合理，不會造成惡性附加應(yīng)力。
F.設(shè)計封閉式隔艙
現(xiàn)有的國內(nèi)外浮頂油罐皆為非封閉式隔艙，每一個隔艙的人孔大都為快開機械聯(lián)接式平板蓋，當(dāng)在事故條件下，易使雨水或油注入艙內(nèi)，加大浮頂載荷，惡化了沉頂條件。浮艙頂板與浮艙隔板大都為花焊聯(lián)接，若其中一個隔艙有油或水，當(dāng)液面超過頂板與隔板的花焊焊縫時，就必然產(chǎn)生液體溢艙，同樣惡化了浮頂沉頂條件，倘若油罐的設(shè)計者或建設(shè)單位使浮頂隔板與浮頂?shù)装逍纬苫ê?，那么只要有一個隔艙浸入液體，就會使全部浮船浸入等深的液體中，必然產(chǎn)生浮頂沉沒.

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