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【摘 要】浮顶排水管是浮顶油罐排出罐顶雨水的专用附件，一旦出现泄漏将危胁油罐运行安全，严重地可能导致浮顶沉没。针对10万方的双盘式浮顶结构特点，定量计算出不同积水量时的浮顶积水对罐顶各附件的影响，并定性分析风载荷对浮顶的附加影响，从而确定出双侧排水管损坏状态下，浮顶能承受的的雨量级别，给雨季浮顶油罐安全运行提供参考。
【关键词】浮顶油罐；排水管；损坏；雨季；安全运行
1引言
排水管是浮顶油罐排出雨水的专用装置，其一端连接浮顶，另一端连接罐壁，整个管系浸在罐内介质中，一旦发生损坏将导致罐内油品泄漏，影响浮顶正常排水，危胁油罐安全运行。目前公司在用的35座十万方浮顶油罐在建造之初均安装了美国HMT公司的枢轴式排水系统，已陆续出现多起损坏现象，给雨季安全生产带来难题。
规范要求浮顶设计时，在储存介质密度为700kg/m?的条件下，当排水管失效，浮顶上积存250mm降雨量时，浮顶不沉没。因此，本文将以浮顶积存250mm以下降水量对浮船的影响为研究对象，分析浮顶的运行状况，以便得出结论，为单侧或双侧浮顶排水管损坏的油罐提供雨季安全运行参考。
本文以SEI设计的油罐为研究对象，假设浮顶重量为500t，罐内油品密度为800kg/m?，进行如下分析。
2双盘式浮顶结构
公司在用的原油储罐均为双盘式浮顶油罐，其浮顶简图如图1，双盘式浮顶由顶板、底板、边缘板、环向隔板、径向隔板、加强衍架组成。浮船的底板设计为水平，顶板截面为“W”型，即浮顶中心及边缘处较高，并由中心及边缘处以15‰的坡度相向倾斜，其交汇点位于半径R25.6m处，即该处半径对应的圆周为整个浮顶的最低点。浮顶的两个集水坑便设置在该直径上，当雨水落在浮船上，将沿浮船顶板坡度自流至集水坑内排出。
图1双盘式浮顶结构简图
浮顶上设置了各种附件，以确保浮顶安全运行需要。以浮顶顶板表面最低点（即R25.6m所对应的顶板圆周上表面）为标高基点，浮顶上各附件的数量分布以及相对标高数据如表1。
3积水对浮顶运行的影响
与单盘式相比，双盘式浮顶其结构具有更好的强度和结构稳定性，浮船变形量较小，一般不会出现浮顶偏沉、卡盘或沉顶事故。据文献报道，中石油第一建设公司曾在阿尔及利亚建设油罐时，应业主要求进行浮顶两个浮舱充水泄漏试验，结果表明，浮顶即使是在局部泄漏的情况下，仍倾向于整体沉降，浮顶倾斜度几乎可以忽略不计[1]。因此，定量计算时，首先假设浮顶积水均匀，其附加载荷作用在浮顶时，浮顶在介质中整体均匀沉降，无倾斜偏沉现象。
3.1雨水积聚状态
假设浮顶处于飘浮状态下，积水过程中浮顶排水管以及紧急排水口、水漏均未工作，且浮船无破损，当250mm强度的降水量持续降落在浮顶上时，将沿最低点处逐渐向高点聚积，由于浮顶边缘高度低于浮顶中心，故可将雨水积聚过程划为几个节点，具体表2：
表2浮顶积水时相关参数表
序号 雨水表面位置 水深/mm 雨水量/t 对应降水量/mm 浮船浸没深度/mm
1 紧急排水口上沿 104.0 117.0 23.3 155.5
2 浮顶边缘浮舱顶板上沿 212.5 483.4 96.2 247.8
3 浮顶外边缘板上沿 308.0 935.7 186.3 361.7
4 373.0 1256.0 250.0 442.4
由表2可知，当降水量达到186.3mm时，雨水将达到浮顶边缘板上沿，若降水继续增加，雨水平面将高过边缘板，而顺着挡雨板间隙进入二次密封耐油密封膜，由于密封膜为一体式结构，能阻挡雨水进入一次密封，因此，浮顶积水将继续上涨，当达到规范要求的上限降水量250mm时，浮顶雨水深度将达到373mm。
3.2雨水静载荷对浮顶安全影响
当雨水积存在浮顶上时，为确保浮船安全运行，浮顶各附件伸出浮顶的高度，应高于浮顶最大允许积水高度，且不应使罐内介质溢流到浮顶上。对比表1、表2可知，当浮頂积聚250mm降水量时，浮顶雨水深度可达373mm，高于浮顶人孔20mm，并与浮舱人孔持平。此时浮顶浸入油面深度为442.4mm，低于浮顶最薄处的厚度（482.0mm）和浮顶边缘板高度（790mm）。浮顶将保持飘浮状态。
3.3风载荷对浮顶的附加影响
上述结果是基于雨水载荷均匀作用于浮顶表面的假设工况下的结论，实际上，暴雨多伴随着狂风，因此，有必要定性分析风载荷对浮顶带来的影响。当风载荷作用在浮顶上时，将带来下列不利因素：
3.3.1风力作用
图2浮顶风力作用简图
狂风将对浮顶产生附加弯矩，并使浮顶沿最大风向漂移。当狂风吹过油罐上方时，风力线密度发生变化，并改变方向，与罐顶呈α角俯冲到浮顶上，并在消防挡板处受阻最大。俯冲力T可分解成平行浮顶的力T1和与浮顶垂直的力T2（忽略浮顶顶板的坡降影响），在俯冲力的尾端，即狂风初始进入部位，由于风力线突变，根据空气动力学原理，将产生一定的真空度，相当于对浮顶产生一个向上的吸力T3，T2和T3形成了对浮顶中心的倾覆力矩M。如图2。
表1浮顶各附件分布及相对标高表
4浮顶落地时积水对浮顶安全的影响
根椐设计规范“浮顶支柱应能承受浮顶自重和1200Pa的附加载荷”，因此，当浮船落地时，可认为1200Pa的附加载荷均为雨水所致，1200Pa的载荷合614.6m?雨水重量，相当于122.3mm的降雨量。浮船共有支柱186个，此时浮船每个支柱所承受重量为5.99t。
4.1支柱校核
浮顶支柱为￠89×6钢管，材质为20#钢，其屈服极限应力值σs为245Mpa，代入计算其极限承载力N=∏（0.0892-0.0772）×σs/4=383111.4牛，合39.05t，远大于上述要求的5.99t的承载值。
即当浮船落地时，当出现122.3mm以下的降雨量时，即使雨水全部积聚在浮船上，也不致造成浮船损坏。而当降雨量大于122.3mm时，对于两侧浮顶排水管均损坏的油罐，必须采取措施将积水导出，以避免因浮顶支柱损坏而导致浮顶失稳。
5排水管损坏的油罐使用注意事项
1、必须采取有效手段，防止油品沿排水管漏点窜至浮顶上。
2、必须加强油罐浮舱检查力度，确保浮舱不内漏，从而确保浮船受力均匀，不会因雨水载荷造成失稳、偏转沉没。
3、必须确保浮舱人孔顶盖盖好，并卡稳固定，防止因舱盖原因而导致雨水进入浮舱，影响浮顶受力。
3、加强紧急排水管及水漏的检查维护，及时对紧急排水管注水，以确保其畅通。
4、加强油罐罐顶卫生清理，避免因抹布、锯沫、污油块等杂物堵塞浮顶排水设施。
6结论
综上分析，可以得出以下结论：
1、双侧排水管损坏时，浮顶可以承受暴雨以下级别的降水，而保持浮顶的正常飘浮状态。
2、对于单侧浮顶排水管运行的油罐，能够满足暴雨时的排水需要，即便浮船上会有积水，也不致对浮船造成损坏。
3、当浮顶落地时，其可以承受122.3mm以下的降雨全部积存在浮顶上，而不会导致浮顶支柱失稳。
参考文献：
[1]潘越，郭敬博.国外大型浮顶储罐泄漏性试验技术探讨[J].石油工程建设，2009，05：64-65+9.
[2]赵广森.浮顶油罐沉顶事故预防措施[J].石油化工设备，1999，04：53-54.
作者简介：魏海，男，1981年9月2日出生，2005年7月毕业于大连交通大学机械工程及自动化专业，现任大连港油品码头公司第二作业区技术员。工作期间参与撰写的论文《雨季浮顶油罐安全运行分析》获大连港科协一等奖，《室外阀门丝杠套改造》获大连港科协四等奖，多次主持和参与设备及工艺技术改造，并获得集团合理化建议奖励。
【关键词】浮顶油罐；排水管；损坏；雨季；安全运行
1引言
排水管是浮顶油罐排出雨水的专用装置，其一端连接浮顶，另一端连接罐壁，整个管系浸在罐内介质中，一旦发生损坏将导致罐内油品泄漏，影响浮顶正常排水，危胁油罐安全运行。目前公司在用的35座十万方浮顶油罐在建造之初均安装了美国HMT公司的枢轴式排水系统，已陆续出现多起损坏现象，给雨季安全生产带来难题。
规范要求浮顶设计时，在储存介质密度为700kg/m?的条件下，当排水管失效，浮顶上积存250mm降雨量时，浮顶不沉没。因此，本文将以浮顶积存250mm以下降水量对浮船的影响为研究对象，分析浮顶的运行状况，以便得出结论，为单侧或双侧浮顶排水管损坏的油罐提供雨季安全运行参考。
本文以SEI设计的油罐为研究对象，假设浮顶重量为500t，罐内油品密度为800kg/m?，进行如下分析。
2双盘式浮顶结构
公司在用的原油储罐均为双盘式浮顶油罐，其浮顶简图如图1，双盘式浮顶由顶板、底板、边缘板、环向隔板、径向隔板、加强衍架组成。浮船的底板设计为水平，顶板截面为“W”型，即浮顶中心及边缘处较高，并由中心及边缘处以15‰的坡度相向倾斜，其交汇点位于半径R25.6m处，即该处半径对应的圆周为整个浮顶的最低点。浮顶的两个集水坑便设置在该直径上，当雨水落在浮船上，将沿浮船顶板坡度自流至集水坑内排出。
图1双盘式浮顶结构简图
浮顶上设置了各种附件，以确保浮顶安全运行需要。以浮顶顶板表面最低点（即R25.6m所对应的顶板圆周上表面）为标高基点，浮顶上各附件的数量分布以及相对标高数据如表1。
3积水对浮顶运行的影响
与单盘式相比，双盘式浮顶其结构具有更好的强度和结构稳定性，浮船变形量较小，一般不会出现浮顶偏沉、卡盘或沉顶事故。据文献报道，中石油第一建设公司曾在阿尔及利亚建设油罐时，应业主要求进行浮顶两个浮舱充水泄漏试验，结果表明，浮顶即使是在局部泄漏的情况下，仍倾向于整体沉降，浮顶倾斜度几乎可以忽略不计[1]。因此，定量计算时，首先假设浮顶积水均匀，其附加载荷作用在浮顶时，浮顶在介质中整体均匀沉降，无倾斜偏沉现象。
3.1雨水积聚状态
假设浮顶处于飘浮状态下，积水过程中浮顶排水管以及紧急排水口、水漏均未工作，且浮船无破损，当250mm强度的降水量持续降落在浮顶上时，将沿最低点处逐渐向高点聚积，由于浮顶边缘高度低于浮顶中心，故可将雨水积聚过程划为几个节点，具体表2：
表2浮顶积水时相关参数表
序号 雨水表面位置 水深/mm 雨水量/t 对应降水量/mm 浮船浸没深度/mm
1 紧急排水口上沿 104.0 117.0 23.3 155.5
2 浮顶边缘浮舱顶板上沿 212.5 483.4 96.2 247.8
3 浮顶外边缘板上沿 308.0 935.7 186.3 361.7
4 373.0 1256.0 250.0 442.4
由表2可知，当降水量达到186.3mm时，雨水将达到浮顶边缘板上沿，若降水继续增加，雨水平面将高过边缘板，而顺着挡雨板间隙进入二次密封耐油密封膜，由于密封膜为一体式结构，能阻挡雨水进入一次密封，因此，浮顶积水将继续上涨，当达到规范要求的上限降水量250mm时，浮顶雨水深度将达到373mm。
3.2雨水静载荷对浮顶安全影响
当雨水积存在浮顶上时，为确保浮船安全运行，浮顶各附件伸出浮顶的高度，应高于浮顶最大允许积水高度，且不应使罐内介质溢流到浮顶上。对比表1、表2可知，当浮頂积聚250mm降水量时，浮顶雨水深度可达373mm，高于浮顶人孔20mm，并与浮舱人孔持平。此时浮顶浸入油面深度为442.4mm，低于浮顶最薄处的厚度（482.0mm）和浮顶边缘板高度（790mm）。浮顶将保持飘浮状态。
3.3风载荷对浮顶的附加影响
上述结果是基于雨水载荷均匀作用于浮顶表面的假设工况下的结论，实际上，暴雨多伴随着狂风，因此，有必要定性分析风载荷对浮顶带来的影响。当风载荷作用在浮顶上时，将带来下列不利因素：
3.3.1风力作用
图2浮顶风力作用简图
狂风将对浮顶产生附加弯矩，并使浮顶沿最大风向漂移。当狂风吹过油罐上方时，风力线密度发生变化，并改变方向，与罐顶呈α角俯冲到浮顶上，并在消防挡板处受阻最大。俯冲力T可分解成平行浮顶的力T1和与浮顶垂直的力T2（忽略浮顶顶板的坡降影响），在俯冲力的尾端，即狂风初始进入部位，由于风力线突变，根据空气动力学原理，将产生一定的真空度，相当于对浮顶产生一个向上的吸力T3，T2和T3形成了对浮顶中心的倾覆力矩M。如图2。
表1浮顶各附件分布及相对标高表
4浮顶落地时积水对浮顶安全的影响
根椐设计规范“浮顶支柱应能承受浮顶自重和1200Pa的附加载荷”，因此，当浮船落地时，可认为1200Pa的附加载荷均为雨水所致，1200Pa的载荷合614.6m?雨水重量，相当于122.3mm的降雨量。浮船共有支柱186个，此时浮船每个支柱所承受重量为5.99t。
4.1支柱校核
浮顶支柱为￠89×6钢管，材质为20#钢，其屈服极限应力值σs为245Mpa，代入计算其极限承载力N=∏（0.0892-0.0772）×σs/4=383111.4牛，合39.05t，远大于上述要求的5.99t的承载值。
即当浮船落地时，当出现122.3mm以下的降雨量时，即使雨水全部积聚在浮船上，也不致造成浮船损坏。而当降雨量大于122.3mm时，对于两侧浮顶排水管均损坏的油罐，必须采取措施将积水导出，以避免因浮顶支柱损坏而导致浮顶失稳。
5排水管损坏的油罐使用注意事项
1、必须采取有效手段，防止油品沿排水管漏点窜至浮顶上。
2、必须加强油罐浮舱检查力度，确保浮舱不内漏，从而确保浮船受力均匀，不会因雨水载荷造成失稳、偏转沉没。
3、必须确保浮舱人孔顶盖盖好，并卡稳固定，防止因舱盖原因而导致雨水进入浮舱，影响浮顶受力。
3、加强紧急排水管及水漏的检查维护，及时对紧急排水管注水，以确保其畅通。
4、加强油罐罐顶卫生清理，避免因抹布、锯沫、污油块等杂物堵塞浮顶排水设施。
6结论
综上分析，可以得出以下结论：
1、双侧排水管损坏时，浮顶可以承受暴雨以下级别的降水，而保持浮顶的正常飘浮状态。
2、对于单侧浮顶排水管运行的油罐，能够满足暴雨时的排水需要，即便浮船上会有积水，也不致对浮船造成损坏。
3、当浮顶落地时，其可以承受122.3mm以下的降雨全部积存在浮顶上，而不会导致浮顶支柱失稳。
参考文献：
[1]潘越，郭敬博.国外大型浮顶储罐泄漏性试验技术探讨[J].石油工程建设，2009，05：64-65+9.
[2]赵广森.浮顶油罐沉顶事故预防措施[J].石油化工设备，1999，04：53-54.
作者简介：魏海，男，1981年9月2日出生，2005年7月毕业于大连交通大学机械工程及自动化专业，现任大连港油品码头公司第二作业区技术员。工作期间参与撰写的论文《雨季浮顶油罐安全运行分析》获大连港科协一等奖，《室外阀门丝杠套改造》获大连港科协四等奖，多次主持和参与设备及工艺技术改造，并获得集团合理化建议奖励。