1、 大型浮顶储罐海水试压工法 大庆油田建设集团有限责任公司 刘家发 曲文忠 纪海涛 陈申迅 彭国华 1 前言 试压沉降是储罐建造的重要工序，储罐建造标准规定需采用淡水介质进行试压。大型 储罐体积大，用水量多，费用高，尤其在沿海一些淡水紧缺的地区，节约淡水，降低成本 成为重要的施工课题。大庆油田建设集团化建公司在大连国家石油储备基地工程储罐建造 中，通过科技创新，成功实现了用海水代替淡水进行试压，较好的解决了这一施工难题， 节约了大量的淡水资源，获得了显著的经济效益和社会效益。 2005年 7 月，大庆油田建设集团立项进行10万立浮顶油罐施工配套技术研究课题 研究，重点进行海水代替淡水试压技术研究
2、，2006 年 9 月，在大连国家石油储备基地工程 1 号罐区 6 台 10 万立储罐进行海水代替淡水试压的技术应用，获得成功，形成了技术先进 的综合配套技术，2007年 4 月在其余的 24 台 10 万立储罐，大连保税区油库工程 5座 10 万 立储罐和大连港商业油库工程 4 座10 万立储罐进行了推广。 以海水试压技术为核心的10 万立浮顶油罐施工配套技术研究课题于 2007 年 12 月 通过大庆石油管理局的技术鉴定，并获科技进步一等奖；2007 年 3 月获中国石油化工协会 技术进步三等奖。该海水试压技术处于国内领先，已申报国家发明专利为实现充海水试 压对大型储油罐进行防腐蚀处理的方
3、法 （专利申请号 200710151931.1）,该技术具有广阔 的推广应用前景。 2 工法特点 2.1 该工艺成功打破了储罐试压只能使用淡水介质的局限， 保证了试压过程的可靠性和高效 性。 2.2 采用有效的防化学腐蚀技术措施， 解决了试压过程中海水对储罐腐蚀， 保证了工程质量。 2.3 充分利用了沿海地区丰富的海水资源,充水试压方便、快捷。 2.4 降低了储罐充水试压成本，节约大量淡水资源。 2.5 对排放的海水进行净化处理，解决试压后废水排放的污染，保护环境。 3 适用范围 本工法适用于在海水资源丰富的沿海地区建造的20000m 3 以上的外浮顶立式储罐的充水 试压及基础沉降。 本工法对
4、其他类型钢制储罐充水试压及基础沉降工作等施工领域具有指导意义。 4 工艺原理 - 6 - 本工法的核心工艺是储罐在海水中的腐蚀防护技术和充水工艺技术，其工艺原理如下： 4.1 防海水腐蚀原理 采用物理隔离防护和电化学防护的方法，试压前拆除部分可拆卸附件；对罐体采用涂 刷临时防护漆使储罐金属与海水隔离，避免直接接触造成腐蚀；在储罐底板布置安装牺牲 阳极块防止还是试压过程中的电化学腐蚀。 4.2 充水工艺原理 选择能够抗海水腐蚀的自吸式多级水泵，按照设计要求进行充水试压，达到标准规定 及设计文件要求的沉降时间后，在储罐沉降、试压检测合格后进行放水，同时采用高压水 枪用淡水对与海水接触的罐壁进行冲洗
5、。罐内残余的海水，抽到沉降池内进行净化处理。 5 施工工艺流程及操作要点 5.1 工序流程 本工法主要工艺流程见图 1 罐体防护系统设计 充水试压检查 海水排放处理 冲洗及罐体检测 试压前准备 附件恢复安装 罐体防护系统布置安装 试压系统安装 图 5.1 海水试压工艺流程图 5.2 操作要点 5.2.1 试压前准备 1 储罐附件拆除 准备 1) 为了避免搅拌器、阀门、液位计及相关的电器仪表等设备避免受到海水腐蚀，上 水前需标识和拆除，所有储罐罐壁开孔用临时盲板、丝堵盲死。 2) 采用位号、定位线对需拆除部件进行标识，方便恢复安装，确保质量。 - 7 - 3) 为了减少拆除量，储罐的一次、二次密
6、封装置试水前暂不安装 2 储罐防护处理 1）储罐上水试压前必须对罐壁、罐底、浮船底、浮船支柱涂刷临时防腐漆，但所有 与严密性试验有关的焊缝均不得涂刷油漆。 2）中央排水管、刮蜡片试压时按照设计图纸安装，试压后进行清洗，不锈钢材料使 用黄油进行密封保护。 5.2.2 罐体防护系统设计 按国家标准铝-锌-铟系合金牺牲阳极的要求， 选择铝-锌-铟合金牺牲阳极材料，阳极性能必须符合 铝-锌-铟系合金牺牲阳极标准，阳极的钢芯表面 应镀锌，阳极形状如图 5.2.2。 阳极块数量计算需要按照储罐防护要求，被保护 面积、保护电流密度、发生电流量、阳极寿命进行计算阳极用量。 图 5.2.2 阳极形状图 1 保护
7、面积计算 在考虑储罐整体采用阴极保护设计的同时，重点考虑对浮船底板的保护。被保护面积 包括浮船底板的面积、罐底板面积和海水所接触的罐壁板面积，按照公式，保护部件的面 积 S 计算如下： S = S浮船底 S罐底板 S罐壁板 2 保护电流密度选定 按照设计文件规定选取保护电流密度， 若设计文件未规定,可按常规选取, i115mA/m 2 。 3 铝合金牺牲阳极发生电流量If If （ E/R）1000 R =（ /2 L）（ln（4L/r）-1） 式中，海水电阻率（通常取 25cm） L阳极长度（按照设计文件采用的阳极型号选取） r阳极当量半径，(r = C/2 ) C阳极横截面周长（cm） 4
8、 铝合金牺牲阳极的使用寿命 T （m Q1000）/（IfIm8760）1/K 式中， m阳极质量（按照设计文件采用的阳极型号计算） ； Q阳极实际电容量（铝阳极为 2400Ah/Kg） ； Im牺牲阳极平均发生电流量（按可取标准规定的Im（0.50.55）If ； 1/K阳极利用系数（通常取 85） 。 5 铝合金牺牲阳极的用量 - 8 - 根据公式N =（i1S）/if，将If和保护面积代入，得到阳极使用数量，以 10 万立方米储 罐为例，铝合金牺牲阳极需要 159 支。由于大型储罐的设计均采用牺牲阳极保护，因此为 了节约施工成本，在不影响储罐的使用功能前提下，利用原设计的阳极数量基础上，
9、按照 现场试验阳极的腐蚀程度，得出增加阳极数量的经验公式如下： N增 =（N设-N计）D0.01/(1/K) 式中，N增实际需要增加的阳极数量 N设设计采用的阳极数量 N计计算试压需要的阳极数量 D 试压天数 1/K阳极利用系数（通常取 85） 。 以 10 万立方米储罐为例，铝合金牺牲阳极数量在原设计 285块的基础上需增加 25 支， 共计需要安装 310 支阳极就能达到防护要求，既能在海水试压期间对储罐进行保护，又能 在储罐正式投产后对储罐底板内壁实行阴极保护，避免了安装和拆除牺牲阳极的重复性工 作。 5.2.3 罐体防护系统布置安装 1 铝合金牺牲阳极全部安装到罐底板，距罐边缘 5米处
10、沿圆周均匀布置 100 块阳极；距 罐边缘 10 米处沿圆周均匀布置 80 块阳极；距罐边缘 20 米处沿圆周均匀布置 70 块阳极； 距圆心半径 10 米处沿圆周均匀布置 50块阳极；圆心处均匀布置 10 块阳极。安装后的铝合 金牺牲阳极见下图 5.2.3。 （注图中：R1 为 40m，R2 为 39.88m，R3为 39.68m） 图 5.2.3 铝阳极安装位置示意图 - 9 - 5.2.4 试压系统安装 1 上水泵的选择、安装 1）需要泵本身具有抗海水腐蚀，采用上水泵叶轮及液腔内设置镀层，保证上水泵本 身的稳定及可靠性。 2）结合当地潮汐表确定泵的安装高度。选择泵的汽蚀余量。安装高度的垂
11、直距离为： H安=H高-H低+2 H安：表示安装高度 H高：表示上水季节涨潮最高点 H低：表示上水季节落潮最低点 3）根据不同的施工地理位置，储罐距离取水点的水平高差、上水管线的水头损失及泵 的有效工作效率，最终确定泵的扬程。取水管端部必须设置海水滤清装置，防止海水中的 鱼类或杂质进入管道及上水泵造成损坏，滤清装置按照不同目数的多级滤网的滤清方式制 作。 以 10 万立方米储罐为例，根据要试压储罐的数量、上水的难易程度及工程经济条件， 采用自吸泵，泵的型号为：250SD602 型多级消防泵, H=105m，A=580m 3 /h，气蚀余量： 6.0 米 电机型号:Y355M2-4/250kw。
12、 2 上水管线的安装 1）上水管线采用废旧管线，内壁不进行防腐。 2）在管线直径大小根据上水泵的出水口流量选择适当的临时工艺管线。 5.2.5 充水试压检查 1 焊接沉降观测点并确定相对沉降观测参考点。 2 将上水管线接在人孔处，罐附近安装控制阀门，上水前对基础进行一次测量观测。 3 正常上水启动一台上水泵，另一台水泵备用。 4 充水试压过程中，定期绘制时间沉降量曲线，当沉降量5 /d 时，可继续充水； 若发现基础不均匀沉降量超出 5 /d，或罐基础沿罐壁圆周方向任意 10m 弧长内沉降量差 超过 25 时，应停水沉降，每天定期观测，直至沉降稳定为止。 5 在充水试验过程中，检查浮顶及转动浮梯
13、量油导向管升降情况，检查是否灵活，有 无卡涩现象。 6 油罐沉降试验应填写沉降观测记录及油罐总体试验记录。 7 油罐沉降试验过程中应检查如下内容： 1)罐底的强度及严密性。 2)罐壁的强度及严密性。 3)浮顶的强度及严密性。 - 10 - 4)转动浮梯、导向管、量油管灵活性。 5)中央排水管的灵活性、严密性。 6)基础沉降观测。 7)储罐浮船与罐壁间隙。 8 在油罐充水沉降过程中应注意如下问题： 1)充水试验前，所有与严密性试验有关的焊缝均不得涂刷油漆。 2)充水试验采用的海水水温不应低于 5 o C。 3)充水和放水过程中不得使基础浸水。 4)罐壁的强度及严密性试验，应以冲水到设计最高液位保
14、持 48 小时罐壁无渗漏及异 常变形为合格，如发现渗漏时应放水，低于渗漏处 300mm进行修补。 5)在上水过程中，中央排水管的阀门应保持在开启状态，不得有水从管内流出。 6)在上水过程中，随着浮顶的上升，将储罐安装过程中使用的措施用料三角形支撑架 以及固定支点块拆除,且打磨与罐壁平齐。 9 储罐上水到最高液位后进行沉降，当沉降量无明显变化，沉降稳定即可放水，但在 最高水位静止时间不应少于设计文件规定。 10 典型的储罐上水沉降时间曲线。 日 数 设计规定 浮船支柱调整 储罐内壁防腐 开人孔放水 高度（米） 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 2 8 4 6 10
15、12 14 16 18 19 45.2.6 海水排放处理 1）罐体排水管液面以上的海水,可直接排入海中。 2）罐体排水管液面以下的海水，利用潜水泵排到污水沉降池中进行沉降处理，合格后 再排入海中。 5.2.7 冲洗及罐体检测 1 试压完成排放海水的同时，操作人员随着浮船的降落进行淡水冲洗擦拭工作。淡水采 用水罐车运至现场，采用清洗用高压水枪进行清洗。直到氯离子浓度510 3 mg/l方可， - 11 - 否则仍用淡水进行冲洗直到达到要求。 2 罐体检测 1）观察储罐及附件有无变形，观测量油管、导向管有无偏移。 2）检查罐内壁及附件受海水腐蚀情况，有局部超标的点蚀需进行修补和打磨。 3）检查阳极
16、块腐蚀情况，清除其表面的腐蚀层，腐蚀超标的更换新的。 5.2.8 附件恢复安装 试压合格后，恢复安装以下附件： 1 搅拌器、阀门、液位计及相关的电器仪表等。 2 储罐的一次、二次密封装置试水前暂不安装 6 材料与设备 表 6.1 海水试压材料及设备 序号 名称 规格 数量 单位 备注 1 汽车吊 25t 1 台 2 活动焊机 柴油发电电焊机 2 台 3 照明灯具 36V 10 套 包括电线 4 水罐车 20 m 3 2 辆 用45 车水 5 倒水泵 300SK630/42-110 H=42m， A=750m3/h 2 台 配法兰、螺栓、垫 片 6 自吸泵 250SD602型多级泵 2 台 7
17、水准仪 TC702 1 台 包括水准尺 8 高压水枪 NGS12-HP3170A 4 个 9 阳极块 AC-2 500（115+135）130 310 块 10 压力表 Y-100 1.5 级 02.5 MPa 4 块 11 压力表 Y-100 1.5级 01.6 MPa 4 块 12 电力变压器 S7-315/10 1 台 13 低压配电柜 变频柜 4 台 14 电力电缆 YJV22-8.7/10-3*120 1580 米 15 防腐漆 带锈防锈底漆 50 桶 25 kg/桶 16 螺旋焊缝钢管 3778 Q235 45 米 17 90弯头 325*8 R=1.5D 20# 48 个 18
18、90弯头 377*8 R=1.5D 20# 12 个 - 12 - 注：此表所列材料及设备仅供参考，实际数量根据不同工程项目自行调整。 7 质量控制 7.1 相关施工技术标准及验收规范 7.1.1立式圆筒形钢制焊接油罐施工及验收规范 GB50128-2005 7.1.2承压设备无损检测 GB4730-2005 7.1.3铝-锌-铟系合金牺牲阳极 GB4948-2002 7.1.4钢质管道及储罐防腐蚀工程设计规范 SYJ7-84 7.1.5牺牲阳极电化学性能试验方法 GB/T 17847-1999 特殊标准、 7.2 质量保证措施 7.2.1 临时防腐漆厚度控制在 100m以上。 7.2.2 测
19、试牺牲阳极与罐体的电阻为 0。 7.2.3 牺牲阳极的布置位置偏差控制在 200mm 内。 7.2.4 涂覆黄油部位，设专人检查涂敷情况。 7.2.5 严格按图纸设计执行试压工作，详细进行交底，参加施工的人员认真执行施工程序、 规范和标准，质量管理人员做好监督检查工作； 8 安全措施 8.1 清洗用设备注意用电安全，做到一机、一闸、一保护。 8.2 操作人员在浮船上同一位置不能超过 3 人。上下浮船的转动扶梯时不能同时达到 5 人。 8.3 海边取水点熟悉、观测潮汐规律，做好人员安全防护。 8.4 坚持安排施工的同时讲安全生产，技术交底的同时进行安全交底； 8.5 现场设安全警句和指挥标牌；
20、8.6 凡参加施工人员执行本工种的安全操作规程；特殊工种必须持操作证上岗。 8.7 规范现场临时用电作业，罐内和浮船顶照明电压不大于 36V。 8.8 现场施工人员应按规定穿戴劳保用品； 8.9 设专人观测浮船升降情况，发现浮船升降停滞、异响等异常情况，及时汇报，停止上水 或放水，处理合格后方可继续进行。 8.10 海水上水管线施工时，应遵守操作规程，作业区内设置有效的防护标志，并设专人巡 回检查; 8.11 凡进入充水试验现场的人员必须严肃工作纪律，服从命令、听从指挥。 9 环保措施 试压用的大量海水主要含有铁锈杂质，海水试压完成后，铁锈在罐底部沉积，因此在 罐底部排水管液面以下的海水需要排
21、放到沉降池中进行沉降处理，使该污水达标排放。 10 效益分析 - 13 - 10.1 经济效益 大连市工业及行政事业单位用水为 7.2 元/立方米,而海水 0 元/立方米。使用海水试 压但需要淡水冲洗，每台罐需要用水罐车 12 车水，每车 6.5 立方米的水，消防车供水费 用每台 400元（当地价格并考虑其它各项费用） 。 30 台 10 万立方米原油储罐淡水试压费用（粗略考虑使用 6 台罐的水完成 30 台储罐 的试压工作） ： M1=6 台10万立方米/台7.2 元/立方米432 万元 消防车冲洗 30 台原油储罐罐壁用水费用分析： M2=12 车400 元/车3014.4 万元 增加的措
22、施用料及安装费为M3=8万元 经济费用节省分析：P2M1M2M343214.48409.6 万元 10.2 社会效益 该工法采用海水试压，极大地降低了淡水的使用量，节约了淡水资源的利用，达到环境 保护的目的。 11 工程应用实例 11.1 辽宁省大连市的大连国家石油储备基地工程,位于大连市大孤山半岛大连新港港区西 南侧，2005年 9 月1 日工程开工，原合同工期为 2006 年 11 月30 日竣工，后因动迁工作的 影响，工期延期至 2008年 11 月 30日。主要实物工作量为 30 座10 万立方米浮顶式储罐及 相关配套设施，海水试压方法属国内首次使用，效果令人满意，达到规范标准及设计文件 的要求。 11.2 大连保税区油库工程，2006 年5 月1 日工程开工，2006年 7 月1 日工程竣工，主要实 物工作量为 5 座10 万立方米浮顶式储罐及相关配套设施，此 5 台罐采用海水试压，效果达 到规范标准及设计文件的要求。 11.3 大连港商业油库工程，2007 年 8 月 1 日工程开工，2008 年 11 月 1 日工程竣工，主要 实物工作量为 4 座10 万立方米浮顶式储罐及相关配套设施，此 4 台罐采用海水试压，效果 达到规范标准及设计文件的要求。 - 14 -
