1000立方米液化石油氣儲罐畢業(yè)設計

1、<p>　　1000液化石油氣儲罐</p><p>　　學 生： </p><p>　　學 號： </p><p>　　專 業(yè)：過程裝備與控制工程</p><p>　　班 級： </p><p>　　指導老師： </p><p><

2、;b>　　二〇一一年六月</b></p><p>　　畢業(yè)設計（論文）任務書</p><p>　　設計（論文）題目： 1000液化石油氣儲罐 </p><p>　　1．畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容及基本要求</p><p>

3、;　　內(nèi)容：1000液化石油氣儲罐，地點： </p><p>　　要求：繪制總裝圖一張，零部件圖總量1張，設計說明書一份。</p><p>　　2．指定查閱的主要參考文獻及說明、</p><p>　　1）《GB150鋼制壓力容器》</p><p>　　2）《固定式壓力容器監(jiān)察規(guī)程》</p><p>　　3）《球罐與大型

4、容器》</p><p>　　4）《GB12337鋼制球型儲罐》</p><p><b>　　3．進度安排</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　針對1000m3大型石油液化氣球罐設計、制造中的幾個關鍵技術：球罐選材、結構設計等方面進行了研究，完成了如下工作：<

5、;/p><p>　?。?）閱讀查找大量國內(nèi)外文獻，在系統(tǒng)了解球罐結構設計及制造方法的基礎上，并對比國內(nèi)和國外球罐技術和發(fā)展趨勢，完成緒論的撰寫。</p><p>　?。?）對球罐選材進行分析比較，對球罐進行工藝結構設計和尺寸計算；根據(jù)GB12337-98《鋼制球形儲罐》對球罐進行結構與強度設計計算。根據(jù)球罐的要求選出相關附件，并根據(jù)技術要求對球罐進行制造安裝。</p><p

6、>　?。?）進行球罐圖紙繪制，完成球罐裝配圖及各主要零部件圖。</p><p>　　關鍵詞：球形儲罐；容器用鋼；結構；強度計算</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　With the rapid development of social economy and the increasing of pe

7、ople's material needs, liquefied petroleum gas demand is the fast growth the tendency, this will give how to store liquefied petroleum gas (LPG) proposed requirements. But liquefied petroleum gas (LPG) is inflammable

8、, explosive, easy leakage high-risk items, once appear, leakage and explosion consequence is unimaginable, therefore in the design of tanks have strict inevitable request. As demand has increased dramatically, the d</

9、p><p>　　Reading search literatures, in a systematic understanding of the structure design and manufacturing methods were, on the basis of introduction, the writing of finish.</p><p>　　Countermessur

10、e carries on the analysis comparison, select material countermessure process structure design and size calculation; According to GB12337 - "steel spherical tanks 98 countermessure structure of with strength design c

11、alculation. According to the relevant requirements of spherical attachment and selected according to the technical requirements for countermessure manufacturing installation.</p><p>　　For spherical drawing,

12、complete spherical major parts drawing and assembly.</p><p>　　Key Words：Spherical tank；Steel for pressure vessels ；structure ；Strength calculation</p><p><b>　　目 錄</b></p><

13、p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　第1章 緒論7</b></p><p>　　1.1課題研究的工程背景及理論意義7</p><p><b>　　1.2球罐用鋼8</b></p>

14、<p>　　1.2.1 球罐用鋼基本要求分析8</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)外球罐的常用鋼種8</p><p>　　1.2.3 幾種典型球罐用鋼的優(yōu)劣對比8</p><p><b>　　1.3球罐設計9</b></p><p>　　1.3.1 球罐設計的執(zhí)行標準及法規(guī)9</p>

15、<p>　　1.3.2 球殼結構10</p><p>　　1.3.3 支柱結構11</p><p>　　1.3.4 拉桿結構11</p><p>　　1.3.5 支柱與球殼連接點下部結構12</p><p>　　1.3.6 接管補強結構13</p><p>　　1.4 球罐安檢及檢驗技術14&l

16、t;/p><p>　　1.5 球罐的發(fā)展趨勢及面臨的問題14</p><p>　　1.5.1 球罐發(fā)展趨勢14</p><p>　　1.5.2 球罐大型化面臨的問題15</p><p>　　第2章 球罐的結構設計17</p><p>　　2.1基礎資料17</p><p>　　2.1.

17、1 安裝與運行地區(qū)氣象環(huán)境條件17</p><p>　　2.1.2 場地條件17</p><p>　　2.1.3 工作介質17</p><p>　　2.1.4 運行要求17</p><p>　　2.2球罐主要設計參數(shù)的確定17</p><p>　　2.2.1 設計壓力和設計溫度17</p>&

18、lt;p>　　2.2.2 人孔、接管位置及尺寸位置18</p><p>　　2.2.3 腐蝕余量的的確定18</p><p>　　2.3 球殼設計19</p><p>　　2.3.1 材料的選用19</p><p>　　2.3.2 球罐支柱數(shù)和分帶角的確定19</p><p>　　2.3.3 混合式結構

19、的排板計算19</p><p>　　2.3.4 球殼26</p><p>　　2.4球罐支柱與拉桿26</p><p>　　2.4.1 球罐連接結構形式的確定26</p><p>　　2.4.2 支柱結構27</p><p>　　2.4.3 拉桿27</p><p>　　2.4.4

20、支柱和拉桿設計計算27</p><p>　　第3章 球罐的工藝尺寸及強度設計28</p><p>　　3.1 球殼計算28</p><p>　　3.1.1 設計條件28</p><p>　　3.1.2 計算壓力29</p><p>　　3.1.2 球殼厚度計算29</p><p>　

21、　3.1.3 球罐質量計算29</p><p>　　3.2 地震載荷計算30</p><p>　　3.2.1 自振周期30</p><p>　　3.2.2 地震力31</p><p>　　3.3 風載荷計算31</p><p>　　3.4 彎矩計算32</p><p>　　3.5 支

22、柱計算32</p><p>　　3.5.1 單個支柱垂直載荷32</p><p>　　3.5.2 組合載荷33</p><p>　　3.5.3 單個支柱彎矩33</p><p>　　3.5.4 支柱穩(wěn)定性校核34</p><p>　　3.6 地腳螺栓計算35</p><p>　　3.

23、6.1 拉桿作用在支柱上的水平力35</p><p>　　3.6.2 支柱底板與基礎的摩擦力35</p><p>　　3.6.3 地腳螺栓36</p><p>　　3.7 支柱底板36</p><p>　　3.7.1 支柱底板直徑36</p><p>　　3.7.2 底板厚度37</p>&l

24、t;p>　　3.8 拉桿計算37</p><p>　　3.8.1 拉桿螺紋小徑的計算37</p><p>　　3.8.2 拉桿連接部位的計算38</p><p>　　3.9 支柱與球殼連接最低點a的應力校核39</p><p>　　3.9.1 a點的剪切應力40</p><p>　　3.9.2 a點

25、的緯向應力40</p><p>　　3.9.3 a點的應力校核40</p><p>　　3.10 支柱與球殼連接焊縫的強度校核41</p><p>　　3.11 開孔補強計算41</p><p>　　3.11.1 DN50開孔補強42</p><p>　　3.11.2 DN80開孔補強42</p

26、><p>　　3.11.3 DN150開孔補強43</p><p>　　3.11.4 人孔補強43</p><p>　　第4章 球罐的附件46</p><p>　　4.1 安全閥泄放設計46</p><p>　　4.2 法蘭和法蘭密封46</p><p>　　4.3 水噴淋裝置47

27、</p><p>　　4.4 梯子平臺48</p><p>　　4.5 其它附件50</p><p>　　第5章 球罐的制造51</p><p>　　5.1 制造要求51</p><p>　　5.1.1 球殼板51</p><p>　　5.1.2 坡口51</p>

28、<p>　　5.1.3 焊條51</p><p>　　5.1.4 組焊51</p><p>　　5.1.5 焊后熱處理52</p><p>　　5.1.6 組裝、檢驗與驗收52</p><p>　　第6章 結 論57</p><p>　　參 考 文 獻58</p><p

29、><b>　　致 謝59</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的工程背景及理論意義</p><p>　　隨著我國石油、化工、輕紡、冶金及城市燃氣工業(yè)的發(fā)展，液化石油氣儲罐得到了充足的發(fā)展。目前我國普遍采用常溫壓力貯罐, 常溫貯罐一般有兩種形式:球形貯罐

30、和圓筒形貯罐。球形貯罐和圓筒形貯罐相比:球罐具有金屬耗量少、投資少、占地面積少等優(yōu)點, 但加工制造及安裝復雜, 焊接工作量大, 故安裝費用較高。一般單罐容積大于200或貯存總量大于500選用球形儲罐比較經(jīng)濟；而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡單, 安裝費用少等優(yōu)點, 但金屬耗量大占地面積大, 所以在單罐容積小于100或總貯量小于500選用臥式貯罐比較經(jīng)濟。因此作為存儲容器的球罐，得到了廣泛的應用和快速的發(fā)展，在化工企業(yè)、國防工業(yè)、冶金工業(yè)及

31、城市燃氣中，用于儲存液態(tài)丙烷、丁烷、丙烯、丁烯及其混合物(LPG)、液化天然氣(LNG)、液氧、液氮和液氨、液氫等物料。由于儲罐的是易燃易爆的且為中壓儲罐，因此將其劃分為第三類壓力容器。</p><p>　　球形儲罐與其他型式的壓力容器比較，有許多突出的優(yōu)點。如與同等容量，相同工作壓力的圓筒形壓力容器比較，球罐具有表面積小，所需鋼板厚度較薄，因而具有耗鋼量少，重量輕的優(yōu)點。此外，球罐還有制造方便，易于大型化、占地

32、面積小、操作管理和檢修方便等特點。由于這些特點，再加上球罐基礎簡單、受風面小、外形美觀，可用于美化工程環(huán)境等原因，使球罐的應用得到很大發(fā)。</p><p>　　國內(nèi)外球罐技術發(fā)展的方向都是高參數(shù)大型化，球罐大型化可以降低單位容積存儲能力的投資，節(jié)省占地，也節(jié)省了輔助設施的費用，同時便于管理。國外先進工業(yè)國家開展石油液化氣球罐大型化工作較早，技術水平較高，建造10000-25000大型球罐已相當普遍，如文獻[2]介

33、紹，日本1968年制成了容量20000的大型球罐，1985年日本新日鐵公司為日本西部瓦斯用本公司生產(chǎn)的WEL-TEN80C型高強度鋼制造一臺大型球罐，設計壓力0.75MPa、直徑為37.07m、容積為26700 m3。而我國由于特大型（10000以上）球罐關鍵技術還沒有完全解決，已生產(chǎn)制造的最大石油液化氣球罐只有5000。因此，為滿足我國石油液化氣存儲需求，同時也滿足石油、化工、輕紡、冶金等行業(yè)對球罐大型化的需求，迫切需要開發(fā)具有我國自

34、主知識產(chǎn)權的特大型球罐核心技。</p><p>　　球罐是一個大型、復雜的焊接殼體結構，它涉及到材料科學、殼體結構理論、塑性加工技術、焊接技術、熱處理技術、無損檢測技術、斷裂力學等多學科和技術領域，對球罐設計方法和理論、選材和材料評價體系、高性能材料的焊接及熱處理技術、大板片球罐制造技術的理論和實際都有重要作用。</p><p><b>　　1.2球罐用鋼</b>&l

35、t;/p><p>　　1.2.1 球罐用鋼基本要求分析</p><p>　　球罐存儲的介質一般為壓縮氣體或液化氣體，大部分為易燃、易爆有毒物質。因此球罐用鋼的安全可靠性是最重要的，球罐用鋼必須滿足國務院頒發(fā)的《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》和國家質檢總局頒發(fā)的《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》等法規(guī)和規(guī)范，及、等國家標準的要求，必須是壓力容器專用鋼。</p><p>　

36、　球罐用鋼選擇主要從兩方面考慮：一是技術性和安全性，即加工及使用性能，在滿足強度要求的前提下，應保證良好的成型性，優(yōu)良的焊接、熱處理性，足夠高的缺口韌性值和長期可靠的使用性能；二是經(jīng)濟性，即應在確保安全的前提下經(jīng)濟合理，因為鋼材的價格在球罐投資上占有較大的比例，對球罐用鋼提出過高的要求，勢必會增加成本，難以保證經(jīng)濟性。</p><p>　　1.2.2 國內(nèi)外球罐的常用鋼種</p><p>

37、;　　我國球罐選用的材料主要是國產(chǎn)鋼材，在役國產(chǎn)球罐用材主要有：Q235-A、Q235-A.F、Q235-A.R、20R、16Mn、15MnV、15MnVR、15MnVN、15MnVNR、16MnDR、09Mn2VDR及從國外引進的各種球罐材料。到二十世紀末為止，我國建設的球罐主要選用16MnR，約占總量的85%左右，進入21世紀以后據(jù)國家標準GB12337-98《鋼制球形儲罐》規(guī)定，球罐用材可選20R、16MnR、15MnVR、15M

38、nVNR、16MnDR、09Mn2VDR，國產(chǎn)低溫球罐可選用07MnCrMoVR、07MnNiCrMoVDR（CF鋼）。引進球罐選用的高強度鋼主要是SPV490Q（日本）、WEL-TEN610CF（新日鐵）、RIVERACE610（川崎制鐵）、NK-HITEN610U（日本鋼管），低溫球罐選用低溫高強度鋼N-TUF490（新日鐵）以及SA537CL.1。</p><p>　　國外球罐用鋼的典型鋼種有美國的A517

39、F、日本的WEL-TEN62CF、HW70、WEL-TEN80、WEL-TEN80C、SPV36。 </p><p>　　1.2.3 幾種典型球罐用鋼的優(yōu)劣對比</p><p>　　（1）07MnCrMoVR鋼是我國“七五”期間開發(fā)出來的新鋼種，該鋼的力學性能相當于WEL-TEN62CF鋼的實際水平。07MnCrMoVR鋼采用低碳多元微合金以嚴格控制碳當量(Ceq≤ 0.42％ )和焊接

40、裂紋敏感性組織(Pcm ≤0.2％)，并通過合理的調質熱處理獲得最佳強韌比的組織結構，從而從根本上保證了其焊接性能和優(yōu)良的低溫韌度。07MnCrMoVR的力學性能及其穩(wěn)定性好，國內(nèi)大部分設計、制造和組焊單位掌握其特性，具有成熟的經(jīng)驗，但對貯存液化石油氣介質中的硫化氫含量有較嚴的要求，此外鋼廠提供寬板能力有限，不能滿足大型球罐的制造要，其抗HS應力腐蝕能力不強，一般在液化石油氣球罐中不推薦采用。</p><p>　

41、　（2）15MnNbR是GB150-1998國家標準第1號修改單新增鋼號，它是低合金鋼領域中的新一代鋼種(350MPa級)，其強度和韌性優(yōu)于16MnR，同時也優(yōu)于日本SPV355N，厚板韌性也較好，而焊接性能及抗硫化氫性能與其相近。該鋼種采用先進的冶煉工藝，鋼材的化學成分、力學性能及冷彎性能得到很好的保證。15MnNbR具有良好的綜合性，可大大提高球罐使用的安全可靠性，但其價錢相對較高。 </p><p>　?。?/p>

42、3）16MnR鋼板是我國目前使用最多、最普遍的一種低合金高強度壓力容器用鋼。鋼材的焊接性能較好，抗腐蝕性能較好，具有良好的綜合力學性能和制造工藝性能，廣泛用于建造各類壓力容器和中小型球罐，對于16MnR鋼板制造的球罐無論是技術還是經(jīng)驗更加成熟，且價錢相對于其它鋼板更便宜且能滿足液化石油氣儲存的要求。</p><p>　?。?）日本產(chǎn)610CF鋼是近年來推出的具有低裂紋敏感性和韌度較高，焊接性能優(yōu)良的鋼種，鋼的碳當

43、量和焊接裂紋敏感性系數(shù)均相對較低，因此焊接性能優(yōu)良，且國內(nèi)部分設計、制造和組焊單位已較好掌握該鋼種的特性。引進日本球殼板，國內(nèi)安裝的10000m3北京天然氣球罐即選用該鋼。</p><p>　　表1.1列出了國產(chǎn)16MnR、07MnCrMoVR、15MnNbR鋼板與引進的日本W(wǎng)EL-TEN610CF鋼板化學成分和力學性能技術指標對比。 </p><p>　　表1.1 幾種典型球罐用鋼力學

44、性能技術要求對比</p><p><b>　　1.3球罐設計</b></p><p>　　1.3.1 球罐設計的執(zhí)行標準及法規(guī)</p><p>　　球罐設計執(zhí)行的國家標準及法規(guī)主要有《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》2009版、《鍋爐壓力容器安全監(jiān)察暫行條例》及其《實施細則》2009版、GB150-1998《鋼制壓力容器》、GB12337-19

45、98《鋼制球形儲罐》及相關標準。在制造、檢驗、驗收中還應執(zhí)行GB50094-1998《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》、GB6654-1996《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板》、JB4726-2000《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》、JB4730-2005《壓力容器無損檢測》、JB4708-2000《鋼制壓力容器焊接工藝評定》、HG/ZQ1.7—87《球形儲罐質量等級評定及檢查細則》，球罐安裝質量要達到SHJ-514 《石油化工設備安裝工程

46、質量檢驗評定標準》中第八章“球型儲罐安裝工程”中優(yōu)良工程要求。</p><p>　　1.3.2 球殼結構 </p><p>　　球殼結構形式主要分為足球瓣式、桔瓣式和混合式3種(如圖1.1)。</p><p>　?。?）足球瓣式球罐球殼用均分法劃分，每塊球殼板尺寸相同，下料成型規(guī)格化，材料利用率高且互換性好，組裝焊接接頭較短，焊接檢驗工作量小，但焊接接頭布置復

47、雜，施工組裝困難，對球殼板的制造精度要求高。</p><p>　?。?）桔瓣式球殼像桔子瓣(或西瓜瓣)，焊接接頭布置簡單，組裝容易，球殼板制造簡單，但材料利用率低，對接焊縫總長度長，檢驗工作量。 </p><p>　?。?）混合式球罐的球殼組成是：赤道帶和溫帶采用桔瓣式，極板采用足球瓣式。它集中了桔瓣式和足球瓣式兩種結構的優(yōu)點，在國外已被廣泛采用，從國外引進的球罐大量采用了該結構。<

48、/p><p>　　圖1.1 球罐分瓣形式</p><p>　　a )足球式 b )桔瓣式 c )足球桔瓣混合式</p><p>　　不同結構形式對球罐的制造、安裝質量以及投用后的安全可靠性都會帶來重大的影響。先進合理的結構，既可合理地利用材料，減少浪費，降低成本；又可有效地減少焊縫總長，減少制造和安裝過程中的工作量，提高使用中的安全可靠性。不同分瓣形式分帶的

49、數(shù)量一般不同，混合式的分帶數(shù)一般會比桔瓣式少；由于混合式球罐極帶有7塊板組成，桔瓣式只有3塊，兩極相加多8塊，因此如果兩種分瓣形式的支柱和帶數(shù)完全相同，混合式球罐的球殼板數(shù)量反而比桔瓣式多一些。因此一臺球罐結構形式的先進與否不能簡單看是用混合式還是桔瓣式，而要從焊縫的總長、鋼材利用率和制造安裝難度來考慮，它同時受鋼廠供貨尺寸和運輸條件的限制。對于小型球罐如400或650的球罐往往采用桔瓣式結構更合理。而大中型球罐采用混合式分瓣方法優(yōu)勢更

50、為明。 </p><p><b>　　1.3.3支柱結構</b></p><p>　　球罐支座是球罐中用以支承球殼及其附件和儲存物料重量的結構部件，有柱式和裙式兩種形式。在柱式支承中，國內(nèi)外普遍采用了赤道正切柱式支承，此外還有V形和三柱會一柱式支承。裙式支承有圓筒裙式、錐式以及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎支承的單埋式支承和錐底支承。GB12337-1998《鋼制球形儲罐》中規(guī)

51、定支柱與球殼連接采用赤道正切形式。</p><p>　　赤道正切柱式支座的結構特點是：多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置，與球殼相切或近似相切(相割)而焊接起來。該支座具有受力均勻、彈性好、能承受熱膨脹的變形、安裝方便、施工簡單、容易調整及檢修方便等優(yōu)點，適用于多種規(guī)格的球罐，但重心高、穩(wěn)定性差，并存在局部應力。我國建造的球罐全部采用赤道正切柱式支座。</p><p><b&g

52、t;　　1.3.4拉桿結構</b></p><p>　　GB12337-98中規(guī)定了可調式與固定式兩種拉桿。</p><p>　?。?）可調式拉桿(如圖1.2a)采用圓鋼加工而成，拉桿與支柱采用銷釘連接，2根拉桿立體交叉處留有間隙。該種結構受力均勻，彈性好，能承受熱膨脹的變形，安裝方便，施工簡單，容易調整，現(xiàn)場操作和檢修方便。可調式拉桿雖能調節(jié)松緊，有利于施工，但若施工后發(fā)生銹

53、蝕則不起調節(jié)作用。</p><p>　　（2）固定式拉桿(如圖1.2b)一般采用鋼管，拉桿與支柱的連接采用焊接結構，拉桿與拉桿的交叉處采用固定板焊接結構或直接焊接結構。其特點是：鋼管焊接在支柱上，形成較穩(wěn)固的剛性結構，能有效防止橫向載荷造成的破壞；可省去大量零部件，不需任何機械加工，制造比較簡單，現(xiàn)場安裝方便；支柱受力情況較好，能承受拉伸和壓縮載荷(可調式只能承受拉伸載荷)。當承受垂直載荷時，拉桿支承了部分載荷，

54、因而下段支柱所受的壓縮力就小，當承受橫向載荷時，固定式所受的拉力僅為可調式的一半，下段支柱所受的壓縮力明顯減小，比較安全；抗彎能力大，特別適合于大型球罐；固定式拉桿可設計成受壓形式，于是拉桿的截面比可調式的大，剛性也大，因此球罐橫向載荷產(chǎn)生的水平位移和偏移量均小，對球罐上的接管有利；固定式拉桿在施工時調好，使用中不必再調整。固定式拉桿結構在國外已大量采用，我國從國外引進的球罐也有相當一批采用了此結構。但到目前，我國自行設計和制造的球罐還

55、極少采用該結。</p><p>　　a)可調式拉桿 b)固定式拉桿</p><p>　　圖1.2 拉桿結構形式</p><p>　　1.3.5 支柱與球殼連接點下部結構</p><p>　　在支柱與球殼相接的球殼局部區(qū)域中，受力及變形相當復雜，應力數(shù)值高，變化梯度大，是整個球罐中的高應力區(qū)。支柱與球殼相焊焊縫的最低點是重點應力校核部位

56、。支柱與球殼連接下部結構一般分連接處下端加托板、翻邊和U形柱結構(見圖1.3)。</p><p>　?。?）加托板結構是在球殼與支柱連接部下端加一托板，可以方便焊接，消除焊接死角。該結構制造工藝簡單，已被大多數(shù)制造廠采用。但由于該結構是由兩個零件組成，變形不協(xié)調，存在較大的局部應力。</p><p>　　（2）翻邊結構是將與球殼連接處下端的支柱翻邊，增加與球殼的連接長度，并改善焊接接頭的施

57、焊情況，所以能夠保證焊接質量。支柱為一體變形協(xié)調，對球殼的局部應力有所改善。但因翻邊的寬度有限，且會減薄支柱管壁，對改善支柱與球殼連接最低點的應力作用不明顯。</p><p>　　（3）U形柱結構是用鋼板卷制成U形管與球殼連接，使支柱與球殼連接逐漸過渡，避免急劇變化，特別適合于低溫球罐與支柱連接的要求。該結構制造工藝簡單，施焊方便，沒有工藝難點，不存在焊接死角，在三種結構中與球殼的連接長度最長，這樣對局部應力的改

58、善也最有效。球罐的局部應力是不可避免的，只能靠改進結構來減小，如增加支柱與球殼的接觸面積，減少支柱的剛性，支柱與球殼的連接避免急劇變化，使其逐漸過渡等方法，U形柱結構則集中了這些特點。GB12337-98增加了U形柱結構，解決了低溫球罐支柱連接無法解決的難題。</p><p>　　圖1.3 支柱與球殼連接下部結構</p><p>　　1.3.6 接管補強結構 </p>

59、<p>　　大型球罐的接管補強一般采用兩種結構型式，第一種型式為厚壁管補強結構(如圖圖1.4a)；第二種采用鍛制凸緣（如圖1.4b），在應力集中部位局部加厚的密集補強型式，與球殼板的連接采用對接焊縫。</p><p>　　凸緣補強優(yōu)點是它和球殼板形成的連接是對接焊縫，便于焊接及焊縫的無損檢測。厚壁管插入式補強優(yōu)點是結構簡單、節(jié)省材料，缺點是因開孔較小，角焊縫底部清根困難，又難以進行射線、超聲等方法的內(nèi)

60、部檢測，容易產(chǎn)生未焊透等缺陷。由于插式接管焊縫是近年來球罐質量中出現(xiàn)問題最多的部位之一，在設計時要求制造廠從坡口開制工藝到焊接工藝及清根方法在工藝上保證完全焊。 </p><p>　　圖1.4 球罐的補強形式</p><p>　　a) 厚壁管補強 b) 整體鍛件凸緣補強</p><p>　　1.4 球罐安檢及檢驗技術 </p><

61、p>　　球罐現(xiàn)場安裝是球罐建造的關鍵環(huán)節(jié)之一，包括組裝、焊接、熱處理、檢驗、試驗等工作，內(nèi)容多、工作量大，對球罐最終質量起到至關重要的作用。組裝技術隨著球罐的大型化、球瓣尺寸的大型化，組裝技術從早期的分帶組裝或分塊組裝向整體組裝發(fā)展，目前國內(nèi)外球罐組裝技術都是以整體組裝為主。整體組裝的優(yōu)點是組裝速度快，幾何精度高，便于對稱施焊、焊接變形小等；缺點是卡具要求多，焊接全部為高空作業(yè)，勞動強度大等。</p><p&g

62、t;　　球罐安裝中焊接工作量大，焊接質量要求高，不同的球罐鋼有不同的焊接特點和工藝要求，要嚴格按評定合格的焊接工藝執(zhí)行。球罐的焊接方法除手工焊外還有自動焊，在國外前蘇聯(lián)、德國、日本美國等國家都較早采用了大型球罐自動焊，我國上世紀90年代開始大型球罐自動焊試驗研究，并應用于球罐的建造中，主要是自保護和氣保護全位置自動焊工藝。但從目前總體上看，國內(nèi)外球罐焊接方法主要還是以手工焊接為主，原因是球罐是全位置焊接，手工焊質量相對可靠，自動焊提高一

63、次合率、減少返修工作量還是今后球罐焊接要研究的工作之一。</p><p>　　壓力容器常用的無損檢測方法在球罐上都有應用，常用的有：射線檢測（RT）、超聲波檢測（UT）、磁粉檢測（MT）、滲透檢測（PT）等，也有將聲發(fā)射技術應用于球罐安全監(jiān)控的。近年來TOFD及相共振等無損檢測新技術在球罐上也有應用?？傮w目的是通過不同的方法對比和增加檢測比例，提高缺陷的檢出率。</p><p>　　1.5

64、 球罐的發(fā)展趨勢及面臨的問題</p><p>　　1.5.1 球罐發(fā)展趨勢 </p><p>　　隨著材料、焊接、制造、施工安裝技術不斷提高，球罐也正向大型化、多結構、高參數(shù)的方向發(fā)展。設計壓力從0.093MPa的真空度到上百個大氣壓力，工作溫度從-250℃到850℃，球罐結構從單層到多層，品種非常廣泛。其中，最主要的是向大型化方向發(fā)展。目前，國外最大的球罐已作到壓力為6～7MP

65、a，體積為300000m3左右的大型球罐。</p><p>　　1.5.2球罐大型化面臨的問題</p><p>　　由于大型化的經(jīng)濟性十分明顯，已成為世界各國優(yōu)先重視的重要課題。球罐大型化的進程在不同國家、不同時期受著不同因素的制約。隨著相應技術的發(fā)展，這些制約因素不斷得到解決，又促使球罐大型化的發(fā)展。從國內(nèi)情況看，目前限制球罐向大型化方向發(fā)展的影響因素主要有：</p>&l

66、t;p><b>　?。?）球罐用鋼</b></p><p>　　由于國內(nèi)冶煉技術方面的因素，壓力容器專用鋼種的種類較少，鋼材綜合性能較差，制造不了大規(guī)格，大噸位的鋼板。因此要發(fā)展球罐的大型化必須著重于發(fā)展球罐用鋼的研制工作。高強度的鋼材對于球罐大型化是至關重要的，國際上對此也都做了大量工作，如美、日等國都分別研制了(s≥690MPa) 的高強鋼種：SA517Gr·F和WEL-

67、TEN80。但值得重視的是，若高強鋼不具有好的綜合力學性能和焊接性能，則并不能解決大型化的問題。因此國內(nèi)應加強高性能高強度球罐用鋼的研制、開發(fā)工作，以促進球罐的大型化。 </p><p>　?。?）球罐現(xiàn)場組裝和焊接問題</p><p>　　由于大型球罐均為現(xiàn)場組裝，施工條件差、人員流動性大，所以在大型球罐施工時應進行嚴格的質量管理，建立完善的質量保證體系。目前，國內(nèi)已部分采用并將大

68、量采用s≥490MPa的高強鋼，這種鋼焊接時裂紋敏感性相對較差，因此必須嚴格執(zhí)行焊接工藝（包括焊條、預熱、后熱等），并對上崗焊工進行嚴格的培訓。</p><p>　?。?）球罐現(xiàn)場熱處理</p><p>　　隨著球罐向大型化方向發(fā)展，球殼板壁厚的增加有可能超過不進行整體熱處理的板厚上限，大型球罐的整體熱處理勢在必行。因此，必須深入探討和研究大型球罐的熱處理設備和工藝措施，并在標準規(guī)范中予以

69、體現(xiàn)。</p><p>　?。?）球殼板尺寸精度</p><p>　　大型球罐球殼板塊數(shù)相當多，以天然氣球罐球殼板為例：5000m3總數(shù)為156塊，37000m3總數(shù)為234塊。為提高其組裝尺寸精度、改善施焊條件、避免強力組裝，應更好和有效地提高球殼板尺寸精度和組裝間隙尺寸精度等。</p><p><b>　?。?）吊裝運輸能力</b><

70、/p><p>　　球罐大型化后，單塊球殼板的厚度、規(guī)格尺寸和重量均隨之增大，必將涉及至吊裝及其運輸能力。因此在對大型球罐設計施工時，對此問題也應進行充分的考慮。</p><p>　　第2章 球罐的結構設計</p><p><b>　　2.1基礎資料</b></p><p>　　2.1.1安裝與運行地區(qū)氣象環(huán)境條件<

71、/p><p><b>　　(1) 大氣溫度</b></p><p>　　最高氣溫 43.2℃</p><p>　　最低氣溫 3.0℃</p><p>　?。?） 基本雪壓 0 Pa</p><p>　?。?） 基本風壓

72、 0.3KN/m</p><p>　　2.1.2場地條件 </p><p>　?、侔惭b場地： 四川 瀘州</p><p>　　②地震設防烈度 6度近震</p><p>　?、矍蚬薨惭b場地 已平基，Ⅱ類場地土</p><p>　　④地面粗糙度類別 B類&

73、lt;/p><p><b>　　⑤露天環(huán)境</b></p><p><b>　　2.1.3工作介質</b></p><p>　　本設計采用新疆地區(qū)出產(chǎn)的液化石油氣，因其應用較廣泛，其成分如表2.1</p><p>　　表 2.1 （%）</p&g

74、t;<p>　　2.1.4 運行要求</p><p>　　全天候、全時段（24h、365d連續(xù)運轉）連續(xù)運行。</p><p>　　2.2球罐主要設計參數(shù)的確定</p><p>　　2.2.1 設計壓力和設計溫度</p><p>　　烴類飽和蒸氣壓力與溫度的關系可以從《煤氣設計手冊》上冊可以查得，根據(jù)新疆地區(qū)液化石油氣的組成成分

75、特性，查各種溫度下這些成分的飽和蒸氣壓力如表2.2所示</p><p>　　表2.2 50℃溫度下各成分的飽和蒸氣壓力</p><p>　　根據(jù)道爾頓分壓定律，計算各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓</p><p>　　表2.3 各種烴類在50℃時的飽和蒸氣分壓</p><p>　　根據(jù)表2.3計算出50℃時下液化石油氣飽和蒸

76、氣壓力</p><p>　　P=0.158+0.825+0.1573+0.1098+0.00758+0.0019</p><p>　　P= 1.26 Mpa</p><p>　　因新疆地區(qū)液化石油氣在50℃時飽和蒸氣壓力為1.26Mpa大于50℃時異丁烷的飽和蒸氣壓力（0.67Mpa），按《容規(guī)》的規(guī)定，取50℃時丙烷的飽和蒸氣壓力為1.61Mpa（表壓）（據(jù)《容

77、規(guī)》規(guī)定，如果如無特殊要求，均為表壓）。</p><p>　　根據(jù)《鋼制球形儲罐》規(guī)定，當內(nèi)壓容器上裝有安全泄放裝置安全閥時，考慮到安全閥開啟動作滯后，容器不能及時泄壓，設計壓力不應低于安全閥的開啟壓力通?？扇∽罡吖ぷ鲏毫Φ?.05～1.10倍。</p><p>　　設計壓力 P=1.611.1=1.77Mpa</p><p>　　設計溫度分上限和下限兩種極端的情

78、況分別考慮：設計溫度分上限是介質的最高操作溫度43.2℃，大于介質的最高工作溫度，故確定設計溫度為-19～+50℃，鋼材及焊接接頭的所有驗收指標都按-20℃驗收。</p><p>　　2.2.2人孔、接管位置及尺寸位置</p><p>　　為檢修方便，每臺球罐需設置上、下各1個人孔，一般人孔內(nèi)徑尺寸為500～600mm，最終確定選500mm人孔。考慮到本球罐較大，內(nèi)部檢修時需設置內(nèi)部旋梯，

79、為便于內(nèi)部旋梯的固定和安裝，確定將上下各一個500mm的人孔各置于上下極中央。</p><p>　　上極板接管共有7個，都布置在R1900的圓周內(nèi)，其中包括：DN150的安全閥接管N1A和N1B； DN50的壓力表接管N3A；DN50的液位計接管N4A；DN80的遠傳液位計接管N8A；DN50的遠傳壓力表接管N9, DN150的氣相返回接管N7;</p><p>　　下極板接管共有7個，分

80、別布置在R1900圓周內(nèi)和R2000的圓周上，其中布置在R1900圓周內(nèi)的有：DN50的壓力表接管N3B; DN50的液位計接管N4B；DN40的排污口接管N6；DN50的溫度計接管N10；DN80的遠傳液位計接管N8B;</p><p>　　布置在R2000圓周上的有：DN250的液化氣進口接管N5A和出口接管N5B。</p><p>　　2.2.3腐蝕余量的的確定</p>

81、<p>　　球罐設計使用壽命10年，考慮均勻腐蝕情況下腐蝕率按0.05mm/年考慮，球殼板及人孔、接管等主體受壓元件腐蝕余量取1.5mm。</p><p>　　支柱底板及拉桿部位腐蝕余量按3mm選取。</p><p><b>　　2.3 球殼設計</b></p><p>　　2.3.1材料的選用 </p><

82、;p>　　根據(jù)操作條件，選用球罐材料16MnR，根據(jù)標準使用狀態(tài)必須為正火。該材料 b=470MPa ，s=305 MPa，常溫許用應力[]t=157 MPa。滿足GB12337-98中4.1基本要求。</p><p>　　根據(jù)GB150-98中4.2及GB12337-98中的要求，16MnR在正火狀態(tài)下使用，由于鋼板厚度大于30mm，應逐張按JB4730的規(guī)定進行超聲波探傷檢查，Ⅲ極為合格。</

83、p><p>　　2.3.2 球罐支柱數(shù)和分帶角的確定</p><p>　　本次設計的球罐采用混合式的結構。根據(jù)GB/T17261—1998《鋼制球形儲罐型式與基本參數(shù)》，同時充分考慮鋼板廠貨供尺寸，制造廠的球片壓制能力，以及安裝單位現(xiàn)場的安裝能力。最終確定采用4帶10支柱混合式結構。赤道帶由20瓣球殼板組成，分帶角50°；上溫帶由20瓣球殼板組成，分帶角40°；極帶上下各由

84、7瓣組成，分帶角90°。據(jù)[16]查得表2.4如下：</p><p>　　表2.4 混合式球罐基本參數(shù)</p><p>　　2.3.3 混合式結構的排板計算</p><p>　　混合式結構的排版計算分為足球瓣式極板計算、桔瓣式溫帶板和赤道板計算。極板尺寸按文獻[1]中的方法，溫帶板和赤道板尺寸按文獻[14] 中的方法，球罐共有球殼板54塊，其中：極中板

85、1塊，尺寸見球圖2.4；極邊板2塊，尺寸見圖2.6；極側板4塊，尺寸見圖2.5；赤道板20塊，尺寸見圖2.2；溫帶板20塊，尺寸見圖2.7。</p><p>　　圖2.1 球罐結構形式簡圖</p><p>　　混合式結構排板的計算</p><p><b>　　符號說明</b></p><p>　　R-球罐半徑；mm

86、 6150mm</p><p>　　N-赤道帶分瓣數(shù)； 20</p><p>　　a-赤道周向球心角，（°） 18°</p><p>　　-赤道帶球心角，（°） 50°</p><p>　　-極中板球心角，（°） 34°</

87、p><p>　　-極側板球心角，（°） 14°</p><p>　　-極邊板球心角，（°） 14°</p><p>　　赤道板尺寸計算，見圖 2.2</p><p>　　圖2.2 赤道板</p><p><b>　　弧長=mm</b>&l

88、t;/p><p><b>　　弦長=mm</b></p><p><b>　　弧長1=mm</b></p><p><b>　　弦長1=</b></p><p><b>　　=2</b></p><p><b>　　弧長2=&

89、lt;/b></p><p><b>　　弦長2=mm</b></p><p><b>　　弦長=</b></p><p>　　=5500.73mm</p><p><b>　　弧長=</b></p><p>　　極板（見圖2.3）尺寸計算<

90、/p><p><b>　　圖2.3極板</b></p><p><b>　　弧長1==mm</b></p><p><b>　　弦長1=</b></p><p>　?。▽蔷€弦長與弧長的最大間距：H= )</p><p><b>　　弧長0=<

91、;/b></p><p>　　弦長0=1=8071.17mm</p><p><b>　　弧長2=</b></p><p>　　弦長2= </p><p>　　極中板（見圖2.4）尺寸計算</p><p><b>　　圖2.4 極中板&

92、lt;/b></p><p><b>　　弧長2=</b></p><p><b>　　弦長2=</b></p><p><b>　　弧長2=mm</b></p><p><b>　　弦長2=mm</b></p><p>&l

93、t;b>　　弧長1=</b></p><p>　　(對角線弦長與弧長的最大間距：A= )</p><p><b>　　弧長1=mm</b></p><p><b>　　弦長1=</b></p><p><b>　　弧長1=</b></p><

94、;p>　　弦長==6865.95mm</p><p><b>　　弧長=</b></p><p>　　(2)極側板（見圖2.5）尺寸計算</p><p><b>　　圖2.5 極側板</b></p><p><b>　　弧長1=</b></p><p

95、><b>　　弧長1=mm</b></p><p><b>　　弧長2=mm</b></p><p><b>　　弦長2=mm</b></p><p><b>　　弧長2=</b></p><p><b>　　弦長2=</b>&

96、lt;/p><p><b>　　弦長1=</b></p><p><b>　　弧長1=</b></p><p>　　弦長=5909.79mm</p><p><b>　　弧長=</b></p><p><b>　　=</b></p

97、><p><b>　　k</b></p><p>　　極邊板（見圖 2.6）尺寸計算</p><p><b>　　圖2.6 極邊板</b></p><p><b>　　弧長1=</b></p><p><b>　　弧長1=mm</b>&

98、lt;/p><p><b>　　弧長2=mm</b></p><p><b>　　弦長2=mm</b></p><p><b>　　弧長3=</b></p><p><b>　　弦長3=mm</b></p><p><b>　

99、　弧長2=</b></p><p><b>　　弦長2=</b></p><p><b>　　弦長1=</b></p><p><b>　　弧長1=</b></p><p><b>　　弦長=</b></p><p>&

100、lt;b>　　6151.60mm</b></p><p><b>　　弧長=</b></p><p><b>　　式中：</b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　M=</b></p>&l

101、t;p>　　溫帶板(見圖2.7)</p><p><b>　　圖2.7 溫帶板</b></p><p><b>　　弧長7=</b></p><p><b>　　弦長7=</b></p><p><b>　　弦長8=</b></p>&

102、lt;p><b>　　弧長8=</b></p><p><b>　　弦長9=</b></p><p><b>　　弧長9=</b></p><p><b>　　弦長5=</b></p><p><b>　　4479.98mm</b&g

103、t;</p><p><b>　　弧長5=</b></p><p><b>　　弧長8=</b></p><p><b>　　弦長8=mm</b></p><p>　　2.3.4 球殼 </p><p><b>　?。?）球殼設計載荷&l

104、t;/b></p><p>　　設計時，考慮了以下載荷：</p><p><b>　?、僭O計壓力；</b></p><p>　?、谇蚬拮灾匾约罢２僮鳁l件或試驗條件下內(nèi)裝介質的重力載荷；</p><p><b>　?、垡后w靜壓力；</b></p><p><b&g

105、t;　?、芨郊亓?；</b></p><p><b>　?、菅┹d荷；</b></p><p><b>　?、揎L載荷；</b></p><p><b>　?、叩卣疠d荷；</b></p><p>　　具體計算結果參見計算書。</p><p>&l

106、t;b>　?。?）厚度附加量</b></p><p><b>　　= + </b></p><p>　　—鋼板負偏差 mm = 1.1mm [17]</p><p>　　—腐蝕余量 mm =1.5mm</p><p><b>　　= 2.6 mm&

107、lt;/b></p><p><b>　?。?）許用應力</b></p><p>　　根據(jù)GB150-98中表4-1，16MnR厚度＞16~36mm，</p><p>　　強度極限 b=470 MPa </p><p>　　屈服極限 s=305 MPa</p><p>　　常溫許用應力

108、 t=157 MPa</p><p><b>　?。? ）焊縫系數(shù)</b></p><p>　　球殼全部焊縫采用雙面焊全焊透結構，100%無損探傷，按GB12337-98和GB150-98規(guī)定要求，取焊縫系數(shù)=1.0。</p><p>　　2.4球罐支柱與拉桿</p><p>　　2.4.1 球罐連接結構形式的確定<

109、;/p><p>　　GB12337-98中5.3.1要求支柱與球殼的連接為赤道正切式。</p><p>　　在GB12337標準中推薦了四種正切式支柱與球罐連接結構型式，目前主要是采用加托板的結構和U形上支柱加連接板結構型式。大型球罐采用加托板支柱還是U形支柱更好一直有所爭議。由于加托板結構制造工藝簡單，已被大多數(shù)制造廠采用，設計和制造技術比較成熟，本次設計采用加托板連接結構。</p&g

110、t;<p>　　2.4.2 支柱結構</p><p>　　支柱采用無縫鋼管，無縫鋼管的選擇根據(jù)文獻[18]選擇，整體制造，支柱材料采用426×9mm的10號鋼制造，連接焊縫采用全熔透結構。支柱頂部設有球形防雨蓋板。支柱上設置了易熔塞，火災時，通氣用。</p><p><b>　　2.4.3 拉桿</b></p><p>

111、　　設計采用可調式拉桿結構。</p><p>　　2.4.4 支柱和拉桿設計計算</p><p>　　支柱和拉桿的設計計算遵循[5]中6.1～6.12節(jié)。設計計算結果見計算書。</p><p>　　第3章 球罐的工藝尺寸及強度設計</p><p><b>　　3.1 球殼計算</b></p><p&g

112、t;　　圖3.1 球罐結構參數(shù)簡圖</p><p>　　3.1.1 設計條件</p><p>　　設計壓力: = 1.77 MPa</p><p>　　設計溫度：T= 50 ℃</p><p>　　球殼材料密度：7850 </p><p>　　水壓試驗壓力： </p><p>　　球殼內(nèi)直

113、徑： ( 1000m3 )</p><p><b>　　液化石油氣密度：</b></p><p>　　水的密度：1000 </p><p><b>　　充裝系數(shù)：</b></p><p>　　地震設防烈度：6 度</p><p>　　基本風壓值： = 300 N/m2<

114、/p><p>　　支柱數(shù)目： n = 10</p><p>　　支柱選用 426×9鋼管 </p><p><b>　　拉桿選用56圓鋼</b></p><p>　　球罐建造場地：Ⅱ類場地土，近震，B類地區(qū)</p><p>　　3.1.2 計算壓力 </p><

115、;p>　　通常情況下，計算壓力等于設計壓力加上液柱靜壓力[15]</p><p>　　計算壓力 =設計壓力P+液柱靜壓力</p><p>　　設計壓力P=1.77Mpa</p><p><b>　　液體靜壓力 </b></p><p>　　H=9.89166 H= </p><p&

116、gt;　　當K=0.9時 =1.60840 </p><p><b>　　=560</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　當元件所承受的液柱靜壓力小于設計壓力時，可忽略不計[1]</p><p>　　所以計算壓力=1.77Mpa</p><p

117、>　　3.1.2 球殼厚度計算</p><p><b>　　計算厚度：</b></p><p><b>　　=34.77mm</b></p><p><b>　　計算厚度：</b></p><p><b>　　設計厚度：</b></p>

118、<p><b>　　名義厚度：</b></p><p><b>　　m</b></p><p>　　3.1.3 球罐質量計算</p><p><b>　　球殼平均直徑：</b></p><p><b>　　球殼外徑：</b></p>

119、<p><b>　　球殼質量：</b></p><p><b>　　物料質量：</b></p><p>　　液壓實驗時液體的質量：</p><p><b>　　積雪質量：</b></p><p><b>　　保溫層質量：</b></p&

120、gt;<p><b>　　支柱和拉桿的質量：</b></p><p><b>　　附件質量：</b></p><p>　　操作狀態(tài)下的球罐質量：</p><p>　　液壓試驗狀態(tài)下的球罐質量：</p><p><b>　　球罐最小質量：</b></p>

121、;<p>　　3.2 地震載荷計算</p><p>　　3.2.1 自振周期</p><p>　　支柱底板底面至球殼中心的距離：</p><p><b>　　支柱數(shù)目：n=10</b></p><p>　　支柱材料10鋼的常溫彈性模量： </p><p><b>　　

122、支柱外直徑：</b></p><p><b>　　支柱內(nèi)直徑：</b></p><p>　　支柱橫截面的慣性矩：</p><p>　　I = ( do4-di4 ) = ( 4262-4082 ) = 2.564×108 mm4</p><p>　　支柱底板底面至拉桿中心線與支柱中心線交點處的距

123、離：l = 5500 mm</p><p><b>　　拉桿影響系數(shù)：</b></p><p><b>　　ξ= </b></p><p>　　球罐的基本自震周期：</p><p><b>　　T = </b></p><p><b>　　==

124、0.7171s</b></p><p>　　3.2.2 地震力</p><p><b>　　綜合影響系數(shù)：</b></p><p>　　地震影響系數(shù)的最大值： (查[5]表15得)</p><p>　　特征周期： (查[5]表16得)</p><