2000m3球罐畢業(yè)設計

1、畢業(yè)設計第一章 緒論 近幾十年來球形容器在國外發(fā)展很快，我國的球形容器的引進和建設在七十年代才得到了飛速發(fā)展。通常球形容器作為大體積增壓儲存容器，在各工業(yè)部門中作為液化石油氣和液化天然氣，液氨，液氮，液氫及其他中間介質并存，也有作為壓縮空氣，壓縮氣體貯存。在原子能工業(yè)中球形容器還作為安全殼（分隔有輻射和無輻射區(qū)的大型球殼）使用?？傊S著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的使用范圍也就必然會越來越廣泛。 由于球形容器多數(shù)作為有壓貯存容器，故又稱球罐。1.1 球形容器的特點球形容器與常用的圓筒型相比具有以下的一些特點：1.球形容器的表面積小，即在相同作用容量下球形容器所需鋼材面積最小。2.球形容器殼板承載能力比

2、圓筒形容器大一倍。即在相同直徑相同壓力下，采用相同鋼板時，球形容器的板厚只需圓筒形容器板厚的一半。3.球形容器占地面積小，且可向高度發(fā)展，有利于地表面積的利用。由于這些特點，再加上球形容器基礎簡單，外觀漂亮，受風面積小等等，使球形容器的應用得到擴大。1.2 球形容器分類球形容器可按不同方式，如儲存溫度，結構形式等分類。 按貯存溫度分類：球形容器一般用于常溫或低溫，只有極個別場合，如造紙工業(yè)用的蒸煮球等，使用溫度高于常溫。(1) 常溫球形容器 如液化石油氣，氨，煤氣，氧氮等球罐一般這類球罐的壓力較高，取決于液化氣的飽和蒸汽壓或壓縮機的出口壓力。他的設計溫度大于-20度。(2) 低溫球罐 這類球罐

3、的設計溫度低于常溫（即=120度），一般不低于-100度，壓力偏于中等。(3) 深冷球罐 設計球罐在-100度以下。往往在介質液化點以下貯存，壓力不高，有時為常壓。由于對保冷要求高，常采用雙層球殼。 目前國內使用的球罐，設計溫度一般在之間。 按形狀分有圓球形，橢球形，水滴形或上述幾種形式的混合。 圓球形按分瓣方式分有桔瓣式，足球瓣式，混合瓣式等，圓球形按支撐方式分有支柱式，裙座式，半c里式，v形支撐式。1.3 國內外球罐建造進展1.3.1球罐建造的歷史概論 球罐作為一種工業(yè)貯存介質的壓力容器，僅開始于本世紀的三十年代。 在三十年代出現(xiàn)的工業(yè)球罐，特點是：容量小，結構粗笨，耗材高，施工技術差，施

4、工管理也差，沒有形成專業(yè)化生產，大部分是分散單片生產，主要采用熱壓球殼板，鉚接結構。即三十年代建造的球罐主要是鉚接球罐。 在四十年代，由于焊接技術的出現(xiàn)，球罐建造出現(xiàn)較大的進度。但由于當時工業(yè)水平較低，工業(yè)領域窄，因此球罐需求量也不大，受球罐材料的局限，顧發(fā)展水平不快。 在五十年代，由于焊接技術的進一步發(fā)展及高強度鋼的出現(xiàn)，隨著工業(yè)部門對球罐的大量需求，球罐建造開始迅速發(fā)展起來。但由于五十年代建球技術并不先進，所以其特點為：數(shù)量低，質量低。 在六十年代，隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，石油化工，原子能工業(yè)的發(fā)展，建球水平進入了一個新的階段，其特點如下：a) 對球罐的建造提出容量大，數(shù)量多，質量高的要求：使

5、用工藝條件也較苛刻。b) 鑒于六十年代球罐多次脆性破裂事故，球罐的安全性得到足夠重視。c) 球罐在建造中出現(xiàn)全面的質量控制和施工管理。d) 大容量球罐的經濟性促進了開發(fā)高強度低合金鋼，開始研究由于采用高強度鋼而帶來的焊接裂紋的防止。e) 各國開發(fā)球罐整體熱處理技術，并行成了熱處理專利及專門熱處理的服務公司。f) 對球罐的使用中裂紋引起了足夠的重視，并且開始防止球罐進行裂紋的研究。 在七十年代建造出現(xiàn)了不平衡的情況，由于各國發(fā)展了低溫儲存雙層立式儲罐，貯存各種氣體及液化氣體的需要，球罐又在某些國家迅速發(fā)展，這時期特點如下：(1) 這時期建造球罐容量增加，質量得到較好的控制。(2) 大型原子能發(fā)電

6、站的建造，促進球形壓力殼和安裝殼的制造技術水平，一些超大型球殼陸續(xù)建造完成。(3) 大量液化氣貯存事業(yè)發(fā)展，推動建球技術的發(fā)展。(4) 各國壓力容器規(guī)范開始注重對球罐制造的要求，出現(xiàn)一些球罐的專用規(guī)范，并注意球罐的設計制造，施工檢驗的規(guī)范標準的制定及實施。(5) 加強球罐施工現(xiàn)場管理，進行全面的質量控制。(6)家強求關的科研。1.3.2 國內球罐建造概論 我國最早建造球罐在1958年以后，至1980年已運行的各類球罐約為1000臺左右。 回顧我國近三十年的建造球罐歷史，歷史較短，但發(fā)展速度較快，目前國內建球技術水平僅僅達到世界先進國家的八十年代的水平，至于近年來引進國外球罐技術水平也有達到九十

7、年代的技術水平，但是綜合技術水平還是比較落后的，球罐的質量不能很快提高是技術管理水平低，大容量球罐尚不能建造主要缺少球罐的專門材料。總結近三十年的建球歷史，可以用如下幾個階段來闡述： 第一階段 1958年1972年 這階段是我國開始組建球罐階段，其特點是自行設計階段，分散組建中小型球罐為主，最大容量為一千立方米。采用低合金鋼16mnr球罐試制成功后，出現(xiàn)大容量的16mnr，15mnvr球罐，球殼和主要熱壓成型，由各施工單位組裝焊接。球罐組建均設有標準規(guī)范進行質量控制，無竣工驗收標準，因此施工質量低劣，生產效率低，對球罐安全性尚未被人們得到足夠的認識。 第二階段 1972年1979年 這階段是我

8、國建造球罐最多，容量最大的時期。首先這階段引進32臺國外球罐，建造3臺8250立方米大型液氨球罐，2臺5200立方米液氨球罐，2太2200立方米丙烯球罐。在引進球罐設計制造，施工和檢驗技術的掌握下，我國建球技術有了較大的提高。為我國趕超世界先進技術水平創(chuàng)造了良好的開端。其次，我國自行建造的2000立方米的大型球罐，并且組建配套工程球罐近百臺左右，使國產球罐技術水平達到了一個新水平。 第三階段 1979年1982年這階段是球罐建造調整階段，主要對全國現(xiàn)已運行的近800臺球罐進行一次全面開罐檢查，消除重大事故的隱患，對新建球罐進行全面質量檢查及控制，為迎接今后組建大量城市煤氣球罐打下基礎。對提高國

9、內球罐建造及安全使用的一些看法 由于目前的一些問題主要都出現(xiàn)在焊接接頭上，所以應該采用指把焊縫的質量提高到目前的水平。應從：(1) 焊縫磨削（2）球罐熱處理（3）人孔接管產生的應力進行處理 這三個方面進行考慮。1.3.3為使國產球罐向大型化發(fā)展應注意的問題1 球罐用鋼問題由于球罐向大型化發(fā)展，相應的要求球罐用鋼要向高強度鋼發(fā)展。采用高強度鋼制造球罐有如下特點：(1) 對于相同容量的球罐，采用高強度鋼可以減少壁厚，節(jié)約原材料的消耗。(2) 經濟性好，占地面積小，附件數(shù)量少，節(jié)省基礎工程的設計費用，減少制造工時，運輸和安裝也方便。(3) 可以建成不用熱處理的大容量球罐，因此可節(jié)省投資。 目前我國急

10、需發(fā)展屈服強度為50公斤/cm的高強度調制鋼，以滿足球罐需要，特別是乙烯球罐用材的需要。2 球瓣自制問題不管球罐的絕對容積是多大，大型化總有一條總的原則：就是必須盡量減少焊縫數(shù)量即：盡量使球瓣尺寸趨于大型化。這樣，不但焊縫工作量減少了，而且裝配應力也相應減少，建造周期可以縮短。第二章 結構設計2.1 純桔瓣球殼的瓣片設計和計算2.1.1 各緯帶截面下弦口直徑： (2.1) 2.1.2 各帶弧長 (2.2)2.1.3 球瓣（半球以上）各點弦長一般把球瓣分成10等分來測量，故取10。因各帶球心角相等，故： (2.3)對赤道帶：對溫帶：2.1.4 球瓣相對于的弧長 (2.4) =2.1.5 球瓣徑向

11、邊緣各測點弦長 (2.5)同理得：2.1.6 球瓣徑向邊緣相應于的弧長之一半 (2.6)有關式中分別表示赤道球瓣（赤道平面以上），溫帶球瓣的測量點數(shù)。對赤道帶，令：；對溫帶：令以此類推同理得： (2.7)同理得：2.1.7 各帶球瓣弦口弧長和弦長 (2.8)2.1.8 各帶球瓣弦口展開半徑 (2.9)=2.1.9 極帶幾何尺寸計算 (2.10)當時， (2.11) =2.1.10各帶球瓣對角線弦長和弧長因赤道帶對稱于赤道平面 (2.12)2.2 破口設計球殼都是以球瓣焊接而成，因次焊接破口的設計是保證球罐質量的重要環(huán)節(jié)。破口設計的原則是要便于焊接，便于檢驗，以次來達到焊縫有足夠的強度而又經濟合

12、理。目前國內外球罐焊縫系數(shù)都趨向于采用，因此破口設計就更為重要。破口設計的影響因素：與采用焊接方法有關，當用手工焊時采用不對稱x型破口或y型v型破口；當用自動焊，半自動焊啟電垂直按所用焊機情況選定適當形式破口。與球殼的鋼板的厚薄有關，當鋼板厚度大于20mm時，一般采用大型破口（不對稱或對稱）當鋼板厚度小于20mm時而采用手工焊時，一般采用y型（v型）破口。與焊接所在球殼部位（即焊工操作位置）有關。當采用手工焊焊接不對稱x 型破口時，一般適宜于把上溫帶，上極板的焊縫及赤道上環(huán)縫以上所有環(huán)縫的大坡口放在內側，小坡口放在外側；反之把赤道帶，下溫帶和下極板的主從縫及赤道帶下環(huán)縫以下的所有環(huán)縫的大小破口

13、放在外側，小坡口在內側。這樣有利于碳弧氣刨清根（或磨焊極）及著已檢驗的操作，同時小坡口側便于預熱，電焊工作（所謂大破口是指焊根部較深那邊）。與焊接公藝有關 采用不對稱x型破口手工電弧焊時，采用小間隙坡口結構（c=13mm）是我國和日本的習慣。坡口的設計就是決定破口結構的三個要素：角度（包括角度誤差）；間隙（包括間隙誤差）；鈍邊尺寸大小。在本設計中根據(jù)球形儲罐設計規(guī)定選用不對稱x型破口形式。2.3 支座設計 球罐支座是球罐中用以支撐本體重量和貯存物料重量的結構部件，由于球罐殼體呈圓球狀，給支左設計帶來一定的困難，它即要支撐較大的重量。又由于球罐設計在室外，需承受各種自然環(huán)境影響；如風載荷，地震載

14、荷和環(huán)境溫度變化的作用。為了對付各種影響因素，結構形式比較多，設計計算也比較復雜。 支撐可分成柱式支撐和裙式支撐兩打類。柱式支撐中又以赤道正切柱式支撐用的最多，為國內外普遍采用。裙式支撐包括圓筒裙式支撐，錐形支撐。在本設計中，參考國內外經驗和我國目前的制造水平，選用了赤道正切形式支座結構。 赤道正切柱式支座結構: 它的特點是：球殼由多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置，與球殼相切或近乎相切，（相割）而焊接起來。一般說相割時，支柱的軸心線與球殼交點與球心連線與赤道平面的夾角約為角支柱支撐球的質量，為了承受地震載荷和風載荷；保正球罐的穩(wěn)定性，在支柱之間設置拉桿相連。這種支座的優(yōu)點是受力均勻，彈

15、性好，安裝方便，施工簡單，容易調整，現(xiàn)場操作和檢修也方便。它的缺點主要是重心高，穩(wěn)定性較差。(1) 支柱結構 支柱由圓管，地板，端板三部分組成，分單段式和雙段式兩種。 1單段式支柱 主柱由一根圓管或圓筒組成，某上端在制造廠加工成與球殼相接的圓弧狀（為達到密切接合也有采用翻邊形式），下端與地板焊好，然后運到現(xiàn)場與球瓣進行組裝和焊接。它主要用于常溫球罐。 2雙段式支柱 這種支柱適用于低溫球罐的特殊材料的支座。按低溫球罐設計要求，與球殼相連的支柱必須選用與殼體相同的低溫材料，其設計高度一般為支柱總高度的3040%左右，該段支柱一般在制造廠內與球瓣進行組對焊接，并對連接焊縫進行焊后熱處理。下段支柱可采

16、用一般材料。 在常溫球罐中也有由于安裝方面希望改善柱頭部位支座與球殼連接的應力狀況而采用雙段式支柱結構。這時，不要求上段采用與殼體相同的材料。 雙段式支柱本身結構較為復雜，但它在與殼體相焊處焊縫的受力水平較低，這是一個顯著的優(yōu)點，故在國外得到廣泛的應用。 故在本設計中采用雙段式支柱。3支柱與球殼的連接 主要分為有墊板和無墊板兩種結構，有墊板結構可增加球殼板的剛性，但又增加了球殼上的搭接焊縫，在第合金高強鋼的施焊中由于易產生裂紋，探傷檢查又困難，故應盡量避免采用墊板結構。 故在本設計中采用墊板結構。 支柱與球殼連接端部結構，也分為平板式和半球式兩種。半球式受力較合理，抗拉斷能力較強，平板式結構造

17、成高應力的邊角，連接不合理。支柱與球殼連接的下部結構，分為直接連接和有托連接兩種。有托板結構，可以改善支撐和焊接條件，便于焊縫檢驗。 在本設計中采用半球頂有托板結構。4支柱的防火安全結構 支柱的防火安全結構主要是在支柱上防火層及可熔塞結構。 當在灌區(qū)發(fā)生火災時，為了防止球罐支柱在很短時間內被火燒塌，引起球罐破壞使事故加劇，除了對球罐體本身采用防火水幕噴淋以外，對于高度為一米以上的支柱，用厚度50mm以上的耐熱混凝土成具有相當性能的不燃性絕熱材料覆蓋。防火隔熱層不應發(fā)生干裂，其耐火性必須在一小時以上。 每根支柱上開設排氣孔，使支柱管子內部的氣體在火災時能夠及時溢出，保護支柱。為了隔絕支柱管與外界

18、接觸，試壓后在排氣孔上采用可熔塞堵孔，可熔塞內填上以以下溫度時能自行熔化的金屬材料，易熔塞直徑應在6mm以上。 支柱還必須具有較好的平密性，保證各處焊縫有足夠的強度（尤其是在支柱與球殼接頭上），（組裝施焊后的支柱必須進行表壓的空氣氣密試驗） 球罐應按有關規(guī)定安裝單個接地電阻為，總和電阻為以下的接地設施。每臺球罐至少應有兩個接地凸緣。（2）拉桿結構 拉桿是作為承受風載荷及地震載荷的部件，增加球罐的穩(wěn)定性而設置。拉桿結構可分為可調試和固定式兩種。 可調試拉桿分成長短兩段，有可調螺母連接，以調節(jié)拉桿的松緊度，大多數(shù)采用高強度的圓鋼或鍛件圓鋼制作 在本設計中采用可調試拉桿結構。2.4 人孔和接管2.4

19、.1 人孔結構 球罐用的人孔是作為操作人員進出球罐以進行檢查及維修用的。本設計中的球罐雖然不做焊后整體熱處理，但人孔的選定必須考慮操作人員帶工具進出球罐方便。一般選用dg500600較適宜。根據(jù)球形儲罐設計規(guī)定本球罐開設dg1000的人孔。 一般球罐上應該有兩個人孔，分別設在上下極帶上。上部人孔采用水平吊蓋人孔，下部人孔采用回轉蓋人孔。 原因：工作壓力，材質為低合金高強鋼或低溫球罐時，采用回轉蓋整體鍛件凸緣補強人孔，因為這種結構合理外，由于球罐極帶配管集中，空間比較緊張也是一個原因，但由于人孔蓋較厚，頂部人孔的開啟是很費力的，所以若極帶空間較寬裕的話，可選用水平吊蓋人孔。 在有壓力情況下人孔法

20、蘭一般采用帶頸對焊法蘭。密封面采用凹凸面形式。 采用整體鍛件補強的人孔結構較為合理： 其優(yōu)點是補強金屬集中于開孔削弱應力最大的部位，應力集中系數(shù)最小，又采用對接焊縫，并使焊縫及其熱影響區(qū)離開最大應力點的位置，故抗疲勞性能好，疲勞壽命只降低1015%節(jié)省材料，且壁厚大于或等于30mm的球罐，其人孔和接管的開孔補強均應采用整體補強結構。 故在本設計中采用正鍛件補強。2.4.2 接管結構球罐由于工藝操作需要有各種接管。球罐接管部分是強度的薄弱環(huán)節(jié)，國內較多事故是從接管焊接處發(fā)生的。為了提高該處的安全性，采用厚避管或整鍛件凸緣補強措施。1接管材料 與球罐相焊的接管材料選用與球殼相同的材料。2.開孔位置

21、 開孔應該設計在上下極帶上，便于集中控制，并使接管焊接能在制造廠完成，保證接管焊接部位的質量。開孔應與焊接錯開，其間距應大于三倍的板候，并且必須大于100mm。在球罐焊接縫上不應開孔。3.孔的補強 因球罐容積大，一般其殼體避厚都較接管厚得多，為了保證焊接質量，應加厚接管的管壁。即使對小直徑接管。例如dg20也應采用壁厚管焊接結構。2.5 球罐的附件設計2.5.1 梯子平臺在本設計中球罐外部設有頂部平臺，中間平臺以及為了從地面進入這些平臺的下部斜梯，上部盤梯。由于球罐的工藝接管及人孔絕大部分都設置在上級板處，頂部平臺是作為工藝操作用的平臺。中間平臺的設置是為了操作人員上下頂部平臺時中間休息，或者

22、是作為檢查球罐赤道部位外部情況用的。 在本設計中采用的梯子（上部盤梯）是球體和橢柱體相貫的相貫線，這種梯子結構彌補了球面螺線盤體的剛開始梯子的上升角太大，后來上升角太大，后來上升角太小的缺點，故這種結構行走舒適，沒有陡升陡降的感覺。2.5.2 水噴淋裝置1概述 球罐上裝射水噴淋裝置是為了內盛的液化石油氣，可燃性氣體及毒性氣體（氯，氨除外）的隔熱需要，同時也可起消防的 保護作用。但是隔熱和消防保護有不同的要求，一般淋水裝置的構造為環(huán)形冷卻水管和導流式淋水裝置。1隔熱用淋水裝置的要求 要求淋水裝置可以向球罐整個表面均勻淋水 ，其淋水量按球罐本體表面積每平方米淋水2l/min進行計算。2消防用淋水裝

23、置的要求 要求淋水裝置也能向球罐整個表面均勻淋水，其淋水量按球罐本體表面積6l/min 當儲存可燃性氣體，液化氣和液化石油氣的球罐之間實際距離比安全規(guī)程縮短時，灑水量要求增大至10l/min .2.淋水管的設計 淋水管原則上要求采用鍍鋅水管或具有同等以上耐熱性，耐腐蝕性及強度的鋼管。淋水管的灑水孔口徑為4mm以上，以防止水垢，灰塵垢塞灑水孔。3.有關計算 在本設計中所用的灑水量為6l/min貯槽外表面積：1所需灑水量： =1616.304kgf/min2灑水管口徑水流速：v=2m/s=所需管徑： (2.13)3灑水孔數(shù)的決定： (2.14) =個2.5.3 隔熱設施 貯存液化石油氣，可燃性氣體

24、和它的液化氣以及有毒氣體（氯，氨除外）的球殼體和支柱應該設置隔熱設施。 隔熱設施可采用水噴淋裝置或采用不燃性絕熱材料覆蓋。2.5.4 液面計 貯存液體和液化氣球罐中應裝液面計。 目前，球罐中采用的液面計主要有浮子齒帶液面計和玻璃板式液面計兩種。國外采用的都是前者。由于我國浮子齒帶液面計還處在試產階段，一般都采用玻璃板式液面計。 玻璃板式液面計直接性好，可以指示高液位和低液位。 這種結構定型規(guī)格長度較短，而球罐直徑較大，要求裝設許多個液面計才能看到全液位，結構較為復雜，管接頭增多，易滲透。2.5.5 壓力表 為了測量容器內壓力，球罐應設計壓力表。考慮到壓力表由于某種原因而發(fā)生故障，或由于儀表檢驗

25、而取出等情況，應在球殼的上部和下部各設一個以上的壓力表。 壓力表的最大刻度為正常運轉壓力的1。5倍以上。 為使壓力表的讀數(shù)盡可能正確，壓力表的表面直徑應大于150mm。壓力表前應安裝截至閥，以便在儀表標校時可以取下壓力表。2.5.6 安全閥1安全閥的種類，數(shù)量及可設置的位置 為防止球罐運轉異常造成內壓超過設計壓力，應在氣相部分設置一個以上的異常時用安全閥，以便及時排除部分氣相物料，自動的將內壓回復到設計壓力以下。同時，在氣象部分還要設置一個以上的火災安全閥，使得由于火災而使罐內物料溫度及壓力上升時，能自動發(fā)生作用，排泄物料，確保球罐不超過。2安全閥的排泄量對無絕緣材料保溫層的液化氣體球罐的安全

26、泄放量： (2.15)式中：球罐的安全的泄放量。在泄放壓力下液化氣體的氣化潛熱。泄放壓力 :丙烷單組分在18.633kgf/的泄放壓力下的沸點：。丁烷單組分在18.663kgf/的泄放壓力f的沸點：。查化工工藝設計手冊（二）p16-182得：在本設計中丙烷90%，丁烷10%，且丙烷的沸點遠遠低于丁烷的沸點。故以丙烷的蒸發(fā)潛熱作為液化氣體的氣化潛熱。 f系數(shù)，球罐裝在地面下用沙土覆蓋的取f=0.3，球罐在地面上時，取 f=1，對設置在大于10l/噴淋裝置下時取f=0.6，在本設計中f=1。a-球罐的受熱面積 故取a=177.543 安全閥排氣能力的計算 ， (2.16) 因為我們所設計的球罐容積

27、比較大，容量大，故在本設計中采用全啟式安全閥，一般易燃易爆或有毒介質應選用封閉式。 全啟式安全閥 a=因乙烯是多原子氣體，故取x=24.4,0.60.7,取0. 65。t=273+520=325k 根據(jù)化學工程手冊第一篇p50求： 丙烷的臨界點 369.8k =41.9mm 偏心因子: 查化學工藝手冊第一篇 p170 介于0.85和0.90之間。 介于0.4和0.6之間。其中 都為液體的數(shù)據(jù)。在本設計中所用的z是球體在操作壓溫度壓力下的壓縮系數(shù)。同理： (2.17) =安全閥的排氣能力g液化氣體球罐的安全泄放量 在化工工藝設計手冊第一冊p1087查得a42h40彈簧全啟封閉式安全閥（閥體材料為

28、碳鋼） 重量 配法總型號100 65 135 205 185 590 93 hg5016-58-40第三章 強度計算3.1 設計條件 設計壓力 ：p=0.7mpa 設計溫度 ：常溫 公稱容積 ：2000 幾何容積 ：2003.1物料密度 ：1.25kg/地震設計烈度 ：7級球殼內直徑 ：15700基本風壓值 ：450n/基本雪壓值 ：200n/球罐建造場地 ：ii類 近震 b類地區(qū)充裝系數(shù) ：0.93.2 球殼計算3.2.1 球殼厚度球殼各帶的計算壓力分別為：=0.7mpa=0.7mpa=0.7+1.25(11.7-3.074)9.8=0.7001mpa球殼材料采用16mnr，常溫下許用壓力為

29、；取焊縫系數(shù)：，腐蝕余量，鋼板厚度負偏差，故厚度附加量球殼各帶所需壁厚： (3.1)圓整后可??； (3.2)圓整后可?。?(3.3)圓整后可?。?(3.4)圓整后可??； (3.5)圓整后可取。3.2.2 球殼薄膜應力校核根據(jù)式： ；球殼各帶應力計算值如表31 表31球殼各帶應力計算值 mpa 分帶號12345各帶有效厚度175175185205195操作條件下內壓應力13721372137214091409液壓應力0052181197總應力13721372142415901606液壓試驗條件下內壓應力19611961196115931762液壓應力0457180243293總應力1965201

30、8214018362055球殼的許用應力值：操作條件下： 液壓試驗條件下： 表中各帶計算應力均小于上述許用應力，故強度條件得到滿足。(1) 球殼許用外壓力系數(shù) (3.6)查gb1501998鋼制壓力容器第33頁圖6-5得：b=375許用外壓力： (3.7)(2) 球殼壓應力校核許用臨界壓應力： (3.8)下半球殼質量： (3.9)下半球儲存介質質量： (3.10)下半球保溫隔熱材料質量 操作條件下赤道避壓應力： (3.11) 下半球水的質量： (3.12)水壓試驗條件下赤道避壓力： (3.13)所以 3.3 支柱載荷計算支柱外直徑： 支柱內直徑： 支柱計算長度l：支柱金屬橫截面積a：14871

31、支柱截面慣性矩j：支柱斷面模數(shù)w：基本雪壓值q：支柱材料：q235-a支柱材料屈服極限支柱數(shù)目 n：103.3.1 靜載荷操作條件下球殼質量： (3.14)儲存介質質量： (3.15)積雪質量： (3.16)保溫隔熱材料質量：附件質量：支柱和拉桿質量：kg球罐每根支柱承受的靜載荷： (3.17)液壓試驗條件下：水的質量： (3.18)球罐每根支柱承受的靜載荷： (3.19)3.3.2 動載荷 地震水平載荷拉桿影響系數(shù)： (3.20) =球罐中心處單位力引起的水平位移： (3.21) =基本自振周期： (3.22)本球罐建造地的基礎土質屬于ii類場土地。設計地震烈度為7級，按表4-2，地震影響系

32、數(shù)的最大值因此： (3.23)地震水平力 (3.24) 風載荷球罐建造地基本風壓值：查表4-9，風壓值高度變化系數(shù)查表4-10，動載系數(shù)故風振系數(shù)水平風力： (3.25) =因 推倒彎矩形成的垂直力推倒彎矩： (3.26)由m對各支柱產生的垂直力： (3.27).剪切力形成的支柱垂直載荷，水平力f的方向為a向，拉桿構架的方位角， (3.28).支柱附加壓力載荷 本球罐無允許沉降差的數(shù)據(jù)，為示范起見，以允許沉降差為1mm計算附加壓縮載荷，操作條件如下：mm (3.29) (3.30) (3.31)液壓試驗條件下： (3.32) (3.33) (3.34).載荷組合在載荷組合中，以每根支柱都可以承

33、受附加壓縮載荷計，那么在操作狀態(tài)下每根支柱的載荷情況如表32 表32支柱載荷計算值 單位：mpa支柱編號載荷abcdcba1320642132064213206421320642132064213206421320642-50890.6-44072.5-25445.3025445.344072.550890.60422871155801578171578173011558457415880158801588015880158801588015880e1285631.41334736.51426306.714943391519784.31496097.51471986.6從計算結果可知，編號c的

34、支柱承受最大壓縮載荷 液壓試驗條件下： n3.3.3.支柱穩(wěn)定性校核本球罐按考慮偏心影響校核支柱的穩(wěn)定性。操作條件如下：支柱頂端的偏心位移： (3.35) =偏心率： (3.36)支柱柔度： (3.37) 由，因此，穩(wěn)定性許用應力為：支柱壓縮應力為： (3.38)液壓條件試驗下： (3.39) = (3.40)查表得：穩(wěn)定性許用應力：支柱壓縮應力： (3.41)3.3.2 拉桿計算拉桿材料選鋼，拉桿載荷： (3.42) 拉桿直徑： (3.43) 取銷釘直徑為3.4 連接部位強度計算球罐的支柱與拉桿，支柱與球殼以及支柱底座等結構3.4.1 銷釘直徑計算銷釘材料選用 (3.44)= ；取銷釘直徑為

35、。3.4.2 耳板和翼板厚度計算耳板和翼板都選用鋼。耳板和翼板厚度： (3.45)取耳板厚度為26mm，翼板厚度為每塊13mm。3.4.3 焊縫剪應力校核1.焊縫1的剪應力： (3.46) (3.47)焊縫許用剪切應力： (3.48)。2.地角螺栓計算球罐支柱承受的最小壓縮力： (3.49)摩擦力： (3.50)支柱承受的最大水平力（近似也按操作條件計算）：n (3.51)由此可見，應采用地角螺栓，并作地角螺栓直徑計算。每根支柱采用2個地角螺栓，于是： (3.52) =采用m36地角螺栓。3.支柱地板的直徑和厚度計算查底版基礎材料的許用壓應力地板直徑： (3.53)取底版直徑為。地板厚度：支柱

36、作用于地板上的壓縮應力為： (3.54) (3.55) =取地板厚度為30mm.4.支柱與球殼連接處的應力驗算不帶加強板，過a點的球殼水平橫截面積： (3.56) = =1001514a點以下球殼質量： (3.57) =489400kga點以下水的質量： (3.58)=659.9kg在操作條件下徑向應力： (3.59) = =132.6mpa周向應力： (3.60) = =128mpa剪應力： (3.61) =主應力： (3.62) = =141.7mpa球殼板材料許用應力： 液壓試驗條件下：徑向應力： (3.63) = =160mpa周向應力： (3.64) = =160mpa剪應力： (3

37、.65) = =15.1mpa主應力： (3.66) =液壓試驗條件下，球殼板材料許用應力，滿足強度條件。5.支柱與球殼連接焊縫強度計算焊縫剪切應力： (3.67)焊縫許用剪切應力：所以，焊縫滿足強度要求。第四章工廠制造及現(xiàn)場組裝4.1工廠制造4.1.1原材料檢驗 制造廠必須按照圖紙及有關技術條件對制造球形容器的鋼板進行檢驗。 首先必須了解鋼板的使用狀態(tài)，其次要了解進場鋼板的實際狀態(tài)是否與使用狀態(tài)相符。 鋼板的狀態(tài)與使用狀態(tài)相符和則應按技術要求進行化學或物理性能檢驗。4.1.2瓣片加工1球瓣成型方法 球殼瓣的瓣片是由鋼板通過壓機和壓力加工而達到需要的狀態(tài)。這個過程成為成型操作。球瓣的成型操作冷

38、壓，熱壓及溫壓。 成型方法取決于材料種類，厚度，曲率半徑。熱處理強度，延性和設備能力。在本設計中采用冷壓成型的加工方法。 為了提高球瓣的精度，特別是適用于熱處理狀態(tài)使用的并以使用狀態(tài)供貨的鋼板，建議瓣片采用冷壓成型。2.瓣片的放樣及坡口加工1瓣片的放樣球殼是雙曲面，不可能在平面上精確展開。因此瓣片不可能一次精確下聊。通常先按近似展開作初步下料，在壓制成型后再進行第二次下料。2坡口加工圓柱形殼可先開破口，再成型；而球瓣就不行。各球瓣的焊接破口，必須在球瓣壓制成型后加工，亦可與瓣片第二次下料結合進行。 坡口加工可采用火焰切割，風鏟，機械加工急打磨。亦可采用各種方法結合進行。加工破口的最理想的方法是

39、機械加工。他不象火焰切割會在破口表面上留下氧化皮，也不會造成材料局部硬化和變形。坡口加工后必須仔細檢驗破口表面，不得有分層，開裂或影響焊接質量的缺陷。在坡口加工后應涂上防護層，目前已有專用于坡口防銹的涂層。3.瓣片的測量在設計圖紙上已給出球瓣的精確尺寸。在成型時，根據(jù)需要隨時檢驗有關尺寸。成品檢驗一般作瓣片四邊弦長檢驗；對角線尺寸檢驗及瓣片曲率檢驗。4.2現(xiàn)場組裝組裝方法： 單片組裝法：又稱散裝法，即把單張球瓣逐一組裝成型的方法，因彈片組裝，故不需要很大起吊能力的機具和安裝場地，準備工作量小，組裝速度快，且組裝精度易保證，組裝應力小。 拼大片組裝法：指在胎具上把已欲裝編號后的各帶塊中，把鄰近的

40、兩張或更多的球瓣拼接成較大的一組合瓣，然后吊裝各組合瓣成球。拼大片組裝法由于部分球瓣在地面進行施焊，故可采用自動焊。提高這部分的焊接質量，減少了高空作業(yè)量和工夾具的數(shù)量。 拼環(huán)帶組裝法：a.把各環(huán)帶的球罐在平臺上組裝焊接成環(huán)帶，然后組拼各環(huán)帶。組拼環(huán)帶一般從下半球開始，吊裝好的一環(huán)帶，焊好焊縫，如此類推，把各環(huán)帶拼焊成塊。b.把環(huán)或數(shù)環(huán)球瓣在平臺上組裝焊成中間環(huán)。把上極板與溫帶和下極板與下溫帶在平臺上分別裝焊成上蓋和下蓋，然后分次序吊裝拼焊成球。 拼半球組裝法：它是分帶組裝法的一個形式，它一般是先在平臺上用拼環(huán)帶的方法將球瓣分別組裝成兩個半球，然后在基礎上將兩個半球裝拼成整球；或在回轉胎架上將

41、兩個半球組焊成整球再吊裝于基礎上。 分帶，整體混合組裝法：首先將各支柱截為兩部分（）。把上部支柱與赤道環(huán)帶在平臺上組拼好，點固焊，必要時在主從縫兩端焊一連碼，以防起吊時點焊爆裂，然后吊起赤道環(huán)，與已就位于基礎上的下部支柱相對拼。然后以組裝好的赤道帶為基準，用整體組裝的方法，將其余的球瓣組裝成球。4.3 組裝準備 組裝前的準備工作很多，例如安裝平臺的鋪設，設置拼片及檢驗用的胎具，電源，水源，風源以及液化氣管線的接通，各種組裝設備的檢查。此外還有：4.3.1 基礎檢查驗收 不論采用何種安裝手段，基礎尺寸的精度直接影響到該球罐的質量和施工進度。故在土建部門提供基礎質量合格證書及施工許可手續(xù)后，應參照

42、有關要求認真復合基礎的各結構尺寸，位置，標高，公差等。4.3.2 球瓣幾何尺寸檢驗和理化檢驗 在安裝之前對球瓣的曲率及尺寸精度必須嚴格檢查。檢查時應把球瓣吊到胎具上進行，對不合格的殼板要進行調校。 此外，球瓣的外觀質量對球罐的質量影響很大。故在球罐安裝前，必須對球罐逐張認真檢查，對發(fā)現(xiàn)的表面缺陷應按標準規(guī)定的方法修整和復查。同時，周邊的皺折，破口成型及加工質量都必須根據(jù)有關的規(guī)范和要求嚴格控制。4.4 組裝精度的控制4.4.1 支柱偏差的控制 目前，我國的一些規(guī)范中規(guī)定支柱的垂直偏差為： 且15mm 其中 采用平墊鐵組來保證支柱的偏差會得到比較好的結果。它只要利用不同厚薄的平墊鐵組來調整保證的

43、誤差。由于各平墊鐵組在各其敦上達到標高及水平標準，所以吊裝支柱后，水平標高和鉛錘度都自然達到規(guī)定要求。在某些情況下可混合采用平墊與斜墊鐵組，平墊鐵安放在基墩中間，旁邊再墊斜墊以備調整。4.4.2 橢圓度，焊縫錯邊量和角變形 在球罐安裝過程中，他們是主要的控制對象之一。他們的出現(xiàn)往往是由于壓制球瓣的精度不夠，以及運輸過程的損壞或堆放不妥所造成的。所以，在組裝前對球瓣的成形曲率和尺寸精度的檢查是不能放松的。 正確選用組裝方法對避免上述偏差起很大作用。另外，裝夾具的正確選用，對控制偏差起很大作用。當然，橢圓度與角變形最終還得由焊接工序來保證，但保證在焊接前使偏差降到最小值是最終保證偏差的先決條件之一

44、。第五章 焊接與檢查5.1 鋼材的可焊性 一般說，一種材料，使用的焊接設備，采用的焊接工藝越簡單，其接頭的性能越接近母材，則認為材料的可焊性好。反之則認為可焊性較差。鋼材中的主要元素對焊接熱影響區(qū)的裂紋生成有很大影響。一般說碳當量值越大則可焊性越差5.2 焊接工藝的確定5.2.1 焊接方法的選擇在球罐的建造中采用較多的是手工電狐焊及埋狐自動焊。在選擇時主要考慮材料的性能，特別是韌性，以及焊接位置。對以熱處理來獲得缺口韌性的鋼，為了保證熱影響區(qū)韌性，常選用熱輸入量低的焊接方法。此外，球罐的現(xiàn)場安裝需要安全位置焊接，故一般都采用手工電弧焊。5.2.2 焊條，焊絲，焊劑的選擇 要求填充金屬能得出良好的焊縫，其強度和和韌性不亞于母