400M3丙烯球罐設(shè)計(jì)（機(jī)械CAD圖紙）

1、 摘 要本次設(shè)計(jì)中的400m球罐用于貯存氧氣，其球殼板的材質(zhì)為16mnr,本文對(duì)其母材的焊接性做了簡(jiǎn)要的分析，并在次基礎(chǔ)上選擇了球罐焊接前的預(yù)熱溫度，以及焊接方法和焊接材料。預(yù)熱溫度為120-140，焊接方法為焊條電弧焊，焊條為e5015。 根據(jù)工廠的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)編制了400m球罐的生產(chǎn)工藝流程。在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，球殼板的壓制成形，球罐的組裝與球罐的焊接屬于生產(chǎn)中的重點(diǎn)與難點(diǎn)，在本文中都進(jìn)行了詳細(xì)的分析和論述。 球殼板成形采取布局成形的方法，必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。本文根據(jù)球罐上每條焊縫的不同特點(diǎn)，制定了各個(gè)焊縫的具體焊接方法，并選擇了焊接工藝參數(shù)。 球罐組裝焊接之后，需要進(jìn)行焊后處理，包括無(wú)損

2、檢測(cè)，焊后熱處理，以及耐壓試驗(yàn)等，本文也都進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和說(shuō)明，并介紹了相應(yīng)的處理方法和注意事項(xiàng)。 關(guān)鍵詞：球罐 成形 組裝 焊接 abstractthe design of the 400m spherical container used for store oxygen ,its spherical shell plate material is 16mnr .in this paper, the welding of the base metal was analysed briefly ,and on this foundation ,the preheat temperature

3、 before the spherical container for welding ,the welding process ,and the welding material were selected . the preheat temperature is 120-140 ，the welding process is the shield metal are welding, the covered electrodes are e5015 .the produce technologic course of the 400 mspherical container was com

4、piled according to the experience of the manufacturing plant and related standards .in the entire production process ,the press of forming spherical shell plate ，the installation and welding of spherical container belong to important and difficult in the production . in this paper ,they were carried

5、 out a detailed analysis and exposition .the methods of forming the spherical shell plate was part forming . the of the spherical container was divided two parts, they are the parts installation method ,and it should be conducted at the scene. according to the different character of each weld on the

6、 spherical container ,in this paper ,the concrete welding process of every weld was complied ,and the welding procedure parameters were chose .after the installation and welding of the spherical container ,there need to conduct process when the welding finished ,which include non-destructive testing

7、 , post weld heat treatment ,and the pressure test ,and so on .in the paper , they were conducted a brief analysis and exposition ,and were introduced the corresponding resolve methods and attention matters .key words :spherical container forming installation welding目 錄緒 論11.1球形容器的特點(diǎn)11.2球形容器分類11.3國(guó)內(nèi)

8、球罐建造情況2第一章 材料選用31.1材料的選擇原則31.2殼體用材料41.3鍛件用鋼51.4螺栓、螺母和支撐結(jié)構(gòu)的選材51.4.1螺栓螺母的選用51.4.2支承結(jié)構(gòu)（支柱、拉桿等）選材5第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)72.1概述72.2球殼設(shè)計(jì)72.3球殼的分帶，分塊及分角82.4純桔瓣球殼的瓣片設(shè)計(jì)和計(jì)算82.4.1瓣片設(shè)計(jì)83.4.2純桔瓣球瓣的計(jì)算93.5坡口設(shè)計(jì)153.6支座設(shè)計(jì)153.6.1支座結(jié)構(gòu)153.6.2拉桿結(jié)構(gòu)163.7人孔和接管163.7.1人孔結(jié)構(gòu)163.7.2接管結(jié)構(gòu)163.8球罐的附件設(shè)計(jì)163.8.1梯子平臺(tái)163.8.2水噴淋裝置163.8.3隔熱設(shè)施173.8.4頁(yè)面計(jì)1

9、7.8.5壓力表172.8.6安全閥17第四章 強(qiáng)度計(jì)算194.1球殼壁厚計(jì)算194.1.1符號(hào)說(shuō)明194.1.2計(jì)算各帶殼板厚度時(shí)的計(jì)算壓力，最大的物料成裝體積194.13各帶球殼板的厚度計(jì)算194.2支柱計(jì)算204.2.1載荷計(jì)算204.2.2支柱計(jì)算244.2.3 支柱彎矩及偏心率計(jì)算29a 偏心彎矩294.2.4 支柱穩(wěn)定性驗(yàn)算31查表得 0=0.278353314.2.5 地腳螺栓計(jì)算324.3拉桿計(jì)算344.3.1 拉桿強(qiáng)度計(jì)算344.3.2 拉桿連接部位計(jì)算344.4 支柱和球殼連接最低處a點(diǎn)的應(yīng)力驗(yàn)算364.4.1 符號(hào)說(shuō)明364.4.2 單項(xiàng)應(yīng)力計(jì)算374.4.3 合成應(yīng)力計(jì)

10、算394.4.4 強(qiáng)度驗(yàn)算394.5 支柱與球殼連接焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算394.6 支柱間的允許沉降差404.7 人孔鍛件設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核414.7.1人孔鍛件設(shè)計(jì)414.7.2法蘭強(qiáng)度校核424.7.3法蘭外力矩計(jì)算444.7.4法蘭形狀系數(shù)454.7.5 法蘭應(yīng)力計(jì)算464.7.6應(yīng)力檢驗(yàn)46第五章 工廠制造及現(xiàn)場(chǎng)組裝475.1工廠制造475.1.1 原材料檢驗(yàn)475.1.2 瓣片加工475.2組裝設(shè)備及工具485.3組裝準(zhǔn)備485.4組裝精度的控制48第六章 焊接與檢查496.1 鋼材的可焊性496.2 焊接工藝的確定496.3焊后熱處理506.3.1焊后熱處理的確定516.3.2 焊后熱處理51

11、6.4原材料檢驗(yàn)516.4.1球罐用鋼板的檢查和驗(yàn)收516.4.2球罐用鍛件及其他鋼材的檢查和驗(yàn)收526.5車間制造檢驗(yàn)526.5.1 焊接檢驗(yàn)526.5.2 球瓣的檢驗(yàn)526.5.3 上、下極板的檢查536.5.4支柱尺寸精度檢查536.5.5坡口檢查546.6安裝焊接檢驗(yàn)546.6.1 預(yù)組裝檢驗(yàn)546.6.2 焊接質(zhì)量檢驗(yàn)556.6.3 焊接工作完成后的檢查55緒 論近幾十年來(lái)球形容器在國(guó)外發(fā)展得很快，我國(guó)的球形容器建設(shè)在七十年代才得到了飛速發(fā)展。通常球形容器作為大容積，高壓存儲(chǔ)容器，在各工業(yè)部門(mén)中作為液化石油氣（l，p，g），液化天然氣（l，n，g），液氨，液氮，液氫，液氧及其他中間介

12、質(zhì)的存儲(chǔ)。在原子能工業(yè)中球形容器還作為安全殼使用。總之隨著工業(yè)的發(fā)展，球形容器的適用范圍也就必然會(huì)越來(lái)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(diǎn)球形容器與常用的圓筒形容器相比具有下列的一些特點(diǎn)：球形容器的表面積最小，即在相同容量下球形容器所需鋼材面積最小。球形容器殼板承載能力比圓筒形容器大一倍，即在相同直徑，相同壓力下，采用同樣鋼板時(shí)，求形容器的板厚只需圓筒形容器板厚的一半。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(diǎn)，再加上球形容器基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，外觀漂亮，受風(fēng)面小等原因，是球形容器的應(yīng)用得到擴(kuò)大。1.2球形容器分類球形容器可按不同方式，如

13、按貯存溫度，結(jié)構(gòu)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(gè)別的場(chǎng)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(jī)的出口壓力。它的設(shè)計(jì)溫度大于-20c。（2）低溫球罐 這類球罐的設(shè)計(jì)溫度低于常溫（即 -20c），一般不低于-100c壓力屬中等。（3）深冷球罐 設(shè)計(jì)溫度在-100c以下。往往在介質(zhì)液化點(diǎn)以下貯存，壓力不高有時(shí)為常壓。由于對(duì)保冷要求高，常采用雙層球殼。目前國(guó)內(nèi)使用的球館，設(shè)計(jì)溫度一般在-40c50c之間。按結(jié)構(gòu)形式分類：按形狀分有圓球形，橢圓形，水滴形

14、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；圓球形按職稱方式分有支柱式，裙座式，v形支撐等。1.3國(guó)內(nèi)球罐建造情況我國(guó)最早建造球罐在1958面以后，至1980年已運(yùn)行的各類球罐約為1000臺(tái)左右?；仡櫸覈?guó)近三十年的建造球罐的歷史，歷史較短，但發(fā)展速度較快。目前我國(guó)建球技術(shù)水平僅僅達(dá)到世界先進(jìn)建球國(guó)家的五十年代的水平，至于近年來(lái)引進(jìn)國(guó)外的球罐技術(shù)水平也僅僅是六十年代初期的水平，我國(guó)在建球領(lǐng)域的某些技術(shù)也有達(dá)到七十年代的技術(shù)水平，但是綜合技術(shù)水平還是較落后的，球罐的質(zhì)量不能很快提高是技術(shù)管理水平低，大容器球罐尚不能建造主要是缺少球罐的專門(mén)用材。由于目前的一些問(wèn)題主要都出

15、現(xiàn)在焊接接頭上，所以應(yīng)采取措施把焊縫的質(zhì)量提高到國(guó)際水平。應(yīng)從焊縫磨削、球罐熱處理、人孔接管產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行處理。第一章 材料選用1.1材料的選擇原則球罐是壓力容器的一種結(jié)構(gòu)形式，因而在選用材料的基本要求方面與壓力容器相同。球罐與一般圓筒形壓力容器比較有某特殊之處：首先，球罐容量較大，目前國(guó)內(nèi)較為一般的容量為400m3,最大的約有9000m3，失效的影響大;其次，球罐殼板承受相同的雙向拉應(yīng)力，而圓筒形容器軸向應(yīng)力僅為周向應(yīng)力的一半；第三，球罐裝配比較復(fù)雜，且在現(xiàn)場(chǎng)組裝，組裝對(duì)口多（焊縫多）角變形可能性大，局部應(yīng)力也大；第四，球形容器在現(xiàn)場(chǎng)施焊，焊接條件苛刻，因而對(duì)材料的可焊性要求高?？傊?，由于球

16、形容器的固有特點(diǎn)，就必定會(huì)對(duì)材料提出特殊的要求。球罐在使用時(shí)的主要失效模型有五種，對(duì)這五種失效模型起控制作用的物理及力學(xué)性能如下：控制性能彈性模量彈性模量屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度韌性失 效 模 型彈性失穩(wěn)過(guò)渡的彈性變形整體塑性變形拉伸失穩(wěn)快速斷裂此可見(jiàn)要求材料必須具有一定的強(qiáng)度（s，b）剛度（e），韌性（沖擊韌性，無(wú)延性轉(zhuǎn)折溫度，斷裂韌性等）。球罐在成形加工過(guò)程中必須經(jīng)受各種變形，因而要具有一定的塑性，及要求有一定的伸長(zhǎng)率（）斷面收縮率（）。對(duì)材料的可焊性要求，母線以控制材料的碳當(dāng)量（ceq），焊接裂紋敏感性指數(shù)（pc）及焊接裂紋敏感性組成（pcm）等為基準(zhǔn)。目前,球罐的使用場(chǎng)合基本上屬于常溫及低溫，

17、因而重點(diǎn)介紹常溫，低溫球罐用材料的選材準(zhǔn)則。1.強(qiáng)度指標(biāo)主要指材料的屈服強(qiáng)度s及抗拉強(qiáng)度bo。習(xí)慣上以屈服強(qiáng)度作為材料級(jí)別分類依據(jù)。材料的屈服強(qiáng)度與韌性有關(guān)，往往是強(qiáng)度越高，人性越差。此外高強(qiáng)度材料對(duì)成型，組裝,焊接也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。選擇材料的強(qiáng)度級(jí)別時(shí)a)要考慮現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)定材料與用應(yīng)力安全系列的規(guī)定。b)要考慮鋼材的質(zhì)量（板厚效應(yīng)），我國(guó)鋼廠生產(chǎn)的中板以40mm以下的綜合性能較好。從我國(guó)引進(jìn)的多層高雅容器，傾向于采用30mm左右的板材。故而建議在選用材料的強(qiáng)度級(jí)別時(shí)應(yīng)盡可能把材料厚度控制在 30mm左右或 40mm以下。c)要考慮施工的方便，目前可采用的高強(qiáng)度材料以50kgf/mm2級(jí)為

18、限，更高屈服強(qiáng)度級(jí)別的材料在施工中將遇到共遇到的困難。采取一定措施后，球形容器焊后不進(jìn)熱處理的厚度界限可達(dá)40mm。這也是考慮采用較高強(qiáng)度級(jí)別的因素。2.韌性指標(biāo) 韌性使保質(zhì)材料避免產(chǎn)生裂紋，防止快速斷裂的重要性能，對(duì)球形容來(lái)說(shuō)這一指標(biāo)更為重要。作為材料的驗(yàn)收方法，將各種韌性指標(biāo)與v形缺口沖擊試驗(yàn)的吸收能量相聯(lián)系，以期達(dá)到簡(jiǎn)單方便的目的。韌性要求應(yīng)隨著材料強(qiáng)度級(jí)別的高而提高。材料的韌性不僅與化學(xué)成分，冶煉工藝，使用狀態(tài)有關(guān)，經(jīng)與材料的厚度有關(guān)。3.塑性指標(biāo) 目前常用的壓力容器用鋼，均屬中，低強(qiáng)度鋼，起塑性指標(biāo)均能滿足要求。4.可焊性要求 球形容器用材料對(duì)可焊性要求比通常的壓力容器用材更為高。因

19、而在材料的原則上就要考慮可焊性。常用的考慮可焊性的指標(biāo)有碳當(dāng)量，裂紋敏感性指數(shù)。5.經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 在球形容器用鋼的選擇上，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是要重點(diǎn)考慮的。因?yàn)殇摬牡膬r(jià)格在整個(gè)球形容器的投資上占了相當(dāng)?shù)谋壤?.2殼體用材料我們所設(shè)計(jì)的球形容器是屬于常溫球形容器。選擇殼體用材料時(shí)應(yīng)滿足強(qiáng)度指標(biāo)，韌性指標(biāo)，塑性指標(biāo)，可焊性要求以及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等要求。因進(jìn)口鋼材價(jià)格昂貴，所以 400m3球罐均由我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造，并按我國(guó)的技術(shù)規(guī)范向廠組裝。球殼板材料以 16mnr,a3r為主。經(jīng)比較可知，16mnr更滿足各種要求且其經(jīng)驗(yàn)豐富，技術(shù)成熟。故選用 16mnr為本設(shè)計(jì)所用的球殼材料。16mnr的補(bǔ)充技術(shù)要求。厚度大于20

20、mm時(shí)應(yīng)保證超聲波探傷質(zhì)量。厚度大于20mm時(shí)應(yīng)按鍋爐鋼板要求進(jìn)行斷口檢驗(yàn)。對(duì)正火狀態(tài)鋼板應(yīng)該明正火熱處理狀態(tài)。使用溫度下v形缺口沖擊試樣的沖擊吸收能量不小于：三個(gè)試樣平均值2.1kgf.m單個(gè)試樣最低值1.4kgf.m16mnr化學(xué)成分有c，si, mn, p, s16mnr的可焊性碳當(dāng)量 ce q =c+% (2.1)所以 ce q =0.19+0+0+0+0=0.439970.45故滿足要求故 c控制在 0.19以下，mn控制在 1.40以下，si控制在 0.40以下。1.3鍛件用鋼球形容器的人孔，接管等往往采用鍛件。人孔結(jié)構(gòu)采用鍛件可避免補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，使人孔以對(duì)接焊的形式與球殼板連接，達(dá)到

21、減少結(jié)構(gòu)應(yīng)力的目的。接管采用鍛件，增大補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到減少應(yīng)力突變的目的。因而,再有條件的情況下應(yīng)盡量采用鍛件形式。對(duì)高強(qiáng)度鋼材制造的球罐，或低溫下使用的球罐更應(yīng)采用鍛件結(jié)構(gòu)。鍛件的選用應(yīng)按jb755-73壓力容器鍛件技術(shù)條件，一般來(lái)說(shuō)球形容器上鍛件的盈利相對(duì)地比丘刻板低，故在選用鍛件材料是在強(qiáng)度上可略低于球殼板材料，但人性要求與相應(yīng)級(jí)別的球殼板材料相同。16mnr配用16mn鍛件，故鍛件材料選用16mn。1.4螺栓、螺母和支撐結(jié)構(gòu)的選材1.4.1螺栓螺母的選用螺栓材料可選用 a3。鋼材標(biāo)準(zhǔn)：gb700-79。使用溫度范圍-20c利螺母的硬度比螺栓低，故可選用：a3f。表2-1 支撐結(jié)構(gòu)選材表1.4

22、.2支承結(jié)構(gòu)（支柱、拉桿等）選材構(gòu)件名稱鋼號(hào)鋼材標(biāo)準(zhǔn)支柱鋼材a3gb700-79拉桿a3gb700-79支柱底板a3gb700-79支柱圓蓋a3gb700-79銷子a3gb700-79松緊結(jié)16mngb1591-79第二章 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1概述球罐結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的，根據(jù)不同的使用條件（介質(zhì)，容量，壓力，溫度）使用不同，球罐設(shè)計(jì)和制造水平的差異，有不同的結(jié)構(gòu)形式，通常可按照不同的外觀形狀，殼體的構(gòu)造方式和支撐方式的不同進(jìn)行分類，從幾何形狀看有圓球形和橢圓球形之分，從殼體層數(shù)看有單層殼球和雙層殼球之分，從殼層的組成看有單層雙層，多層之分；從球殼的組合方案看有桔瓣式，足球瓣式和足球桔瓣混合式之分；

23、從支撐結(jié)構(gòu)看有支柱式支撐，筒形或錐形支撐之分。球罐的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但是它們的制造和安裝較其他形式貯罐難，主要原因是它的殼體為空間曲面壓制成型，安裝組隊(duì)以及現(xiàn)場(chǎng)焊接難度較大。而且，由于球罐大多數(shù)是壓力或低溫容器，它盛裝的物料又大部分是易燃，易爆物，且裝載量大，一旦事故發(fā)生，后果不堪設(shè)想。因此，球罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要圍繞如何保證安全可靠而實(shí)施。球罐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理必須考慮各種因素：裝載物料的性質(zhì)；設(shè)計(jì)溫度和壓力；材質(zhì)；制造技術(shù)水平和設(shè)備安裝方法；焊接和試驗(yàn)要求；操作方便和可靠，自然環(huán)境的影響等等，要做到滿足各項(xiàng)工藝要求，有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，且結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，使其在壓制成型，安裝組隊(duì)，焊接和檢驗(yàn)，操作，監(jiān)測(cè)和

24、檢修容易實(shí)施，這些就是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性所在。2.2球殼設(shè)計(jì)球殼是球罐的主體，它是貯存物料和承受物料工作壓力和液柱靜壓力的構(gòu)件。而且由于球殼幾何尺寸較大，用材量大，它必須由許多瓣片組成。球殼設(shè)計(jì)需要按照以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則；（1）必須滿足所儲(chǔ)存物料在容量，壓力，溫度等方面的要求，安全可靠（2）受力狀況最佳；（3）考慮了壓機(jī)（球瓣成型的加工機(jī)械）的開(kāi)檔大小，盡量采用大的球瓣結(jié)構(gòu)，使焊縫長(zhǎng)度最小，減少安裝工作量；（4）考慮鋼板的規(guī)格，盡量提高鋼板利用率。純桔瓣球殼的設(shè)計(jì)的球殼是將球殼按桔瓣結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割的組合結(jié)構(gòu)。這種球殼的特點(diǎn)是球殼拼裝焊縫較規(guī)則，施工簡(jiǎn)便，加快組焊進(jìn)度，便于采用自動(dòng)焊。由于分塊分帶對(duì)稱，因

25、此裝配應(yīng)力及焊接內(nèi)應(yīng)力較均勻。可以采用大瓣設(shè)計(jì)，減少環(huán)帶和焊接，較容易保證球罐質(zhì)量。同時(shí)，這種球殼可以按照等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，用不同的分帶去承受不同的附加壓力，產(chǎn)生不等厚的球瓣結(jié)構(gòu)。純桔瓣式球殼結(jié)構(gòu)由于由赤道帶，而球罐支撐又大多數(shù)為赤道正柱式支撐，所以要對(duì)赤道帶球瓣數(shù)加以限制，使其與支柱數(shù)成整數(shù)倍關(guān)系，就能使支柱錯(cuò)開(kāi)焊縫，布置在赤道球瓣的中間，成為受力狀態(tài)均勻，焊接質(zhì)量易保障的合理結(jié)構(gòu)形式。這也是純桔瓣式結(jié)構(gòu)的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。此外，純桔瓣式結(jié)構(gòu)較靈活，按照原材料的大小以及壓機(jī)開(kāi)檔的尺寸，可以設(shè)成不同的球心夾角的分帶和分塊，以滿足結(jié)構(gòu)和制造工藝的要求。2.3球殼的分帶，分塊及分角純桔瓣式球殼分帶，分塊，分

26、角的形式多種多樣，下面是一些典型的結(jié)構(gòu)形式 90型球殼：全球分成上下極三帶，每帶球心夾角 90，上下極板各分成三塊。 45型球殼：全球分成五帶；上下極帶，上，下溫帶以及赤道帶，分帶球心夾角為45 36型球殼：全球在赤道線上切成兩半球，因此有一條正赤道環(huán)縫，球殼分為六個(gè)帶，上，下赤道帶，上，下溫帶，上，下極帶，每帶球心夾角為 36上下極板各分四塊不對(duì)稱型球殼：a.全球分為六帶：赤道帶，上溫帶，上寒帶，下溫帶，上下極帶。b.1000m乙烯球罐，全球分為五帶，上，下極帶以及赤道帶球心夾角各為 60上下溫帶球心夾角各為 30上下極帶各為三塊板。在本設(shè)計(jì)中采用的球殼分帶分塊分角的形式為45型球殼。全球分

27、割為五帶，上下溫帶，上下赤道帶以及赤道帶。球心分角為 45每帶分瓣數(shù);上，下極帶各分成三瓣，上下溫帶各分為 16瓣，赤道帶分成16瓣。2.4純桔瓣球殼的瓣片設(shè)計(jì)和計(jì)算2.4.1瓣片設(shè)計(jì)純桔瓣球殼在確定分帶分片以后，既要進(jìn)行每塊球殼瓣片的設(shè)計(jì)，確定每塊球瓣的幾何尺寸。按照我國(guó)過(guò)去習(xí)慣，一般是在設(shè)計(jì)施工圖紙中只標(biāo)注出每塊球瓣的厚度和四個(gè)周邊的弧長(zhǎng)。每塊球瓣的尺寸大小與下列因素有關(guān)：鋼板規(guī)格大小，壓機(jī)開(kāi)檔大小，沖壓成型的方式和工藝等。3.4.2純桔瓣球瓣的計(jì)算本設(shè)計(jì)采用以赤道平面為基準(zhǔn)的計(jì)算公式。符號(hào)說(shuō)明： ni分帶序數(shù)（ni=1為赤道帶，ni=2為溫帶，ni=3為寒帶） sn=i 各個(gè)球瓣測(cè)量點(diǎn)的

28、總數(shù)（赤道帶球瓣若對(duì)稱于赤道平面時(shí)候s取該瓣測(cè)量點(diǎn)總數(shù)的一半）; i各個(gè)球心夾角（i=1，i為赤道帶夾角，i=2，2為溫帶夾角） g極帶口直徑，mm 極帶弧長(zhǎng)，mm d 球罐內(nèi)經(jīng)，mm; n球殼分帶總數(shù); 極帶中間瓣的半球心夾角； 第i球帶的球瓣的經(jīng)向弧長(zhǎng)，mm； 極板中間瓣的經(jīng)向弧長(zhǎng)，mm； 球瓣上兩經(jīng)線邊緣與過(guò)m點(diǎn)的球心截面圓周相交點(diǎn)的距離，mm； 球瓣上與各m c 弧長(zhǎng)相應(yīng)的弧長(zhǎng)，mm; 球瓣測(cè)量各點(diǎn)的順序號(hào)； 各帶球瓣下弦口弧長(zhǎng)，mm； 各帶球瓣下弦口弦長(zhǎng)，mm； 各帶球瓣上弦口展開(kāi)半徑，mm; 各帶球瓣對(duì)角線弦長(zhǎng)，mm； 各帶球瓣對(duì)角線弧長(zhǎng)，mm。各帶緯向截面圓下弦口直徑 =() (

29、3.1)因?yàn)樗愿鲙Щ￠L(zhǎng) （3.2）同理 球半徑（半球以上）各點(diǎn)弧長(zhǎng)一般把球瓣分成10等份來(lái)測(cè)量故取10因各帶球心角相等故 （3.3）對(duì)赤道帶 所以 同理 對(duì)溫帶 同理 球瓣相應(yīng)于cm的弧長(zhǎng) （3.4）同理得 球半徑邊緣各測(cè)點(diǎn)弧長(zhǎng)cm （3.5） 球瓣徑向邊緣相應(yīng)于cm的弧長(zhǎng)之一半當(dāng)求赤道帶的 時(shí)有關(guān)式中 s赤、s溫分別表示赤道球瓣（赤道平面以上）,溫帶球瓣的測(cè)量點(diǎn)數(shù)。對(duì)赤道帶令、 、 .；對(duì)溫帶:令 、 . 以此類推。 同理得 當(dāng)求溫帶 時(shí) (3.7)同理得 各帶球瓣弦口弧長(zhǎng)和弦長(zhǎng) （3.8） （3.9） 各帶球瓣弦口展開(kāi)半徑 因?yàn)楦鲙蛐膴A角相等 所以 （3.10） 極帶幾何尺寸計(jì)算 （3

30、.11） （3.12）當(dāng) 時(shí) （3.13） （3.14）因?yàn)楦鲙虬陮?duì)角線弦長(zhǎng)和弧長(zhǎng)固赤道帶對(duì)稱于赤道平面故赤道帶對(duì)稱于赤道平面 （3.15） （3.16）3.5坡口設(shè)計(jì)球殼都是以瓣片焊接而成，因此焊接坡口的設(shè)計(jì)是保證球罐質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。坡口設(shè)計(jì)的原則是要便于施焊，便于檢驗(yàn)，以此來(lái)達(dá)到焊縫有足夠強(qiáng)度而又經(jīng)濟(jì)合理。目前國(guó)內(nèi)，外球罐的焊縫系數(shù)都趨向于采用=1因此坡口設(shè)計(jì)就更為重要。坡口設(shè)計(jì)就是決定坡口結(jié)構(gòu)的三個(gè)要素：角度（包括角度誤差）；間隙（包括間隙誤差）；鈍邊尺寸大?。òㄕ`差）。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)球形儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)規(guī)定選用不對(duì)稱 x型坡口形式。3.6支座設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)中，選用赤道正切柱式支座結(jié)構(gòu)。3.6

31、.1支座結(jié)構(gòu)支柱由圓管、底板、端板三部分組成。分單段式和雙段式，本設(shè)計(jì)采用雙段式支柱。支柱與球殼的連接主要分為有墊板和無(wú)墊板兩種結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)中采用無(wú)墊板結(jié)構(gòu)。支柱與球殼連接端部結(jié)構(gòu)，分為平板式及半球式兩種，本設(shè)計(jì)中采用半球頂有托板結(jié)構(gòu)。支柱的防火安全結(jié)構(gòu)主要是在支柱上設(shè)置防火層及可熔塞結(jié)構(gòu)。每根支柱上開(kāi)設(shè)排氣孔，使支柱管子內(nèi)部的氣孔在火災(zāi)時(shí)能夠及時(shí)逸出，保護(hù)支柱。球殼應(yīng)按有關(guān)規(guī)定安裝單個(gè)接地電阻為 20歐姆，總合電阻為 10歐姆以下的接地設(shè)備。3.6.2拉桿結(jié)構(gòu)拉桿是作為承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，增加球罐的穩(wěn)定性而設(shè)置。拉桿結(jié)構(gòu)可分為可調(diào)式和固定式兩種。本設(shè)計(jì)中采用可調(diào)式拉桿結(jié)構(gòu)。3.7人孔

32、和接管3.7.1人孔結(jié)構(gòu)球罐用的人孔是作為操作人員進(jìn)出球罐以進(jìn)行檢驗(yàn)及維修用的。因公稱容積小于 1000m3，故本設(shè)計(jì)中開(kāi)設(shè) dg500的人孔。在有壓力情況下人孔法蘭一般采用帶頸對(duì)焊法蘭。密封面采用凹凸面形式。采用整體鍛件補(bǔ)強(qiáng)的人孔結(jié)構(gòu)較為合理。3.7.2接管結(jié)構(gòu)1.接管材料：與球殼相焊的接管材質(zhì)選用與球殼相同的材料。2.開(kāi)孔位置：開(kāi)孔應(yīng)設(shè)計(jì)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(zhì)量。3.孔的補(bǔ)強(qiáng)：因球罐容積大，一般其殼體壁厚都較接管厚，為保證焊接質(zhì)量，應(yīng)加后接管管壁。3.8球罐的附件設(shè)計(jì)3.8.1梯子平臺(tái)在本設(shè)計(jì)中球罐外部設(shè)有頂部平臺(tái)，中間平臺(tái)以及為了從

33、地面進(jìn)入這些平臺(tái)的下部斜梯、上部盤(pán)梯。3.8.2水噴淋裝置1. 概述球罐上裝置水噴淋裝置是為了內(nèi)盛的液化石油氣。可燃性氣體及毒性氣體的隔熱需要，同時(shí)也可起消防的保護(hù)作用。2.淋水管的設(shè)計(jì)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(qiáng)度的鋼管。淋水管的灑水孔口徑為 4mm以上，以防止水垢，灰塵堵塞灑水孔。（1 ）所需灑水量在本設(shè)計(jì)中所用的灑水量為 6l/m2min貯槽外表面積：所需灑水量：（2 ）灑水管口徑水流速: 所需管頸: （3 ）灑水孔數(shù)的決定 3.8.3隔熱設(shè)施貯存液化石油氣，可燃性氣體和它的液化氣以及有毒氣體的球罐殼體和支柱應(yīng)該設(shè)置隔熱設(shè)施。隔熱設(shè)施可采用水噴淋裝置或采

34、用不燃性絕熱材料覆蓋。3.8.4頁(yè)面計(jì)本設(shè)計(jì)中采用玻璃板式頁(yè)面計(jì).8.5壓力表考慮壓力表由于某種原因而發(fā)生的故障，或由于儀表檢驗(yàn)而取出等情況，應(yīng)在球殼的上部和下部各設(shè)一個(gè)壓力表。壓力表的最大刻度為正常運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的 1.5倍以上。2.8.6安全閥為防止球罐運(yùn)轉(zhuǎn)異常造成內(nèi)壓超過(guò)設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)在氣相部分設(shè)置一個(gè)以上的異常時(shí)用安全閥，以便及時(shí)排出部分氣相物料，自動(dòng)的將內(nèi)壓回復(fù)到設(shè)計(jì)壓力以下。安全閥的排氣量因?yàn)橘A罐的保溫實(shí)際上是保冷，所以不用絕熱材料作保溫層 (3.18)其中f=1對(duì)于球形容器：千卡、千克所以: 千克/小時(shí)安全閥排氣能力的計(jì)算： (3.19)選擇全啟安全閥，取 x=244可得 a=22.68

35、cm2 (3.20)所以 d1=54mm，安全閥喉部直徑為54mm第四章 強(qiáng)度計(jì)算4.1球殼壁厚計(jì)算球殼的分帶數(shù)和各帶中心角的確定4.1.1符號(hào)說(shuō)明 設(shè)計(jì)壓力，； 球殼內(nèi)直徑，mm ； 球殼材料的許用應(yīng)力，； 焊縫系數(shù)； 壁厚附加量，mm 。4.1.2計(jì)算各帶殼板厚度時(shí)的計(jì)算壓力，最大的物料成裝體積4.13各帶球殼板的厚度計(jì)算球殼板壁厚附加量 (4.1)取=30mm取=30mm同理: 取 取 取4.2支柱計(jì)算4.2.1載荷計(jì)算（1） 符號(hào)說(shuō)明 球殼的平均直徑，m ； 球殼內(nèi)直徑，m ； 球殼外直徑，m ； 支柱數(shù)目； 支柱材料常溫彈性模數(shù)，； 支柱橫截面慣性矩 （2）重量載荷計(jì)算a 單項(xiàng)重量載

36、荷計(jì)算球殼重量：取 s=32mm （4.2）式中 1球殼材料重度,物料重量：式中 2物料重度，k裝料系數(shù)。水壓試驗(yàn)時(shí)水的重量 （4.4）代入數(shù)得:式中：3水的重度，；積雪重量 （4.5）代入數(shù)得式中 ：基本亞雪值， c球面積雪系數(shù)，取 c=0.4保溫層重量 （4.6）代入數(shù)得 b. 組合重量載荷計(jì)算 支柱選用的鋼管，拉桿采用 的圓鋼支柱和拉桿重量.附件重量球罐操作狀態(tài)f的重量 球罐最小重量式中 ：支柱和拉桿的重量，； 附加重量，包括：人孔，接管，液面計(jì)，內(nèi)件，噴淋裝置，安全閥，梯子和平臺(tái)等，（3） 風(fēng)載荷和地震載荷計(jì)算 a. 自振周期 取 l=1600mm . （4.7）代入得 水平位移： (

37、4.8)式中 （4.9）代入得基本自振周期： (4.10)代入得 秒上寫(xiě)式中：重力加速， 在球罐中心處作用單位水平力時(shí)，該處所引起的 水平位移； 支柱底板底面至球罐中心的距離，cm； 拉桿影響系數(shù)； 支柱底板底面至拉桿與支柱中心線交點(diǎn)處的距離，cm；b. 風(fēng)載荷由表查得： 經(jīng)表查得： （4.11）式中： 風(fēng)載荷系數(shù)，??； 10米高處得基本風(fēng)壓值，； 風(fēng)壓高度變化系數(shù)； 球罐附件增大系數(shù)，??； 系數(shù)c. 地震載荷查表得 （4.12）代入得 (4.13)代入得 式中： 綜合影響系數(shù)，取 相當(dāng)于球罐基本自振周期下的地震影響系數(shù)值； 地震影響系數(shù)4.2.2支柱計(jì)算 (1) 符號(hào)說(shuō)明 支柱中心圓半徑，c

38、m; 單根支柱的金屬橫截面積，; 支柱材料的屈服點(diǎn)，; 球殼內(nèi)半徑，cm; 操作狀態(tài)下球殼的應(yīng)力，; 水壓試驗(yàn)狀態(tài)下球殼的應(yīng)力，; 球殼材料常溫彈性模量，; 單根支柱斷面模數(shù)，; 等于h0-l,cm; 取和fe中的較大值。（2 ）各支柱的垂直載荷a. 單項(xiàng)載荷計(jì)算重量載荷 操作狀態(tài)下：水壓實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下：由水平風(fēng)載荷或水平地震載荷引起的推倒彎矩對(duì)支柱產(chǎn)生的垂直載荷(a) 推倒彎矩 由于fe 取 =fem=*l=18989.4154*160=3038306.464kgf cmmd=*l=1752.8631*160=280458.096kgf cm(b) 垂直載荷 (4.14)式中的下標(biāo) i表示支柱的

39、順序號(hào)，順序號(hào)為 0，1，2，順序號(hào)從俯視圖的水平中心線開(kāi)始，在 180范圍內(nèi)編號(hào)。i 支柱的方位角a向受力 得數(shù)前加“”表示受向上的力b向受力 拉桿在支柱上產(chǎn)生的垂直載荷 拉桿和相鄰兩支柱連接 （4.15）式中ci-j的下標(biāo)j表示拉桿的順序號(hào)，順序號(hào)為a,1,2, 順序號(hào) 從俯視圖的水平中心線開(kāi)始，在180范圍內(nèi)編號(hào) i-j拉桿的方位角a向受力b向受力（）max,(ci-j)max值和（+ci-j）max的計(jì)算 表4-1 a 向受力表 表4-2b向受力表b. 組合載荷計(jì)算 操作狀態(tài)下支柱承受的最大垂直載荷 q 0max=q0+()max=36707.2903+6850.35=43557.64

40、kgf 水壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱承受的最大垂直載荷 （4.16）代入得 4.2.3 支柱彎矩及偏心率計(jì)算 支柱在操作和水壓試驗(yàn)時(shí)，在內(nèi)壓力作用下，球殼直徑增大，使支柱承受偏心彎矩和附加彎矩 a 偏心彎矩 操作狀態(tài) (4.17)代入得 （4.18） 水壓試驗(yàn)狀態(tài) （4.19） (4.20)代入得 b 附加彎矩 操作狀態(tài) （4.21） 水壓試驗(yàn)狀態(tài)b）偏心率操作狀態(tài) (4.23)代入得 式中 (4.24)代入得 水壓試驗(yàn)狀態(tài) (4.25)代入得 4.2.4 支柱穩(wěn)定性驗(yàn)算a. 應(yīng)力計(jì)算 符號(hào)說(shuō)明 po和pt分別為操作狀態(tài)和水壓試驗(yàn)狀態(tài)下的穩(wěn)定系數(shù)， 分別按o，t 和 值查表 支柱的波長(zhǎng)比 k計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，取k=1 i支柱的慣性半徑. 操作狀態(tài)查表得 0=0.278353 時(shí) 時(shí) 時(shí) 水壓試驗(yàn)狀態(tài) 查表得 t=0.27553 時(shí) 時(shí) 時(shí) b. 穩(wěn)定驗(yàn)算 取oc和tc中較大值作為 故 上式中：c支柱材料的許用應(yīng)力，kgf/cm2 s支柱材料的屈服點(diǎn)， 所以選用的支柱尺寸滿足要求4.2.5 地腳螺栓計(jì)算a 當(dāng) 時(shí)，不必進(jìn)行地腳螺栓的計(jì)算。只設(shè)置適當(dāng)直徑的定位的地腳螺栓即可。b 當(dāng) 時(shí)，球罐