3000m3液化氣球罐的優(yōu)化設(shè)計(jì)—(畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)3000m3液化氣球罐的優(yōu)化設(shè)計(jì)THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICAL TANK學(xué)院（部）： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 年 月 日3000m3液化氣球罐的優(yōu)化設(shè)計(jì)摘要球形儲(chǔ)罐作為一種有壓儲(chǔ)存容器，相對(duì)于一般圓筒形儲(chǔ)存容器，具有用材少、受力情況好、占地面積小等顯著優(yōu)點(diǎn)，在石油、化工、冶金等領(lǐng)域廣泛用于儲(chǔ)存氣體、液體或者液化氣體。本文設(shè)計(jì)了在常溫下工作的3000m3的液化氣球罐及其相應(yīng)附件。查閱相關(guān)資料后，確定采用16MnR鋼作為球殼用鋼，對(duì)其儲(chǔ)罐形式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算比較后確定采用混合式三帶球罐，支柱形式為赤道正切式，支

2、柱根數(shù)為10根，拉桿采用可調(diào)式拉桿，根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)注進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核，最后完成相關(guān)附件的設(shè)計(jì)。最終的成果為一張裝配圖和三張主要零件的零件圖。關(guān)鍵字：球形儲(chǔ)罐，材料選擇，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，強(qiáng)度校核THE OPTIMAL DESIGN OF 3000m3 LPG SPHERICAL TANKABSTRACTCompared to the general cylindrical storage container, the spherical tank is a kind of pressure storage containers with less material, good force, co

3、ver a small area, etc, which is widely used in storage of gases, liquids, or liquefied gasin petroleum, chemical industry, metallurgy and other fields. This paper designs the 3000 LPG spherical tank working at room temperature and its corresponding accessories. Referring to relevant data, I determin

4、e using 16 MnR steel as the steel spherical shell. The optimization design is carried out on the form of storage tank. After computation and comparison, I determine using hybrid three zones spherical tank with the pillar form of the equator tangent type, prop root number of 10, and adjustable draw-p

5、ole. The structure is designed and the strength is checked according to related design marks, and finally the design of the related accessories is completed. The final result of this study is a assembly drawing and three parts drawing of major parts.KEYWORDS: the spherical tank, material selection,

6、structure optimization,strength chec目錄摘要IABSTRACTII1球罐概述11.1緒論11.2球罐的分類(lèi)和特點(diǎn)11.2.1球罐的分類(lèi)11.2.2球罐的特點(diǎn)21.3球罐的設(shè)計(jì)參數(shù)21.3.1壓力21.3.2溫度31.4球罐的應(yīng)用32球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)42.1球罐殼體的優(yōu)化設(shè)計(jì)42.1.1殼體結(jié)構(gòu)的確定42.1.2殼體尺寸的計(jì)算62.2焊接坡口的設(shè)計(jì)142.3支座設(shè)計(jì)152.4開(kāi)孔設(shè)計(jì)182.4.1人孔結(jié)構(gòu)182.4.2接管結(jié)構(gòu)182.5球罐的附件192.5.1梯子平臺(tái)192.5.2噴淋裝置192.5.3隔熱保冷裝置202.5.4液位計(jì)212.5.5壓力表212.

7、5.6溫度計(jì)212.5.7安全泄放裝置213罐的強(qiáng)度計(jì)算243.1設(shè)計(jì)參數(shù)243.2球殼計(jì)算243.2.1液柱高度與計(jì)算壓力243.2.2球殼厚度球罐質(zhì)量的計(jì)算253.2.3球殼強(qiáng)度校核263.3球罐質(zhì)量計(jì)算273.4地震載荷的計(jì)算283.4.1球罐的基本自振周期283.4.2水平地震力283.5風(fēng)載荷的計(jì)算293.6彎矩的計(jì)算293.7支柱的計(jì)算303.71單個(gè)支柱的垂直載荷303.7.2支柱的最大垂直載荷313.7.3單個(gè)支柱彎矩313.7.3支柱穩(wěn)定性校核323.8地腳螺栓計(jì)算343.8.1拉桿作用在支柱上的水平力343.8.2支柱底板與基礎(chǔ)之間的摩擦力343.8.3地腳螺栓的計(jì)算343

8、.9支柱底板353.9.1支柱底板直徑353.9.2支柱底板厚度353.10拉桿計(jì)算353.10.1拉桿螺紋小徑的計(jì)算353.10.2拉桿連接部分的計(jì)算363.11支柱與球殼連接最低點(diǎn)的應(yīng)力校核373.11.1 a點(diǎn)的剪切應(yīng)力373.11.2 a點(diǎn)的維向應(yīng)力383.11.3 a點(diǎn)的組合應(yīng)力與應(yīng)力校核383.12支柱與殼體連接焊縫的強(qiáng)度校核384球罐的制造與組裝404.1制造工序404.1.1.材料的檢驗(yàn)404.1.2瓣片加工404.2現(xiàn)場(chǎng)組裝414.3組裝準(zhǔn)備414.3.1基礎(chǔ)檢查驗(yàn)收414.3.2球瓣的幾何尺寸檢查和理化檢驗(yàn)424,4組裝精度的控制424.4.1支柱偏差的控制424.4.2橢

9、圓度、焊縫錯(cuò)變量和角變形424.5組裝安全措施42結(jié)論44參考文獻(xiàn)45致謝461球罐概述1.1緒論球形儲(chǔ)罐最早出現(xiàn)在19世紀(jì)末20世紀(jì)初，最初的球罐只是用來(lái)儲(chǔ)存低壓氣體，此時(shí)的球罐結(jié)構(gòu)是鉚接結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的球罐制造困難，材料浪費(fèi)情況嚴(yán)重。當(dāng)時(shí)世界上只有少數(shù)國(guó)家能進(jìn)行球罐的設(shè)計(jì)制造，比如美國(guó)于1910年建造的小型球形儲(chǔ)罐。到40年代，由于焊接技術(shù)和新鋼材的快速發(fā)展，球罐正式從最初的鉚接結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成沿用至今的焊接結(jié)構(gòu)，與鉚接結(jié)構(gòu)相比，焊接結(jié)構(gòu)更加牢固，周期比更短，而且焊接不需要任何的介質(zhì)，是本體的焊接，更經(jīng)濟(jì)，更環(huán)保，再此階段，球罐的制造得到了飛速的發(fā)展。在日本于1950年利用美國(guó)的T-L80鋼知道

10、了當(dāng)是世界上最大的球罐，它的直徑有33.68m,容量為2000m3的城市煤氣儲(chǔ)罐。雖然此時(shí)球罐體積可以做的很大，但壓力與儲(chǔ)存能力還是處于較低狀態(tài)。從60年代至今，球罐的制造技術(shù)在原先的基礎(chǔ)上得到了進(jìn)一步的發(fā)展，在此時(shí)期，日本已然能制造設(shè)計(jì)壓力為0.75MPa的大型球罐。我國(guó)的球罐行業(yè)起步于50年代末期，相比于其他發(fā)達(dá)國(guó)家有很大差距，我國(guó)在60年代只能制造出幾何容積只有400m3的球罐。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，尤其是在改革開(kāi)放以后，為滿(mǎn)足石油、化工、冶金等行業(yè)的需求，作為儲(chǔ)存容器的球罐得到了廣泛的用用和高速發(fā)展。與此同時(shí)，為了趕上世界球罐設(shè)計(jì)制造的大型化和高參數(shù)化的趨勢(shì)，我國(guó)引進(jìn)并建起了一批

11、5000m3、10000m3的特大型球罐和低溫球罐。球罐作為一種裝備在國(guó)民經(jīng)濟(jì)種已然占據(jù)了不可忽視的重要地位。由于各個(gè)國(guó)家之間的工業(yè)化程度存在差異，球罐的設(shè)計(jì)規(guī)范在不同的國(guó)家亦是不同的。我國(guó)的球罐設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)有GB150、GB12337、GB/T17261等等。在其他主要工業(yè)化國(guó)家中，除了日本有專(zhuān)業(yè)的球罐設(shè)計(jì)規(guī)范外，一般均為壓力容器方面的行業(yè)規(guī)范，例如美國(guó)的ASME，法國(guó)的CODPA，英國(guó)的BS5500等。雖說(shuō)各個(gè)國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范不盡相同，但是總體來(lái)說(shuō)一個(gè)完整的球罐主要有罐體、支柱、拉桿、操作平臺(tái)、盤(pán)梯以及各種相關(guān)附件（包括人孔、接管、液面計(jì)，壓力計(jì)、溫度計(jì)、安全泄放裝置等）組成。1.2球罐的分類(lèi)和

12、特點(diǎn)1.2.1球罐的分類(lèi)球罐的的結(jié)構(gòu)形式和用途具有多樣性，其分類(lèi)依據(jù)亦有多種不同的標(biāo)準(zhǔn)，在這里主要介紹以下幾種分類(lèi)：（1） 按照儲(chǔ)存物料類(lèi)型分類(lèi)按球罐物料類(lèi)型不同，可以將球罐分為儲(chǔ)存液相無(wú)聊和氣象物料兩大類(lèi)。其中儲(chǔ)存液相物料的球罐友根據(jù)其工作溫度分為常溫球罐、低溫球罐和深冷球罐。（2） 按照球殼形式分類(lèi)按球殼的不同可以分為足球瓣式、橘瓣式、足球瓣與橘瓣混合式。（3） 按照球罐外形分類(lèi)按球殼外形的不同可以分為圓球形、橢球形、水滴形或者上述幾種形式的混合（4） 按照支柱形式分類(lèi)按支柱形式的不同可以分為支柱式、裙座式、錐底支撐以及按照在混凝土基礎(chǔ)上的半埋式，其中，支柱式又可以分赤道正切式、V形支柱式

13、、三柱合一式。由于赤道正切式具有受力均勻、承受橫向載荷能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛（5） 按照拉桿分類(lèi)按拉桿不同可以分類(lèi)成可調(diào)式拉桿、固定式拉桿。目前在國(guó)內(nèi)使用最廣泛的是單層赤道正切式，可調(diào)拉桿的球罐。該種球罐無(wú)論是在設(shè)計(jì)制造，還是在現(xiàn)場(chǎng)組裝安裝等方面均有較為成熟的經(jīng)驗(yàn)。我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB12337規(guī)定采用這種形式的球罐1.2.2球罐的特點(diǎn)有壓儲(chǔ)存容器一般分為圓筒形和球形兩種，不同形式的儲(chǔ)存容器各有各的特點(diǎn)，在這里著重介紹球形儲(chǔ)罐的特點(diǎn)：（1）與圓筒形儲(chǔ)存容器相比，同等體積下，球罐的表面的表面積最小，即在相同容量下球罐所需鋼材面積最小，一般情況下要節(jié)約30%-40%的鋼材。（2）球罐翹板承載能力

14、是圓筒形容器的兩倍，即在內(nèi)壓相同的條件下，球形容器所需壁厚僅為同直徑、同材料的圓筒形容器壁厚的一般（不考慮腐蝕裕量）。（3）球罐的風(fēng)力系數(shù)為0.3，而圓筒形容器的風(fēng)力系數(shù)為0.7，所以對(duì)于風(fēng)載荷而言，球罐比圓筒形容器更安全。（4）與相同體積的圓筒形儲(chǔ)罐相比，球罐占地面積小，而且可以向空間高度發(fā)展，有利于地表面積的利用。綜上所述，再加上球罐基礎(chǔ)簡(jiǎn)單，外觀(guān)具有觀(guān)賞性，可用于工程環(huán)境的美化，使球罐的應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。1.3球罐的設(shè)計(jì)參數(shù) 球罐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)為設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度，這兩個(gè)參數(shù)互相影響，對(duì)球罐的設(shè)計(jì)影響很大，對(duì)材料的選用其決定作用。1.3.1壓力除注明者外，壓力均指表壓。1.工作壓力

15、工作壓力值正常情況下，球罐頂部可能達(dá)到的最高壓。2.設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力值設(shè)定的球罐頂部的最高壓力，與相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)計(jì)載荷條件，其值不低于工作壓力。1.3.2溫度除注明者外，溫度均指攝氏溫度1.設(shè)計(jì)溫度 設(shè)計(jì)溫度指球罐在正常工作情況下設(shè)定的受壓元件的金屬溫度（沿元件金屬截面的溫度平均值）。設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為設(shè)計(jì)載荷條件。2.試驗(yàn)溫度 實(shí)驗(yàn)溫度指壓力試驗(yàn)是，球殼的金屬溫度。在本次液化氣球罐的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)壓力p=1.77,設(shè)計(jì)溫度T=50.1.4球罐的應(yīng)用由于球形儲(chǔ)罐具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)石油化工滾、合成氨、城市燃?xì)饨ㄔO(shè)中，大型球罐被廣泛用于貯存和運(yùn)輸液態(tài)或者氣態(tài)物料。比如，在石油

16、、化工、冶金、城市煤氣的工程中，球形容器被用于儲(chǔ)存液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氨、氧氣、氮?dú)?、天然氣，城市煤氣、壓縮空氣等物料；在原子能發(fā)電站，球形容器被用作核安全殼；在造紙廠(chǎng)被用作蒸煮球等。隨著工業(yè)化的發(fā)展，球形容器的使用范圍必將越來(lái)越廣泛。2球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1球罐殼體的優(yōu)化設(shè)計(jì)2.1.1殼體結(jié)構(gòu)的確定球殼是球形儲(chǔ)罐的主體部分，它是儲(chǔ)存物料和承受物料工作壓力和液柱壓力的受壓構(gòu)件。球殼的幾何尺寸較大，用材量大，不能整體運(yùn)輸，所以它必須由許多瓣片組成，在制造廠(chǎng)進(jìn)行球瓣的加工制作，最后運(yùn)至安裝現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組焊安裝。接下來(lái)對(duì)球殼的三種主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行論述比較，最終確定本次球罐殼體設(shè)計(jì)的主要形式。（見(jiàn)圖

17、2-1）1.橘瓣式球殼橘瓣式球殼的特點(diǎn)是組裝焊縫相對(duì)于足球瓣式較規(guī)則，施工過(guò)程簡(jiǎn)單。大多數(shù)橘瓣式球罐采用偶數(shù)支柱，其分帶分塊對(duì)稱(chēng)，所以在組裝焊接時(shí)其內(nèi)應(yīng)力分布較均勻，易保證球罐質(zhì)量。此結(jié)構(gòu)較靈活，按原材料的尺寸大小及壓機(jī)跨度的尺寸，可以設(shè)計(jì)成不同球心夾角的分帶與分塊，一用來(lái)滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)和制造工藝的要求。該結(jié)構(gòu)也有其缺點(diǎn)：由于球片在各帶位置尺寸大小不一，只能砸本帶內(nèi)或者在上、下對(duì)稱(chēng)帶進(jìn)行互換；下料成型較復(fù)雜，原材料利用率較低。橘瓣式結(jié)構(gòu)適合用于任何體積大小的球罐，是世界各國(guó)普遍采用的結(jié)構(gòu)。2.足球瓣式球殼足球瓣式球殼的球殼劃分和足球是一樣的，所有球殼板片大小相同，所以又稱(chēng)均分法，優(yōu)點(diǎn)是每塊板的尺寸相

18、同，下料成形規(guī)格化，材料利用率高，互換性好，組裝焊縫較短，焊接及檢驗(yàn)工作量小，缺點(diǎn)是焊縫布置復(fù)雜，施工組裝空難，對(duì)球殼板的制造精度要求高。由于受到鋼板規(guī)格及自身結(jié)構(gòu)的影響，一般只使用在制造容積小于120m3的球罐,本次設(shè)計(jì)不考慮該種類(lèi)型。3.混合式球殼混合式球殼，其赤道帶和溫帶采用橘瓣式結(jié)構(gòu)，極板采用足球瓣是結(jié)構(gòu)。由于該結(jié)構(gòu)取用的是橘瓣式和足球瓣式兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)，其材料利用率高，焊縫長(zhǎng)度縮短，球殼板數(shù)量減少，制造下料較簡(jiǎn)單，互換性好，客服了橘瓣式極板尺寸小，球瓣規(guī)格多的確定。缺點(diǎn)是用于有兩種球瓣形式，制造精度要求高，組裝校正要求高，且球殼主焊縫有Y形接縫，保證焊接質(zhì)量的難度增大。根據(jù)參考文

19、獻(xiàn)混合式球殼與橘瓣式球殼的設(shè)計(jì)對(duì)比中的結(jié)論：對(duì)于體積大于或者等于1000m3的球罐，采用混合式球殼，具有板材利用率高，運(yùn)輸方便，現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量小的優(yōu)點(diǎn)，因此在本次設(shè)計(jì)中采用混合式球殼。球殼設(shè)計(jì)的中心工作室縮短焊縫總長(zhǎng)度，因?yàn)榍蚬薜钠屏咽鹿式^大多數(shù)都是發(fā)生在焊接接頭，縮短球殼的焊縫長(zhǎng)度是提高球罐質(zhì)量和安全可靠性的關(guān)鍵措施。根據(jù)GB/T17261-2011的推薦（見(jiàn)表2-1），在此標(biāo)準(zhǔn)中推薦了三帶、四帶、五帶三種球殼形式，此次設(shè)計(jì)將選取最優(yōu)方案，通過(guò)對(duì)三種不同方案球殼尺寸的計(jì)算比較，最終選取最優(yōu)方案。圖2-1橘瓣式球殼圖片來(lái)源：GB/T17261-2011圖2-1橘瓣式球殼圖片來(lái)源：GB/T172

20、61-2011表2-1混合式球罐參數(shù)與基本形式（部分）資料來(lái)源：GB/T17261-20112.1.2殼體尺寸的計(jì)算本次計(jì)算方法根據(jù)參考文獻(xiàn)1,根據(jù)國(guó)標(biāo)推薦先對(duì)混合式三帶球罐進(jìn)行尺寸計(jì)算，其詳細(xì)數(shù)據(jù)參考表2-1。符號(hào)說(shuō)明見(jiàn)圖2-3。 圖2-3 符號(hào)說(shuō)明圖片來(lái)源:參考文獻(xiàn)1R球罐半徑，mm；9000mmN赤道帶分辦數(shù)；20赤道帶周向球心角，（）；180赤道帶球心角，（）；751極中板球心角，（）；212極側(cè)板球心角，（）；213極邊板球心角，（）；21其他符號(hào)按下面各圖中標(biāo)示。赤道板（見(jiàn)圖2-3）尺寸計(jì)算：弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弦長(zhǎng)：弧長(zhǎng)圖2-4 赤道板極板（見(jiàn)圖2.5）尺寸計(jì)算弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦

21、長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)弦長(zhǎng)與弧長(zhǎng)的最大間距：圖2.5極板（1）極中板（見(jiàn)圖2.6）尺寸計(jì)算弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)對(duì)角線(xiàn)弦長(zhǎng)與弧長(zhǎng)的最大間距：弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)圖2-6極中板（2）極側(cè)板（見(jiàn)圖2.7）尺寸計(jì)算弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)弦長(zhǎng)弦長(zhǎng)弧長(zhǎng)式中，A、H同前；圖2-7極側(cè)板極邊板（見(jiàn)圖2.8）尺寸計(jì)算式中：圖2-8極邊板以上是關(guān)于混合式三帶球罐殼體尺寸的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程，在本次設(shè)計(jì)過(guò)程中關(guān)于GB/T17261-2011推薦的另一種混合式四帶球罐，其上下極球心角均為90,溫帶球心角為40，赤道帶球心角為50，該類(lèi)型球罐殼體尺寸計(jì)算與三帶式球罐計(jì)算類(lèi)似，本次設(shè)計(jì)中不做贅述，下表（見(jiàn)表2-2）為混合式三帶

22、球罐與混合式四帶球罐殼體主要尺寸的相關(guān)比較表2-2混合式三帶球罐與混合式四帶球罐殼體主要尺寸(單位：mm)球殼類(lèi)型尺寸代號(hào)赤道板溫帶板中板側(cè)板邊板焊縫總長(zhǎng)度板塊數(shù)三帶球罐B12243.22821.02915.41831.534B22827.43280.23298.73298.7L111781.09760.79760.111215.8L29896.08652.59724.8L38652.4D12066.810253.99730.89829.4四帶球罐B134.934.92524.82566.71460.8.454B22827.42562.52827.42827.42827.4B32816.728

23、16.7L17854.06283.28396.78396.79996.5L27657.88560.8L37657.8D7613.66283.28827.28475.58633.2通過(guò)以上表格的數(shù)據(jù)對(duì)比，明顯可以得到以下結(jié)論：三帶混合式球罐相對(duì)于四帶混合式球罐，其焊縫長(zhǎng)度減少了將近7.73m,球殼數(shù)更是減少了20塊，材料利用率更高，而且實(shí)現(xiàn)了所有球殼板寬度相同，因?yàn)槿龓蚬奘菍?duì)稱(chēng)的，其球殼的互換性更好。采用三帶式球罐，對(duì)于減少焊接和無(wú)損檢測(cè)工作量，提高組焊焊施工效率，提高材料利用率，減少材料成本，提高球罐的質(zhì)量和安全性具有重要意義。2.2焊接坡口的設(shè)計(jì)球殼都是由球片焊接而成，所以焊接坡口的設(shè)計(jì)是

24、保證球罐質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。其設(shè)計(jì)的原則是：便于施工、便于檢測(cè)，焊縫有足夠的強(qiáng)度又經(jīng)濟(jì)合理。目前國(guó)內(nèi)外球罐的焊縫系數(shù)都采用，因此坡口的設(shè)計(jì)就更為重要。表2-3對(duì)接焊接坡口形式及尺寸表格來(lái)源：參考文獻(xiàn)7坡口設(shè)計(jì)的影響因素：1. 與采用焊接方法有關(guān)。用手工焊時(shí)采用不對(duì)稱(chēng)X型或Y型V型；當(dāng)用自動(dòng)焊，半自動(dòng)焊啟電垂直按所用焊機(jī)情況選定適當(dāng)形式。2. 與焊接公藝有關(guān) 采用不對(duì)稱(chēng)X型手工電弧焊時(shí)，采用小間隙坡口結(jié)構(gòu)（C=1-3mm）是我國(guó)和日本的習(xí)慣。3. 與球殼的鋼板的厚薄有關(guān)，當(dāng)鋼板厚度大于20mm時(shí)，一般采用大型坡口（不對(duì)稱(chēng)或?qū)ΨQ(chēng)）當(dāng)鋼板厚度小于20mm時(shí)而采用手工焊時(shí)，一般采用Y型（V型）坡口。4.

25、與焊接所在球殼部位（即焊工操作位置）有關(guān)。當(dāng)采用手工焊焊接不對(duì)稱(chēng)X 型坡口時(shí)，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(nèi)側(cè)，小坡口放在外側(cè)；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)縫的大小坡口放在外側(cè)，小坡口在內(nèi)側(cè)。這樣有利于碳弧氣刨清根（或磨焊極）及著已檢驗(yàn)的操作，同時(shí)小坡口側(cè)便于預(yù)熱，電焊工作（所謂大坡口是指焊根部較深那邊）。下表國(guó)內(nèi)外球殼廣泛采用的焊縫坡口形式與尺寸并結(jié)合國(guó)內(nèi)施工經(jīng)驗(yàn)而制定的，選用時(shí)殼根據(jù)下列原則：（1） 焊縫要錯(cuò)排；（2） 盡可能減少仰焊的工作量； （3）角焊縫的焊角，取焊件中較薄者的厚度。補(bǔ)強(qiáng)圈的焊角：當(dāng)補(bǔ)強(qiáng)圈的厚度大

26、于等于8mm時(shí)，去焊角厚度等于補(bǔ)強(qiáng)圈厚度的70%，且不小于8mm。本設(shè)計(jì)將選用不對(duì)稱(chēng)X型坡口形式。2.3支座設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)部件，由于球罐殼體呈圓球狀，給支座設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難，它即要支撐較大的重量，又由于球罐設(shè)計(jì)在室外，需承受各種自然環(huán)境影響，如風(fēng)載荷，地震載荷和環(huán)境溫度變化的作用。為了對(duì)付各種影響因素，結(jié)構(gòu)形式比較多，設(shè)計(jì)計(jì)算也比較復(fù)雜。支座形式有柱式支座和裙座兩大類(lèi)。柱式支座的支撐有赤道正切式支撐、V形柱式支座和三柱會(huì)一柱式支座。裙座支座包括圓筒裙式支座、圓錐形支座及鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)池座的半埋式支撐。其中柱式支座中以赤道正切支座為國(guó)內(nèi)外普遍采用。

27、本次設(shè)計(jì)將采用赤道正切式支座。以下將對(duì)赤道正切式支座進(jìn)行詳細(xì)的介紹，最終確定其具體形式。赤道正切式支座的特點(diǎn)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(lái)。一般說(shuō)相割時(shí)，支柱的軸心線(xiàn)與球殼交點(diǎn)與球心連線(xiàn)與赤道平面的夾角約為角支柱支撐球的質(zhì)量，為了承受地震載荷和風(fēng)載荷；保正球罐的穩(wěn)定性，在支柱之間設(shè)置拉桿相連。這種支座的優(yōu)點(diǎn)是受力均勻，彈性好，安裝方便，施工簡(jiǎn)單，容易調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)操作和檢修也方便。它的缺點(diǎn)主要是重心高，穩(wěn)定性較差。（1）支柱 支柱結(jié)構(gòu)：支柱由圓管（一般由無(wú)縫鋼管或者鋼制卷板）、底板、端板三部分組成，分為單段式及雙段式兩種，其典型結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖

28、2-8。對(duì)于低溫球罐或容積較大的球罐及需要在車(chē)間進(jìn)行赤道帶局部熱處理的球罐，應(yīng)該采用分段或者兩段支柱形式（見(jiàn)圖2-9）。分段長(zhǎng)度（上段）不宜小于支柱總長(zhǎng)的1/3。上段支柱采用與殼體相同的低溫材料或者高合金材料。該段一般應(yīng)在制造廠(chǎng)內(nèi)與球罐進(jìn)行組對(duì)焊接，并對(duì)連接焊縫進(jìn)行焊后熱處理。上、下兩段支柱在現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)焊接，下端支柱可以采用一般碳鋼。分段連接支柱的段間環(huán)向接頭應(yīng)保證全焊透，可以采用沿焊縫根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板的對(duì)接接頭結(jié)構(gòu)。支柱上應(yīng)該設(shè)置排氣孔，以保護(hù)支柱內(nèi)部的氣體在受熱膨脹時(shí)能及時(shí)逸出，而避免支柱由此而失穩(wěn)破裂。正常操作時(shí)，為隔絕支柱內(nèi)氣體與外界的接觸，排氣孔可以用易熔塞堵孔。易熔塞由低

29、熔點(diǎn)合金填充，常用易熔塞的合金組成為：Bi40%；Sn4%；Pb20%。對(duì)于儲(chǔ)存易燃、易爆及液化石油氣物料的球罐，支柱上還應(yīng)設(shè)置防火隔熱層，以防止發(fā)生火災(zāi)時(shí)，支柱被燒軟失穩(wěn)倒塌，引起球罐破壞事故。按防火規(guī)范要求，對(duì)于球罐防火隔熱的耐火性不低于2h。國(guó)外相關(guān)的防火規(guī)范要求其耐火性在2-2.5h以上。選用的普通防火水泥厚度為50mm，可以保證耐火性為2h。按規(guī)定球罐必須設(shè)置靜電接地板，每臺(tái)球罐至少應(yīng)在支柱底部位置設(shè)置2個(gè)對(duì)稱(chēng)布置的防靜電接地板。圖2-9 球罐支柱圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)7（2）底板 支柱底板上開(kāi)設(shè)地腳螺栓，應(yīng)為徑向長(zhǎng)圓孔以便于支柱的徑向移動(dòng)，特別是在球罐整體焊后，在熱處理過(guò)程中，由于球罐

30、的熱脹冷縮，支柱需做經(jīng)向位置調(diào)整，位移主要是通過(guò)支柱底板底部的固定滑板（通常為預(yù)埋板）貨滾柱來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于支柱承受的載荷大，底板的摩擦力較大，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)移動(dòng)是比較困難的，如果不進(jìn)行必要的調(diào)整，球殼與支柱連接部位的高應(yīng)力得不到釋放。因此，需根據(jù)計(jì)算的位移值來(lái)確定柱腳的位置。（3）拉桿 拉桿是作為球罐承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，為了增加球罐的穩(wěn)定性而設(shè)置。拉桿的結(jié)構(gòu)分為可調(diào)式和固定式兩種，所有拉桿與支柱的上下連接點(diǎn)應(yīng)分別在同一標(biāo)高?？烧{(diào)式拉桿（見(jiàn)圖2-10）采用圓鋼加工成長(zhǎng)短兩段而成。拉桿與支柱采用銷(xiāo)連接，兩根拉桿立體交叉處應(yīng)留有間隙，不得焊死。用可調(diào)螺母連接以調(diào)節(jié)松緊度。拉桿張緊程度應(yīng)均勻，拉力不宜

31、過(guò)大。日常球罐運(yùn)轉(zhuǎn)中應(yīng)注意液體冬夏溫差變化和小地震引起的拉桿松動(dòng)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行松緊調(diào)整。確定上下兩拉桿長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮便于安裝及球罐在運(yùn)轉(zhuǎn)中拉桿長(zhǎng)度的調(diào)節(jié)。同時(shí)，由于調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)為機(jī)加工件，當(dāng)上段過(guò)長(zhǎng)受機(jī)加工的限制時(shí)，應(yīng)考慮再分段，即采用圖2-10所示的“連接板”結(jié)構(gòu)形式。固定式拉桿（見(jiàn)圖2-11），一般采用鋼管。拉桿與支柱之間采用焊接結(jié)構(gòu)，拉桿與拉桿的交叉處采用固定板焊接結(jié)構(gòu)或直接焊接結(jié)構(gòu)。 2-10可調(diào)節(jié)式拉桿圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)7圖2-11固定式拉桿圖圖片來(lái)源：參考文獻(xiàn)72.4開(kāi)孔設(shè)計(jì)球罐一般設(shè)有物料進(jìn)出口接管、人孔、排凈放污接管以及各種儀表接管（壓力計(jì)、溫度計(jì)、液面計(jì)等），其中人孔一般設(shè)2個(gè)，可

32、分別布置在球罐上、下極帶板中心，其他的接管也應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在上、下極板上，便于集中控制、在制造廠(chǎng)完成接管的組焊和焊后熱處理，保證接管部位的質(zhì)量。開(kāi)孔應(yīng)避開(kāi)焊縫。若不得不在焊縫上開(kāi)孔時(shí)，則必須對(duì)以開(kāi)孔中心為圓心，1.5倍開(kāi)孔直徑為半徑的圓內(nèi)所包容的焊縫進(jìn)行100%無(wú)損檢測(cè)，且合格。2.4.1人孔結(jié)構(gòu)球罐的人孔是操作人員進(jìn)出球罐進(jìn)行檢驗(yàn)及維修用的，在現(xiàn)場(chǎng)組焊需要進(jìn)行焊后整體熱處理的球罐，人孔又成為進(jìn)風(fēng)，燃燒口及煙氣排出煙囪用。因此人孔直徑的選擇必須考慮操作人員攜帶工具進(jìn)出球罐方便，以及熱處理時(shí)工藝氣流對(duì)截面的要求。一般選用DN600 較適宜。通常球罐上應(yīng)設(shè)有兩個(gè)人孔，分別在上下級(jí)帶上，人孔與球殼相焊部

33、分應(yīng)選用與球殼相同的材料。人孔結(jié)構(gòu)在球罐上最好采用回轉(zhuǎn)蓋及水平吊蓋兩種，補(bǔ)強(qiáng)可采用整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)及補(bǔ)強(qiáng)板補(bǔ)強(qiáng)兩種，在本次設(shè)計(jì)中采用整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)的人孔結(jié)構(gòu)較合理，因?yàn)樗幢ＷC了因開(kāi)孔削弱的強(qiáng)度得到了充分補(bǔ)強(qiáng)，節(jié)省材料，且避免了補(bǔ)強(qiáng)處壁厚的突變，降低了應(yīng)力集中程度，焊縫采用對(duì)接，便于進(jìn)行射線(xiàn)檢測(cè)或超聲波檢測(cè)，從而保證焊縫質(zhì)量。在本次設(shè)計(jì)中上人孔采用水平吊蓋式，下人孔采用回轉(zhuǎn)蓋式。上下人孔的直徑都選用DN600 材料選用和球殼相同的材料。2.4.2接管結(jié)構(gòu)由于工藝操作需要各種接管，球罐接管部分是強(qiáng)度較薄的部位，國(guó)內(nèi)外較多的事故都是從接管焊接處發(fā)生的，為了提高該處的安全性，國(guó)外制造的球罐大多采用

34、厚壁管或整體鍛件凸緣等補(bǔ)強(qiáng)措施，以及在接管上加焊筋條支撐等辦法來(lái)提高剛度和耐疲勞性能（1） 接管材料與球殼相焊接的接管最好選用與球殼相同的材料，低溫球罐應(yīng)選用低溫的鋼管，并且保證在低溫下具有足夠的沖擊韌性，接管的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料也應(yīng)遵循同樣的要求。本設(shè)計(jì)接管所選用的接管材料和球殼的材料相同都16MnDR（2） 開(kāi)孔位置球罐開(kāi)孔應(yīng)盡量設(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長(zhǎng)完成，便于進(jìn)行焊厚熱處理，保證接管焊接部位的質(zhì)量。開(kāi)孔位置應(yīng)于焊縫錯(cuò)開(kāi)，其間距應(yīng)大于3 倍的板厚，并且必須大于100mm，在球罐焊縫上不應(yīng)開(kāi)孔。（3） 孔的補(bǔ)強(qiáng)尺寸一般壓力容器規(guī)范都規(guī)定了不需要補(bǔ)強(qiáng)的最大開(kāi)孔接管尺

35、寸，但是在球罐不宜使用此規(guī)定。（4） 接管的補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)球罐接管的補(bǔ)強(qiáng)尺寸有以下幾種類(lèi)型： 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的接管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。 厚壁管補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu) 結(jié)整體凸緣補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)為了提高接管的抗疲勞性能，球殼與接管的連接焊縫除了應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度外，還應(yīng)具有抗疲勞的能力，以克服進(jìn)出料時(shí)的沖擊，管道的振動(dòng)，操作壓力的波動(dòng)和工藝配管應(yīng)力等因素引起的疲勞破壞。在本次設(shè)計(jì)中采用整體凸緣補(bǔ)強(qiáng)，它可以同時(shí)補(bǔ)強(qiáng)球殼和接管。球罐上的所有接管都要設(shè)置加強(qiáng)筋，對(duì)小接管群可采用聯(lián)合加強(qiáng)在本次設(shè)計(jì)中接管采用的材料和球殼的材料相同，接管補(bǔ)強(qiáng)采用整體凸緣補(bǔ)強(qiáng)界構(gòu)。2.5球罐的附件2.5.1梯子平臺(tái)梯子平臺(tái)的存在是為了方便日常的操作、檢修以及安全閥的定期

36、校檢，本次設(shè)計(jì)中會(huì)設(shè)置頂平臺(tái)、中間平臺(tái)以及直達(dá)這些平臺(tái)的斜梯、直梯或者盤(pán)梯。頂平臺(tái)作為工藝操作平臺(tái)，在球罐頂部是一個(gè)圓形平臺(tái)，所有的人孔接管以及安全閥、儀表等均在圓平臺(tái)內(nèi)，以便于操作；平臺(tái)的寬度不應(yīng)小于800mm。中間平臺(tái)設(shè)置在赤道部位的目的是為了操作人員上下頂平臺(tái)時(shí)中間休息或者作為檢查球罐赤道部位的外部情況。本次梯子設(shè)計(jì)采用的盤(pán)梯，為近似球面的螺線(xiàn)形。這樣梯子在球面的距離能始終保持一致，沒(méi)有陡升陡降的感覺(jué)，行走舒適還有利于保溫的施工。2.5.2噴淋裝置球罐上裝設(shè)水噴淋裝置是為了球罐內(nèi)的液化石油氣、可燃性氣體以及有毒有害氣體的隔熱需要，同時(shí)也起著消防的保護(hù)作用。但是，消防保護(hù)和隔熱有著不同的要

37、求，一般球罐的噴淋裝置有環(huán)形冷卻水管或者導(dǎo)流式淋水裝置。對(duì)于儲(chǔ)存易燃易爆的燃料，特別是液化石油氣體的球罐必須設(shè)置消防噴淋裝置，按照我國(guó)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范的規(guī)定，消防噴淋裝置的供水強(qiáng)度不應(yīng)小于0.15L/(s*m2)，著火球罐的保護(hù)面積按其全表面積計(jì)算，距著火罐直徑1.5倍范圍內(nèi)的相鄰儲(chǔ)罐按其表面積的一半計(jì)算。液化石油氣的火災(zāi)延續(xù)時(shí)間應(yīng)按6小時(shí)計(jì)算。為了防止支柱因直接受火而過(guò)早失去支撐能力，發(fā)生坍塌現(xiàn)象，對(duì)于儲(chǔ)存易燃物料和LPG物料的球罐，其支柱應(yīng)采用非燃燒性材料進(jìn)行隔熱保護(hù)，其火災(zāi)延續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于2小時(shí)。以下是關(guān)于水噴淋裝置的相關(guān)計(jì)算：即灑水孔的個(gè)數(shù)需要92個(gè)。2.5.3隔熱保冷裝置（1）隔熱設(shè)

38、施 儲(chǔ)存液化石油氣、可燃性氣體和它的液化氣以及有毒氣體（氯、氨除外）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用不燃性絕熱材料覆蓋。隔熱用水噴淋裝置的設(shè)計(jì)在噴淋裝置中已經(jīng)介紹過(guò)，在此不做贅述。（2）保冷設(shè)施在球罐中儲(chǔ)存須保持低溫的物料（如儲(chǔ)存乙烯、液化天然氣、液氨等）時(shí)，應(yīng)設(shè)置保冷裝置。液化石油氣、可燃性氣體及毒性氣體的有保冷設(shè)施的球罐，其保冷層表面采取如下措施：一般應(yīng)該用耐熱材料覆蓋在保冷材料表面。在外表面裝設(shè)有噴淋水等有效防火裝置時(shí)，耐熱材料的要求可降至具有200保溫30min的性能。不燃性保冷材料如具有900、30min以上的耐熱性能時(shí)，可只加適當(dāng)?shù)耐獠垦b飾，而不必

39、另加耐熱材料覆蓋。不燃性或難燃性的保冷材料如不具有900、30min以上的耐熱材料的厚度，按使用的要求考慮。在使用不燃性保冷材料的場(chǎng)合，或者耐熱材料的保持溫度可以考慮為200時(shí)，則可使用難燃性材料作外層裝飾。2.5.4液位計(jì)儲(chǔ)存液體和液化氣體的球罐中應(yīng)裝液位計(jì)。目前，球罐中采用的液位計(jì)主要有浮子-齒帶液位計(jì)（又稱(chēng)浮子-鋼帶液位計(jì)）、玻璃板式液位計(jì)、雷達(dá)液位計(jì)、超聲波液位計(jì)等多種。浮子-齒帶液位計(jì)是國(guó)內(nèi)球罐常用的一種結(jié)構(gòu)較為合理的連通管式液位計(jì)。它的特點(diǎn)是采用連通管，把多個(gè)玻璃板式液位計(jì)裝設(shè)在連通管上，可以測(cè)量全液位，連通管要求采用DN50的鋼管制成，并與球罐操作用梯子平臺(tái)配合裝設(shè)，便能較易觀(guān)測(cè)

40、液位情況。它的優(yōu)點(diǎn)是可使球殼上液位計(jì)的開(kāi)孔減少至最少數(shù)量，且節(jié)省配管材料。本次設(shè)計(jì)將采用此種液位計(jì)。液位計(jì)設(shè)置時(shí)要在高、底液位線(xiàn)有報(bào)警裝置，防止裝載過(guò)重、抽空，以免發(fā)生事故，特別在裝載液化氣時(shí)更要慎重。2.5.5壓力表為了測(cè)量容器內(nèi)壓力，球罐應(yīng)設(shè)置壓力表?？紤]到壓力表由于某種原因而發(fā)生故障，或由于儀表檢查而取出等情況，應(yīng)在球殼的上部和下部各設(shè)置一個(gè)以上的壓力表。壓力表的最大刻度為正常運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的1.5倍以上（不要超過(guò)3倍）。為使壓力表讀數(shù)盡可能正確，壓力表的表面直徑應(yīng)大于150mm。壓力表前應(yīng)安裝截止閥，以便在儀表校正時(shí)可以取下壓力表。2.5.6溫度計(jì)在球罐上安裝1個(gè)以上的溫度計(jì)，此溫度計(jì)可以測(cè)

41、量比最低使用溫度低10的溫度。溫度計(jì)的保護(hù)管保護(hù)管的強(qiáng)度，應(yīng)能承受設(shè)計(jì)壓力1.5倍以上的外壓，并能充分承受使用過(guò)程中所加的最大載荷（流體阻力或外部沖擊）。保護(hù)管外徑，由于強(qiáng)度所限而不能太大。保護(hù)管的插入長(zhǎng)度應(yīng)對(duì)溫度計(jì)的敏感元件是足夠的。低溫球罐或在寒冷地區(qū)裝設(shè)的球罐，必須防止雨水、濕氣等流入測(cè)溫保護(hù)管內(nèi)而結(jié)冰，從而影響正確的溫度測(cè)量。2.5.7安全泄放裝置1.安全閥的種類(lèi)、數(shù)量及可設(shè)置的位置為防止球罐運(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)以上的安全閥，以便及時(shí)排出部分氣相物料，自動(dòng)地將內(nèi)壓回復(fù)設(shè)計(jì)壓力以下。同時(shí)，在氣相部分還要設(shè)置一個(gè)以上的輔助的火災(zāi)安全閥，使得由于火災(zāi)而使罐內(nèi)物料

42、溫度及壓力上升時(shí)，能自動(dòng)發(fā)生作用，排泄物料，確保球罐不超壓=。安全閥的形式通常采用直接載荷彈簧式。2.泄放壓力（1）安全閥開(kāi)啟壓力應(yīng)根據(jù)不同的工藝操作壓力而定，一般去pz(1.05-1.1)pw,當(dāng)pz0.18Mpa時(shí)，可適當(dāng)提高pz對(duì)pw的比值。其中pz為安全閥的開(kāi)啟壓力；pw為球罐的工作壓力。(2）操作用安全閥的開(kāi)啟壓力 至少有一個(gè)安全閥的開(kāi)啟壓力不應(yīng)大于設(shè)計(jì)壓力。（3）火災(zāi)用安全閥的開(kāi)啟壓力 應(yīng)使容器內(nèi)的超壓限度不大于設(shè)計(jì)壓力的16%3安全泄放量本次設(shè)計(jì)只考慮液化氣的安全泄放量，計(jì)算數(shù)據(jù)如下：式中: Ws球罐的安全泄放量，kg/h; q在泄放壓力下液化氣體的汽化潛熱，kJ/kg; Ar球

43、罐的受熱面積，m2,按下列公式計(jì)算：Ar=1.57D02 F系數(shù)，球罐置于地面下用砂土覆蓋時(shí)取0.3；球罐在地面上時(shí)取1；4.安全閥的排放面積 符號(hào)說(shuō)明：Ws安全閥的安全泄放量，kg/h A安全閥的最小排放面積，mm2 K安全閥額定泄放系數(shù)，取0.9倍泄放系數(shù) C氣體特征系數(shù)，按計(jì)算 P0安全閥出口側(cè)的壓力 M氣體的摩爾質(zhì)量 T泄放裝置進(jìn)口側(cè)氣體的溫度 Z氣體的壓縮系數(shù) 所以該泄放滿(mǎn)足臨界條件，所以： mm2 安全閥喉部直徑最小為 ：mm 根據(jù)計(jì)算，本次設(shè)計(jì)取規(guī)格為DN50的安全閥。5.注意事項(xiàng)（1） 安全閥應(yīng)選彈簧式安全閥，不可使用低揚(yáng)程安全閥（2） 彈簧不可與介質(zhì)大氣直接接觸，在不得已的場(chǎng)

44、合，應(yīng)進(jìn)行耐腐蝕處理（3） 彈簧的調(diào)節(jié)螺絲不能松動(dòng)，應(yīng)有防止隨意調(diào)整的印封（4） 安全閥應(yīng)垂直安裝，以保證容器和安全閥之間暢通無(wú)阻（5） 安全閥的安裝位置盡可能布置在平臺(tái)附近，以便檢查及維修 (6）單獨(dú)排入大氣的安全閥，其出口管線(xiàn)管徑按管線(xiàn)壓力降不大于其定壓的10%確定，但不應(yīng)小于安全閥出口直徑。(7）備用安全閥應(yīng)有明確其為備用的標(biāo)志。(8）在向大氣直接排放的場(chǎng)合，排放蒸汽應(yīng)垂直向上噴出，并在端部設(shè)置保護(hù)罩，以防止雨水、銹屑、塵土等的堆積。3罐的強(qiáng)度計(jì)算3.1設(shè)計(jì)參數(shù)公稱(chēng)容積：3000m3球殼半徑：18000mm設(shè)計(jì)壓力：0.8設(shè)計(jì)溫度：50工作介質(zhì)：液化氣（密度為578kg/ m3）充裝系數(shù)

45、：0.9場(chǎng)地類(lèi)型： 類(lèi)地震設(shè)防烈度：7度基本風(fēng)壓：450 N/m2基本雪壓：200 N/m23.2球殼計(jì)算3.2.1液柱高度與計(jì)算壓力由相關(guān)參數(shù)，可以得出以下計(jì)算：理想容積：實(shí)際裝填容積：球殼內(nèi)液體體積與液位深度關(guān)系式：將數(shù)據(jù)帶入以上關(guān)系式可得液位高h(yuǎn)=14475.6mm，用相似的方法將各帶液柱高度(見(jiàn)圖3-1)求出如下:ha0 mm hb5475.6 mm hc10973.6 mm hd14475.6mm 由計(jì)算壓力與液柱高度關(guān)系式：將計(jì)算結(jié)果繪制成表格匯總（見(jiàn)表3-1）。表3-1液位高度與對(duì)應(yīng)計(jì)算壓力計(jì)算點(diǎn)各帶球心角/()各帶物料高度/mm計(jì)算壓力/Mpa上極帶板10500.8赤道中心板5

46、475.60.831赤道板7510973.60.862下極帶板10514475.60.882圖3-1 物料液位高度示意圖 3.2.2球殼厚度球罐質(zhì)量的計(jì)算考慮到球罐的制造的經(jīng)濟(jì)性，本次設(shè)計(jì)中球殼將采用采用16MnR，設(shè)計(jì)溫度下許用壓力為；取焊縫系數(shù)：，腐蝕余量，鋼板厚度負(fù)偏差，故厚度附加量設(shè)計(jì)溫度下，球殼的計(jì)算厚度以下公式進(jìn)行計(jì)算：圓整以后取=4mm,考慮到厚度附加量取球殼名義厚度=26mm（注：與支柱焊接的赤道帶板的厚度取27mm）3.2.3球殼強(qiáng)度校核由GB150-2011規(guī)定可知，球罐可以通過(guò)第一強(qiáng)度理論進(jìn)行理論計(jì)算校核，當(dāng)時(shí)，則滿(mǎn)足強(qiáng)度校核，其中為球殼承受的當(dāng)量應(yīng)力最大值，為球罐殼體材

47、料的許用應(yīng)力，球殼的當(dāng)量應(yīng)力來(lái)源于球殼氣壓與液柱壓力。1. 氣體壓力形成的應(yīng)力2. 液柱壓力形成的應(yīng)力（1） 上極帶：由于液柱高度不到上極板，故上極帶無(wú)液柱壓力。（2） 赤道帶以及下極板： 式中由于該函數(shù)在區(qū)間0,9000內(nèi)為單調(diào)遞減函數(shù)，所以當(dāng)h=0時(shí)，函數(shù)具有最大值，即=0.074同理可得=0.074綜合以上計(jì)算結(jié)果可知，球罐最大應(yīng)力應(yīng)在罐底：=0.074+138.5=138.574MPa=174MPa所以球罐球殼片強(qiáng)度合格。3. 水壓試驗(yàn)：4. 氣密性試驗(yàn)：3.3球罐質(zhì)量計(jì)算球殼平均直徑：Dcp=18056mm；球殼材料密度：=7850kg/m3；物料密度：=578 kg/m3；水的密度

48、：=1000 kg/m3；充裝系數(shù)：K=0.9；球殼外直徑：D0=18112mm；基本雪壓：q=200N/m2；球面的積雪系數(shù)：C0=0.4；保溫層厚度：=30mm.1.殼體質(zhì)量：2.物料質(zhì)量：3.液壓試驗(yàn)時(shí)液體的質(zhì)量：4.積雪質(zhì)量：5.保溫層質(zhì)量：6.支柱與拉桿的質(zhì)量：支柱質(zhì)量： 拉桿質(zhì)量：支柱與拉桿總質(zhì)量：7.附件質(zhì)量：8.操作狀態(tài)下球罐總質(zhì)量：9.球罐最小質(zhì)量：3.4地震載荷的計(jì)算3.4.1球罐的基本自振周期支柱底板面至球殼中心的距離：H0=11000mm支柱地板面至拉桿中心的與支柱中心線(xiàn)交點(diǎn)處的距離：=8000mm支柱數(shù)：n=10支柱制造材料為Q345R鋼，其常溫下彈性模量：=支柱外直

49、徑：do=880mm支柱內(nèi)直徑：di=848mm支柱橫截面的慣性矩：拉桿影響系數(shù)：/ H0=0.727根據(jù)GB12337-2014相關(guān)規(guī)定（見(jiàn)表3-2），采用內(nèi)插法計(jì)算拉桿影響系數(shù)。表3-2拉桿影響系數(shù)/ H00.900.800.750.700,650.600.500.0280.1040.1560.2160,2820,3520.50表格來(lái)源：GB12337-2014最終取=0.17541所以球罐的基本自振周期：3.4.2水平地震力綜合影響系數(shù)：Cz=0.45地震影響系數(shù)的最大值根據(jù)GB12337-2014規(guī)定（見(jiàn)表3-3）取得=0.08表3-3水平地震影響系數(shù)最大值抗震設(shè)防烈度789地震影響系

50、數(shù)最大值0.080.160.32表格來(lái)源：GB12337-2014各類(lèi)場(chǎng)地土地的特征周期根據(jù)GB12337-2014規(guī)定（見(jiàn)表3-4）取得=0.3表3-4場(chǎng)地的特征周期設(shè)計(jì)地震分組場(chǎng)地類(lèi)別01第一組0.200.250.350.450.65第二組0.250.300.400.550.75第三組0.300.350.450.650.90表格來(lái)源：GB12337-2014 對(duì)應(yīng)自振周期的地震影響系數(shù)：球罐承受的水平地震力： 3.5風(fēng)載荷的計(jì)算風(fēng)載荷體型系數(shù)：K1=0.4根據(jù)GB12337-2014表20規(guī)定（見(jiàn)表3-5），利用中間值插法計(jì)算，系數(shù)=1.304表3-5 系數(shù)T/s0.250.51.01.52.02.53.04.051.01.41.72.02.32.52.73.03.2表格來(lái)源：GB12337-2014球罐的風(fēng)振系數(shù)：K2=1+0.35=1.46基本風(fēng)壓：q0=450 N/m2支柱底板面至球殼中心長(zhǎng)度：H0=11000m風(fēng)壓高度變化系數(shù)根據(jù)GB12337-2014中表21規(guī)定（見(jiàn)表3-6）利用中間值插法計(jì)算求得1=1.028表3-6風(fēng)壓高度變化系數(shù)距地面高度H0/m地面粗糙類(lèi)別ABCD51.091.000.650.51101.281.000.650.51151.421.130.650.51201.521.230.740.51301.671.390.880.51401.7