球罐講義_圖文

1、第24章球形儲(chǔ)罐壓力容器設(shè)計(jì)工程師培訓(xùn)教材目錄24.1 型式(TYPE24.2 球殼板(SHELL PLATES24.3 裝量高度(FILLING HEIGHT24.4 標(biāo)準(zhǔn)(STANDARD24.5設(shè)計(jì)(DESIGN24.6材料(MATERIAL24.7零部件附件(PARTS,ATTACHMENTS24.8球殼板成形(FORMING OF SHELL PETALS24.9組焊(ASSEMBLY WELDING24.10無(wú)損檢測(cè)(NONDESTRUCTIVE EXAMINATION24.11焊后整體熱處理(POSTWELD HEAD TREATMENT FOR COMPLETED TANK A

2、S A WHOLE24.12產(chǎn)品焊接試板(PRODUCT WELDED TEST COUPON24.13壓力試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)(STATIC PRESSURE TEST AND PNEUMATIC TEST24.14特種球罐(SPHERICAL TANK FOR SPECIAL PURPOSE24.1型式 (a桔瓣式(b足球瓣式(c混合式圖24-1 球殼板結(jié)構(gòu)型式表24.1 1000m3桔瓣式與混合式球罐比較表型式球殼分帶數(shù)支柱根數(shù)總塊數(shù)各帶分塊數(shù)焊縫長(zhǎng)度(m桔瓣式58543+16+16+16+3352引進(jìn)罐混合式38287+14+7272桔瓣式581054663+16+16+16+33+20+

3、20+20+3GB/T17261混合式3481030547+16+77+20+20+724.2球殼板球殼板設(shè)計(jì)要點(diǎn)(1球殼板的幾何尺寸應(yīng)盡可能大。(2選擇合適的鋼板規(guī)格,提高板材利用率。(3規(guī)格要少,互換性要好。(4相鄰帶縱焊縫應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)。(5焊縫布局應(yīng)均勻,減少裝配應(yīng)力拘束應(yīng)力與殘余應(yīng)力。(6必須考慮壓機(jī)及起重能力。 圖24-2 引進(jìn)1000m3丙烯罐俯視圖名稱(chēng)塊數(shù)球殼板尺寸長(zhǎng)x寬(弧長(zhǎng)mm原材料鋼板尺寸長(zhǎng)x寬,mm赤道板溫帶板極中板極側(cè)板2040246155x2450 (20塊6250x3515 (20塊6085x3055 (2塊5330x3065 (2塊面積總和(m2公稱(chēng)容積內(nèi)徑各帶板數(shù)

4、各帶球心角°(m 3(mmL22550242424E403020141416892.5表24.2-2 國(guó)外某公司液體球罐球殼板分割表表24.2-2附圖-球罐型式 球罐裝量系數(shù)與裝量高度關(guān)系:裝量系數(shù)K 系球缺體積V ´與殼體積V 之比值:令:裝量系數(shù)K 相對(duì)應(yīng)的裝量高度H 為:H=kDi k 為裝量高度系數(shù),則:K=3k 2-2k 3例:1000m 3丙烯球罐,內(nèi)徑Di=12300mm,裝量系數(shù)K=0.9,求裝量高度?解:查表24.3:K=0.9得k=0.8042則其裝量高度為:H=kDi=0.8042x12300=9891.66mm 24.3 裝量高度32343('

5、;iR HRi H V V K -=HDi表24.3 裝量系數(shù)K與裝量高度系數(shù)k的關(guān)系序號(hào)項(xiàng)目GB12337-1998GB50094-981編制頒發(fā)全國(guó)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)提出國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布建設(shè)部編制建設(shè)部與國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局聯(lián)合發(fā)布2適用范圍P=4MPaV50m3桔瓣或混合式支柱支撐碳鋼或低合金鋼制球形儲(chǔ)罐0.1MPaP4MPaV50m3桔瓣或混合式支柱支撐碳鋼或低合金鋼制球形儲(chǔ)罐3內(nèi)容設(shè)計(jì)制造組焊檢驗(yàn)與驗(yàn)收僅從現(xiàn)場(chǎng)施工出發(fā),規(guī)定了施工與驗(yàn)收要求表23.4-1 GB12337與GB50094比較表24.4 標(biāo)準(zhǔn)表24.4-2 GB12337與GB50094控制值的差異序號(hào)項(xiàng)目GB12

6、337-1998GB50094-981支柱安裝找正后,H8m時(shí),在球罐徑向和周向兩個(gè)方向的垂直允許偏差mm10122碳素鋼球殼對(duì)接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線(xiàn)或超聲檢測(cè)的厚度mm>30>383碳素鋼應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理的厚度mmn>32n>34420R 16MnR熱處理工藝625±25600±25 5熱處理升降溫控制起始點(diǎn)400300 6壓力試驗(yàn)時(shí)對(duì)液體溫度要求5024.5設(shè)計(jì)球罐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下載荷:(1壓力(2液體靜壓力(3球罐自重(包括內(nèi)件以及正常工作條件下或壓力試驗(yàn)狀態(tài)下內(nèi)裝物料的重力載荷(4附屬設(shè)備與隔熱材料管道支柱拉桿梯子平臺(tái)等的重力載荷(5風(fēng)載荷

7、,地震載荷,雪載荷。球罐因結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性和形狀特點(diǎn),質(zhì)量可近似地集中于球殼中心,故球罐可視為單自由度體系。因?yàn)榍蚬拊诿}動(dòng)情況下按剪切型振動(dòng),即結(jié)構(gòu)在水平力作用下,整個(gè)體系會(huì)產(chǎn)生平移,球罐本身不發(fā)生偏轉(zhuǎn),所以求解球罐在水平力作用下的位移便可轉(zhuǎn)化為求支柱在該力作用下的位移問(wèn)題。風(fēng)力及地震力等水平力的合力Fmax通過(guò)球心,該合力在赤道平面上由幾根支柱分擔(dān),各支柱受力可能不同,但其合力一定是水平力Fmax 。當(dāng)支柱在水平力Fmax作用下發(fā)生位移時(shí),拉桿將被拉長(zhǎng)或壓短,從而限制了支柱的位移。支柱的地腳螺栓使其底部不產(chǎn)生水平位移及轉(zhuǎn)角,即相當(dāng)于固定端支承,支柱便相當(dāng)于懸臂梁。當(dāng)支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力Fs大于

8、等于拉桿作用在支柱上的水平力Fc時(shí),理論上球罐不需設(shè)置地腳螺栓,但為了固定球罐位置,規(guī)定應(yīng)設(shè)置一定數(shù)量的定位地腳螺栓。表24.5 球罐設(shè)計(jì)中應(yīng)校核的內(nèi)容序號(hào)內(nèi)容公式備注1設(shè)計(jì)溫度下球殼的計(jì)算應(yīng)力+=ee Di Pci t 4(t øP ci 計(jì)算壓力包括液柱靜壓力 MPat設(shè)計(jì)溫度下球殼材料許用應(yīng)力MPa操作狀態(tài)下cW W Z mM AW EXp -+8.01(02支柱穩(wěn)定性液壓試驗(yàn)狀態(tài)下c W W Z mM AW EXTp T-+8.01(0c 支柱材料許用應(yīng)力5.1sc =,MPa3地腳螺栓的螺紋小徑d B BBd C n Fs Fc +-=13.1B地腳螺栓材料許用剪應(yīng)力sB

9、4.0=,MPa4底板厚度bbbbc b C L +=23b底板材料許用彎曲應(yīng)力5.1sb =,MPa拉桿螺紋小徑TTrC F d +=T 13.1T拉桿材料許用應(yīng)力5.1s=T ,MPa銷(xiāo)子直徑prp T d 8.0= p 銷(xiāo)子材料的許用剪應(yīng)力s p 4.0=,MPa 耳板厚度cp Tc d F =c耳板材料許用應(yīng)力5.1sc=,MPa翼板厚度'2s sc a ='s翼板材料的屈服點(diǎn)MPa耳板與支柱的焊縫W TS L F 1141.1w焊縫材料的許用剪應(yīng)力sw 4.0=,MPa5拉桿焊縫強(qiáng)度拉桿與翼板的焊縫wTS L F 2282.2w 焊縫的許用剪應(yīng)力sw 4.0=,MPa

10、操作狀態(tài)下t+01t設(shè)計(jì)溫度下球殼材料許用應(yīng)力MPa6支柱與球殼連接最低點(diǎn)a的應(yīng)力液壓試驗(yàn)狀態(tài)下s9.01+T s試驗(yàn)溫度下球殼材料的屈服點(diǎn),MPa7支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核www SLW=41.1w焊縫的許用剪應(yīng)力asw4.0=,MPa鋼號(hào)20R 16MnR 15MnNbR 07MnCrMoVR 16MnDR 07MnNiCrMoVDR 鋼板標(biāo)準(zhǔn)GB6654GB3531使用狀態(tài)30 熱軋>30 正火正火調(diào)質(zhì)正火調(diào)質(zhì)厚度6-1006-12010-6016-506-10016-50表24.6-1 鋼板的標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)24.6材料A KV 牌號(hào)交貨狀態(tài)厚度mm b MPa S MPa S

11、%J 1636470600295標(biāo)準(zhǔn)值正火366045058027521-4034WHD1實(shí)物值26485055953504602236-406116710164405603001636430550280標(biāo)準(zhǔn)值正火或正火+回火366043055027023-7031WHD4實(shí)物值12654505303454052641-7042248注 隨機(jī)抽取143批隨機(jī)抽取205批表24.6-2 WHD1和WHD4標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)物性能值鋼號(hào)使用狀態(tài)厚度mm 最低沖擊試驗(yàn)溫度熱軋62516MnR正火612015MnNbR正火106007MnCrMoVR調(diào)質(zhì)1050-2016MnDR正火636>36100-4

12、0-3007MnNiCrMoVDR 調(diào)質(zhì)>36100-40球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20時(shí)鋼板的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)符合表24.6-4的規(guī)定。表24.6-4 低溫時(shí)鋼板的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度 表24.6-5 按球殼用鋼選取鍛件鋼號(hào)球殼鋼號(hào)20R16MnR15MnNbR16MnDR07MnNiCrMoVDR 鍛件鋼號(hào)2016Mn20MnMo16MnD08MnNiCrMoVD 鍛件標(biāo)準(zhǔn)JB4726JB472724.7零部件附件球罐除球殼板外,通常還有人孔接管支柱拉桿平臺(tái)梯子安全附件等組成。圖24.7-1 支柱與殼體連接形式圖24.7-1 支柱與殼體連接形式圖24.7-2 支柱各部分名稱(chēng)圖24.7-3 拉桿結(jié)構(gòu)形式附件主要包括:(1消防噴淋裝置(2壓力表(3溫度計(jì)(4液位計(jì)(5安全閥(6緊急切斷閥(7接地裂紋試驗(yàn)裂紋試驗(yàn)國(guó)內(nèi)一般采用Y型斜Y型窗形拘束三種方法。Y型坡口焊縫裂紋試驗(yàn)的坡口型式見(jiàn)圖24.9,試驗(yàn)方法參照GB4675.1斜Y型坡口焊接裂紋試驗(yàn)方法,主要用來(lái)評(píng)價(jià)熔敷金屬根部冷裂紋傾向,裂紋率應(yīng)為零。斜Y坡口焊接試驗(yàn)又稱(chēng)小鐵研試驗(yàn),是一種苛刻的抗裂試驗(yàn),試驗(yàn)?zāi)康氖菣z查焊縫熱影響區(qū)斷面裂紋縱向裂紋的敏感性,由于其拘束度大,日本鈴木春等人認(rèn)為:只要該試驗(yàn)焊縫表面裂