壓力容器講座25日上午劉福錄

壓力容器設計工程師

培訓教材

球形儲罐

目錄24.1型式24.2球殼板24.3裝量高度24.4標準24.5設計24.6材料24.7零部件﹑附件24.8球殼板成形

24.9組焊24.10無損檢測24.11焊后整體熱處理24.12產(chǎn)品焊接試板24.13壓力試驗和氣密性試驗24.14特種球罐球形儲罐簡介球形容器在石油﹑化工﹑冶金﹑城市煤氣等工業(yè)領域被廣泛應用于儲存液化石油氣﹑液化天然氣﹑液氨﹑液氮﹑液氫﹑液氧﹑天然氣﹑城市煤氣﹑壓縮空氣等物料。我們把用于儲存液體和氣體物料的球形容器稱為球形儲罐。球形儲罐殼體受力均勻,在相同直徑和相同工況下,球形容器的薄膜應力僅為圓筒形容器環(huán)向應力的一半,相應承壓能力強﹔且相同容積下球殼表面積最小,質(zhì)量輕﹔但因球形儲罐容積大,需制造廠成形球殼板,安裝單位現(xiàn)場組裝焊接,制造安裝有一定難度,技術要求相對較高。24.1型式

球形儲罐型式多樣,從形狀看有圓球形和橢球形﹔從殼體的層數(shù)看,有單層﹑多層﹑雙金屬層和雙重殼球罐﹔從支承方式看有柱式和裙式﹔從球殼板結(jié)構(gòu)型式分有桔瓣式﹑足球瓣式和混合式(見圖24-1)。(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

思考題﹕

1、球形儲罐的主要特點是什么﹖2、球殼板結(jié)構(gòu)型式分幾種﹖各有什么優(yōu)缺點﹖

24.2球殼板設計

球殼板設計要點﹕（1）球殼板的幾何尺寸應盡可能大。GB12337規(guī)定了每塊球殼板均不得拼接,球殼板最小寬度不小于500mm。（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）相鄰帶縱焊縫應相互錯開。（5）焊縫布局應均勻,減少裝配應力﹑拘束應力與殘余應力。思考題

球殼板設計應考慮那些要點？

（6）必須考慮壓機及起重能力。設計時須綜合考慮以上各要點,經(jīng)驗表明,采用寬而不很長的鋼板來制作球殼板是比較經(jīng)濟的。24.3裝量高度

<<容規(guī)>>規(guī)定了盛裝液化氣體(含液化石油氣)的固定式壓力容器裝量系數(shù)一般取0.9。對容器容積經(jīng)實際測定者,可取大于0.9,但不得大于0.95。

球罐裝量系數(shù)與裝量高度關系:裝量系數(shù)K系球缺體積V′與球殼體積V之比值:思考題:1、<<容規(guī)>>對盛裝液化石油氣的球罐裝量系數(shù)有何規(guī)定﹖2、試計算內(nèi)徑15700mm,2000m3乙烯罐,其裝量高度為12300時的裝量系數(shù)是多少﹖表24.3常用裝量系數(shù)K與裝量高度系數(shù)k的關系24.4標準

國內(nèi)現(xiàn)行的球罐標準有GB12337-1998《鋼制球形儲罐》,GB50094-98<<球形儲罐施工及驗收規(guī)范>>,GB/T17261-1998<<鋼制球形儲罐形式與基本參數(shù)>>,SH512-90<<球形儲罐施工工藝規(guī)范>>,SH3048-99<<石油化工鋼制設備抗震設計規(guī)范>>等。GB12337-1998和GB50094-98在我國都具有技術法規(guī)的效用,且為球罐工程建造的強制性國家標準。表24.4-2列出了兩項標準在控制值上存在的差異。思考題:

1、GB12337-1998<<鋼制球形儲罐>>主要包括哪些內(nèi)容﹖2、GB12337-1998<<鋼制球形儲罐>>適用范圍是什么﹖3、GB12337-1998<<鋼制球形儲罐>>與GB50094-98<<球形儲罐施工及驗收規(guī)范>>兩者關系如何﹖

24.5設計

設計壓力和設計溫度是球罐設計的兩大參數(shù)。球殼的計算需計入液柱凈壓力。球罐的腐蝕裕量取不小于1mm。球罐設計時應考慮以下載荷:1、壓力﹔2、液體靜壓力﹔3、球罐自重（包括內(nèi)件）及正常工作條件下或壓力試驗狀態(tài)下內(nèi)裝物料的重力載荷﹔4、附屬設備與隔熱材料﹑管道﹑支柱﹑拉桿﹑梯子﹑平臺等的重力載荷﹔5、風載荷,地震力,雪載荷。

表24.5球罐設計中應校核的內(nèi)容

思考題:

1、球罐設計應考慮哪些載荷？2、怎樣計算球殼厚度？

24.6材料球罐用鋼應考慮球罐的使用條件(如設計溫度﹑設計壓力﹑物料特性等)﹑材料的焊接性能﹑球罐的制造工藝和組焊要求以及經(jīng)濟合理性。球罐用鋼許用應力按GB123373.6節(jié)選取。

24.6.1球殼用鋼板鋼板的標準及使用狀態(tài)見表24.6-1。

24.6.2球罐用鍛件球罐用鍛件主要用于人孔和接管。鍛件應有足夠強度﹑塑性和韌性,用于焊接時還應注意其可焊性。鍛件用材一般依據(jù)球殼用材進行選取,見表24.6-5。

鍛件級別由設計者確定,并在圖樣中注明﹕如16MnⅡ。人孔鍛件的級別不應低于Ⅲ級,大于DN150的接管用鍛件級別一般也不應低于Ⅲ級。

24.6.3焊條焊條應具有質(zhì)量部門證明書,質(zhì)量證明書應包括熔敷金屬的化學成分﹑力學性能﹑擴散氫含量等。各項指標應符合GB/T5117<<碳鋼焊條>>,GB/T5118<<低合金鋼焊條>>,GB/T984<<堆焊焊條>>等標準的有關規(guī)定。球罐的焊縫以及直接與球罐焊接的焊縫,應選用低氫型藥皮焊條,并按批號進行擴散氫試驗,方法按GB/T3965<<熔敷金屬中擴散氫測定方法>>的規(guī)定進行。思考題:

1、球罐所用材料許用應力如何選取﹖2、球罐用鋼應考慮哪些因素﹖3、球罐用國產(chǎn)鋼板有哪些﹖對其使用狀態(tài)有何要求﹖4、設計溫度低于0℃而高于-20℃的球罐用鋼板有什么要求﹖5、球罐用鋼板什么情況下應逐張進行超聲檢測,其檢測標準號及質(zhì)量等級是什么﹖

24.7零部件﹑附件球罐除球殼板外,通常還有人孔﹑接管﹑支柱﹑拉桿﹑平臺梯子﹑安全附件等組成。

24.7.1人孔﹑接管球罐上一般開設物料進出口﹑壓力表﹑溫度計﹑液位計口﹑安全閥口﹑放空口﹑排污口等。球殼上﹑下極板上應各設置一個公稱直徑不小于500mm的人孔。接管多采用厚壁管或整體鍛件凸緣補強措施,球罐接管應盡量設計在上﹑下極帶上,便于集中控制。24.7.2支柱﹑拉桿球罐支承有柱式和裙式兩大類。裙式包括圓筒裙式支承,錐形支承及用鋼筋混凝土連續(xù)基礎支承的半埋式支承﹑錐底支承。柱式包括赤道正切柱式支承﹑V型柱式支承和三合一柱式支承。1.支柱支柱頂部與球殼的連接結(jié)構(gòu)分平板式﹑半球式和橢圓式三種。GB12337規(guī)定用球形或橢圓形的防雨蓋板。

支柱下部與球殼的連接結(jié)構(gòu)有直接連接﹑加托板﹑U形柱和翻邊四種,見圖24.7-1。2.拉桿

拉桿結(jié)構(gòu)有可調(diào)式和固定式兩種。24.7.3平臺梯子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斜梯﹑直梯或盤梯。大型球罐為便于檢修可在內(nèi)部設置旋轉(zhuǎn)的內(nèi)梯。24.7.4隔熱﹑保冷儲存液化石油氣﹑可燃性氣體及有毒氣體的球罐殼體和支柱,應設置隔熱設施。隔熱設施可采用水噴淋裝置或采用不燃性絕熱材料覆蓋。降溫噴淋裝置應設計成可向整個球罐表面均勻淋水,其淋水量按球罐外表面積的0.03L/S.m2進行計算。當球罐中儲存低溫物料(如乙烯﹑液化天燃氣﹑液氨等)時應設置保冷設施,保冷結(jié)構(gòu)應充分防止外界熱量侵入儲罐本體。保冷材料的厚度原則上應為保證在外層材料表面不結(jié)露的厚度。保冷結(jié)構(gòu)要在地震﹑風載﹑雨﹑消防水的壓力影響之下,能保證絕熱的效果。24.7.5附件

1、消防噴淋裝置2、壓力表3、溫度計4、液位計5、安全閥6、緊急切斷閥7、接地1、球罐采用赤道正切柱式支承有什么優(yōu)缺點﹖2、球殼與支柱連接有哪些形式﹖常用何種結(jié)構(gòu)﹖3、支柱結(jié)構(gòu)設計時應考慮哪些因素﹖4、在什么情況下球罐要裝設水噴淋裝置﹖5、球罐安全閥設置有何規(guī)定﹖

思考題:

24.8球殼板成形球殼板由制造單位壓制成形。制造單位下料前應按質(zhì)量證明書對鋼材進行驗收,必要時尚應復驗,并按標準或圖樣要求進行沖擊試驗和超聲檢測。

24.8.1下料球殼板下料方法有二次下料法和一次下料法兩種。24.8.2成型球殼板可采用冷壓或熱壓(溫壓)成形。調(diào)質(zhì)鋼應采用冷壓成形法。

1、球殼板表面質(zhì)量﹑曲率﹑幾何尺寸允差有何要求﹖2、球殼板坡口表面應符合哪些要求﹖3、用07MnCrMoVR,07MnNiCrVDR鋼板制造球殼板應采用什么方法成形﹖

思考題:24.9組焊

24.9.1零部件組焊分段支柱上段與赤道板﹑人孔﹑接管與極板應在制造單位組焊,并進行消除應力熱處理。若有后熱消氫處理要求者應焊后立即進行。

24.9.2組焊

球罐組焊前應對基礎尺寸進行檢查,對零部件進行復驗。底板與基礎﹑拉桿與支柱的固定連接應在壓力試驗合格后進行。1、組焊組焊方法從裝與焊的關系來看,有分片組焊法和分帶組焊法之分。2、焊接組焊單位在焊接工藝評定前,應針對鋼板的鋼號﹑厚度﹑焊接方法及焊接材料選取適宜的方法進行裂紋試驗。焊接予熱溫度由組焊單位通過焊接裂紋試驗及焊接工藝評定確定。思考題:

1、分段支柱的上段與赤道板的組焊為什么要在制造單位進行﹖組焊后質(zhì)量控制有何要求﹖2、球罐在焊接工藝評定前對裂紋試驗有什么要求﹖3、在什么情況下球殼焊縫焊后必須立即進行消氫處理﹖24.10無損檢測

從事球罐無損檢測人員,必須持有質(zhì)量技術監(jiān)督部門頒發(fā)的有效期內(nèi)的鍋爐壓力容器無損檢測人員技術等級資格證書。取得Ⅱ級以上證書的人員方可填寫和簽發(fā)檢驗報告。焊縫表面的形狀尺寸及外觀檢查合格后,方可進行無損檢測。用有延遲裂紋傾向鋼材制作的球罐,應在焊接結(jié)束至少經(jīng)36h后.方可進行焊縫的無損檢測。思考題:

1、對有延遲裂紋傾向的鋼材,在探傷時有何規(guī)定﹖2、球罐對接接頭在什么情況下要進100%的射線或超聲檢測﹖

24.11焊后整體熱處理

球罐焊后整體熱處理應在水壓試驗前進行。焊后熱處理的目的是釋放殘余應力,改善焊接接頭的塑性和韌性,恢復冷作時的予應變和時效而喪失的性能,以避免應力腐蝕。思考題:

1、球罐焊后熱處理目的是什么﹖哪些球罐應進行整體熱處理﹖2、球罐焊后整體熱處理對支柱有何要求﹖

24.12產(chǎn)品焊接試板球罐焊接試板通常有三種:焊工考試試板﹑焊接工藝試板和產(chǎn)品焊接試板。

每臺球罐應做橫焊﹑立焊和平焊加仰焊三個位置的產(chǎn)品試板各一塊。當產(chǎn)品焊接試板被判為不合格時,允許將試板及其所代表的球罐重新進行熱處理,再按要求重新進行試驗。1、球罐焊接試板有幾種﹖各有何用途﹖2、當產(chǎn)品焊接試板被判為不合格時,則其所代表的球罐也為不合格,是否就得判廢﹖

思考題:24.13壓力試驗和氣密性試驗

球罐整體熱處理及檢驗全部合格后,應按圖樣規(guī)定進行壓力試驗和氣密性試驗。液壓試驗和氣壓試驗都屬壓力試驗范疇,球罐一般做液壓試驗。24.13.1液壓試驗液壓試驗介質(zhì)一般采用水,需要