球罐畢業(yè)設(shè)計(jì)總說明書（非常詳盡）

吉林化工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（說明書）PAGEPAGE16目錄前言 1第1章概論 21.1球罐的特點(diǎn) 21.2球罐分類 21.2.1按儲(chǔ)藏溫度 21.2.2按結(jié)構(gòu)形式分類 21.3球罐的建造歷史 3第2章材料的選用 42.1球罐的選材準(zhǔn)則 42.1.1鋼材的力學(xué)性能 42.1.2經(jīng)濟(jì)性 52.2選材 52.2.1鋼板 62.3殼體用鋼板 62.3.1力學(xué)性能及工藝性能 62.4鍛件用鋼 7第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 83.1概況 83.2球殼的設(shè)計(jì) 103.2.1各種球罐的特點(diǎn) 103.2.2混合式球罐的瓣片設(shè)計(jì)和計(jì)算 123.2.3坡口設(shè)計(jì) 173.3.1赤道正切柱式支座設(shè)計(jì) 183.3.2赤道正切柱式支柱結(jié)構(gòu) 193.3.3拉桿結(jié)構(gòu) 203.4人孔和接管 213.4.1人孔結(jié)構(gòu) 213.4.2接管結(jié)構(gòu) 213.5球罐的附件 213.5.1梯子平臺(tái) 213.5.2水噴淋裝置 233.5.3保冷設(shè)施 243.5.4附件 243.6球罐對(duì)基礎(chǔ)的要求 25第4章強(qiáng)度計(jì)算 264.1設(shè)計(jì)條件 264.2球殼計(jì)算 274.3球罐的質(zhì)量計(jì)算 274.4地震載荷計(jì)算 284.4.1自振周期 284.4.2地震力 294.5風(fēng)載荷計(jì)算 294.6彎距計(jì)算 294.7支柱的計(jì)算 304.7.1單個(gè)支柱的垂直載荷 304.7.2組合載荷 304.7.3單個(gè)支柱彎距 314.8地腳螺栓計(jì)算 334.9支柱底板 334.9.1支柱底板直徑 334.9.2底板厚度 344.10拉桿計(jì)算 344.10.1拉桿載荷計(jì)算 344.10.2拉桿連接部位的計(jì)算 344.10.3翼板的厚度 354.10.4焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算 354.11支柱與球殼連接最低點(diǎn)a的應(yīng)力校核 354.11.1a點(diǎn)的應(yīng)力 354.11.2a點(diǎn)的應(yīng)力校核 364.12支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核 364.13開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算 37第5章工廠制造及現(xiàn)場組裝 385.1工廠制造 385.1.1原材料檢驗(yàn) 385.1.2瓣片加工 385.2現(xiàn)場組裝 395.3組裝方案及準(zhǔn)備 395.5組裝精度的控制 39第6章焊接 406.1焊接工藝的確定 406.2焊后熱處理 40第7章檢查 427.1支柱尺寸精度檢查 427.2竣工檢查 427.3氣密性試驗(yàn) 437.4開罐檢查 43致謝 44參考文獻(xiàn) 45前言乙烯被稱為“石化工業(yè)之母”，乙烯的生產(chǎn)能力往往被看作是一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力的體現(xiàn)。以乙烯為龍頭的石油化工工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中占有重要地位，能夠引導(dǎo)、帶動(dòng)其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)乃至整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，具有較強(qiáng)的支撐、輻射和帶動(dòng)作用。美國、西歐、日本等發(fā)達(dá)國家和一些發(fā)展中國家和地區(qū)，在經(jīng)濟(jì)起飛階段，無不把石油化工工業(yè)作為支柱產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展。乙烯的發(fā)展必然促進(jìn)乙烯裝備的發(fā)展。隨著世界各國的綜合國力和科學(xué)技術(shù)水平的提高，球形儲(chǔ)罐的制造水平也正在高速發(fā)展。近年來，我國在石油化工、合成氨、城市燃?xì)獾慕ㄔO(shè)中，大型化球罐得到了廣泛的應(yīng)用。球罐作為一種工業(yè)使用儲(chǔ)存介質(zhì)的壓力容器，是開始于上世紀(jì)二三十年代。但是在半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，球罐已經(jīng)成為一種有效的，經(jīng)濟(jì)的壓力容器而廣泛的應(yīng)用。在世界上美國是最早使用球罐的國家，早在1910年美國建造了世界上第一臺(tái)工業(yè)用球罐，至今全世界在役各類工業(yè)用球罐已有大約60000余臺(tái)。中國在1958年建成第一臺(tái)600m3壓縮空氣球罐，至1999年的近40余年里已建成在役各類工業(yè)用球罐4000余臺(tái)，約占世界總數(shù)的6%。目前世界各國建造球罐主要廠商約有50余家，每年建造工業(yè)球罐700～800臺(tái)，中國具有制造球罐能力的廠商現(xiàn)有20余家，每年建造各種工業(yè)球罐200～250余臺(tái)，約占世界球罐建造增長量的30%左右。本課題的設(shè)計(jì)是基于國內(nèi)外球罐的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行的，球罐材料選用我國自行研制的國產(chǎn)CF-62鋼，即低焊接裂紋敏感性鋼，它除具有良好的焊接性能外，還具有較好的低溫韌性。球罐造價(jià)大大降低。這種鋼材也處于世界領(lǐng)先水平。但在本次設(shè)計(jì)中由于作者水平有限，時(shí)間較短，所以難免會(huì)出現(xiàn)漏洞和不足，望指正。第1章概論1.1球罐的特點(diǎn)球罐是生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用比較廣泛的壓力容器。與圓筒形儲(chǔ)罐相比，球罐的優(yōu)點(diǎn)是：（1）當(dāng)二者容積相同時(shí)，其表面積最??；（2）當(dāng)壓力和直徑相同時(shí)，其壁厚僅為圓筒形罐的一半左右；當(dāng)直徑和壁厚相同時(shí)，其承壓能力約為圓筒形罐的兩倍，因而它可大量節(jié)省鋼材，減少占地面積，適于制造中壓容器。但另一方面，球罐殼體為雙向曲面，現(xiàn)場組裝比較困難，勞動(dòng)條件差，對(duì)焊工的技術(shù)要球罐高，制造成本高。球罐主要用于儲(chǔ)存液化石油氣、丙烷、丙烯、丁烯及其他低沸點(diǎn)石油化工原料和產(chǎn)品。在煉油廠、石油化工廠、城市燃?xì)夤?yīng)部門都有廣泛應(yīng)用。1.2球罐分類1.2.1按儲(chǔ)藏溫度球罐一般用于常溫或低溫，只有極個(gè)別場合，如造紙工業(yè)用的蒸煮球罐，使用溫度高于常溫。常溫球罐如液化石油氣（LNG）、氨、煤氣、氧等球罐。一般說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。常溫球罐的設(shè)計(jì)溫度大于-20℃。低溫球罐這類球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃，一般不低于-100℃。深冷球罐設(shè)計(jì)溫度-100℃以下，往往在介質(zhì)液化點(diǎn)以下儲(chǔ)存，壓力不高，有時(shí)為常壓。由于對(duì)保冷要球罐高，常采用雙層球殼。目前國內(nèi)使用的球罐，設(shè)計(jì)溫度一般在-40℃~501.2.2按結(jié)構(gòu)形式分類按形狀分有圓球形、橢球形、水滴形或上述幾種形式的混合。圓球形按分瓣方式有橘瓣式、足球瓣式、混合式三種。圓球形按支撐方式分有支柱式、裙座式兩大類。1.3球罐的建造歷史截至2005年底，世界煉油能力42.6億t/a，其中北美、亞太和西歐地區(qū)分別占24%、26%和18%；世界乙烯生產(chǎn)能力1.2億t/a，其中北美占世界總能力的30%，亞太和西歐地區(qū)分別占27%和21%。亞太地區(qū)的五大通用合成樹脂、合成化纖和合成橡膠的產(chǎn)量已超過北美，居世界第一位。未來五年，中東和包括中國在內(nèi)的亞太地區(qū)將是全球煉油和石化產(chǎn)能增長最快的地區(qū)，亞洲將成為世界最大的石化市場。據(jù)初步預(yù)測，到2010年我國需新增80萬～100萬噸級(jí)乙烯成套裝置約8套，到2020年需再新增約9套。而建設(shè)1套百萬噸級(jí)大型乙烯成套裝置，總投資一般在200億元以上。在乙烯建設(shè)項(xiàng)目中，設(shè)備成本占總投資的30%左右，每套大型乙烯設(shè)備成本將達(dá)到70億元左右，因此"十一五"期間將有560億元左右的設(shè)備市場需球罐，"十二五"期間將有630億元的設(shè)備市場需球罐。目前，我國已經(jīng)獲批建設(shè)的大型乙烯項(xiàng)目主要有：浙江鎮(zhèn)海石化100萬噸/年乙烯工程，總投資215億元，2009年建成；福建泉州80萬噸/年乙烯工程，總投資266億元，2008年建成；天津石化100萬噸/年乙烯工程，總投資201億元，2008年建成；四川成都80萬噸/年乙烯工程，總投資210億元，2010年建成；蘭州60萬噸/年乙烯改造工程，總投資63億元，2006年建成；新疆獨(dú)山子石化100萬噸/年乙烯工程，總投資262億元，2008年建成。另外，正在做前期準(zhǔn)備的乙烯項(xiàng)目有廣州石化80萬噸/年乙烯工程、撫順石化80萬噸/年乙烯工程、武漢石化80萬噸/年乙烯工程、大連80萬噸/年乙烯工程等。第2章材料的選用2.1球罐的選材準(zhǔn)則球罐是壓力容器的一種結(jié)構(gòu)形式，因而在選擇的材"料的基本要球罐方面與壓力容器相同，球罐用鋼的選擇原則是在滿足強(qiáng)度的前提下，應(yīng)保證有良好的成型性，優(yōu)良的焊接性能、足夠好的缺口韌性值和長期可靠的使用性能，球罐用鋼是球罐制造和設(shè)計(jì)的主要參數(shù)，對(duì)其質(zhì)量優(yōu)劣具有舉足輕重的影響。目前球罐的使用場合基本上屬于低溫和常溫，合理重點(diǎn)介紹常溫球罐用的材料的選材標(biāo)準(zhǔn)。2.1.1鋼材的力學(xué)性能1．抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度是材料的主要強(qiáng)度指標(biāo)之一，它是材料在拉伸受力過程中，從開始加載至斷裂所能承受的最大應(yīng)力，是決定材料許用應(yīng)力的主要依據(jù)之一。GB228《金屬抗拉伸試驗(yàn)方法》中給出了抗拉強(qiáng)度的定義和試驗(yàn)方法。2．屈服點(diǎn)屈服點(diǎn)是指呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象的金屬材料，在所加外載荷不再增加(保持恒定)，而材料仍繼續(xù)伸長變形時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。對(duì)于在壓力容器行業(yè)中通常使用的材料，規(guī)定以殘余伸長率0．2％時(shí)的應(yīng)力作為決定材料許用應(yīng)力時(shí)的屈服點(diǎn)．GB228中給出了試驗(yàn)方法。工程上常用屈強(qiáng)比，／作為壓力容器用鋼安全可靠性的參考指標(biāo)。對(duì)于依據(jù)彈性準(zhǔn)則設(shè)計(jì)的壓力容器元件，它表示承載能力的裕度。＝1時(shí)，屬極端情況，這時(shí)任伺微小的超載都會(huì)導(dǎo)致元件的失效斷裂，因而不能用來制造壓力容器．當(dāng)小于0.6時(shí)。雖然超載能力大，安全可靠性增大，但鋼材的利用率降低。3．剛性剛性是結(jié)構(gòu)抗彎曲和翹曲的能力，是度量構(gòu)件在彈性范圍內(nèi)受力時(shí)變形大小因素之一，它與鋼材彈性模量和結(jié)構(gòu)元件的截面形狀(截面慣性矩)有關(guān)。彈性模量是鋼材在彈性極限內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變的比值。4．韌性韌性用來衡量材料的抗裂紋擴(kuò)張的能力。由于韌性指標(biāo)繁多，因試驗(yàn)方法不同而不能統(tǒng)一。目前各國均以夏比V形缺口沖擊試驗(yàn)的吸收能量(Akv)來衡量，以期達(dá)到簡單方便的目的。沖擊(吸收)功，即具有一定形狀尺寸的金屬試樣在沖擊載荷下折斷時(shí)所吸收的功，單位為焦耳(J)。在球罐設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意這一問題，必要時(shí)應(yīng)參考鋼材的沖擊載荷—變形曲線(P-曲線)來選擇鋼材。5．可焊性球罐用材料對(duì)可焊性要球罐比通常的壓力容器用材料要球罐更高，大量的雙曲面對(duì)接焊，并處于高空全位置(平焊、仰焊、橫焊、立焊)焊接，絕大部分屑于隱蔽：工作面，因而在材料的選擇上就要嚴(yán)格考慮可焊性。常用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范用于評(píng)價(jià)高強(qiáng)度鋼的可焊性和對(duì)接焊裂紋敏感性，一般采用鋼板的碳當(dāng)量Ceq和裂紋敏感性指數(shù)Pc來進(jìn)行。碳當(dāng)量Ceq國際焊接學(xué)會(huì)(ⅡW)推薦用于低合金結(jié)構(gòu)鋼的碳當(dāng)量計(jì)算公式：（%）一般要球罐屈服限為490MPa級(jí)的低合金高強(qiáng)鋼Ceq的控制在≤O.45，說明可焊性良好。國外有些標(biāo)準(zhǔn)，按鋼板的強(qiáng)度級(jí)別和不同熱處理情況來提供Ceq。但大量研究結(jié)果表明，以此判斷裂紋出現(xiàn)的可能性還不夠完全，因而將拘束度(材料厚度)和開裂性(焊縫中氫的含量)的因素考慮在內(nèi)，則裂紋敏感性指數(shù)Pc的計(jì)算公式：（%）式中h鋼板的厚度，mm；H焊縫中氫含量，mL/100g。大量的試驗(yàn)說明當(dāng)Pc>0.35時(shí)，裂紋產(chǎn)生的幾率就大；當(dāng)Pc≤0.30時(shí)，裂紋發(fā)生的幾率就小。2.1.2經(jīng)濟(jì)性對(duì)球罐用鋼提出了各種要球罐，勢必在經(jīng)濟(jì)上增加了成本。在球形罐用鋼的選擇上。經(jīng)擠指標(biāo)是要重點(diǎn)考慮的，因?yàn)殇摬牡膬r(jià)格在整個(gè)球罐的投資上占了相當(dāng)?shù)谋壤?。作為一個(gè)優(yōu)秀的設(shè)計(jì)工作者，對(duì)于材料的選用應(yīng)作全面考慮，恰當(dāng)?shù)剡x用合適的材料．如果認(rèn)為選材要球罐越高越好的話，則造成優(yōu)材劣用的設(shè)計(jì)絕不是一個(gè)好的設(shè)計(jì)方案。對(duì)材料要球罐不合適地提高，不但增加了材料的成本。也導(dǎo)致整個(gè)施工價(jià)格的上升，是一種極大的浪費(fèi)。在設(shè)計(jì)選材時(shí)，必須著眼于確保安全健用．又要經(jīng)濟(jì)合理。2.2選材球罐材料不僅按其儲(chǔ)存物料的性質(zhì)．壓力，溫度等因素選定具有足夠強(qiáng)度的材料，而且還應(yīng)考慮到所選材料應(yīng)具有良好的焊接性能和加工性能，同時(shí)還應(yīng)考慮材料的供給可靠性及經(jīng)濟(jì)性等。2.2.1鋼板球罐用鋼板國外有兩條選材原則：歐洲國家廣泛采用屈服極限294--441MPa級(jí)的中強(qiáng)鋼。屬于Mn-Si、Mn-V，Mn-Nb和Mn-Ni-v系鋼，厚度不加控制。當(dāng)厚度超過規(guī)定的界限時(shí)。兩種選材原則各有其優(yōu)缺點(diǎn)。國內(nèi)研制的490MpaWCF62鋼(低焊接裂紋敏感性的鋼種)．這鋼號(hào)為07MnCrMoVR、07MnNiMoVDR及16MnR(WH5l0)、15MnNbR<WH530)和BP46ON，已用于工程，主要用于建造氧氣球罐和低溫罐．使球罐用材方面增加了很大的選擇性．拓寬了球罐的應(yīng)用領(lǐng)域，為我國的球罐大型化奠定了基礎(chǔ)。2.焊接材料隨著球建造的不斷進(jìn)步，在施工現(xiàn)場手工電弧焊焊接球罐的傳統(tǒng)工藝受到挑戰(zhàn)。近五年來在引進(jìn)裝備的基礎(chǔ)上，用氣體保護(hù)自動(dòng)焊代替于工焊的逐漸增多，因此GBl2337對(duì)氣體保護(hù)自動(dòng)焊焊絲的要球罐予以規(guī)定。2.3殼體用鋼板2.3.1力學(xué)性能及工藝性能鋼號(hào)交貨狀態(tài)鋼板厚度mm拉伸實(shí)驗(yàn)沖擊實(shí)驗(yàn)冷彎實(shí)驗(yàn)抗拉強(qiáng)度MPa屈服點(diǎn)MPa伸長率%溫度℃V形沖擊功AkvB=2a1800不小于不小于低溫低合金鋼鋼板16MnDR正火或正火+回火6-16>16-36>36-60>60-100490-620470-600450-580450-58031529527525521-40-3024D=3a07MnNiCrMoVDR調(diào)制16-50610-74049017-4047D=3a09Mn2VDR正火或正火+回火6-16440-57029022-5027D=2a>16-36420-560270注：表中b為寬度；a為鋼材厚度；d為彎心直徑。2.3.2許用應(yīng)力鋼號(hào)鋼板標(biāo)準(zhǔn)使用狀態(tài)厚度常溫強(qiáng)度在下列溫度下的許用應(yīng)力MPaMPa2010015020016MnDRGB3531正火6-16490３１５163163163156>16-36>36-60470450２９５２７５157150157150156147147138>60-100450２５５15014713812807MnNiCrMoVDR調(diào)質(zhì)16-5061049020320320320309Mn2VDRGE353正火+回火6-16440290147147>16-36430270143143總上所述，本課題球罐材料選用我國自行研制的國產(chǎn)CF-62鋼，即低焊接裂紋敏感性鋼，它除具有良好的焊接性能外，還具有較好的低溫韌性。CF-62鋼(即07MnNiCrMoVDR)是綜合性能較高的新一代高強(qiáng)度鋼。國產(chǎn)CF-62鋼板保證值為:－40℃，三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣低溫沖擊功平均值A(chǔ)kv≥47J，單個(gè)值≥33J。國產(chǎn)CF-62鋼板具有較低的焊接裂紋敏感性組成(Pcm≤0.21)，所需預(yù)熱溫度較低，焊接施工環(huán)境可得到明顯改善，采用國產(chǎn)CF-62鋼板，球罐造價(jià)大大降低。這種鋼材也處于世界領(lǐng)先水平。2.4鍛件用鋼球罐的人孔、接管往往采用鍛件。人孔結(jié)構(gòu)采用鍛件可避免補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。接管采用鍛件，增大自身補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到減少應(yīng)力突變的目的。人孔鍛件級(jí)別不應(yīng)低于Ⅲ級(jí)。人孔鍛件材料選用時(shí)，必須考慮其力學(xué)性能不低干球殼板材料的力學(xué)性能，且可焊性良好，經(jīng)消除應(yīng)力退火后，強(qiáng)度和韌性沒有明顯下降。鍛件采用08MnNiCrMoVDR。第3章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1概況球罐的結(jié)構(gòu)型式是多種多樣的．根據(jù)不同的使用條件（介質(zhì)．容量、壓力．溫度)，使用不同的材料，球罐的設(shè)計(jì)和制造水平的差異，有不同的結(jié)構(gòu)型式。我國現(xiàn)行使用的球罐，多以球殼扳的組合方案不同分為橘瓣式和足球瓣與橘瓣組成的混合式兩種，以拉桿形式不同分為可調(diào)式和固定式兩種。按GBl2337《鋼制球形儲(chǔ)罐》規(guī)定，球罐和支柱各部分名稱如圖3—1和圖3—2所示：球罐的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，但它的制造和安裝較之其他形式儲(chǔ)罐困難，主要原因是它的殼體為空間曲面。壓制成型、安裝組對(duì)及現(xiàn)場焊接難度較大。而且，由于球罐絕大多數(shù)是壓力容器，它盛裝的物料又大部分是易燃，易爆物．且裝載量大，一旦發(fā)生事故，后果不堪設(shè)想。國內(nèi)外球罐的事故事例很多。有些造成重大的人身財(cái)產(chǎn)損失。查其事故原因，除了操作和安裝失誤之外，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不盡合理也是原因之一。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)的合理設(shè)計(jì)必須考慮多種因素：盛裝物料的性質(zhì)、設(shè)汁溫度和壓力，材質(zhì)、制造裝備和技術(shù)水平、安裝方法，焊接和檢驗(yàn)要求、操作方便可靠性．自然環(huán)境的影響(風(fēng)載荷，地震載荷作用，大氣的自然腐蝕)等。要做到滿足各項(xiàng)藝要求，具有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)盡可能簡單和檢修實(shí)施容易。球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下的內(nèi)容：(1)根據(jù)工藝參數(shù)的要求確定球罐結(jié)構(gòu)的類型及幾何尺；(2)確定球殼的排板方法(分帶、分片)；(3)確定球殼板的幾何尺寸；(4)支撐結(jié)構(gòu)的確定：(5)人孔和工藝接管的選定、布置以及開孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)；(6)球罐的附件，如內(nèi)外盤旋梯、爬梯、平臺(tái)的設(shè)計(jì)；(7)有要求時(shí)，對(duì)保冷結(jié)構(gòu)設(shè)汁；(8)劉基礎(chǔ)的技術(shù)要求；(9)有要求時(shí)，對(duì)防地震、防雷的設(shè)計(jì)等3.2球殼的設(shè)計(jì)球殼是球罐的主體，它是儲(chǔ)存物料和承受物料工作壓力和液柱壓力的構(gòu)件。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)要按照如下的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行：(1)必須滿足所儲(chǔ)存物料在容量、壓力、溫度方面要求，且安全可靠；(2)受力狀況最佳；(3)考慮瓣片加工機(jī)械(油壓機(jī)或水壓機(jī))的跨度大小，運(yùn)箱條件的可能，盡量采用大的瓣片結(jié)構(gòu)，使焊縫長度最小，減少安裝工作量，(4)考慮鋼板的規(guī)格，增強(qiáng)球殼板的互換性，盡量提高板材的利用率。國內(nèi)自行設(shè)計(jì)、制造、組裝焊接的球罐多為橘瓣式和混合式排板組成的球殼。其基本結(jié)構(gòu)參照G/T17261。3.2.1各種球罐的特點(diǎn)1.橘瓣式球殼的設(shè)計(jì)橘瓣式球殼組裝焊縫較為規(guī)則．施工簡便。多數(shù)采用偶數(shù)支柱．分塊分帶對(duì)稱，因此組裝應(yīng)力及焊接內(nèi)應(yīng)力較均勻，較易保證球罐質(zhì)量。當(dāng)球殼按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，用不同的分帶去承受不同液柱高度的附加壓力時(shí)，產(chǎn)生不等厚的球片結(jié)構(gòu)。橘瓣式結(jié)構(gòu)較靈活，按照原材料的大小及壓機(jī)跨度的尺寸，可設(shè)計(jì)成不同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。橘瓣式結(jié)構(gòu)適用于任何大小球罐，是世界各國普遍采用的結(jié)構(gòu)。2.混合式球殼的設(shè)計(jì)混合式球殼，其赤道帶和溫帶采用橘瓣式，極板采用足球瓣式。由于此種結(jié)構(gòu)取橘瓣式和足球瓣式兩種結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)，所以材料利用率高，焊縫長度縮短，球殼扳數(shù)量減少，適合大型球罐。隨著我國石油、化工、城市煤氣等工業(yè)的迅速發(fā)展，國內(nèi)曾引進(jìn)了許多混合式結(jié)構(gòu)的大型球罐，通過對(duì)引進(jìn)球罐的消化、吸收，開發(fā)研究、施工、撿測，已基本掌握了這種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)、制邊、組裝和焊接技術(shù)。大型球罐一般均采用了這種混合排板的形式。3.橘瓣式和混合式球殼結(jié)構(gòu)形式球殼的具體的分帶和分塊數(shù)量參照GB／T17261。(1)橘瓣式見圖3-3和圖3-7(2)混合式見圖3—8一圖3—104.足球瓣式和足球橘瓣混合式球殼足球瓣式球殼(見圖3-4)其優(yōu)點(diǎn)是：球瓣的結(jié)構(gòu)尺寸相同或者相近。制造另片(下料)較簡單。省料。其缺點(diǎn)是：①焊接縫交接處有Y型或T型焊縫，焊接難度較大，質(zhì)量較難保證；②可能有部分支柱會(huì)搭在球殼的橫焊縫上，造成該處焊接應(yīng)力較復(fù)雜，=3\*GB3③組裝較困難(與純橘瓣相比較)。足球橘瓣混合式球殼(見圖3-5)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：球體赤道帶的球瓣按橘瓣式分割，上，下極帶采用與赤道球瓣近似的尺寸分割成3塊，上、下溫帶采用足球式球瓣(每帶四塊)，五帶拼裝成球體。圖3-4足球瓣式球殼圖3-5足球橘瓣混合式球殼總上所述，雖然混合式排版組裝校正比較麻煩，對(duì)于焊接質(zhì)量要求嚴(yán)格，但是由于以上顯著的優(yōu)越性，這次設(shè)計(jì)才用足球橘瓣混合式球殼3.2.2混合式球罐的瓣片設(shè)計(jì)和計(jì)算1．符號(hào)說明R—球罐半徑mm；R=7100N一赤道帶分瓣數(shù)，N=16—赤道帶周向球心角， =22.5(o)0--赤道帶球心角，0=67.5(o)；1—極中板球心角，1=22.5(o)；2--極側(cè)扳球心角，2=22.5(o)；3--極邊板球心角，3=22.5(o)；其他符號(hào)按下面各圖中標(biāo)示。2．赤道板(見圖3—6)尺寸圖3—6弧長==弦長弧長弦長弧長弦長弦長=14200=8218.84mm弧長=8760.453.極板尺寸計(jì)算弧長=7197.76弦長=弧長=10749.26弧長弦長對(duì)角線弦長與弧長的最大間距：H=39極中板尺寸計(jì)算弧長弦長弧長弦長弦長弧長弦長弧長對(duì)角線弦長與弧長的最大間距:A=弦長弧長（2）極側(cè)板尺寸計(jì)算弦長弧長弦長弧長=7197.76弧長弦長弦長弧長弦長弧長式中A、H—同上；4.極邊板尺寸計(jì)算弧長弦長弦長弧長=7197.76弧長弦長弧長=弦長弧長弦長弧長弧長=8201.38弦長式中：=3.2.3坡口設(shè)計(jì)球殼都是由球片焊接而成的，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：便于施工、便于檢驗(yàn)，焊縫有足夠的強(qiáng)度又經(jīng)濟(jì)合理。目前，國內(nèi)。外球罐的焊縫系數(shù)都趨向于采用＝1．因此坡口的設(shè)計(jì)就更為重要。坡口設(shè)計(jì)的影響因素：（1）與采用的焊接方法有關(guān)當(dāng)用手工焊時(shí)，采用不材稱X形坡口或Y形(V形)坡口；當(dāng)用自動(dòng)焊。半自動(dòng)焊或氣電垂直自動(dòng)焊時(shí)，按所用焊機(jī)情況選定適當(dāng)形式坡口。（2）與球殼鋼板的厚度有關(guān)采用手工焊，當(dāng)鋼板厚度小于20mm時(shí)．一般采用Y形(V形)坡口；當(dāng)鋼板厚度大于20mm)時(shí)，一般采用X形坡口(不對(duì)稱或?qū)ΨQ)。為了減少仰焊，也有墅厚38mm時(shí)也采用Y形坡門，但它的立足點(diǎn)是要反面刨坡口，然后再焊，其實(shí)質(zhì)也是不對(duì)稱x形坡口。（3）與焊縫所在球殼的部位(即焊工操作位置)有關(guān)當(dāng)采用手工焊焊接不對(duì)稱x形坡口時(shí)，一般適宜于把上溫帶(包括上寒帶)，上極板的縱縫及赤道帶上環(huán)縫以上的所有環(huán)縫的大坡口放在內(nèi)側(cè)，小坡口在外側(cè)；反之，把赤道帶、下溫帶(包括下寒帶)和下極板的縱縫及赤道帶下環(huán)縫以下的所有環(huán)縫的大坡口放在外側(cè)。(4)與焊接工藝有關(guān)坡口的設(shè)計(jì)就是確定坡口結(jié)構(gòu)的三個(gè)要素，即角度(包括角度誤差)、間隙(包括間隙誤差)及鈍邊尺寸大小(包括誤差)。圖3-9為一種球罐上采用的Y形(V形)坡門和不對(duì)稱X形坡門的結(jié)構(gòu)形狀及尺寸。在本次的坡口設(shè)計(jì)參照下列表標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行：GB985--1988《氣焊、手工電弧焊及氣體保護(hù)焊焊縫坡口的基本形式及尺寸》GB986—1988(埋孤焊焊縫坡口的摹本形式及尺寸》JB／T47092000《鋼制壓力容器焊接規(guī)程》等。圖3-9總結(jié)引進(jìn)的球罐的坡口結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)球罐的坡口為不對(duì)稱X形。3.3支座設(shè)計(jì)球罐支座是球罐中用以支撐本體質(zhì)量和儲(chǔ)存物料質(zhì)量的結(jié)構(gòu)部件。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。支撐主要可分成柱式支撐和裙式支撐。此外，還有V形柱式支撐、三樁合一形柱式支撐，裙式支撐<包括圃筒形裙式支撐和錐形裙式支撐)、錐底支撐(也是裙式支撐)、鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支撐，半埋式支撐、高架式支撐(也有柱式和裙式之分)、可脹縮的支撐(柱式支撐的變種)。3.3.1赤道正切柱式支座設(shè)計(jì)(1)赤道正切柱式支座必須能夠承受作用于球罐的各種載荷(靜載荷包括殼體及附件重量、儲(chǔ)存物料重量；動(dòng)載荷包括風(fēng)載荷和地震載荷)，支柱構(gòu)件要有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。(2)支柱與球殼連接部分既要能充分地傳遞應(yīng)力,又要求局部應(yīng)力水平盡量低，因此焊縫必須有足夠的焊接長度和強(qiáng)度，井要采取措施減少應(yīng)力集中。(3)支柱是舌能經(jīng)受由于焊后整體熱處理或冷縮熱脹而造成的徑向浮動(dòng)，這種浮動(dòng)是短暫的還是經(jīng)常的呢？要分情況加以對(duì)付。(4)支柱上部柱頭是否需要與殼體采用同樣材質(zhì)?由于相當(dāng)數(shù)量的球罐用于儲(chǔ)存低溫物料，低溫球罐要求球殼材質(zhì)能耐低溫，因而同樣要求柱頭也采用耐低溫材料。因此，赤道正切柱式支柱就有分段結(jié)構(gòu)問題。如果不是特殊材質(zhì)的球罐，則可采用不同材質(zhì)制造支柱的上柱頭及球殼。3.3.2赤道正切柱式支柱結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)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。支柱結(jié)構(gòu)支柱由圓管，底板，端板三部分組成，分單段式及雙段式兩種。支柱與球殼的連接主要分為有墊板和無墊板兩種結(jié)構(gòu)，本次設(shè)計(jì)也采用無墊板設(shè)計(jì)。支柱與球殼連接端部結(jié)構(gòu)。分為平板式及半球式兩種。半球式受力較合理．抗拉斷能力較強(qiáng)。平板式結(jié)構(gòu)造成邊角的高應(yīng)力狀態(tài)，結(jié)構(gòu)不合理。支柱與球殼連接的下部結(jié)構(gòu)，分為直接連接和有托板連接兩種。有托板結(jié)構(gòu)，可以改善支撐和焊接條件，便于焊縫檢驗(yàn)．本球罐設(shè)計(jì)采用有有托板結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-11無補(bǔ)強(qiáng)板平扳頂有托板結(jié)構(gòu)的柱頭1—端板，2一托板：3一支柱：4一球片支柱的防火安全結(jié)構(gòu)主要是在支柱上設(shè)置肪火層及易熔塞結(jié)構(gòu)。對(duì)于高度為1m以上的支柱，用厚度50mm以上的耐熱混疑上或具有相當(dāng)性能的不然性絕熱材料覆蓋。對(duì)于液化石油氣或易燃性液化氣球罐更為必要。這種防火隔熱層的設(shè)置見圖3—12。防火隔熱層不應(yīng)發(fā)生干裂，其耐火性必須在1h以上。圖3—12支柱防火隔熱結(jié)構(gòu)1--支柱壁，2一防火隔熱層，3一易熔塞接管4—防火層夾子，5一易熔塞，6一螺母3.3.3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。目前，國內(nèi)自行建造的球罐和引進(jìn)球罐的大部分采用可調(diào)式拉桿。本球罐的支承結(jié)構(gòu)采用單層可調(diào)式拉桿結(jié)構(gòu)，如圖（3-13）圖3—13單層交叉可調(diào)式拉桿1一支柱，2一支耳，3一長拉桿，4—調(diào)節(jié)螺母，5一短拉桿3.4人孔和接管3.4.1人孔結(jié)構(gòu)通常球罐上應(yīng)設(shè)有兩個(gè)人孔。人孔與球殼相焊部分應(yīng)選用與球殼相同或相當(dāng)?shù)牟馁|(zhì)。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。本球罐設(shè)計(jì)中上下人孔選擇DN500的回轉(zhuǎn)蓋結(jié)構(gòu)如圖（15）所示：圖15回轉(zhuǎn)蓋及水平吊蓋3.4.2接管結(jié)構(gòu)由于工藝操作需要有各種接管，球罐接管部分是強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)，國內(nèi)較多事故都是從接管焊接處發(fā)生的。為了提高該處安全性．國外制造的球罐采用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殺支撐等辦法宋提高剛度和耐疲勞性能，在本球罐的設(shè)計(jì)中接管的尺寸分別是DN25，DN40，DN150，所有接管均進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，并對(duì)與DN25以上的接管均采用整體凸緣補(bǔ)強(qiáng)。3.5球罐的附件3.5.1梯子平臺(tái)1．概述球罐外部設(shè)有頂部平臺(tái)．中間平臺(tái)以及為了從地面進(jìn)入這些平臺(tái)的斜梯、直梯或盤梯，由于球罐的工藝接管及人孔絕大部分都設(shè)置在上極板處。頂部平臺(tái)即作為工藝操作用的平臺(tái)．中間平臺(tái)的設(shè)置是為了操作人員上下頂部平臺(tái)時(shí)中間休息，或者是作為檢查球罐赤道部位外部情況用的。球罐的梯廣和平臺(tái)結(jié)構(gòu)往往與球罐的數(shù)量(單個(gè)或多個(gè))。大型球罐，—般采用每一臺(tái)球罐一個(gè)單獨(dú)的梯子。2．近似球面螺線形盤梯的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)R1的計(jì)算一假想圓球的半徑；R一球罐的內(nèi)半徑；—球甲壁板厚度，t—梯子或頂平臺(tái)板與球面最小距離。取=42；R=7100；t=200=7100+42+200=7342mm(2)的計(jì)算頂平臺(tái)最大半徑—一頂平臺(tái)板厚度；b1——梯子側(cè)板寬。取=5mm，b1=180mm，式中R2頂部平臺(tái)半徑。（4）Z1的計(jì)算（5）r的計(jì)算r==3702.858mmr—盤梯中心回轉(zhuǎn)半徑；b—梯子寬度（包括測板寬度）。（6）的計(jì)算=3995.14mm--盤梯圓柱中心軸線與球心的距離X0在坐標(biāo)中的值為負(fù)。（7）的計(jì)算=1000m3.5.2水噴淋裝置1．概述球罐上裝設(shè)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(氯、氨除外)的隔熱需要，同時(shí)也可起消防的保護(hù)作用．但是，隔熱和消防保護(hù)有不同的要求，一般淋水裝置的構(gòu)造為環(huán)形冷卻水管或?qū)Я魇搅芩b置。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。淋水環(huán)形管灑水孔的個(gè)數(shù)按下式確定：灑水環(huán)行管的設(shè)計(jì)計(jì)算：球罐直徑：=14200壁厚t=42mm設(shè)計(jì)壓力P=2.16MPa灑水量Q=10L/min.m2水壓：0.1MPa所需灑水量球罐外表面：所需灑水量：Q=647.81×10=6478.1L/min灑水管的口徑水流速：V=2m/s=120m/min所需管徑：（3）灑水孔數(shù)：個(gè)3.5.3保冷設(shè)施本球罐設(shè)計(jì)采用聚氨基甲酸乙酯做保溫層，其性能參數(shù)如下：3.5.4附件貯存液體和液化氣球罐中應(yīng)裝液面計(jì)。目前，球罐中采用的液面計(jì)主要有浮子—齒帶液面計(jì)(又稱浮子—鋼帶液面計(jì))和玻璃板式液面計(jì)兩種。本設(shè)計(jì)采用浮子—齒帶液面計(jì)。為了測量容器內(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)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(不要超過三倍)。為使壓力表讀數(shù)盡可能正確，壓力表的表面直徑應(yīng)大寸150mm。壓力表前應(yīng)安裝截止閥，以便在儀表標(biāo)校時(shí)可以取下壓力表。1．安全閥的種類、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)到設(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。安全閥的型式通常采用直接載荷彈簧式。2.泄放壓力（1）安全閥開啟壓力，=1.88MPa為球罐的工作壓力，取開啟壓力為2.0Mpa。3.安全閥的排泄量介質(zhì)為易燃液化氣體或位于在有可能發(fā)生火災(zāi)的環(huán)境下工作時(shí)的非易燃液化氣體，有完善的絕熱保溫層時(shí)，q為乙烯的潛熱q=278000KJ/kg為常溫下絕熱材料的熱導(dǎo)率，KJ/（m.h.℃）；為保溫層厚度，m；㎡安全閥的排氣能力G為安全閥的排泄能力，㎏/hK為排放系數(shù)，對(duì)于全啟式K=0.6；=2.0為安全閥的排放壓力，A為安全閥最小排氣截面積，M為氣體的摩爾質(zhì)量，M=28T為氣體的溫度，T=253KZ為氣體在操作溫度壓力下的壓縮系數(shù)，Z=0.6C為氣體特性系數(shù)，C=330；1196830=A××0.6×2.0×330A=98.28c㎡全啟式，即，;98.28=,=111.9m㎡安全閥選擇A44Y-40，公稱壓力=4，DN=150㎜，強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)壓力6。3.6球罐對(duì)基礎(chǔ)的要求球罐的基礎(chǔ)用于支撐球罐本體、附件及操作介質(zhì)和水壓試驗(yàn)時(shí)水的重量。一般采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。球罐基礎(chǔ)主要是承受靜載荷的作用。由于土壤的土質(zhì)構(gòu)造不同會(huì)產(chǎn)生不均勻沉降問題，這是—般靜設(shè)備的基礎(chǔ)都共有的基本問題。(1)日前絕大多數(shù)球罐都是采用赤道正切柱式支撐，支撐作用點(diǎn)集中在數(shù)量不多的支柱底板處?！闱蚬奕莘e比較大，而且容器做水壓試驗(yàn)時(shí)重量較大。分配在每根支柱上的重量也是很大的。(2)球罐體積大，一般都要在現(xiàn)場組焊成球，現(xiàn)場的組裝基準(zhǔn)是從基礎(chǔ)上找的，因此，球罐的基礎(chǔ)精廈要求比較高。(3)球罐采用柱式支撐，當(dāng)?shù)鼗l(fā)生局部下陷的時(shí)候，將會(huì)引起支柱載荷不均勻。有資料介紹，在1mm不均勻下沉的情況下，一跟支柱就要產(chǎn)生比其他支柱高10％左右的應(yīng)力。為了盡可能達(dá)到均勻下沉。應(yīng)把基礎(chǔ)設(shè)計(jì)成耐扭曲的環(huán)形基礎(chǔ)。另外，對(duì)設(shè)置在地震區(qū)的球罐采用環(huán)形基礎(chǔ)也是必要的。第4章強(qiáng)度計(jì)算4.1設(shè)計(jì)條件1500m3設(shè)計(jì)壓力：P=2.16Mpa操作壓力：1.88Mpa介質(zhì)密度：Kg/m32=432.7腐蝕裕量：/mm1.5焊接接頭系數(shù)：1.0充裝系數(shù)k：K=0.9地震設(shè)防烈度/度7基本風(fēng)壓/N.m-2450基本雪壓//N.m-2750支柱數(shù)目n=8球殼內(nèi)直徑/mmD=14200支柱底板面至球罐中心/mm8800水壓實(shí)驗(yàn)壓力/Mpa=3.24氣壓實(shí)驗(yàn)壓力/Mpa2.3807MnCrMoVR的許用應(yīng)力[]t=203Mpa4.2球殼計(jì)算液柱的高度H：H=K1R=1.6084×7100=11419.64mm；液體的凈壓力P=11419.640.048Mpa計(jì)算壓力：Mpa球罐的壁厚：mm對(duì)于07MnCrMoVR取負(fù)偏差mm，（設(shè)備設(shè)計(jì)），C=2mm設(shè)計(jì)厚度C=39.75mm，圓整后可取=42mm。4.3球罐的質(zhì)量計(jì)算球殼平均直徑：DCP=14200+42=14242mm；球殼材料密度：1=7850Kg/m3充裝系數(shù)：K=0.9水的密度：3=1000㎏/m3球外殼直徑：D0=14284mm基本雪壓值：q=750/N.m-2球面積雪系數(shù)：=0.4球殼質(zhì)量m1==3.14×14242×42×7850×10-9=2.100×105㎏。物料質(zhì)量：m2=×K=×142003×432.7×0.9×10-9=5.84×105㎏液壓實(shí)驗(yàn)時(shí)液體的質(zhì)量：m3=1.35×106㎏積雪質(zhì)量：m4==3.14/（4g）×142842×750×0.4×10-6=4903㎏保溫層質(zhì)量：材料：泡沫聚氨基甲酸乙脂。密度：=45㎏/m3厚度：50mm，附件質(zhì)量：400㎏。=+400=3.14×（14284+50）2×50×45×+400=1851㎏；支柱和拉桿的質(zhì)量：m6=11103㎏附件質(zhì)量：=9750㎏操作狀態(tài)下的球罐的質(zhì)量：2.100×105+5.84×105+4903+1851+11103+9750=821607㎏液壓狀態(tài)下的球罐的質(zhì)量：=2.100×105+1.35×106+11103+9750=1580853㎏球罐的最小質(zhì)量：=2.100×105+11103+9750=230853㎏4.4地震載荷計(jì)算4.4.1自振周期支柱底板面至球殼中心的距離:H=8800mm支柱數(shù)目：n=8支柱材料20R的常溫彈性模量=192×MPa支柱外直徑＝526mm；支柱內(nèi)直徑：＝506mm；支柱橫截面的慣性矩：支柱底板面至拉桿中心線與支柱中心線交點(diǎn)處的距離：=5720mm。拉桿系數(shù)可由下表求出：=0.282球罐的基本自振周期T==0.79s4.4.2地震力綜合影響系數(shù)：=0.45；地震影響系數(shù)的最大值：=0.23；特征周期：=0.3；以上數(shù)據(jù)來源于《化工設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)》對(duì)應(yīng)與自振周期T的地震影響系數(shù)：球罐水平地震力：4.5風(fēng)載荷計(jì)算風(fēng)載體形系數(shù)：風(fēng)振系數(shù)：。基本風(fēng)壓值：q=450N/㎡風(fēng)壓高度變化系數(shù)：=1.0；球罐附件引起的受風(fēng)面積增大系數(shù)：=1.1；=4.912×N。4.6彎距計(jì)算與的較大值：=682961.1+0.25×49120=695241.1N=49120N=695241.1N力臂：L=H-=8800-5720=3080㎜由水平地震力和水平風(fēng)力引起的最大彎距：695241.1×3080=2.14×N.㎜4.7支柱的計(jì)算4.7.1單個(gè)支柱的垂直載荷操作狀態(tài)下的重力載荷：=1.01×液壓實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的重力載荷：=1.94×下段支柱的重力載荷：支柱中心圓半徑：最大彎距對(duì)支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值：X表示系數(shù)，可以根據(jù)支柱數(shù)目n和支柱方位角查下圖：=0.25×（2.14×/7100）=75352.112N.㎜拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值：以上兩力之和的最大值：4.7.2組合載荷操作狀態(tài)下的支柱的最大垂直載荷：液壓實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷：=1944029.86N4.7.3單個(gè)支柱彎距（1）偏心彎距操作狀態(tài)下赤道線的液柱高度：4319mm液壓實(shí)驗(yàn)條件下赤道線的液柱高度：=7100mm；操作狀態(tài)下赤道線的液柱凈壓力：液壓狀態(tài)下赤道線的液柱凈壓力：球殼的有效厚度：；操作狀態(tài)下赤道線的薄膜應(yīng)力：液壓狀態(tài)下赤道線的薄膜應(yīng)力：Mpa球殼的內(nèi)半徑：R=7100mm；球殼材料的波松比=0.3；球殼材料07MnCrMoVR的彈性摸量：E=206×106操作狀態(tài)下支柱的偏心彎距：=4891869.798N.㎜液壓狀態(tài)下支柱的偏心彎距：=9306779.66N.㎜（2）附加彎距操作狀態(tài)下支柱的附加彎距：=N.㎜液壓狀態(tài)下支柱的附加彎距：=1.154×N.㎜(3)總彎距操作狀態(tài)下支柱的總彎距：14691869.798N.㎜液壓狀態(tài)下支柱的總彎距：=20846779.66N.㎜4.7.4支柱穩(wěn)定性校核計(jì)算長度系數(shù)：=1支柱的慣性半徑：單個(gè)支柱的橫截面積：A=支柱的長細(xì)比：支柱材料20R的屈服點(diǎn)：彎距作用平面內(nèi)的軸心受壓支柱穩(wěn)定系數(shù)：==1.66(2.11-1.625)=0.805等效彎距系數(shù)：；截面朔性系數(shù)：=1.15單個(gè)支柱的截面系數(shù)：歐拉臨界力：支柱許用應(yīng)力：操作狀態(tài)下支柱穩(wěn)定性校核：92.014+6.714=98.728Mpa<163液壓狀態(tài)下支柱穩(wěn)定性校核：=149-33.715=115.3<163MPa穩(wěn)定性校核通過。4.8地腳螺栓計(jì)算1．拉桿作用在支柱上的水平力2．支柱底扳與基礎(chǔ)的摩擦力支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦因數(shù)支柱底板與基礎(chǔ)的摩擦力：3.地腳螺栓因,球罐需設(shè)置地腳螺栓，地腳螺紋根徑按下式計(jì)算：選用材料為Q=235的M20螺栓4個(gè)。4.9支柱底板4.9.1支柱底板直徑基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土，其許用壓應(yīng)力：地腳螺栓直徑：d＝20mm支柱底板直徑：㎜。選取底板；選取=800㎜4.9.2底板厚度底板的壓應(yīng)力：底板外邊緣至支柱外表面的距離：底板材料：Q-235-A，底板材料的許用彎曲應(yīng)力：底扳的腐蝕裕量底板厚度：㎜選取底板厚度=45mm。4.10拉桿計(jì)算4.10.1拉桿載荷計(jì)算拉桿的最大拉應(yīng)力：N 拉桿材料10號(hào)鋼，,采用直徑為219×8。長桿與短桿之間用直徑300×400圓鋼。材料的許用應(yīng)力：。拉桿的腐蝕裕量：。拉桿螺紋小徑的計(jì)算：㎜選取拉桿螺紋的公稱直徑：40mm。4.10.2拉桿連接部位的計(jì)算銷子材料：35銷子材料的剪切應(yīng)力：銷子直徑：選取銷子直徑：=30mm。耳板的厚度計(jì)算：耳板材料Q235-A耳板材料許用應(yīng)力：耳板的厚度：=19.47取耳板的厚度：=22mm。4.10.3翼板的厚度翼板材料：Q235-A翼板的厚度：。取翼板的厚度：14mm。4.10.4焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算耳板與支柱的焊縫A所受的剪切力校核：=0.4×205×0.6=49MPa焊縫焊角尺寸：。焊縫長度：=9㎜。=0.6為角焊縫系數(shù)：27.24Mpa<=49MPa4.11支柱與球殼連接最低點(diǎn)a的應(yīng)力校核4.11.1a點(diǎn)的應(yīng)力操作狀態(tài)下a點(diǎn)的剪切應(yīng)力：=3054mm，球殼的a點(diǎn)的有效厚度=40mm；液壓狀態(tài)下a點(diǎn)的剪切應(yīng)力：操作狀態(tài)下點(diǎn)的液柱高度：=7319mm液壓試驗(yàn)狀態(tài)下a點(diǎn)的液柱高度：=10100mm操作狀態(tài)下物料在a點(diǎn)的液柱靜壓力：=0.0311MPa液壓試驗(yàn)狀態(tài)下液體在a點(diǎn)的液柱靜壓力：=0.099MPa操作狀態(tài)下a點(diǎn)的緯向應(yīng)力：=170.088MPa液壓狀態(tài)下a點(diǎn)的緯向應(yīng)力：=176.131MPa4.11.2a點(diǎn)的應(yīng)力校核操作狀態(tài)下a點(diǎn)的組合應(yīng)力：170.088+4.44=174.528MPa液壓試驗(yàn)狀態(tài)下a點(diǎn)的組合應(yīng)力：176.131+7.96=184.091MPa應(yīng)力校核：=174.528<=184.091<0.9=220.5MPa校核通過。4.12支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核N==1945323.759N和之中較大值：W==1945323.759N支柱與球殼焊縫焊角尺寸：S=9mm。支柱與球殼的連接焊縫的剪切力：MPa支柱或球殼屈服點(diǎn)較小值：焊縫的許用剪切力：<，校核通過。4.13開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算球罐上開孔補(bǔ)強(qiáng)件的最小截面積按下試計(jì)算：A=dtF試中：A-補(bǔ)強(qiáng)元件最小截面積，m㎡d-縱軸方向上的開孔直徑，㎜。t-焊縫系數(shù)取1時(shí)，殼體的計(jì)算厚度，㎜F-系數(shù)，截面與縱軸夾角為零時(shí)得1。對(duì)于人孔：d=500mm，t=42mm，A=dtF=500×42×1=21000m㎡。實(shí)際鍛件的補(bǔ)強(qiáng)面積為（有效面積）A‘=2（A1+A2+A3）2（A1+A2）=2（65×150×0.5+110×65）=24050>A則有效補(bǔ)強(qiáng)面積A‘>A,補(bǔ)強(qiáng)面積足夠。d=150mm的開孔的鍛件補(bǔ)強(qiáng)。有效補(bǔ)強(qiáng)h=2.5×42=105mm。最小補(bǔ)強(qiáng)面積：A=dtF=150×42×1=6300m㎡有效補(bǔ)強(qiáng)面積：2A=2（A1+A2+A3）=2（34×35×0.5+30×70+0.5×42×43）=2（595+2100+903）=7196m㎡>A補(bǔ)強(qiáng)面積足夠。第5章工廠制造及現(xiàn)場組裝球罐一般在現(xiàn)場組裝、施焊。工廠中的制造主要是指球殼板瓣片的下料成型，坡口加工、極板與接管的組焊、赤道板與支柱的組焊及其他附件的加工，以及相應(yīng)的焊后消除應(yīng)力熱處理．球瓣加工后尚需對(duì)坡口進(jìn)行防銹處理，出廠前必須對(duì)球殼板瓣片進(jìn)行妥善包裝，以保證在運(yùn)輸過程中球殼板瓣片不產(chǎn)生變形及損傷。5.1工廠制造5.1.1原材料檢驗(yàn)鋼板的狀態(tài)與使用狀態(tài)相符合則應(yīng)按技術(shù)要求進(jìn)行化學(xué)或物理性能檢驗(yàn)，其主要有：(1)化學(xué)成分。(2)拉伸試驗(yàn)。(3)彎曲試驗(yàn)。(4)沖擊試驗(yàn)。(5)尺寸及外觀檢查。(6)超產(chǎn)波探傷檢驗(yàn)。(7)其他技術(shù)要求中規(guī)定材料拉驗(yàn)。如有確實(shí)的證明(如鋼廠質(zhì)量保證書)材料符合技術(shù)要求，則上述檢驗(yàn)可不作或適當(dāng)抽查檢驗(yàn)。當(dāng)鋼板拉驗(yàn)后證明達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)在每張鋼板上作上適當(dāng)?shù)臉?biāo)志并且要求在以后的制造加工過程中仍保持這些標(biāo)志，以備識(shí)別查考。5.1.2瓣片加工1.球瓣的成型操作采用冷壓冷壓優(yōu)點(diǎn)為：①加工精度最高；②無較長的加熱過程；③不產(chǎn)生氧化皮；④加工人雖可以不用特殊的防護(hù)服。這些優(yōu)點(diǎn)造成了冷壓被廣泛應(yīng)用。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料。通常光按近似展開作初步下料，在壓制成型后再進(jìn)行第二次下料(立體下料)。(2)坡口加工圓柱形殼可先開坡口，再成型；而球瓣就不行。各球瓣的焊接坡口，必須在球瓣壓制成型后加工．亦可與瓣片第二次下料結(jié)合進(jìn)行。3.瓣片的測量在設(shè)計(jì)圖紙上已給出球瓣的精確尺寸。在成型時(shí)，根據(jù)需要隨時(shí)檢驗(yàn)有關(guān)尺寸。成品檢驗(yàn)一般作瓣片四邊弦長檢驗(yàn)；對(duì)角線尺寸檢驗(yàn)及瓣片曲率拉驗(yàn)。瓣片曲率檢驗(yàn)，采用內(nèi)側(cè)樣板。要求弦長不小于1m。5.2現(xiàn)場組裝本球罐就采用單片組裝法。設(shè)備為：1.汽車起重機(jī)2.中心柱3.工具夾4.腳手架5.3組裝方案及準(zhǔn)備組裝方案包括以下內(nèi)容：1.組裝方法的選定。2.編制組裝程序主要的準(zhǔn)備工作還有下述各項(xiàng)內(nèi)容。基礎(chǔ)檢查驗(yàn)收如地腳螺栓采用二次澆灌，則以竣工的球罐支柱底板作為定位模板，以保證螺栓中心距的尺寸。5.5組裝精度的控制5.5.1支柱偏差的控制按GB12337《鋼制球形儲(chǔ)罐》規(guī)定。依照下表：第6章焊接鋼材的可焊性，即指材料在焊接時(shí)，在一定的設(shè)備、工藝(如預(yù)熱，焊后熱處理)條件下，其焊接接頭呈現(xiàn)的質(zhì)量和性能。6.1焊接工藝的確定球殼的材料07MnCrMoVR的碳當(dāng)量≤0.4，所以具有良好的可焊性。在焊接前要對(duì)材料做裂紋試驗(yàn)，并依照GB-12337-90中的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。（1）球罐的結(jié)構(gòu)形式球罐為赤道正切支柱，支柱與拉桿間采用鉸接連接。（2）材質(zhì)球殼07MnCrMoVR；支柱上支柱與球殼相同，上支柱：20號(hào)鋼。拉桿Q235-A人孔、接管與殼板性能相進(jìn)或相同的材料。（3）焊接方法采用手工電弧焊。（4）焊接分類：殼板-殼板對(duì)接焊，外坡口（X型）；殼板-支柱填角焊，不開坡口；耳板-支柱填角焊，不開坡口；翼板-拉桿填角焊，不開坡口；殼板-附件填角焊，不開坡口；（5）焊接設(shè)備交流500A焊機(jī)焊接用；交流300A焊機(jī)定位焊；直流600A-800A焊機(jī)電弧氣刨；干燥器600℃，300℃烘烤焊條測溫器、溫度計(jì)、預(yù)熱設(shè)備、濕度計(jì)。6.2焊后熱處理對(duì)球罐來說，焊后熱處理主要用于制作過程。除結(jié)構(gòu)部件的熱處理可考慮采用爐內(nèi)熱處理外．由于球罐的體積較大故一般球罐的整體熱處理都采用現(xiàn)場內(nèi)燃法熱處理，內(nèi)燃法熱處理是