1500M^3球型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)-畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

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1、 1500立方米球罐 目錄 1.前言…………………………………………………………………………… 1.1球罐的國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況………………………………………………… 1.2球罐的特點(diǎn)………………………………………………………………… 1.3球罐的分類(lèi)…………………………………………………………………… 1.3.1 按儲(chǔ)藏溫度分類(lèi)…………………………………………………… 1.3.2 按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi)…………………………………………………… 1.4 球罐的設(shè)計(jì)要求………………………………………………………… 1.5 球罐的設(shè)計(jì)參數(shù)…………………………………………………………… 1.

2、5.1 壓力…………………………………………………………………11 1.5.2 溫度…………………………………………………………………12 1.5.3 厚度…………………………………………………………………12 1.5.4設(shè)計(jì)的一般規(guī)定………………………………………………………14 1.5.5許用應(yīng)力………………………………………………………14 1.5.6焊接接頭系數(shù)………………………………………………………14 1.5.7壓力試驗(yàn)……………………………………………………………15 1.5.8氣密性試驗(yàn)……………………………………………………… 2.材料選用…………………

3、…………………………………………………16 2.1 球罐材料準(zhǔn)則…………………………………………………………16 2.2殼體用鋼板………………………………………………………………17 2.3 鍛件用鋼………………………………………………………………21 2.4鋼管的選用………………………………………………………………21 2.5螺柱和螺母………………………………………………………………21 2.6焊接材料………………………………………………………………21 3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………… 3.1概況………………………………………………………………

4、 3.2球殼的設(shè)計(jì)……………………………………… 3.3支座的設(shè)計(jì)……………………………………… 3.4拉桿結(jié)構(gòu)……………………………………… 3.5人孔和接管……………………………………… 3.5人孔和接管……………………………………… 3.5.1人孔結(jié)構(gòu)……………………………………… 3.5.2接管結(jié)構(gòu)……………………………………… 4.強(qiáng)度計(jì)算…………………………………………………………………………33 4.1 設(shè)計(jì)條件……………………………………………………………………33 4.2 球殼計(jì)算…………………………………………………………………33 4.3 球罐的質(zhì)量計(jì)

5、算……………………………………………………………35 4.4 地震載荷計(jì)算………………………………………………………………36 4.4.1 自振周期…………………………………………………………36 4.4.2 地震力……………………………………………………37 4.5 風(fēng)載荷計(jì)算…………………………………………………………………38 4.6 彎矩計(jì)算……………………………………………………………………38 4.7 支柱的計(jì)算………………………………………………………………39 4.7.1 單個(gè)支柱的垂直載荷…………………………………………………39 4.7.2 組合載荷…………

6、……………………………………………………40 4.7.3 單個(gè)支柱彎矩………………………………………………………40 4.7.4 支柱穩(wěn)定性校核……………………………………………………42 4.8 地腳螺栓計(jì)算……………………………………………………………44 4.9 支柱底板………………………………………………………………45 4.9.1 支柱底板直徑…………………………………………………………45 4.9.2 底板厚度…………………………………………………………………46 4.10 拉桿計(jì)算……………………………………………………………………46 4.10.1 拉桿載荷計(jì)算

7、…………………………………………………………46 4.10.2 拉桿連接部位的計(jì)算…………………………………………………47 4.10.3 翼板的厚度……………………………………………………………47 4.10.4 焊接強(qiáng)度驗(yàn)算…………………………………………………………48 4.11 支柱與球殼連接最低點(diǎn)a的應(yīng)力校核……………………………………49 4.11.1 a點(diǎn)的應(yīng)力………………………………………………………………49 4.11.2 a點(diǎn)的應(yīng)力校核………………………………………………………50 4.12 支柱與球殼連接焊縫的強(qiáng)度校核…………………………………………50

8、5.工廠制造及現(xiàn)場(chǎng)組裝……………………………………………50 5.1 工廠制造 ……………………………………………………………51 5.2現(xiàn)場(chǎng)組裝 ……………………………………………………………51 5.3 組裝方案……………………………………………………………51 6.焊接 ………………………………………………………………………………51 6.1 焊接工藝的確定 ……………………………………………………………51 6.2 焊后熱處理 …………………………………………………………………52 7.檢查 ………………………………………………………………………………51 8.結(jié)論 …

9、…………………………………………………………………40 參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………42 謝 辭………………………………………………………………………41 1500球型儲(chǔ)罐設(shè)計(jì) 1.前言 球罐在我國(guó)的國(guó)防、科研、石油、化工、冶金等企業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。利用球罐貯存液氮、液化石油氣、液化天然氣、液氧、液氫以及貯存各種壓縮氣體等。在城市建筑中，球形容器可用于遠(yuǎn)距離高壓輸送氣體管網(wǎng)；在鋼鐵廠利用球形容器貯存壓縮氧。此外，在原子能發(fā)電站，球罐用作安全容器；在造紙上用作蒸煮球；在化學(xué)工廠用作反應(yīng)器等。隨著我國(guó)工業(yè)建設(shè)的發(fā)展，球罐的應(yīng)用會(huì)

10、越來(lái)越廣泛。 1.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況 中國(guó)球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問(wèn)題中，許多情況不容樂(lè)觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動(dòng)密集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱，產(chǎn)品能源消耗大、產(chǎn)出率底、環(huán)境污染嚴(yán)重、對(duì)自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)?？s小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 中國(guó)球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報(bào)告闡述了世界球罐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國(guó)球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開(kāi)創(chuàng)性地提出了“新型球罐產(chǎn)業(yè)”及替代品產(chǎn)業(yè)概念，在此基礎(chǔ)上，從四個(gè)維度即“以人為本”“科技創(chuàng)新”“環(huán)境友好”和“面向未來(lái)”準(zhǔn)確地界定了“新型球罐產(chǎn)業(yè)”及替代產(chǎn)品的內(nèi)涵，根據(jù)“新型球罐產(chǎn)業(yè)”及替代品的評(píng)

11、價(jià)體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對(duì)中國(guó)球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展就進(jìn)行了全面的研究。 從目前來(lái)看球罐向大型化發(fā)展是必然的趨勢(shì)，球罐建造正向著大型化、結(jié)構(gòu)多樣化、高參數(shù)的方向發(fā)展。由于大型化的經(jīng)濟(jì)性十分明顯，以成為世界各國(guó)優(yōu)先重視的重要課題。球罐不同時(shí)期受著不同因素的制約。隨著相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，這些制約因素不斷的得到解決，又促使球罐大型化的發(fā)展。從國(guó)內(nèi)情況看，目前限制球罐向大型化方向發(fā)展的影響因素有： （1）設(shè)計(jì)制造規(guī)范； （2）球罐用鋼； （3）球罐現(xiàn)場(chǎng)組裝和焊接問(wèn)題； （4）球罐現(xiàn)場(chǎng)熱處理； （5）球殼板尺寸精度； （6）吊裝運(yùn)輸能力。 總的來(lái)說(shuō)球罐的發(fā)展還有很多問(wèn)題需要我們來(lái)解決，正因?yàn)?/p>

12、球罐的發(fā)展面臨很多問(wèn)題才使得球罐未來(lái)的發(fā)展前景很廣闊。 1.2 球罐的特點(diǎn) 球罐與常用的圓筒形容器相比有以下特點(diǎn)： ⑴ 球罐的表面積最小，即在相同容量下球罐所需要的鋼材面積最小。 ⑵ 球罐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)，球罐的板厚只需圓筒形容器板厚的一半。 以上兩個(gè)特點(diǎn)使球罐在用材上遠(yuǎn)比同樣容量、同樣壓力下的圓通形容器省料。 ⑶ 球罐占地面積小，且可向空間高度發(fā)展，有利于地表面積的利用。 由于這些特點(diǎn)，再加上球罐基礎(chǔ)簡(jiǎn)單、受風(fēng)面積小、外觀漂亮，可用于美化工程環(huán)境等原因，使球罐的應(yīng)用得到很大的發(fā)展。 1.3球罐的分類(lèi) 球罐可按

13、不同方式分類(lèi)，如按儲(chǔ)存溫度、結(jié)構(gòu)形式等。 1.3.1按儲(chǔ)存溫度分類(lèi) 球罐一般用于常溫或低溫。只有極個(gè)別場(chǎng)合，如造紙工業(yè)用的蒸煮球罐，使用溫度高于常溫。 ⑴ 常溫球罐 如液化石油氣（LPG）、氨、氧、氮等球罐。一般說(shuō)這類(lèi)球罐的壓力較高，取決于液化氣的飽和蒸氣壓或壓縮機(jī)的出口壓力。常溫球罐的設(shè)計(jì)溫度大于-20。 ⑵ 低溫球罐 這類(lèi)球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20，一般不低于-100。壓力屬于中等（視該溫度下介質(zhì)的飽和蒸氣壓而定）。 ⑶ 深冷球罐 這類(lèi)球罐的設(shè)計(jì)溫度在-

14、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)保冷要求高，常采用雙層球殼。 目前國(guó)內(nèi)使用的球罐，設(shè)計(jì)溫度一般在-40之間。 1.3.2按結(jié)構(gòu)形式分類(lèi) 按形狀分有圓球形、橢球形、水滴形或上述幾種形式混合。圓球按分瓣方式分有橘瓣式、足球瓣式、混合瓣式三種。圓球形按支撐方式分有支柱式、裙座式、半埋式、V形支撐等。 1.4球罐的設(shè)計(jì)要求 在材料方面 用碳素鋼和低合金鋼制球罐，不適用于高合金鋼及有色金屬球罐。因?yàn)椴捎酶吆辖痄摰蠕摪逯圃靻螌忧蚬藁蛑圃祀p金屬?gòu)?fù)合板單層球罐，在我國(guó)還沒(méi)有實(shí)踐，有關(guān)技術(shù)沒(méi)有掌握，在現(xiàn)階段標(biāo)準(zhǔn)不易列入。 設(shè)計(jì)壓力不大于4MPa. 過(guò)去的球罐標(biāo)準(zhǔn)對(duì)球

15、殼壁厚做出了小于或等于50mm的限定，實(shí)際上也是對(duì)設(shè)計(jì)壓力的限定。隨著冶金工業(yè)的發(fā)展，壓力容器用鋼板的厚度早已超出50mm,認(rèn)為50mm以上厚度的鋼板質(zhì)量部穩(wěn)定和不能保障質(zhì)量供貨的觀點(diǎn)應(yīng)淘汰，鋼板厚度無(wú)論多少，只要能滿足標(biāo)準(zhǔn)（GB12337-1998）中材料的有關(guān)規(guī)定，就可以制造球罐。 球殼結(jié)構(gòu)為桔瓣式或混合式，支座為支柱支撐。球殼結(jié)構(gòu)沒(méi)有采用足球瓣式是因?yàn)樗m用于只在溶劑較小的球罐，不適用于制造較大容積的球罐，應(yīng)用場(chǎng)合少。而且這種組裝和焊接比較困難，在我國(guó)沒(méi)有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。 混合式球罐的球殼結(jié)兼容了足球瓣式和橘瓣式球殼的優(yōu)點(diǎn)，故混合式球殼結(jié)構(gòu)最優(yōu)。 輻射作用對(duì)人體有極大的危害性，因此對(duì)儲(chǔ)存

16、輻射介質(zhì)的球罐在設(shè)計(jì)制造方面和安全防護(hù)上須有嚴(yán)格的要求。而且，長(zhǎng)期遭受中子輻射的鋼材，其性能也會(huì)有所改變，因此，在選材上也應(yīng)從嚴(yán)要求。對(duì)于受輻射作用的球罐，規(guī)定是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，故不適用于受輻射作用的球罐。 1.5球罐設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力：p=1.77MPa 設(shè)計(jì)溫度：常溫 水壓試驗(yàn)壓力： 球殼內(nèi)直徑=14200mm(1500) 儲(chǔ)存物料：聚氨酯 充裝系數(shù):k=0.85 地震設(shè)防烈度7度 基本風(fēng)壓值:=400 N/ 基本雪壓值:=300 N/ 支柱數(shù)目:n=10 支柱選用: 16MnR(熱軋) 拉桿選用:20圓鋼 球罐建造場(chǎng)地:Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地土、近震,B類(lèi)地區(qū) 1.5.

17、1壓力 除注明者外，壓力均指表壓力。 （1）工作壓力 工作壓力指在正常工作情況下，球罐頂部可能達(dá)到的最高壓力。 （2）設(shè)計(jì)壓力 設(shè)計(jì)壓力指設(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。 球罐上裝有超壓泄放裝置時(shí)，應(yīng)按 GB150 附錄B“超壓泄放裝置”的規(guī)定確定設(shè)計(jì)壓力。 對(duì)于盛裝液化氣體的球罐，在規(guī)定充裝系數(shù)范圍內(nèi)，設(shè)計(jì)壓力應(yīng)根據(jù)工作條件下可能達(dá)到的最高金屬溫度確定。 （3）計(jì)算壓力 計(jì)算壓力指在相應(yīng)設(shè)計(jì)溫度下，用以確定球殼各帶厚度或受壓元件厚度的壓力，其中包括液柱靜壓力。 液柱高度

18、 (1-1) 式中 H—液柱高度； K—充裝系數(shù)； R—球罐半徑。 將式（1-1）指的中括號(hào)部分設(shè)定為，則變?yōu)椋篐= 查表可得當(dāng)K=0.85時(shí)， （4）試驗(yàn)壓力 試驗(yàn)壓力指在壓力試驗(yàn)時(shí)，球罐頂部的壓力。 （5）最大允許工作壓力 最大允許工作壓力系指在設(shè)計(jì)溫度下，球罐頂部所允許承受的最大表壓力。該壓力是根據(jù)球殼的有效厚度計(jì)算所得，且取最小值。 1.5.2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。

19、 設(shè)計(jì)溫度不得低于元件金屬在工作狀態(tài)下可能達(dá)到的最高溫度。對(duì)于 0℃以下的金屬溫度，設(shè)計(jì)溫度不得高于元件金屬可能達(dá)到的最低溫度。 低溫球罐的設(shè)計(jì)溫度按GB12337《鋼制球形儲(chǔ)罐》附錄A(標(biāo)準(zhǔn)的附錄)確定。 標(biāo)志在銘牌上的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)是是球殼設(shè)計(jì)溫度的最高值或最低值。 元件的金屬溫度可用傳熱計(jì)算求得。或在已使用的同類(lèi)球罐上測(cè)定，或按內(nèi)部介質(zhì)溫度確定。 （2）試驗(yàn)溫度 試驗(yàn)溫度指壓力試驗(yàn)時(shí)，球殼的金屬溫度。 1.5.3厚度 （1）計(jì)算厚度（） 計(jì)算厚度指按公式計(jì)算得到的厚度。需要時(shí)，應(yīng)計(jì)入其他載荷所需的厚度。 （2）設(shè)計(jì)厚度（） 設(shè)計(jì)厚度指計(jì)算厚度與腐蝕裕量之和。

20、 (1-2) （3）名義厚度 名義厚度指設(shè)計(jì)厚度加上鋼材厚度負(fù)偏差后，向上圓整至鋼材標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的厚度。即標(biāo)注在圖樣上的厚度。（不包括加工裕量）。 (1-3) （4）有效厚度 有效厚度指名義厚度減去腐蝕裕量和鋼材厚度負(fù)偏差。

21、 (1-4) 1.5.4設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 （1）對(duì)有不同工況的球罐，應(yīng)按最苛刻的工況設(shè)計(jì)，并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的壓力和溫度值。 （2）載荷 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)備及隔熱材料、管道、支柱、拉桿、梯子、平臺(tái)等的重力載荷； ⑤風(fēng)載荷，地震力，雪載荷。 需要時(shí)，還應(yīng)考慮下列載荷： ⑥支柱的反作用力； ⑦連接管道和其他部件的作用力； ⑧溫度梯度或熱膨脹量不同引起的作用力； ⑨包括壓力急劇波動(dòng)的沖擊載荷； ⑩沖擊反

22、力，如由流體沖擊引起的反力等。 （3）厚度附加量 厚度附加 (1-5) 式中 C—厚度附加量，mm； —鋼材厚度負(fù)偏差，mm； —腐蝕裕量，mm。 其中鋼材厚度負(fù)偏差是指鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，其值按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)鋼材的厚度負(fù)偏差不大于0.25mm，且不超過(guò)名義厚度的6%時(shí)，負(fù)偏差可忽略不計(jì)。 腐蝕裕量為防止球罐元件由于腐蝕、機(jī)械磨損而導(dǎo)致厚度削弱減薄，應(yīng)考慮腐蝕裕量，具體規(guī)定如下： ①對(duì)有腐蝕或磨損的元件，應(yīng)根據(jù)預(yù)期的球罐壽命和物料對(duì)金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量； ② 球罐

23、各元件受到的腐蝕程度不同時(shí)，可采用不同的腐蝕裕量； ③ 腐蝕裕量取值不小于1mm。 1.5.5許用應(yīng)力 許用應(yīng)力是根據(jù)材料各項(xiàng)強(qiáng)度性能分別除以標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的安全系數(shù)來(lái)確定的。 本標(biāo)準(zhǔn)所用材料的許用應(yīng)力按第4章選取。確定許用應(yīng)力的依據(jù)為：我國(guó)球罐鋼材(螺栓材料外)許用應(yīng)力按表1-1，螺栓材料許用應(yīng)力按表1-2 表1-1 我國(guó)球罐鋼材的許用應(yīng)力 材料 許用應(yīng)力 取下列各值中的最小值，MPa 碳素鋼、低合金鋼 注:表中—鋼材標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值，MPa；—鋼材標(biāo)準(zhǔn)常溫屈服點(diǎn)，MPa； —鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的屈服點(diǎn)，MPa。 表1-2螺栓材料許用應(yīng)

24、力 材料 螺栓直徑,mm 熱處理狀態(tài) 許用應(yīng)力，MPa 碳素鋼 熱軋、正火 M24M48 低合金鋼 調(diào) 質(zhì) M24M48 1.5.6焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)是用來(lái)補(bǔ)償元件焊接連接部分的強(qiáng)度削弱。焊接接頭系數(shù)的大小與焊縫形式，焊接工藝及焊縫無(wú)損檢測(cè)的嚴(yán)格程度有關(guān)。 雙面焊全焊透對(duì)接接頭的焊接接頭系數(shù)按下列規(guī)定選擇： 100%無(wú)損檢測(cè) =1.00； 局部無(wú)損檢測(cè) =0.85。 1.5.7壓力試驗(yàn) （1）試驗(yàn)壓力 壓力試驗(yàn)的壓力應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣的要求，試驗(yàn)壓力的最低值按下述規(guī)定： 液壓試驗(yàn)

25、 (1-6) 式中 P—設(shè)計(jì)壓力，MPa； —試驗(yàn)壓力，MPa； —球殼材料在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力，MPa； —球殼材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，MPa。 （2）壓力試驗(yàn)前的應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)前，應(yīng)按下列校核球殼應(yīng)力： (1-7) 式中 —試驗(yàn)壓力下球殼的應(yīng)力，MPa； —試驗(yàn)壓力，MPa； —球殼內(nèi)直徑，mm； —球殼的有效厚度，mm。 應(yīng)滿足下列條件：

26、 液壓試驗(yàn)時(shí)， 式中 —球殼材料在試驗(yàn)溫度下的屈服點(diǎn)，MPa； 球殼的焊接接頭系數(shù)。 液壓試驗(yàn)后，符合下列條件為合格： ①無(wú)滲漏； ②無(wú)可見(jiàn)的變形； ③試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲； ④試驗(yàn)過(guò)程規(guī)定值下限大于等于540 MPa的材料，表面經(jīng)無(wú)損檢測(cè)抽查未發(fā)現(xiàn)裂紋。 1.5.8氣密性試驗(yàn) 如果圖樣有要求，還應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。氣密性試驗(yàn)應(yīng)在壓力實(shí)驗(yàn)合格后進(jìn)行。氣密性試驗(yàn)是檢驗(yàn)球罐嚴(yán)密性的重要手段。盛放毒性程度為極度和高度危害的物料，易燃的壓縮氣體或液化氣體的球罐，應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。 氣密性試驗(yàn)時(shí)，升壓速度應(yīng)緩慢均勻，升壓至試驗(yàn)壓力的一半左右時(shí)停止升壓，檢查所有接管法蘭處有

27、無(wú)泄漏，在不漏的情況下繼續(xù)緩慢升壓至試驗(yàn)壓力。保持壓力15分鐘，檢查壓力表有無(wú)降壓，用肥皂水涂刷所有焊縫和接管法蘭口檢查有無(wú)泄漏。檢查合格后降壓。氣密性實(shí)驗(yàn)的氣體是氮?dú)狻? 介質(zhì)為混合物時(shí)，應(yīng)以介質(zhì)組分并按毒性程度或易燃介質(zhì)的劃分原則，由設(shè)計(jì)單位的工藝設(shè)計(jì)或使用單位的生產(chǎn)技術(shù)部門(mén)提供介質(zhì)毒性程度或是否屬于易燃介質(zhì)的依據(jù)，無(wú)法提供依據(jù)時(shí)，按毒性程度或爆炸危險(xiǎn)程度最高的介質(zhì)確定。 氣密性試驗(yàn)壓力按下式確定： (1-8) 式中 P—設(shè)計(jì)壓力，MPa； —試驗(yàn)壓力，MPa。

28、 2.材料選用 2.1球罐材料準(zhǔn)則 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。 球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃時(shí)，鋼材還應(yīng)符合附錄A 的規(guī)定。 當(dāng)對(duì)鋼材有特殊要求時(shí)(如要求特殊冶煉方法、較高的沖擊功指標(biāo)、提高無(wú)損檢測(cè)要求、增加力學(xué)性能檢驗(yàn)率，考慮介質(zhì)對(duì)鋼材腐蝕的要求等)，設(shè)計(jì)單位應(yīng)在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明。 當(dāng)設(shè)計(jì)溫度高于2OO℃時(shí)，其許用應(yīng)力值按GB 150 的規(guī)定。 2.2殼體用

29、鋼板 （1）凡符合下列條件的鋼板，應(yīng)在正火狀態(tài)下使用： ①球殼用鋼板 厚度大于 30 mm 的 20R 和16MnR； 厚度大于 16 mm 的 15MnVR； 任意厚度的 15MnVNR； ②其他受壓元件(法蘭、平蓋等)用厚度大于50 mm 的20R 和16MnR。 （2）符合下列條件的球殼用鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行拉伸和夏比(V 型缺口)常溫或低溫沖擊試驗(yàn)。 ①調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨的鋼板； ②厚度大于60 mm 的鋼板。 （3）用于球殼的下列鋼板，當(dāng)球罐的設(shè)計(jì)溫度和鋼板厚度符合下列情況時(shí)，應(yīng)每批取一張鋼板進(jìn)行夏比(V 型缺口)低溫沖擊試驗(yàn)。試驗(yàn)溫度為球罐的設(shè)計(jì)溫度或按圖樣的規(guī)定

30、，試樣取樣方向?yàn)闄M向。 ①設(shè)計(jì)溫度低于0℃時(shí)，厚度大于25 mm 的20R，厚度大于38 mm 的16MnR、15MnVR ②設(shè)計(jì)溫度低于-10℃時(shí)，厚度大于12mm 的20R，厚度大于20 mm 的16MnR、15MnVR和15MnVNR。 低溫沖擊功的指標(biāo)根據(jù)鋼板標(biāo)準(zhǔn)的抗拉強(qiáng)度下限值按附錄 A 相應(yīng)的規(guī)定。 鋼板的標(biāo)準(zhǔn)、使用狀態(tài)及許用應(yīng)力按表2-1的規(guī)定。 表2-1 許用應(yīng)力 鋼號(hào) 鋼板標(biāo)準(zhǔn) 使用狀態(tài) 厚度,mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力，MPa MPa MPa 100 150 200 20R GB6654 熱軋，正火

31、 400 245 133 133 132 123 400 235 133 132 126 116 400 225 133 126 119 110 390 205 128 115 110 103 16MnR GB6654 熱軋，正火 510 345 170 170 170 170 400 325 163 163 163 159 470 305 157 157 157 150 460 285 153 153 150 141 450 275 150 150 1

32、47 138 15MnVR GB6654 熱軋，正火 530 390 177 177 177 177 510 370 170 170 170 170 490 350 163 163 163 163 15MnVNR GB6654 正火 570 440 190 190 190 190 550 420 183 183 183 183 530 400 177 177 177 177 — 調(diào)質(zhì) 610 490 203 203 203 203 16MnDR GB35

33、31 正火 490 315 163 163 163 156 470 295 157 157 156 147 450 275 150 150 147 138 450 255 150 147 138 128 — 調(diào)質(zhì) 610 490 203 203 203 203 鋼號(hào) 鋼板標(biāo)準(zhǔn) 使用狀態(tài) 厚度,mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力，MPa MPa MPa 100 150 200 09Mn2VDR GE353 正火, 正火加回火 440 290

34、 147 147 — — 430 270 143 143 — — ①該鋼板技術(shù)要求見(jiàn)GB150附錄A“材料的補(bǔ)充規(guī)定”。 注：中間溫度的許用應(yīng)力，可按本表的應(yīng)力值用內(nèi)插法求得。 (4)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2-2的規(guī)定。 表2-2 鋼板的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度 鋼號(hào) 使用狀態(tài) 厚度,mm 最低沖擊試驗(yàn)溫度，℃ 16MnR 熱軋 -20 正火 07MnCrMoVR 調(diào)質(zhì) -20 16MnDR 正火 -40 -30 07MnNiCrMoVR 調(diào)質(zhì) -4

35、0 09Mn2VDR 正火,正火加回火 -50 (5) 凡符合下列條件的球殼用鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行超聲檢測(cè)： ①厚度大于30 mm 的20R 和16MnR 鋼板； ②厚度大于25 mm 的15MnVR 和15MnVNR 鋼板； ③厚度大于20 mm 的16MnDR 和09Mn2VDR 鋼板； ④調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨的鋼板； ⑤上下極板和與支柱連接的赤道板。 鋼板的超聲檢測(cè)應(yīng)按 JB 4730 的規(guī)定，熱軋、正火狀態(tài)供貨的鋼板質(zhì)量等級(jí)應(yīng)不低于Ⅲ級(jí)，調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨的鋼板質(zhì)量等級(jí)應(yīng)不低于Ⅱ級(jí)。 2.3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)，使人孔以對(duì)接焊

36、的形式與球殼板連接，達(dá)到減少結(jié)構(gòu)應(yīng)力的目的。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)。 鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按表2-3的規(guī)定。 當(dāng)球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃時(shí)，鍛件的熱處理狀態(tài)及最低沖擊溫度按表2-4的規(guī)定。 表2-3 鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力 鋼號(hào) 鍛件標(biāo)準(zhǔn) 公稱(chēng)厚度，mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力，MPa MPa MPa 100 150 200 20 JB4726 370 215 123 119 113 104 16Mn JB4726 450 275 150 1

37、50 147 135 20MnMo JB4726 530 370 177 177 177 177 510 355 170 170 170 170 490 340 163 163 163 163 16MnD JB4727 450 275 150 150 147 135 20MnMoD JB4727 530 370 177 177 177 177 510 355 170 170 170 170 490 340 163 163 163 163 08MnNiCrMoVD

38、JB4727 600 480 200 200 200 200 09Mn2VD JB4727 420 260 140 140 注：中間溫度的許用應(yīng)力值，可按本表的壓力值用內(nèi)插法求得。 表2-4 鍛件的熱處理狀態(tài)及最低沖擊溫度 鋼號(hào) 熱處理狀態(tài) 公稱(chēng)厚度，mm 最低沖擊試驗(yàn)溫度，℃ 16MnD 正火加回火，調(diào)質(zhì) -40 -30 09Mn2VD 正火加回火，調(diào)質(zhì) 50 20MnMoD 調(diào)質(zhì) -30 -20 08MnNiCrMoVD 調(diào)質(zhì) -40 2.4鋼管的選用 鋼管的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按表2-5

39、的規(guī)定。 15MnV、09Mn2VD和09MnD鋼管應(yīng)在正火狀態(tài)下使用。 當(dāng)球罐的設(shè)計(jì)溫度 時(shí)，鋼管的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度應(yīng)符合表2-6的規(guī)定。 因尺寸限制無(wú)法制備小尺寸沖擊試樣的鋼管，免做沖擊試驗(yàn)，各鋼管的最低設(shè)計(jì)溫度按表2-7的規(guī)定。 表2-5 鋼管的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力 鋼號(hào) 鋼管標(biāo)準(zhǔn) 壁厚， mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力，MPa MPa MPa 100 150 200 10 GB/T8163 GB 9948 GB 6479 335 335 335 335 205 205 205 195

40、112 112 112 112 112 112 112 110 108 108 108 104 101 101 101 98 20 GB/T8163 GB 9948 390 410 245 245 130 137 130 137 130 132 123 123 20G GB 6479 410 410 245 235 137 137 137 132 132 126 123 116 16Mn GB 6479 490 490 320 310 163 163 163 16

41、3 163 163 159 153 15MnV GB6479 510 510 350 340 170 170 170 160 170 170 170 170 400 240 133 133 128 119 ①該鋼管的技術(shù)要求見(jiàn)GB150附錄“材料的補(bǔ)充規(guī)定”。 注：中間溫度的許用應(yīng)力值，可按本表的壓力值用內(nèi)插法求得。 表2-6 鋼管的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度 鋼號(hào) 使用狀態(tài) 壁厚，mm 最低沖擊試驗(yàn)溫度，℃ 10 正火 -30 20G 正火 -20 16Mn 正火 -40 09M

42、nD 正火 -50 表2-7 鋼管的最低設(shè)計(jì)溫度 鋼管名義厚度，mm 最低設(shè)計(jì)溫度,℃ 焊后狀態(tài)使用 焊后熱處理狀態(tài)使用 8 -20 -35 6 -25 -40 4 -40 -45 鋼管名義厚度，mm 最低設(shè)計(jì)溫度,℃ 焊后狀態(tài)使用 焊后熱處理狀態(tài)使用 2 -45 -45 2.5螺柱和螺母 螺柱用鋼的標(biāo)準(zhǔn)、使用狀態(tài)及許用應(yīng)力按表2-8 的規(guī)定。 表2-8 標(biāo)準(zhǔn)、使用狀態(tài)及許用應(yīng)力 鋼號(hào) 鋼材標(biāo)準(zhǔn) 鋼材使用狀態(tài) 螺柱規(guī)格，mm 常溫強(qiáng)度指標(biāo) 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力，MPa MPa MPa 100 150

43、 200 Q235-A GB/T 700 熱軋 375 235 87 78 74 69 35 GB/T 699 正火 530 315 117 105 98 91 510 295 118 106 100 92 40MnB GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 805 685 196 176 171 165 765 635 212 189 183 180 40MnVB GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 835 735 210 190 185 179 805 685 228 206 19

44、9 196 40Cr GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 805 685 196 176 171 165 765 805 212 189 183 180 30CrMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 765 550 157 141 137 134 660 500 167 150 145 142 660 500 185 167 161 157 35CrMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 855 735 210 190 185 143 660 685 228 206 199 196

45、 805 685 254 229 221 218 735 590 219 196 189 185 40CrMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 930 825 306 291 281 274 注：中間溫度的許用應(yīng)力值，可按本表的壓力值用內(nèi)插法求得。 低合金鋼螺柱用毛胚，經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理后進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)。 同一鋼號(hào)、同一爐號(hào)、同一斷面產(chǎn)品、同一熱處理制度、同時(shí)投產(chǎn)的螺柱毛胚為一批，每批取一件進(jìn)行試驗(yàn)。 試樣的取樣方向?yàn)榭v向，直徑不大于40mm 的毛坯，試樣的縱軸應(yīng)位于毛坯中心；直徑大于40 mm 的毛坯，試樣的縱軸應(yīng)位于毛坯半徑的1/2 處。

46、試樣距毛坯端部的距離不得小于毛坯的直徑，但拉伸試樣的頭部(或夾持部分)不受此限制。 每件毛坯上取拉伸試樣一個(gè)，沖擊試樣三個(gè)。拉伸試驗(yàn)方法按GB/T 228 的 規(guī)定。沖擊試驗(yàn)方法按 GB/T 229 的規(guī)定。試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)符合表2-9 的規(guī)定，表中沖擊功的規(guī)定值系三個(gè)試樣試驗(yàn)結(jié)果的平均值，允許有一個(gè)試樣的試驗(yàn)結(jié)果小于規(guī)定值，但不得小于規(guī)定值的 70％。對(duì)鋼號(hào)和規(guī)格符合JB 4707 標(biāo)準(zhǔn)的低合金鋼螺柱用鋼材，其力學(xué)性能可按該標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收。 表2-9 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 鋼號(hào) 回火溫度 規(guī)格 mm MPa MPa J 40MnB 40M

47、nVB 40Cr 30CrMoA 35CrMoA 40CrNiMoA 低合金鋼螺柱，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)溫度下的低溫沖擊試驗(yàn)。低溫用螺柱的鋼號(hào)及沖擊試驗(yàn)要求按表2-10的規(guī)定。 表2-10 鋼號(hào)及沖擊試驗(yàn)要求 鋼號(hào) 規(guī)格，mm 最低沖擊試驗(yàn)溫度，℃ 30CrMoA -100 35CrMoA -100 -70 40CrNiMoA -

48、70 -50 與各螺柱用鋼組合使用的螺母用鋼可按表2 -11選用。 表2-11 螺母用鋼 螺柱鋼號(hào) 螺母用鋼 螺母鋼號(hào) 鋼材標(biāo)準(zhǔn) 使用狀態(tài) 使用溫度下限，℃ Q235-A Q215-A ，Q235-A GB/T 700 熱軋 35 Q235-A GB/T 700 熱軋 20，25 GB/T 699 正火 40MnB 35，40Mn，45 GB/T 699 正火 40MnVB 35，40Mn，45 GB/T 699 正火 40Cr 35，40Mn，45 GB/T 699 正火 30CrMoA

49、 40Mn，45 GB/T 699 正火 30CrMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 35CrMoA 40Mn，45 GB/T 699 正火 30CrMoA 35CrMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 40CrNiMoA 35CrMoA 40CrNiMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 2.6焊接材料 焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑、氣體、電極和襯墊等。 焊條應(yīng)具有質(zhì)量證明書(shū)。質(zhì)量證明書(shū)應(yīng)包括熔敷金屬的化學(xué)成分、力學(xué)性能、 擴(kuò)散氫含量等。各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)符合GB/T 5117、GB/T 5118、GB/T 984 等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 球殼的焊縫

50、以及直接與球殼焊接的焊縫，應(yīng)選用低氫型藥皮焊條，并按批號(hào) 進(jìn)行擴(kuò)散氫復(fù)驗(yàn)。擴(kuò)散氫試驗(yàn)方法應(yīng)按GB/T 3965 的規(guī)定進(jìn)行。烘干后的實(shí)際擴(kuò)散氫含量應(yīng)符合表2-12的規(guī)定。 表2-12 擴(kuò)散氫含量 焊接材料 擴(kuò)散氫含量，mL/100g 焊接材料 擴(kuò)散氫含量，mL/100g E4315、E4316 E6015-X、E6016-X E5015、E5016 J607RH E5515-X、E5516-X 藥芯焊絲 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 概況 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

51、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(jiǎn)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(lèi)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(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的設(shè)計(jì)； (6)球罐的附件，如內(nèi)外盤(pán)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)留基礎(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

52、.2球殼的設(shè)計(jì) 球殼設(shè)計(jì)要按照如下的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： ◆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； ◆受力狀況最佳； ◆考慮了瓣片加工機(jī)械（油壓機(jī)或水壓機(jī)）的跨度大小，運(yùn)輸條件的可能，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； ◆考慮了鋼板的規(guī)格，增強(qiáng)球殼板的互換性，盡量提高板材利用率。 國(guó)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。 ⑴橘瓣式球殼的設(shè)計(jì)（圖3-1） 橘瓣式球殼組裝焊縫較為規(guī)則，施工簡(jiǎn)便。多數(shù)采用偶數(shù)支柱，分塊分帶對(duì)稱(chēng)，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

53、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)也有其缺點(diǎn)：由于球片在各帶位置尺寸大小不一，只能在本帶內(nèi)或在上、下對(duì)稱(chēng)帶之間進(jìn)行互換；下料成型較復(fù)雜，原材料利用率較低；球極板往往尺寸較小，當(dāng)需要布置人孔和眾多接管時(shí)可能出現(xiàn)接管擁擠，有時(shí)焊縫不易錯(cuò)開(kāi)。 （2）混合式球殼的設(shè)計(jì)（圖3-2） 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(zhǎng)度縮短，球殼板數(shù)量減小，適合大型球罐。隨著我國(guó)石油、化工、

54、城市煤氣等工業(yè)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)曾引進(jìn)了許多混合結(jié)構(gòu)的大型球罐，通過(guò)對(duì)引進(jìn)球罐的消化、吸收、開(kāi)發(fā)研究、施工、檢測(cè)，已經(jīng)基本掌握了這種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)、制造、組裝和焊接技術(shù)。大型球罐一般采用這種混合排板的形式。 圖3-1 橘瓣式球殼 圖3-2混合式球殼 本設(shè)計(jì)球殼采用的是混合式球罐，赤道帶是橘瓣式，上、下極是足球式，共三帶。如圖（3-3）。 圖3-3三帶混合球罐 圖3-4 支柱各部部分名稱(chēng) 1-極邊板；2-極側(cè)板； 1-地腳螺栓；2-下支耳；3-通氣口

55、； 3-極中板；4-上板； 4-球殼；5-蓋板；6-上段支柱； 5-赤道帶；6-支柱；7-下極 7-上支耳；8-防火層；9-下段支柱； 10-沉降測(cè)定板；11-接地板；12-底板；13-基礎(chǔ) 3.3支座的設(shè)計(jì) 支柱的各部分名稱(chēng)如圖3-4。 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。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，它既要支撐較大的質(zhì)量，又由于球罐設(shè)置于室外，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。為了應(yīng)對(duì)各種影響因素，結(jié)構(gòu)形式比較

56、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兩大類(lèi)。柱式支撐中又以赤道正切柱式支撐為國(guó)內(nèi)外普遍采用。此外，還有V形柱式支撐，三樁合一形柱式支撐，裙式支撐（包括圓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）。 本球罐的支柱形式采用赤道正切柱式支座。赤道正切柱式支柱結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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（相隔）而焊接起來(lái)。支柱支撐球的重量，為了承受風(fēng)載荷和地震載荷，保證球罐的穩(wěn)定性，在支柱之間設(shè)置拉桿相連。這種支柱的優(yōu)點(diǎn)是受力均勻

57、，彈性好，安裝利便，施工簡(jiǎn)單，容易調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)操作和檢修也方便，且適合于多種規(guī)格的球罐。他的缺點(diǎn)主要是重心高，穩(wěn)定性較差。 支柱應(yīng)采用鋼管制作。 下段支柱可分段，分段的長(zhǎng)度不宜小于支柱總長(zhǎng)的1/3。段間的環(huán)向接頭應(yīng)全焊透?？刹捎醚睾缚p根部全長(zhǎng)有緊貼基本金屬的墊板的對(duì)接接頭。 支柱頂部應(yīng)設(shè)有球形或橢圓形的防雨蓋板。 支柱應(yīng)設(shè)置通氣口，對(duì)儲(chǔ)存易燃物料及液化石油氣的球罐，還應(yīng)設(shè)置防火層。 支柱底板中心應(yīng)設(shè)置通孔，如圖3-5所示。 支柱底板的地腳螺栓孔應(yīng)為徑向長(zhǎng)圓孔。 圖3-5 支柱底板中心通孔設(shè)置 3.4拉桿結(jié)構(gòu) 拉桿結(jié)構(gòu)可分為有可調(diào)式（圖3-6）和固定式（圖3-

58、7）兩種。本設(shè)計(jì)采用可調(diào)式拉桿，這主要是考慮到可調(diào)式拉桿采用圓鋼加工而成，拉桿與支柱采用銷(xiāo)釘連接。兩拉桿的立體交叉處應(yīng)留間隙，不得焊死，拉桿張緊程度應(yīng)均勻，拉力不宜過(guò)大。日常球罐運(yùn)行總應(yīng)注意液體進(jìn)出，冬夏溫度變化和小地震引起的拉桿松動(dòng)，應(yīng)即使調(diào)節(jié)松緊。 雖然固定式拉桿與可調(diào)式拉桿相比，制造加工簡(jiǎn)單，不需機(jī)械加工施工方便，拉桿也可承受拉伸和壓縮載荷等優(yōu)點(diǎn)，但由于支座剛性加大，球罐地震增大，結(jié)構(gòu)受力也相應(yīng)增大，綜合考慮取可調(diào)式拉桿。 圖3-6可調(diào)式拉桿 圖3-7固定式拉桿 3.5人孔和接管 3.5.1人孔結(jié)構(gòu) 球罐的人孔是操作人員進(jìn)出球罐進(jìn)行檢查及維修

59、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。因此人孔直徑的選定必須考慮操作人員攜帶工具進(jìn)出球罐方便（在北方還要考慮冬天作業(yè)時(shí)操作人員穿棉工作服能進(jìn)出），以及熱處理時(shí)工藝氣流對(duì)截面的要求。一般選用DN500較適宜。通常球罐上應(yīng)設(shè)有兩個(gè)人孔，分別在上，下極帶上（若球罐必須焊后整體熱處理，則人孔應(yīng)設(shè)置在上，下極帶的中心）。 3.5.2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(guó)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(guó)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條支撐等辦法來(lái)提高剛度和耐疲勞性

60、能，值得借鑒。 4.強(qiáng)度設(shè)計(jì) 4.1設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)壓力： p=1.77MPa 設(shè)計(jì)溫度： 常溫 水壓試驗(yàn)壓力： 球殼內(nèi)直徑: 14200mm(1500 儲(chǔ)存物料： 聚氨酯 充裝系數(shù): k=0.85 地震設(shè)防烈度: 7度 基本風(fēng)壓值: 基本雪壓值: 支柱數(shù)目: n=10 支柱選用: 16MnR(熱軋) 拉桿選用:

61、20圓鋼 球罐建造場(chǎng)地: Ⅱ類(lèi)場(chǎng)地土、近震,B類(lèi)地區(qū) 4.2球殼計(jì)算 (1)計(jì)算壓力 根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，球殼選取混合式三帶球罐。 靜液柱高度按 將式中的中括號(hào)部分設(shè)定為，則變?yōu)椋篐= 查表可得當(dāng)K=0.85時(shí)， 解得H=10729.5mm 設(shè)計(jì)壓力：p=1.77MPa 球殼各帶的物料液柱高度(如圖4-1所示)。 圖4-1 球罐靜液位示意圖 =0 =3010.7 =8649.9 物料密度: =602.6kg/ 重力加速度:g=9.81 球殼各帶的計(jì)算壓力： 1.77+0=1.77MPa 1.79MPa 1.82MP

62、a 1.83MPa ⑵球殼各帶的厚度計(jì)算 球殼內(nèi)直徑 設(shè)計(jì)溫度下球殼材料: 16MnR(正火)的許用應(yīng)力： 焊縫系數(shù)：.00 厚度附加量: 取球殼名義厚度: 球殼有效厚度: (3) 液壓實(shí)驗(yàn) ①實(shí)驗(yàn)壓力最低值 ②壓力實(shí)驗(yàn)前的校核球殼應(yīng)力 液壓實(shí)驗(yàn) 所以 符合設(shè)計(jì)要求。 4.3球殼的質(zhì)量設(shè)計(jì) 球殼平均直徑: 球殼材料密度: 充裝系數(shù):k=0.85 水的密度: 球殼外直徑:：=14200+2=14392 基本雪壓值: 球面的積雪系數(shù): ⑴球殼質(zhì)量 ⑵物

63、料質(zhì)量 ⑶液壓試驗(yàn)時(shí)液體的質(zhì)量 ⑷積雪質(zhì)量 ⑸保溫層質(zhì)量 ⑹支柱和拉桿的質(zhì)量 ⑺附件質(zhì)量 ⑻操作狀態(tài)下的球罐質(zhì)量 操作狀態(tài)下的球殼質(zhì)量kg； ⑼液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的球罐質(zhì)量 : 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的球罐質(zhì)量kg； ⑽球罐最小質(zhì)量 ：球罐最小質(zhì)量kg 4.4地震載荷計(jì)算 圖4-1球罐簡(jiǎn)圖 4.4.1自振周期 支柱底板底面至球殼中心的距離

64、: 支柱數(shù)目: n=10 支柱材料20號(hào)鋼的常溫彈性模量：MPa 支柱外直徑: 支柱內(nèi)直徑:510 ⑴支柱橫截面的慣性矩: 支柱底板底面至拉桿中心線與支柱中心線交點(diǎn)處的距離: ⑵拉桿影響系數(shù) ⑶球罐的基本自振周期 4.4.2地震力 綜合影響系數(shù): 地震影響系數(shù)的最大值:（查GB 12337-1998表15) 特征周期: (查GB 12337-1998表16) 對(duì)應(yīng)于自振周期T的地震影響系數(shù): 球罐的水平地震力： 4.5 風(fēng)載荷計(jì)算 風(fēng)載體形系數(shù): 系數(shù):（查G

65、B 12337-1998表17選?。? 風(fēng)振系數(shù): 基本風(fēng)壓值: 支柱底板底面至球殼中心的距離: 風(fēng)壓高度變化系數(shù): (按GB 12337-1998表18選取) 球罐附件增大系數(shù): 球罐的水平風(fēng)力： 4.6 彎矩計(jì)算 力臂： 由水平地震力和水平風(fēng)力引起的最大彎矩： 4.7支柱的計(jì)算 4.7.1單個(gè)支柱的垂直載荷 重力載荷 操作狀態(tài)下的重力載荷: 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下的重力載荷： 支柱的最大垂直載荷 支柱中心圓半徑: 最大彎矩對(duì)支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值(按GB 12337-1998表19計(jì)算)： 拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值

66、(按GB 12337-1998表19計(jì)算)： 以上兩力之和的最大值(按GB 12337-1998表計(jì)算)： 4.7.2組合載荷 操作狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷： 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的最大垂直載荷： 4.7.3單個(gè)支柱彎矩 ⑴偏心彎矩 操作狀態(tài)下赤道線的液柱高度: 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下赤道線的液柱高度: 操作狀態(tài)下物料在赤道線的液柱靜壓力： 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下液體在赤道線的液柱靜壓力： 球殼的有效厚度： 操作狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應(yīng)力: 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下球殼赤道線的薄膜應(yīng)力: 球殼內(nèi)半徑: 球殼材料的泊松比: 球殼材料Q345R的彈性模量: 操作狀態(tài)下支柱的偏心彎矩: 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的偏心彎矩: ⑵附加彎矩 操作狀態(tài)下支柱的附加彎矩: 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的附加彎矩: ⑶總彎矩 操作狀態(tài)下支柱的總彎矩 液壓試驗(yàn)狀態(tài)下支柱的總彎矩 4.7.4支柱穩(wěn)定性校核 計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù): ⑴單個(gè)支柱的橫截面積：