【正文】 estrictions on basic not other pressure vessel inparable excellent. (1) Reading search literatures, in a systematic understanding of the structure design and manufacturing methods were, on the basis of introduction, the writing of finish. (2) Countermessure carries on the analysis parison, select material countermessure process structure design and size calculation。 2．指定查閱的主要參考文獻及說明 、 1） 《 GB150 鋼制壓力容器》 2） 《固定式壓力容器監(jiān)察規(guī)程》 3） 《球罐與大型容器》 4） 《 GB12337 鋼制球型儲罐》 3．進度安排 設(shè)計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 完成開題報告和文獻的相關(guān)收集工作 3 月 1 日 到 3 月 22 日 2 主要元件和零部件材料的選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 月 22 日到 4 月 7 日 3 容器強度校核和開孔補強的校核 4 月 8 日到 5 月 1 日 4 儲罐的焊接和熱處理方式的選擇 5 月 2 日到 5 月 15 日 5 檢查復算并完成設(shè)計任務書 5 月 16 日到 5 月 22 日 四川理工學院畢業(yè)設(shè)計 1 摘 要 針對 1000m3大型石油液化氣球罐設(shè)計、制造中的幾個關(guān)鍵技術(shù)：球罐選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面進行了研究，完成了如下工作： （ 1） 閱讀 查找 大量國內(nèi)外文獻，在系統(tǒng)了解球罐結(jié)構(gòu)設(shè)計及制造方法的基礎(chǔ)上，并對比國內(nèi)和國外球罐技術(shù)和發(fā)展趨勢， 完成 緒論 的撰寫。球形貯罐和圓筒形貯罐相比 :球罐 具有 金屬耗量少、 投資少 、 占地面積少等優(yōu)點 , 但加工制造及安裝復雜 , 焊接工作量大 , 故安裝費用較高。 國內(nèi)外球罐技術(shù)發(fā)展的方向都是高參數(shù)大型化，球罐大型化可以降低單位容積存儲能力的投資，節(jié)省占地，也節(jié)省了輔助設(shè)施的費用，同時便于管理。 國內(nèi)外球罐的常用鋼種 我國球罐選用的材料主要是國產(chǎn)鋼材，在役國產(chǎn)球罐用材主要有： Q235A、 、 20R、 16Mn、 15MnV、 15MnVR、 15MnVN、 15MnVNR、 16MnDR、09Mn2VDR 及從國外引進的各種球罐材料。該鋼種采用先進的冶煉工藝，鋼材的化學成分、力學性能及冷彎性能得到很好的保證。在制造、檢驗、驗收中還應執(zhí)行 GB500941998《球形儲罐施工及驗收規(guī)范》、 GB66541996《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼厚鋼板》、 JB47262020《壓力容器用碳素鋼和低合金鋼鍛件》、 JB47302020《壓力容器無損檢測》、 JB47082020《鋼制壓力容器焊接工藝評定》、 HG/—87《球形儲罐質(zhì)量等級評定及檢查細則》，球罐安裝質(zhì)量要達到 SHJ514 《石油化工設(shè)備安裝工程質(zhì)量檢驗評定標準》中第八章 “球型儲罐安裝工程 ”中優(yōu)良工程要求。不同分瓣形式分帶的數(shù)量一般不同，混合式的分帶數(shù)一般會比桔瓣式少；由于混合式球罐極帶有 7 塊板組成，桔瓣式只有 3 塊，兩極相加多 8 塊，因此如果兩種分瓣形式的支柱和帶數(shù)完全相四川理工學院畢業(yè)設(shè)計 11 同，混合式球罐的球殼板數(shù)量反而比桔瓣式多一些。 赤道正切柱式支座的結(jié)構(gòu)特點是：多根圓柱狀的支柱在球殼赤道部位等距離布置，與球殼相切或近似相切 (相割 )而焊接起來。其特點是：鋼管焊接在支柱上，形成較穩(wěn)固的剛性結(jié)構(gòu)，能有效防止橫向載荷造成的破壞；可省去大量零部件，不需任何機械加工，制造比較簡單，現(xiàn)場安裝方便；支柱受力情況較好，能承受拉伸和壓縮載荷 (可調(diào)式只能承受拉伸載荷 )。該結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，已被大多數(shù)制造廠采用。 GB1233798增加了 U形柱結(jié)構(gòu)，解決了低溫球罐支柱連接無法解決的難題。 球罐安裝中焊接工作量大，焊接質(zhì)量要求高，不同的球罐鋼有不同的焊接特點和工藝要求，要嚴格按評定合格的焊接工藝執(zhí)行。其中，最主要的是向大型化方向發(fā)展。F 和 WELTEN80。為提高其組裝尺寸精度、改善施焊條件、避免強力組裝，應更好和有效地提高球殼板尺寸精度和組裝間隙尺寸精度等?？紤]到本球罐較大，內(nèi)部檢修時需設(shè)置內(nèi)部旋梯，為便于內(nèi)部旋梯的固定和安裝，確定將上下各一個 ? 500mm 的人孔各置于上下極中央。該材料 ? b=470MPa ， ? s=305 MPa，常溫許用應力 [? ]t=157 MPa。 ；極帶上下各由 7瓣組成，分帶角 90176。 ） 50176。β02 ? arcsin(D 02R )= 180。 支柱結(jié)構(gòu) 支柱 采用無縫鋼管，無縫鋼管的選擇根據(jù)文獻 [18]選擇， 整體 制造，支柱材料采用?4269 mm 的 10 號鋼 制造， 連接焊縫采用全熔透結(jié)構(gòu)。=≤ [ζ]t? = 157 = 計算厚度： δ = 設(shè)計厚度： δd =δ+C2 = + = 名義厚度： δn =δd +C1 = + = 向上圓整后 = 38mm 球罐質(zhì)量計算 球殼平均直徑： Dcp = 12300 +δn2 2 = 12338mm 球殼外徑： Do = 12376mm 球殼質(zhì)量： M1 =πDcp2δnρ1 10。6 = 104N 彎矩計算 ( Fe + Fw )與 Fw的較大值 Fmax： Fe + Fw = 105 + 104 = 105N Fw = 105N Fmax = 105N 力臂： L = ???? ? l = 8000 ? 5500 = 2500 mm 由水平地震力和水平風力引起的最大彎矩： Mmax = Fmax L = 105 2500 = 109 N/mm 支柱計算 單個支柱垂直載荷 （ 1）重力載荷 操作狀態(tài)下的重力載荷： G0 = ngm0 = 10 ? = 105 N 液壓試驗狀態(tài)下的重力載荷： GT = ngmT = 10 ? = 106 N （ 2）支柱的最大垂直載荷 支柱中心圓半徑 ： R = Ri = 6150 mm； 最大彎矩對支柱產(chǎn)生的垂直載荷的最大值： （按 [5]表 19 計算） (Fi)max = RMmax = 9? = 104 N 拉桿作用在支柱上的垂直載荷的最大值： （按 [5]表 19 計算） (Pi。9 = 490822kg 液壓實驗時液體的質(zhì)量： M3 = π6Di3ρ3 10。 支柱和拉桿設(shè)計計算 支柱和拉桿的設(shè)計計算遵循 [5]中 ～ 節(jié)。 球罐支柱與拉桿 球罐連接結(jié)構(gòu)形式的確定 GB1233798 中 要求支柱與球殼的連接為赤道正切式。 ） 14176。極板尺寸按文獻 [1]中的方法，溫帶板和赤道板尺寸按文獻 [14] 中的方法，球罐共有球殼板54塊，其中：極中板 1塊，尺寸見球圖 ；極邊板 2塊，尺寸見圖 ；極側(cè)板 4塊，尺寸見圖 ；赤道板 20 塊，尺寸見圖 ；溫帶板 20 塊，尺寸見圖 。根據(jù) GB/T17261— 1998《鋼制球形儲罐型式與基本參數(shù)》 ，同時充分考慮鋼板廠貨供尺寸，制造廠的球片壓制能力，以及安裝單位現(xiàn)場的安裝能力。 布置在 R2020圓周上的有： DN250 的液化氣進口接管 N5A 和出口接管 N5B。 球罐主要設(shè)計參數(shù)的確定 設(shè)計壓力和設(shè)計溫度 烴類飽和蒸氣壓力與溫度的關(guān)系可以從《煤氣設(shè)計手冊》上冊可以查得，根據(jù)新疆地區(qū)液化石油氣的組成成分特性，查各種溫度下這些成分的飽和蒸氣壓力如表 所示 表 50℃ 溫度下各成分的飽和蒸氣壓力 溫度 ℃ 飽和蒸氣壓力 Mpa (絕 ) 異辛烷 乙烷 丙烷 異丁烷 正丁烷 異 戊烷 正 戊烷 50 0 7 根據(jù)道爾頓分壓定律，計算各種溫度下液化石油氣中各種成分的飽和蒸氣分壓 第 2章 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 表 各種烴類在 50℃ 時的飽和蒸氣分壓 溫度 ℃ 飽和蒸氣壓力 Mpa (絕 ) 異辛烷 乙烷 丙烷 異丁烷 正丁烷 異 戊烷 正 戊烷 50 0 01573 根據(jù)表 計算出 50℃ 時下液化石油氣飽和蒸氣壓力 P=+++++ P= Mpa 因新疆地區(qū)液化石油氣在 50℃ 時飽和蒸氣壓力為 大于 50℃ 時異丁烷的飽和蒸氣壓力（ ），按《容規(guī)》的規(guī)定，取 50℃ 時丙烷的飽和蒸氣壓力 為 （表壓）（據(jù)《容規(guī)》規(guī)定，如果如無特殊要求，均為表壓）。目前，國內(nèi)已部分采用并將大量采用 ? s≥490MPa的高強鋼，這種鋼焊接時裂紋敏感性相對較差，因此必須嚴格執(zhí)行焊接工藝（包括焊條、預熱、后熱等），并對上崗焊工進行嚴格的培訓。隨著相應技術(shù)的發(fā)展，這些制約因素不斷得到解決，又促使球罐大型化的發(fā)展。近年來 TOFD 及相共振等無損檢測新技術(shù)在球罐上也有應用。由于插式接管焊縫是近年來球罐質(zhì)量中出現(xiàn)問題最多的部位之一，在設(shè)計時要求制造廠從坡口開制工藝到焊接工藝及清根方法在工藝上保證完全焊 透 [15]。但因翻邊的寬度有限，且會減薄支柱管壁，對改善支柱與球殼連接最低點的應力作用不明顯。 a)可調(diào)式拉桿 b)固定式拉桿 圖 拉桿結(jié)構(gòu)形式 支柱與球殼連接點下部結(jié)構(gòu) 在支柱與球殼相接的球殼局部區(qū)域中，受力及變形相當復雜，應力數(shù)值高，變化梯度大，是整個球罐中的高應力區(qū)。 （ 1）可調(diào)式拉桿 (如圖 )采用圓鋼加工而成，拉桿與支柱采用銷釘連接， 2 根拉桿立體交叉處留有間隙。 支柱結(jié)構(gòu) 球罐支座是球罐中用以支承球殼及其附件和儲存物料重量的結(jié)構(gòu)部件，有柱式和裙式兩種形式。 （ 3）混合式球罐的球殼組成是：赤道帶和溫帶采用桔瓣式，極板采用足球瓣式。 （ 4） 日本產(chǎn) 610CF 鋼是近年來推出的具有低裂紋敏感性和韌度較高，焊接性能優(yōu)良的鋼種，鋼的碳當量 eqC 和焊接裂紋敏感性系數(shù) cmP 均相對較低，因此焊接性能優(yōu)良，且國內(nèi)部分設(shè)計、制造和組焊單位已較好掌握該鋼種的特性。 幾種典型球罐用鋼的優(yōu)劣對比 （ 1） 07MnCrMoVR 鋼是我國 “七五 ”期間開發(fā)出來的新鋼種，該鋼的力學性能相當于 WELTEN62CF 鋼的實際水平。 球罐是一個大型、復雜的焊接殼體結(jié)構(gòu)，它涉及到材料科學、殼體結(jié)構(gòu)理論、塑性加工技術(shù)、焊接技術(shù)、熱處理技術(shù)、無損檢測技術(shù)、斷裂力學等多學科和技術(shù)領(lǐng)域，對球罐設(shè)計方法和理論、選材和材料評價體系、高性能材料的焊接及熱處理技術(shù)、大板片第 1章 緒論 8 球罐制造技術(shù) 的理論和實際都有重要作用。 球形儲罐與其他型式的壓力容器比較，有許多突出的優(yōu)點。 關(guān)鍵詞： 球形儲罐；容器用鋼；結(jié)構(gòu)； 強度計算 ABSTRACT 2 ABSTRACT With the rapid development of social economy and the increasing of people39。 （ 2） 對球罐選材進行分析比較，對球罐進行工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計和尺寸計算；根據(jù)GB1233798《鋼制球形儲罐》對球罐進行結(jié)構(gòu)與強度設(shè)計計算。一般單罐容積大于 2003m 或貯存總量大于 500 3m 選用球形 儲罐 比較經(jīng)濟 ； 而圓筒形貯罐具有加工制造安裝簡單 , 安裝費用少等優(yōu)點 , 但金屬耗量大占地面積大 , 所以在單罐容積小于 100 3m 或 總貯量小于 500 3m 選用臥式貯罐比較經(jīng)濟。國外先進工業(yè)國家開展石油液化氣球罐大型化工作較早，技術(shù)水平較高，建造 1000025000 3m 大型球罐已相當普遍，如文獻 [2]介紹，日本 1968 年制成了容量 20200 3m 的大型球罐， 1985 年日本新日鐵公司為日本西部瓦斯用本公司生產(chǎn)的 WELTEN80C 型高強度鋼制造一臺大型球罐，設(shè)計壓力 、直徑為 、容積為 26700 m3。到二十世紀末為止，我國建設(shè)的球罐主要選用 16MnR，約占總量的 85%左右，進入 21 世紀以后據(jù)國家標準 GB1233798《鋼制球形儲罐》規(guī)定，球罐用材可選 20R、 16MnR、 15MnVR、 15MnVNR、 16MnDR、 09Mn2VDR，國產(chǎn)低溫球罐可選用 07MnCrMoVR、 07MnNiCrMoVDR（ CF 鋼）。 15MnNbR 具有良好的綜合性能 [9]，