【正文】 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，球罐的板厚只需圓筒形容器板厚的一半。 中國球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究報告闡述了世界球罐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷程，分析了中國球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與差距，開創(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，從四個維度即“以人為本”“科技創(chuàng)新”“環(huán)境友好”和“面向未來 ”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)”及替代品的評價體系和量化指標(biāo)體系，從全新的角度對中國球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展就進(jìn)行了全面的研究。 關(guān)鍵詞： 球形儲罐，壓力容器，支柱結(jié)構(gòu) Abstract With the improvement of prehensive national strength and the world of science and technology level, the manufacturing level of spherical tank is highspeed development. In recent years, China39。 這次 設(shè)計主要按照 GB12337— 1998《鋼制球形儲罐設(shè)計》進(jìn)行設(shè)計 。以結(jié)構(gòu)強度的設(shè)計計算為主，從基礎(chǔ)理論、設(shè)計方法、結(jié)構(gòu)分析、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的闡述。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。球罐不同時期受著不同因素的制約。 由于這些特點，再加上球罐基礎(chǔ)簡單、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。壓力屬于中等（視該溫度下介質(zhì)的飽和蒸氣壓而定）。 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。 輻射作用對人體有極大的危害性，因此對儲存輻射介質(zhì)的球罐在設(shè)計制造方面和安全防護(hù)上須有嚴(yán)格的要求。 （ 3）計算壓力 計算壓力指在相應(yīng)設(shè)計溫度下，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。 設(shè)計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。需要時，應(yīng)計入其他載荷所需的厚度。 需要時，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 包括壓力急劇波動的沖擊載荷； ⑩ 沖擊反力，如由流體沖擊引起的反力等。 表 12螺栓材料許用應(yīng)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 焊接接頭系數(shù) 焊接接頭系數(shù)是用來補償元件焊接連接部分的強度削弱。氣密性試驗應(yīng)在壓力實驗合格后進(jìn)行。 氣密性試驗壓力按下式確定： (18) 式中 P— 設(shè)計壓力， MPa； — 試驗壓力， MPa。 （ 3）用于球殼的下列鋼板，當(dāng)球罐的設(shè)計溫度和鋼板厚度符合下列情況時，應(yīng)每批取一張鋼板進(jìn)行夏比 (V 型缺口 )低溫沖擊試驗。 表 22 鋼板的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗溫度 鋼號 使用狀態(tài) 厚度 ,mm 最低沖擊試驗溫度，℃ 16MnR 熱軋 20 正火 07MnCrMoVR 調(diào)質(zhì) 20 16MnDR 正火 40 30 07MnNiCrMoVR 調(diào)質(zhì) 40 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： 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。 表 23 鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力 鋼號 鍛件標(biāo) 準(zhǔn) 公稱厚度， mm 常溫強度指標(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 450 275 150 150 147 135 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 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 28 標(biāo)準(zhǔn)、使用狀態(tài)及許用應(yīng)力 鋼號 鋼材標(biāo)準(zhǔn) 鋼材使用狀態(tài) 螺柱規(guī)格，mm 常溫強度指標(biāo) 在下列溫度（）下的許用應(yīng)力， MPa MPa MPa 100 150 200 Q235A 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) 835 735 210 190 185 179 805 685 228 206 199 196 40Cr GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 805 685 196 176 171 165 765 805 212 189 183 180 30CrMoA GB/T 調(diào)質(zhì) 765 550 157 141 137 134 3077 660 500 167 150 145 142 660 500 185 167 161 157 35CrMoA GB/T 3077 調(diào)質(zhì) 855 735 210 190 185 143 660 685 228 206 199 196 805 685 254 229 221 218 735 590 219 196 189 185 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。試驗結(jié)果應(yīng)符合表 29 的規(guī)定，表中沖擊功的規(guī)定值系三個試樣試驗結(jié)果的平均值，允許有一個試樣的試驗結(jié)果小于規(guī)定值，但不得小于規(guī)定值的 70％。各項指標(biāo)應(yīng)符合 GB/T 511 GB/T 511 GB/T 984 等標(biāo)準(zhǔn)的有關(guān)規(guī)定。 國內(nèi)自行設(shè)計、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。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)了許多混合結(jié)構(gòu)的大型球罐，通過對引進(jìn)球 罐的消化、吸收、開發(fā)研究、施工、檢測，已經(jīng)基本掌握了這種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計、制造、組裝和焊接技術(shù)。 支撐主要可分成柱式支撐和裙式支撐兩大類。 支柱應(yīng)采用鋼管制作。 圖 35 支柱底板中心通孔設(shè)置 拉 桿結(jié)構(gòu)可分為有可調(diào)式（圖 36）和固定式（圖 37）兩種。通常球罐上應(yīng)設(shè)有兩個人孔，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）。sQ235 B , =235MP a? 翼板厚度 : 39。 靜液柱高度按 將式中的中括號部分設(shè)定為，則變?yōu)椋?H= 查表可得當(dāng) K=， 解得 H= 設(shè)計壓力： p= 球殼各帶的物料液柱高度 (如圖 41所示 )。 雖然固定式拉桿與可調(diào)式拉桿相比，制造加工簡單，不需機械加工施工方便，拉桿也可承受拉伸和壓縮載荷等優(yōu)點，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。 支柱頂部應(yīng)設(shè)有球形或橢圓形的防雨蓋板。赤道正切柱式支柱結(jié)構(gòu)特點：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。 圖 33三帶混合球罐 圖 34 支柱各部部分名稱 1極邊板； 2極側(cè)板； 1地腳螺栓； 2下支耳； 3通氣口； 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沉降測定板； 11接地板； 12底板； 13基礎(chǔ) 支柱的各部分名稱如圖 34。 橘瓣式結(jié)構(gòu)較靈活，按照原材料的大小及壓機跨度的尺寸，可設(shè)計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。 表 212 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 E431 E4316 E6015X、 E6016X E501 E5016 J607RH E5515X、 E5516X 藥芯焊絲 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 概況 球 罐結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計必須考慮多種因素：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。 表 210 鋼號及沖擊試驗要求 鋼號 規(guī)格， mm 最低沖擊試驗溫 度，℃ 30CrMoA 100 35CrMoA 100 70 40CrNiMoA 70 50 與各螺柱用鋼組合使用的螺母用鋼可按表 2 11選用。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。 因尺寸限制無法 制備 小尺寸沖擊試樣的鋼管，免做沖擊試驗，各鋼管的最低設(shè)計溫度按表 27的規(guī)定。接管采用鍛件，增大自身補強，達(dá)到減少應(yīng)力突變的目的。 鋼板的標(biāo)準(zhǔn)、使用狀態(tài)及許用應(yīng)力按表 21的規(guī)定。 當(dāng)設(shè)計溫度高于 2OO℃時，其許用應(yīng)力值按 GB 150 的規(guī)定。保持壓力 15 分鐘，檢查壓力表有無降壓，用肥皂水涂刷所有焊縫和接管法蘭口檢查有無泄漏。 （ 2）壓力試驗前的應(yīng)力校核 壓力試驗前，應(yīng)按下列校核球殼應(yīng)力： (17) 式中 — 試驗壓力下球殼的應(yīng)力， MPa； — 試驗壓力， MPa； — 球殼內(nèi)直徑， mm； — 球殼的有效厚度， mm。 腐蝕裕量為防止球罐元件由于腐蝕、機械磨損而導(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金屬材料的腐蝕速率確定腐蝕裕量； ② 球罐各元件受到的腐蝕程度不同時，可采用不同的腐蝕裕量； ③ 腐蝕裕量取值不小于 1mm。（不包括加工裕量）。 元件的金屬溫度可用傳熱計算求得。該壓力是根據(jù)球殼的有效厚度計算所得，且取最小值。 （ 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。 球殼結(jié)構(gòu)為桔瓣式或混合式，支座為支柱支撐。 目前國內(nèi)使用的球罐，設(shè)計溫度一般在 40之間。 ? 常溫球罐 如液化石油氣（ LPG）、氨、氧、氮等球罐。 球罐的特點 球罐與常用的圓筒形容器相比有以下特點： ? 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。 國內(nèi)外發(fā)展情況 中國球罐產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動密集型產(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、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模縮小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 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 ， 球殼采用的是三帶混合式，球殼分塊少，板材利用率高，制造工作量小，焊縫短，焊縫個數(shù)少，檢驗量小，施工速度快，使球罐的施工質(zhì)量易于保證，拉桿結(jié)構(gòu)采用可調(diào)節(jié)式拉桿，使球罐平衡易于調(diào)節(jié)。近年來，我國在石油化工，合成氨，城市燃?xì)獾慕ㄔO(shè)中，大型化球形容器得到了廣泛應(yīng)用。 本球罐在 的設(shè)計壓力、常溫的設(shè)計溫度下設(shè)計，設(shè)計厚度為 46mm。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。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。 球罐可按不同方式 分 類，如按儲存溫度、結(jié)構(gòu)形式等。 ? 深冷球罐 這類球罐的設(shè)計溫度在 100以下。因為采用高合金鋼等