【導(dǎo)讀】計(jì)依據(jù)，綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的制造技術(shù)設(shè)計(jì)了3000m3液氨儲(chǔ)罐。在以安全為原則的基礎(chǔ)。稱直徑為18000mm、壁厚為44mm的大型球罐。本設(shè)計(jì)在選材方面考慮了多種材料的。特性，最后確定Q345R為本球罐的材料。同樣，本設(shè)計(jì)在球罐選型及支撐方式的選擇。上也應(yīng)用多種形式作比較最終確定混合式結(jié)構(gòu)、可調(diào)式拉桿支撐最合理。及穩(wěn)定性校核，校核結(jié)果顯示本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)既安全又經(jīng)濟(jì)。不同的特點(diǎn)，制定了各條焊縫的具體焊接順序和坡口形式，并選擇了焊接工藝參數(shù)。試驗(yàn)等，本文也都進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析和說(shuō)明，并介紹了相應(yīng)的處理方法和注意事項(xiàng)。

　　

【正文】 RD?? 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 i n9000222s i n22 21?????????? ?? HRM?? 8 0 0 r c s i r c s i n290 03 ???????? RM?? i n2 2a r c s i n22s i n2 2a r c s i n2 34 ??????? ????????????? ??????? ?? 弧長(zhǎng) mmRB 21 ????? ??? 弦長(zhǎng) mmRB 2 i n900022s i n2 21 ????????????????? ? 弦長(zhǎng) mmLLBD 23121 ?????? 弧長(zhǎng) mmRDRD r c s i n3142a r c s i n90 ?????????????????? ?? 弧長(zhǎng) mmRL 42 ????? ??) 弦長(zhǎng) mmRL 2 i n900022s i n2 32 ????????????????? ? 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。本設(shè)計(jì)采用柱式支座，支柱與球殼的連接為赤道正切型式。 赤道正切柱式支座結(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（相割）而焊接起來(lái)。支柱支撐球罐的重量，同時(shí)承受地震、風(fēng)載等外載荷。為保證球罐的穩(wěn)定性，在支柱之間用拉桿相連。 支柱 支柱由圓管（一般由無(wú)縫鋼管或鋼板卷制）、底板、蓋板三部分組成。對(duì)于常溫球罐，應(yīng)采用雙段式支柱形式。上下兩段支柱采用相同尺寸圓管或圓筒組成，且上段設(shè)計(jì)高度不宜小于支柱總長(zhǎng)的 1/3 。按常溫球罐設(shè)計(jì)要求，上段支柱采用與殼體相同的常溫材料，下段支柱可采用一般碳鋼。因此確定上段支柱的材料為 Q235B 鋼管，下段支柱沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 的材料為 Q235B 鋼管。 為了避免施焊中產(chǎn)生裂紋，所以此處連接選擇無(wú)墊板結(jié)構(gòu) .常溫球罐應(yīng)避免結(jié)構(gòu)形狀的突變，半球式結(jié)構(gòu)受力合理，圓滑過(guò)渡。支柱與球殼連接下部結(jié)構(gòu)，采用直接連接的結(jié)構(gòu)形式。 底板 支柱底板上開(kāi)設(shè)地腳螺栓孔時(shí)，應(yīng)為徑向長(zhǎng)圓孔，以便于球罐整體焊后熱處理過(guò)程中，由于熱脹冷縮使支柱徑向移動(dòng)。底板的材料選用 Q235B 鋼板。底板中心應(yīng)設(shè)置通孔。 拉桿 拉桿是作為承受風(fēng)載荷及地震載荷的部件，增加球罐穩(wěn)定性而設(shè)置。 本球罐選用單層交叉可調(diào)式拉桿，拉桿分成長(zhǎng)短兩段，用可調(diào)螺母連接，以調(diào)節(jié)拉桿的松緊度。拉桿的材料選用 Q235B 鋼。 人孔和接管 人孔結(jié)構(gòu) 人孔結(jié)構(gòu)的作用 初選球殼板厚度大于 16mm，根據(jù)文獻(xiàn)規(guī)定，球殼板厚度大于或等于 16mm 的低合金鋼制常 溫球罐應(yīng)進(jìn)行焊后整體熱處理。 人孔結(jié)構(gòu)的選用 本球罐設(shè)有兩個(gè)人孔，分別設(shè)置在上下極帶的中心，直徑選用 DN500。本設(shè)計(jì)為工作壓力≥ 的常溫球罐，在上極帶采用水平吊蓋整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)人孔，在下極帶采用回轉(zhuǎn)蓋整體鍛件凸緣補(bǔ)強(qiáng)人孔 ,對(duì)應(yīng)凸緣材料選用 Q345R。 接管結(jié)構(gòu) 球罐的開(kāi)孔應(yīng)盡量設(shè)計(jì)在上、下極帶上，便于集中控制，并保證接管焊接部位質(zhì)量。在上極帶只開(kāi)設(shè)兩個(gè)安全閥口，其余管口均開(kāi)設(shè)在下極帶上。為了保證焊接質(zhì)量，接管均采用厚壁管補(bǔ)強(qiáng)，接管材料選用 Q235B。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 球罐的附件 梯子平臺(tái) 在球罐設(shè)計(jì)時(shí)，為了使球罐便于日常操作、檢修，在球罐外部一般設(shè)置頂平臺(tái)及直達(dá)頂平臺(tái)的梯子。對(duì)于常溫操作球罐，需經(jīng)常對(duì)球殼內(nèi)外壁焊縫進(jìn)行檢查， 1000m179。以下的小型球罐不必設(shè)置內(nèi)部轉(zhuǎn)梯，可以采用直梯，架設(shè)若干腳手架來(lái)實(shí)現(xiàn)內(nèi)側(cè)焊縫的檢查。 液位計(jì) 根據(jù)球罐儲(chǔ)存介質(zhì)、設(shè)計(jì)壓力、溫度等條件選用 B 型防霜液位計(jì)，公稱壓力，翅片涂紫色標(biāo)志，布置在球罐的下極帶。 安全閥 為防止球罐運(yùn)轉(zhuǎn)異常造成內(nèi)壓超過(guò)設(shè)計(jì)壓力，應(yīng)在氣相部分設(shè)置安全閥。本球罐在上極帶設(shè)置 兩個(gè)安全閥。安全閥型號(hào)為 A41Y/F， A41 型彈簧微啟式安全閥 (封閉型 )，該類(lèi)型安全閥采用彈簧直接載荷式，法蘭連接，整體封閉式結(jié)構(gòu)。 溢流閥 系統(tǒng)正常工作時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉。只有負(fù)載超過(guò)規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過(guò)調(diào)定壓力）時(shí)開(kāi)啟溢流，進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，使系統(tǒng)壓力不再增加。本球罐選用直動(dòng)型溢流閥。 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(wèn)題，這是 — 般靜設(shè)備 的 基礎(chǔ)都共有的基本問(wèn)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 。 — 般球罐容積比較大，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(chǎng)組焊成球，現(xiàn)場(chǎng)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。 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 3 焊接性分析 材料的焊接性分析 Q345R 的化學(xué)成分和力學(xué)性能 球殼板采用 Q345R 低碳低合金鋼， 其化學(xué)成分和力學(xué)性能分別見(jiàn)表 31 和表 32。 表 31 Q345R 的化學(xué)成分 /% 鋼號(hào) C Si Mn P S Q345R ≤ ～ ～ ≤ ≤ 表 32 Q345R 的力學(xué)性能 鋼號(hào) 板厚 mm 狀態(tài) s? (MPa） b? (MPa） 伸長(zhǎng)率 （ %） 室溫沖擊功 （ αkv /J） Q345R 16～ 36 正火 ≥325 500～ 630 ≥21 ≥34（橫向） Q345R 鋼是低合金高強(qiáng)度鋼。其含有一定的合金元素及微合金化的元素，其焊接性與碳鋼有差別，主要是焊接熱影響區(qū)組織與性能的變化對(duì)焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對(duì)氫致裂紋有敏感性較大，含有碳、氮化合物形成元素的低合金高強(qiáng)度鋼還存在再熱裂紋的危險(xiǎn)等。 其含 C 量小于等于 、 Mn 含量在 、 Si 的 含量在 、 Ni、 Mo、Cr、 Nb、 Al、 V含量都為零。 S 的含量小于等于 、 P 的含量小于等于 。 低合金高強(qiáng)度鋼中 W（ C） 一般控制在 %以下，為了卻保鋼的強(qiáng)度和韌性，通過(guò)添加適量的 Mn、 Mo 等合金元素及 V、 Nb、 Ti、 Al 等微量合金化元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥?lái)保證鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。由于低合金高強(qiáng)鋼具有良好的焊接性、優(yōu)良的可成形性及較低的制造成本，因此，被廣泛的應(yīng)用于壓力容器、車(chē)輛、橋梁、建筑、機(jī)械海洋結(jié)構(gòu)、船舶等制造中，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié) 構(gòu)材料之一。 Q345R 作為常溫壓力容器用鋼或厚板結(jié)構(gòu)時(shí)，為改善常溫韌性，也可在正火處理后使用。 Q345R 的焊接性 ：對(duì)于此類(lèi)鋼，一般含碳量都較低，含錳量又較高，因而 w（ Mn） /w(S)較高，具有較好的抗熱裂紋能力。但是，當(dāng)材料成分不合格而發(fā)生嚴(yán)重偏析或局部含碳、硫量很高時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)熱裂紋。 ：此類(lèi)鋼由于含有少量的合金元素而增加了淬硬性，其冷裂傾向比低碳鋼沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 要大一些。其在焊接快冷時(shí)會(huì)出現(xiàn)少量的鐵素體、珠光體及貝氏體和大量的馬氏體。因此，其冷裂傾向比低碳鋼大。 ：此 類(lèi)鋼由于不含強(qiáng)炭化物形成元素，因而對(duì)再熱裂紋不敏感。 ：層狀撕裂往往出現(xiàn)在鋼制結(jié)構(gòu)的施焊或使用過(guò)程中，是軋制板材中存在層狀?yuàn)A雜物條件下，在板材厚度方向受到較大拉應(yīng)力時(shí)產(chǎn)生的。一般來(lái)講，層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼材的種類(lèi)和強(qiáng)度級(jí)別的限制，但與板厚有關(guān)，一般板厚在 16mm 以下就不易產(chǎn)生層狀撕裂。 ：其產(chǎn)生脆化的原因是因?yàn)楹剂坎煌?。?dāng)碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏于下限（ %）時(shí)，脆化一般是由于過(guò)熱區(qū)晶粒粗化而形成魏氏體組織造成的；當(dāng)含碳量較高時(shí)，除了由于形成魏氏體組織而脆化外，在發(fā)生偏析等情況 下還有可能出現(xiàn)由于形成高碳馬氏體組織而引起的脆化。 熱影響區(qū)的軟化很少發(fā)生。 焊接性分析 碳當(dāng)量（ CE） 根據(jù)國(guó)際焊接學(xué)會(huì) （ Ⅱ W） 所采用的碳當(dāng)量 （ CE） 計(jì)算公式 : )(5156CCE00VMoCrCuNiMn ??????? 將 Q345R 所含化學(xué)成分的相應(yīng)數(shù)值代入上式，計(jì)算碳當(dāng)量。通過(guò)計(jì)算得出， Q345R 的碳當(dāng)量 CE=%～ %。 當(dāng) CE=%～ %，鋼的淬硬傾向逐漸增加，所以 Q345R 屬于有淬硬傾向的鋼。但是，當(dāng) CE 不超過(guò) %時(shí)，淬 硬傾向尚不嚴(yán)重，焊接性較好，但隨著板厚增加需要采取一定的預(yù)熱措施， 預(yù)熱溫度為 120～ 140℃。 裂紋敏感性指數(shù)（ Pc） 碳當(dāng)量與焊接熱影響區(qū)硬度有一定的關(guān)系，一般材料的強(qiáng)度越高，其焊接熱影響區(qū)的硬度也越高，出現(xiàn)裂紋的可能性就越大。但大量研究表明，由此判斷裂紋出現(xiàn)的可能性還不夠完全，因而將拘束度（材料厚度）和開(kāi)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： ( 1. 2))(5B60H600 h60Ni10V5130S20 CrCuCPc 00??????????? MoiMn 式中 h——鋼板厚度， mm 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 H——焊縫中氫含量， ml/100g。 Pc 時(shí)，裂紋 出現(xiàn)的幾率就大， Pc≤。裂紋發(fā)生的幾率就小，所以為控制裂紋敏感性指數(shù)（ Pc） ，需要對(duì)焊接材料焊前要烘干處理，對(duì)焊縫進(jìn)行焊后消氫處理。 焊接方法與填充材料的選擇 焊接方法為手工電弧焊。 焊接材料如下：球殼板主體焊接采用 J507 焊條，球罐附件焊接采用 J427 焊條，關(guān)于焊條的具體要求見(jiàn)表 33。 表 33 焊接材料表 母材 焊條 /規(guī)格 烘干溫度 /時(shí)間 球殼板 Q345R J507/ 350～ 380℃ /1h 梯子、平臺(tái) Q235 J427/ 300～ 350℃ /1h 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 4 球罐強(qiáng)度計(jì)算及穩(wěn)定性校核 設(shè)計(jì)條件 設(shè)計(jì)壓力： p= 設(shè)計(jì)溫度： 20~40℃ 球殼內(nèi)直徑 ： mmD 180000 ? 儲(chǔ)存物料：液氨 接管材料選： Q345B 支柱材料選： Q235B 拉桿選： 40MnB 底板選： Q235B 球殼計(jì)算 計(jì)算壓力 靜夜柱高度按 RKKH ]13 12)1(21ar c t anc o s2[ ??????? 代入數(shù)據(jù)解得 H=13600mm 設(shè)計(jì)壓力： P= 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 圖 41 球殼各帶的物料靜夜柱高度 球殼各帶的物料靜夜柱高度 h1=0mm h2=1155mm h3=8043mm h4=11739mm h5=13600mm 物料密度 2? =480kg/m3 重力加速度 g=球殼各帶計(jì)算壓力： 92 10 ???? ghpp ici ? MPapc ? M P aghpp c 1 5 99222 ????????? ??? M P aghpp c 0 4 99233 ????????? ??? M P aghpp c 6 5 8 01 1 7 3 99244 ????????? ??? M P aghpp c 6 6 8 01 3 6 0 99255 ????????? ??? 沈陽(yáng)理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 . 2 球殼各帶的厚度計(jì)算 Di— 球殼內(nèi)直徑， 18000mm； ??t? — 設(shè)計(jì)溫度下球殼材料 Q345R 的許用應(yīng)力， 157MPa； φ— 焊接接頭系數(shù)， ； C— 厚度附加量， mmCCC 21121 ????? ； mmCpDp ct icd 1 8 0 0 ][4 111 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd 0 5 74 1 8 0 0 06 0 ][4 222 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd 4 5 74 1 8 0 0 06 4 ][4 333 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd 1 8 0 0 ][4 444 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd 6 5 74 1 8 0 0 06 6 ][4 555 ???? ????? ??? 取球殼的名義厚度 mmn 44?? 球罐質(zhì)量計(jì)算 球罐平均直徑： mmDcp 18044? 球殼材料密度 。 31 /7850 mkg?? 充裝系數(shù)： K= 水的密度： 33 /1000 mkg?? 球殼外徑： mmD 180880 ? 基本雪壓： 2/300 mNq ? （以沈陽(yáng)地區(qū)五十年一遇最大雪壓選?。? 球面積雪系數(shù)： ?sC 球殼質(zhì)量： kgDm ncp 3 5 3 1 1 6107 8 5 0441 8 0 4