【導讀】計依據(jù)，綜合國內(nèi)外現(xiàn)有的制造技術設計了3000m3液氨儲罐。在以安全為原則的基礎。稱直徑為18000mm、壁厚為44mm的大型球罐。本設計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，本設計在球罐選型及支撐方式的選擇。上也應用多種形式作比較最終確定混合式結構、可調(diào)式拉桿支撐最合理。及穩(wěn)定性校核，校核結果顯示本設計的結構既安全又經(jīng)濟。不同的特點，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)。試驗等，本文也都進行了簡要的分析和說明，并介紹了相應的處理方法和注意事項。

　　

【正文】 i n22 21?????????? ?? HRM?? 00 2a rc s i rc s i n290 03 ???????? RM?? i n2 2a rc s i n22s i n2 2a rc s i n2 34 ??????? ????????????? ??????? ?? 弧長 mmRB 180 21 ????? ??? 弦長 mmRB 2 i n900022s i n2 21 ????????????????? ? 弦長 mmLLBD 7 8 7 0 7 4 3 4 9 23121 ?????? 弧長 mmRDRD 000 rc s i n3142a rc s i n90 ?????????????????? ?? 弧長 mmRL 42 ????? ??) 弦長 mmRL 542 i n90 0022s i n2 32 ????????????????? ? 支座設計 球罐支座是球罐中用以支撐本體質量和儲存物料質量的結構部件。本設計采用柱式支座，支柱與球殼的連接為赤道正切型式。 赤道正切柱式支座結構特點：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（相割）而焊接起來。支柱支撐球罐的重量，同時承受地震、風載等外載荷。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（一般由無縫鋼管或鋼板卷制）、底板、蓋板三部分組成。對于常溫球罐，應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，且上段設計高度不宜小于支柱總長的 1/3 。按常溫球罐設計要求，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，下段支柱沈陽理工大學學士學位論文 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墊板結構 .常溫球罐應避免結構形狀的突變，半球式結構受力合理，圓滑過渡。支柱與球殼連接下部結構，采用直接連接的結構形式。 底板 支柱底板上開設地腳螺栓孔時，應為徑向長圓孔，以便于球罐整體焊后熱處理過程中，由于熱脹冷縮使支柱徑向移動。底板的材料選用 Q235B 鋼板。底板中心應設置通孔。 拉桿 拉桿是作為承受風載荷及地震載荷的部件，增加球罐穩(wěn)定性而設置。 本球罐選用單層交叉可調(diào)式拉桿，拉桿分成長短兩段，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 人孔結構 人孔結構的作用 初選球殼板厚度大于 16mm，根據(jù)文獻規(guī)定，球殼板厚度大于或等于 16mm 的低合金鋼制常 溫球罐應進行焊后整體熱處理。 人孔結構的選用 本球罐設有兩個人孔，分別設置在上下極帶的中心，直徑選用 DN500。本設計為工作壓力≥ 的常溫球罐，在上極帶采用水平吊蓋整體鍛件凸緣補強人孔，在下極帶采用回轉蓋整體鍛件凸緣補強人孔 ,對應凸緣材料選用 Q345R。 接管結構 球罐的開孔應盡量設計在上、下極帶上，便于集中控制，并保證接管焊接部位質量。在上極帶只開設兩個安全閥口，其余管口均開設在下極帶上。為了保證焊接質量，接管均采用厚壁管補強，接管材料選用 Q235B。 沈陽理工大學學士學位論文 16 球罐的附件 梯子平臺 在球罐設計時，為了使球罐便于日常操作、檢修，在球罐外部一般設置頂平臺及直達頂平臺的梯子。對于常溫操作球罐，需經(jīng)常對球殼內(nèi)外壁焊縫進行檢查， 1000m179。以下的小型球罐不必設置內(nèi)部轉梯，可以采用直梯，架設若干腳手架來實現(xiàn)內(nèi)側焊縫的檢查。 液位計 根據(jù)球罐儲存介質、設計壓力、溫度等條件選用 B 型防霜液位計，公稱壓力，翅片涂紫色標志，布置在球罐的下極帶。 安全閥 為防止球罐運轉異常造成內(nèi)壓超過設計壓力，應在氣相部分設置安全閥。本球罐在上極帶設置 兩個安全閥。安全閥型號為 A41Y/F， A41 型彈簧微啟式安全閥 (封閉型 )，該類型安全閥采用彈簧直接載荷式，法蘭連接，整體封閉式結構。 溢流閥 系統(tǒng)正常工作時，閥門關閉。只有負載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調(diào)定壓力）時開啟溢流，進行過載保護，使系統(tǒng)壓力不再增加。本球罐選用直動型溢流閥。 球罐對基礎的要求 球罐的基礎用于支撐球罐本體、附件及操作介質和水壓試驗時水的重量 。 一般采用鋼筋混凝土結構。球罐基礎主要是承受靜載荷的作用。由于土壤的土質構造不同會產(chǎn)生不均勻沉降問題，這是 — 般靜設備 的 基礎都共有的基本問題。 (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時重量較大。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)場的組裝基準是從基礎上找的，因此，球罐的基礎精廈要求比較高。 (3)球罐采用柱式支撐，當?shù)鼗l(fā)生局部下陷的 時候，將會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％ 左右的應力。為了盡可能達到均勻下沉 。 應把基礎設計成耐扭曲的 環(huán)形基礎。另外，對設置在地震區(qū)的球罐采用環(huán)形基礎也是必要的。 沈陽理工大學學士學位論文 17 3 焊接性分析 材料的焊接性分析 Q345R 的化學成分和力學性能 球殼板采用 Q345R 低碳低合金鋼， 其化學成分和力學性能分別見表 31 和表 32。 表 31 Q345R 的化學成分 /% 鋼號 C Si Mn P S Q345R ≤ ～ ～ ≤ ≤ 表 32 Q345R 的力學性能 鋼號 板厚 mm 狀態(tài) s? (MPa） b? (MPa） 伸長率 （ %） 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焊接熱輸入較敏感，熱影響區(qū)淬硬傾向增大，對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度鋼還存在再熱裂紋的危險等。 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 。 低合金高強度鋼中 W（ C） 一般控制在 %以下，為了卻保鋼的強度和韌性，通過添加適量的 Mn、 Mo 等合金元素及 V、 Nb、 Ti、 Al 等微量合金化元素，配合適當?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥肀ＷC鋼材具有優(yōu)良的綜合力學性能。由于低合金高強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，被廣泛的應用于壓力容器、車輛、橋梁、建筑、機械海洋結構、船舶等制造中，已成為大型焊接結構中最主要的結 構材料之一。 Q345R 作為常溫壓力容器用鋼或厚板結構時，為改善常溫韌性，也可在正火處理后使用。 Q345R 的焊接性 ：對于此類鋼，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，當材料成分不合格而發(fā)生嚴重偏析或局部含碳、硫量很高時，也會出現(xiàn)熱裂紋。 ：此類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理工大學學士學位論文 18 要大一些。其在焊接快冷時會出現(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 類鋼由于不含強炭化物形成元素，因而對再熱裂紋不敏感。 ：層狀撕裂往往出現(xiàn)在鋼制結構的施焊或使用過程中，是軋制板材中存在層狀夾雜物條件下，在板材厚度方向受到較大拉應力時產(chǎn)生的。一般來講，層狀撕裂的產(chǎn)生不受鋼材的種類和強度級別的限制，但與板厚有關，一般板厚在 16mm 以下就不易產(chǎn)生層狀撕裂。 ：其產(chǎn)生脆化的原因是因為含碳量不同而異。當碳的質量分數(shù)偏于下限（ %）時，脆化一般是由于過熱區(qū)晶粒粗化而形成魏氏體組織造成的；當含碳量較高時，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 碳當量（ CE） 根據(jù)國際焊接學會 （ Ⅱ W） 所采用的碳當量 （ CE） 計算公式 : )(5156CCE00VMoCrCuNiMn ??????? 將 Q345R 所含化學成分的相應數(shù)值代入上式，計算碳當量。通過計算得出， Q345R 的碳當量 CE=%～ %。 當 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 CE 不超過 %時，淬 硬傾向尚不嚴重，焊接性較好，但隨著板厚增加需要采取一定的預熱措施， 預熱溫度為 120～ 140℃。 裂紋敏感性指數(shù)（ Pc） 碳當量與焊接熱影響區(qū)硬度有一定的關系，一般材料的強度越高，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 的計算公式： ( 1 . 2 ))(5B60H600 h60Ni10V5130S20 CrCuCPc 00??????????? MoiMn 式中 h——鋼板厚度， mm 沈陽理工大學學士學位論文 19 H——焊縫中氫含量， ml/100g。 Pc 時，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） ，需要對焊接材料焊前要烘干處理，對焊縫進行焊后消氫處理。 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，關于焊條的具體要求見表 33。 表 33 焊接材料表 母材 焊條 /規(guī)格 烘干溫度 /時間 球殼板 Q345R J507/ 350～ 380℃ /1h 梯子、平臺 Q235 J427/ 300～ 350℃ /1h 沈陽理工大學學士學位論文 20 4 球罐強度計算及穩(wěn)定性校核 設計條件 設計壓力： p= 設計溫度： 20~40℃ 球殼內(nèi)直徑 ： mmD 180000 ? 儲存物料：液氨 接管材料選： Q345B 支柱材料選： Q235B 拉桿選： 40MnB 底板選： Q235B 球殼計算 計算壓力 靜夜柱高度按 RKKH ]13 12)1(21a r c t a nc o s2[ ??????? 代入數(shù)據(jù)解得 H=13600mm 設計壓力： P= 沈陽理工大學學士學位論文 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 99244 ????????? ??? M P aghpp c 99255 ????????? ??? 沈陽理工大學學士學位論文 22 . 2 球殼各帶的厚度計算 Di— 球殼內(nèi)直徑， 18000mm； ??t? — 設計溫度下球殼材料 Q345R 的許用應力， 157MPa； φ— 焊接接頭系數(shù)， ； C— 厚度附加量， mmCCC 21121 ????? ； mmCpDp ct icd 18 ][4 111 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 222 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 333 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 444 ???? ????? ??? mmCpDp ct icd ][4 555 ???? ????? ??? 取球殼的名義厚度 mmn 44?? 球罐質量計算 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 ? （以沈陽地區(qū)五十年一遇最大雪壓選?。? 球面積雪系數(shù)： ?sC 球殼質量： kgDm ncp 3 5 3 1 1 6107 8 5 0441 8 0 4 410 929121 ???????? ?? ???? 沈陽理工大學學士學位論文 23 物料質量： kgKDmi 939232 ???????? ?? ??? 液壓試驗是的質量： kgDmi 3052080