【正文】 本論文的。精益求精的學(xué)風(fēng)，誨人不倦的師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，以及科學(xué)的研究方法和良好思維方式使我在學(xué)習(xí)和工作中做人做事方面受益匪淺。 αB =75176。 αE =45176。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 球罐的強(qiáng)度計算 24 第四章 球罐的強(qiáng)度計算 圖 球罐結(jié)構(gòu)參數(shù)簡圖 設(shè)計壓力： p = 設(shè)計溫度： T = 50℃ 水壓試驗(yàn)壓力： PT = MPa 球殼內(nèi)直徑 Di= 24800mm( 8000m3 ) 儲存物料：液化石油氣 充裝系數(shù)： K = 地震設(shè)防烈度： 7 度 高度處的基本風(fēng)壓值： 600Pa 球罐建造場地： Ⅱ 類場地土 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 球罐的強(qiáng)度計算 25 計算壓力 圖 球殼各帶物料高度簡圖 設(shè)計壓力： p = MPa 球殼各帶物料的高度（如圖 ）： h1 = 0 h2= h3= h4= h5= 物料密度： ? = 560 kg/m3 重力加速度： g = m/s2 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第四章 球罐的強(qiáng)度計算 26 球殼各帶的計算壓力： pci= ghi 2p ?? 109 （ 41） pc1= + 0 = pc2=+560109 = pc3=+560109 = pc4=+560109 = pc5 = + 560109 = 球殼內(nèi)直徑： Di = 24000 mm 設(shè)計溫度下球殼材料 15MnNbR 的許用應(yīng)力： [δ]t = 177 MPa 球殼平均直徑： Dcp = 24750 mm； 球殼材料密度： ? 1 =582kg/m3； 充裝系數(shù)： K = ； 水的密度： ? 3 = 1000 kg/m3； 球殼外直徑： Do = 24900mm； 基本雪壓值： q= 400Pa 球殼各帶球心角： αT =75176。 ③ 支柱的直線度偏差不得大于 10mm。人孔、接管與極板的組焊在制造單位進(jìn)行，焊后應(yīng)符合下列條件 ① 人孔、接管的開孔位置及外伸高度允差 ≤5mm。 組焊 支柱與赤道板的組焊在制造廠進(jìn)行。但由于液化石油氣中含有 H2S，按照 GB15098 的要求，必須進(jìn)行焊后整體熱處理。 ② 焊條熔 敷金屬擴(kuò)散氫含量的測定：焊條經(jīng) 350～ 400℃ 烘干 1～ 2 h 后，按 GB/T 39651995 中的甘油法進(jìn)行，擴(kuò)散氫的含量 ≤0． 025 mL/g 為合格。制造單位應(yīng)按質(zhì)量證明書對焊條進(jìn)行驗(yàn)收，并應(yīng)采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)按批進(jìn)行下列要求的復(fù)驗(yàn) ① 焊條熔敷金屬的化學(xué)成分和力學(xué)性能 (焊態(tài) )按 GB/T51181995 規(guī)定進(jìn)行沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 8000m179。 焊條 凸緣與極中板的對接焊縫、定位焊、直接與球殼板焊接的焊縫均應(yīng)采用與 15MnNbR 鋼板相匹配的 或 高韌性低氫型焊條。 ② 坡口表面進(jìn)行磁粉或滲透探傷。用兩直線對角測量時，兩直線的垂直距離偏差不得大于 5mm。； ③ 對角線弦長允差不大于 177。幾何尺寸偏差： ① 長度方向弦長允差不大于 177。支柱上設(shè)置了易熔塞，火災(zāi)時，通氣用。石油液化氣球罐設(shè)計說明 22 支柱結(jié)構(gòu) 支柱分兩段制造，上支柱和下支柱材料采用 ? 103618mm的 16MnR 制造，兩段的環(huán)向連接焊縫采用全熔透結(jié)構(gòu)。由于加托板結(jié)構(gòu)制造工藝簡單，已被大多數(shù)制造廠采用，設(shè)計和制造技術(shù)比較成熟，本次設(shè)計采用加托板連接結(jié)構(gòu)。 球罐支柱與拉桿 球罐的連接結(jié)構(gòu)確定 在 GB12337 標(biāo)準(zhǔn)中推薦了四種正切式支柱與球罐連接結(jié)構(gòu)型式，目前主要是采用加托板的結(jié)構(gòu)和 U 形上支柱加連接板結(jié)構(gòu)型式。上支柱與赤道板組焊后， 在 用弦長不小于 1000mm的 模版 檢查赤道板 其中 曲率，最大 的 間隙 要求 不得大于 3mm。 ② 開孔球殼板 在其中的 周邊 100mm 的范圍內(nèi) 在其中 距開孔中心一倍 差不多的地方 開孔直徑處， 在用 弦長不小于 1000mm 的 模版 檢查極板曲率 增大 ，最大間隙 最大不大于 3mm。焊后 在 弦長不小于 1000mm 的 模版 檢查赤道板曲率 大小 ，最大 的 間隙 為 ≤3mm。 法蘭密封 法蘭密封采用突面密封結(jié)構(gòu)，法蘭采用 系列法蘭構(gòu)。石油液化氣球罐設(shè)計說明 21 藝到焊接工藝、清根方法等從工藝上保證完全焊透。另一種是插入式厚壁管整體補(bǔ)強(qiáng)，對于 DN≤200mm 開孔采用該型式補(bǔ)強(qiáng)，插入式厚壁管補(bǔ)強(qiáng)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)省材料，缺點(diǎn)是因開孔較小，角焊縫底部清根困難，又不能進(jìn)行射線檢測和超聲檢測，容易產(chǎn)生未焊透等缺陷。對比該條件，本球罐有一些小開孔可以滿足的，但考慮到開孔附近材料可能存在缺陷、接管焊縫存在焊接應(yīng)力、幾何尺寸變化不連續(xù)部位會產(chǎn)生應(yīng)力集中等因素，從安全可靠的角度出發(fā)，對所有接管都進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)。石油液化氣球罐設(shè)計說明 20 （ 2） 厚度附加量 C C=C1 +C2 C1 鋼板負(fù)偏差 mm C1 =0 C2 腐蝕余量 mm C2 =2mm C=2mm （ 3） 許用應(yīng)力 根據(jù) GB15098 中 強(qiáng)度極限 σb=530 MPa 屈服極限 σs=360 MPa 常溫許用應(yīng)力 [σ] t=177 MPa （ 4） 焊縫系數(shù) 球殼全部焊縫采用雙面焊全焊透結(jié)構(gòu)， 100%無損探傷，按 GB1233798 和 GB15098 規(guī)定要求，取焊縫系數(shù)為 。 ? ?? ? a0 . 51771770 . 5t ????????? ??沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 8000m179。；上、下溫帶各由 24 瓣球殼板組成，分帶角 30176。最終確定采用 5 帶 12 支柱混合式結(jié)構(gòu)。 球罐支柱數(shù)和分帶角的確定 本次設(shè)計的球罐采用混合式的結(jié)構(gòu)。滿足 GB1233798 中 基本求。 根據(jù)操作條件，選用球罐材料 15MnNbR，使用狀態(tài)為正火狀態(tài)。冷壓成形是鋼板在常溫下，經(jīng)沖壓變形成為球面球殼板的過程。其它一些成形方法也在發(fā)展之中，如液壓成形、爆炸成形等無模成型方法 [18]對于液壓成形、爆炸成形等無模成型法，由于對材料的損傷較大，主要還是停留在理論研究方面，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用較少；熱壓和溫壓成型是早年壓力機(jī)能力不夠時的權(quán)宜之 計，由于對材料有損傷、球殼板減薄量大及需要設(shè)置大型加熱爐等因素，也基本停止使用。在制造廠的核心工作是球殼板的壓制成形、坡口加工及零部件的制造。 水壓試驗(yàn)壓力 （ 31） 氣密性試驗(yàn)壓力 ? ?? ? a0 .6 2 51 7 71 7 70 .51 .2 51 .2 5 t ????????? ? ??沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 8000m179。如果采用水壓試驗(yàn)方法 必須考慮裝滿 8 千噸水時對受壓元件、支柱、拉桿和基礎(chǔ)的承載能力。在各標(biāo)準(zhǔn)之間本著科學(xué)、從嚴(yán)原則，力求可靠。 設(shè)計規(guī)范的確定 國內(nèi)外球罐通常采用的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范有二類：一類是常設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，主要有中國GB12337 標(biāo)準(zhǔn)和美國 ASMEⅧ Div1；第二類是分析設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，主要有法國 CODAP 規(guī)范、中國 JB4732 標(biāo)準(zhǔn)、日本 JIS B8270 標(biāo)準(zhǔn)（第一類容器）及美國 ASMEⅧ Div2。石油液化氣球罐設(shè)計說明 17 腐蝕余量的確定 球罐設(shè)計使用壽命 40 年，考慮均勻腐蝕情況下腐蝕率按 ，球殼板及人孔、接管等主體受壓元件腐蝕余量取 2mm。配置進(jìn)口接管和出口接管。進(jìn)口接管和出口接管。 530mm的人孔外徑。 人孔、接管位置及尺寸的確定 為檢修方便，每臺球罐需設(shè)置上、下各 1 個人孔，一般人孔內(nèi)徑尺寸為 ～600mm，最終確定選 500mm 人孔。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 8000m179。 ② 平均分子量 50 ③ 密度 560 kg/m3 ④ 比重 （水為 1） ⑤ 運(yùn)動粘度 10－ 7m2/s ⑥ 絕熱指 數(shù) 運(yùn)行要求 全天 24 小時天、全時段（ 24h、 365d 連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)）連續(xù)運(yùn)行。石油液化氣球罐設(shè)計說明 15 （ 3） 大氣壓強(qiáng) 夏季 冬季 基本雪壓 250Pa 大氣流速 400Pa （ 4） 基本風(fēng)壓 夏季平均風(fēng)速 冬季平均風(fēng)速 30 年一遇最大風(fēng)速 季風(fēng)最多風(fēng)速平均值 工作介質(zhì) 球罐儲存的石油液化氣氣主要理化性質(zhì)參數(shù)如下： ① 石油液化氣的組成 (摩爾 )為：丙烯占 20%、丙烷占 40%、正丁烷占 30%、異丁烷占 10%， 12℃ 時石油液化氣的飽和蒸汽壓為 。 沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 第三章 8000m179。引進(jìn)球罐 要 選用的高強(qiáng)度鋼主要 分為 SPV490Q（日本）、 WELTEN610CF（新日鐵）、RIVERACE610（川崎制鐵）、 NKHITEN610U（日本鋼管），低溫 的 球罐 選擇 低溫的 高強(qiáng)度鋼 NTUF490（新日鐵） 和 （法國） [7]。 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： A3F、 AA3R、 20R、 16Mn、 15MnV、 15MnVR、 15MnVN、 15MnVNR、 16MnDR、 09Mn2VDR 及從國外引進(jìn)的各種球罐材料。 （ 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(dāng)量 Ceq 和焊接裂紋敏感性系數(shù) Pcm 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。 15MnNbR 具有良好的綜合性能，可大大提高球罐使用的安全可靠性，該鋼性價比較高，是大型球罐的理想鋼種。 （ 3） 15MnNbR 是 GB1501998 國家標(biāo)準(zhǔn)第 1 號修改單新增鋼號，它是低合金鋼領(lǐng)域中的新一代鋼種 (350MPa 級 )，其強(qiáng)度和韌性優(yōu)于 16MnR，同時也優(yōu)于日本 SPV355N，厚板韌 性也較好，而焊接性能及抗硫化氫性能與其相近。 07MnCrMoVR 鋼 應(yīng)用 低碳多元微合金以嚴(yán)格 的 控制碳當(dāng)量 (Ceq≤ ％ )和焊接裂紋 期間的 敏感性組織 (Pcm ≤％ )，并通過在 合理的調(diào)質(zhì)熱處理 的時候 獲 得最佳強(qiáng)韌比 其中的 組織結(jié)構(gòu)，從而 在根本 上保證了其焊接性能 與 優(yōu)良的低溫韌度 很大 。鋼材的焊接性能 很 好，廣泛 制作與 建造各類壓力容器 與 中小型球罐，具有 一些的抗 H2S 腐蝕性能 很大 ，但是強(qiáng)度 很 低， 并且在 16MnR 板厚效應(yīng) 非常 嚴(yán)重，其強(qiáng)度與 韌性隨板厚的增加下降 很 大，厚度 在 48mm 的時候 ， 16MnR 鋼板實(shí)物 其中 韌性儲備量不 是很高 ，在設(shè)計厚度 ≤50mm 的時候 使用。目前，國內(nèi)已部分采用并將較多采用 σs≥490MPa 的高強(qiáng)度鋼。因此在對大型球罐設(shè)計施工時，對此問題也應(yīng)進(jìn)行充分的考慮。為提高其組裝尺寸精度、改善施焊條件、避免強(qiáng)力組裝，應(yīng)沈陽化工大學(xué)科亞學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文