【正文】 ..................................................................................................58 致謝 ............................................................................................................................................... 59 參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................... 60 附錄（一） ................................................................................................................................... 61 附錄（二） ................................................................................................................................... 67 1. 緒論 球罐的工程背景及實(shí)際意義 球形儲(chǔ)罐是一種存儲(chǔ)氣體、液體或液化氣體的壓力容，由于球罐同其他形式儲(chǔ)罐相比具有很大的優(yōu)越性，具有占地面積少、壁厚薄、質(zhì)量輕、用材少、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，并且隨著我國(guó)石化、冶金和城市燃?xì)獾母咚侔l(fā)展，球形儲(chǔ)罐作為一種儲(chǔ)存液化石油氣、天然氣、液化天然氣、丙烷、丙烯、丁烯及其他低沸點(diǎn)石油化工原料和產(chǎn)品的典型壓力容器，被工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。運(yùn)用 UG ， AutoCAD2020 等軟件繪制出球罐的焊接結(jié)構(gòu)裝配圖，解決球罐下料和現(xiàn)場(chǎng)焊接組裝的一些比較復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)球罐的具體焊縫進(jìn)行焊接工藝設(shè)計(jì)，焊縫無(wú)損檢測(cè)的方法及手段，并對(duì)一些 焊后整體熱處理，以及水壓試驗(yàn)、氣密性試驗(yàn)進(jìn)行介紹，以提高大型球罐施工勞動(dòng)工效和降低施工成本，提高焊縫成形質(zhì)量，保證焊縫強(qiáng)度要求，從而避免一些安全事故發(fā)生，保證球罐安全使用。但 因球罐容積大，殼體板材下料加工比較困難，現(xiàn)場(chǎng)組裝，焊接制造技術(shù)有一定難度，并且球罐大多儲(chǔ)存易燃、易爆或有毒的介質(zhì)，所以其制作質(zhì)量和加工制作工藝在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中已經(jīng)占據(jù)重要而又不可忽視的地位。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） 題 目 大型球形儲(chǔ)罐焊接工藝設(shè)計(jì) 姓 名 所在學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)班級(jí) 材料成型及控制工程 09 焊接 學(xué) 號(hào) 0910100b19 指導(dǎo)教師 日 期 2020 年 6 月 9 日 摘要 球形儲(chǔ)罐簡(jiǎn)稱為球罐，是以儲(chǔ)存氣體或液化氣體為主要功能的壓力容器，是一種復(fù)雜的焊接殼體結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于石油天然氣、 化工、石油化工、冶金、城建等工業(yè)領(lǐng)域。 本設(shè)計(jì)主要是按照一些壓力容器國(guó)家標(biāo)注，針對(duì) 1000m3 石油液化氣球罐的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)。 【關(guān)鍵詞】球罐 壓力容器 組裝 焊接工藝 焊后熱處理 Abstract Spherical tank referred to as the spherical tank is stored gas or liquefied gas as the main function of the pressure vessel, is a kind of plex welding shell structure. Widely used in petroleum, chemical, petrochemical, metallurgy, urban construction and other industrial fields. But because of the spherical tank volume is big, shell plate cutting processing is difficult, field assembly and welding manufacture technology has the certain difficulty, and most of the spherical tank storing inflammable, explosive or toxic medium, so the production quality and processing technology has been in the national economy occupy the important status and can not be ignored. This design mainly is according to some of the pressure vessel countries indicate, according to 1000m3 liquefied petroleum gas spherical tank39。 球形儲(chǔ)罐最早出現(xiàn)在 19 世紀(jì)末到 20 世紀(jì)初，開(kāi)始時(shí)只是儲(chǔ)存低壓氣態(tài)介質(zhì)，早期的球罐為鉚接結(jié)構(gòu)。因此，早期的球罐發(fā)展速度是緩慢的。 1956 年日本東京煤氣公司建造兩臺(tái)材料是 T1 鋼的 20200m3 煤氣球罐 (設(shè)計(jì)壓力是 )。目前，世界上球罐的制造技術(shù)水平得到了迅速發(fā)展，最大球罐的幾何容積已達(dá)到 36000m3【 1】 。 我國(guó)于五十年代開(kāi)始制造球罐， 1958 年制造出了第一臺(tái) 50m3，的球罐， 1966 年北京金屬結(jié)構(gòu)廠首次制造出了容積為 400m3 的球罐，當(dāng)時(shí)制造大型球罐在我國(guó)仍是空白。近年來(lái)我國(guó)主要引進(jìn)建起了一批 5000m3 ， 10000m3 的特大型球罐和低溫球罐，促使我國(guó)自行設(shè)計(jì)、制造、安裝大型球罐已取得了一定的成果。 目前， 隨著材料、焊接、制造、施工安裝技術(shù)不斷提高 ，國(guó)內(nèi)外球罐研究發(fā)展 也正向大型化、多結(jié)構(gòu)、高參數(shù)的方向發(fā)展。因此，球罐的建造與使用管理一球罐的安全性不僅引起各國(guó)科技界的高度重視、同時(shí)也得到各國(guó)政府的極大關(guān)注。 球罐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類介紹 隨著我國(guó)石油、化工 、輕紡、冶金及城市燃?xì)夤I(yè)的發(fā)展，作為儲(chǔ)存容器的球罐，得到了廣泛的應(yīng)用和迅速的發(fā)展，在石化企業(yè)、國(guó)防工業(yè)、冶金工業(yè)及城市然氣中，用于儲(chǔ)存液態(tài)丙烷、丁烷、丙烯、丁烯及其混合物 (LPG)、液化天然氣 (LNG) ,液氨、液氧、液氮、液氮等物料。 球罐的特點(diǎn) 儲(chǔ)存容器一般有圓筒形和球形兩種，球形儲(chǔ)地一般由球殼板、支柱、拉桿、人孔、接管、 梯子、平臺(tái)等部件組成，見(jiàn)圖 12。 （ 2）球罐受力均勻，且在相同的直徑和工作 壓力下，其薄膜應(yīng)力為圓筒形容器的 1/2，故板厚僅為圓筒形容器的 1/2。 因此，球堆具有占地面積少、壁厚薄、質(zhì)量輕、用材少、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)。另外，搭建制造球形容器的基礎(chǔ)相對(duì)較簡(jiǎn)單，受風(fēng)面積小，維修和保養(yǎng)簡(jiǎn)單，所以在工業(yè)水平高速發(fā)展的今天，球形容器的應(yīng)用也越發(fā)廣泛。故球形容器的制作技術(shù)比單層卷焊圓柱容器要復(fù)雜的多，要求也要高得多。 足球瓣式球殼板結(jié)構(gòu)，每塊球殼板的結(jié)構(gòu)尺寸完全相同，互換性好，下料成型規(guī)格化，材料利用率高，拼裝焊縫長(zhǎng)度短，相應(yīng)檢測(cè)工作量亦小。 （ a） 足球式 （ b） 桔瓣式 （ c） 足球桔瓣混合式 圖 13 球罐分瓣形式 桔瓣式結(jié)構(gòu)是最通用的形式，桔瓣式球殼板的結(jié) 構(gòu)較為靈活，球殼板分塊分帶對(duì)稱，組裝應(yīng)力及焊接內(nèi)應(yīng)力較為均勻，組裝焊縫較為規(guī)則，施工簡(jiǎn)便；焊接質(zhì)量較易得到保證；當(dāng)球殼按等強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)，可以用不同的分帶去承受不同液柱高度的附加壓力，可以產(chǎn)生不等厚的球殼板結(jié)構(gòu)。桔瓣式可以適合任何大小的球罐。缺點(diǎn)是因具有兩種 型式的球殼板，組裝校正較麻煩，仍有 Y 型接縫，制造精度要求高。 2. 球罐設(shè)計(jì) 本球罐設(shè)計(jì)過(guò)程中執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 1502020《壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)釋義 GB 123371998《鋼制球形儲(chǔ)罐》 GB 5009498《球形儲(chǔ)罐施工及驗(yàn)收規(guī)范》 GB 172612020《鋼制球形儲(chǔ)罐型式與基本參數(shù)》 JB/T 47082020《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》 SH 351290《球形儲(chǔ)罐》 SH 35122020《球罐施工工藝標(biāo)準(zhǔn)罐》 SH 30622020《石油化工球罐基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》 JB/T 《承壓設(shè)備無(wú)損檢測(cè)》 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是指球瓣、支承結(jié)構(gòu)、人孔接管、梯子平臺(tái)、溫度壓力液位檢測(cè)、隔熱噴淋、保冷保溫設(shè)施、緊急切斷裝置、安全閥配置及防震、減震裝置等項(xiàng)目的設(shè)計(jì)。 球罐殼體 球罐的殼體系多塊壓制成球形曲面的球瓣拼焊而成，球殼板開(kāi)片時(shí)考慮到焊接的要求，故應(yīng)盡量對(duì)稱布 置。球殼設(shè)計(jì)主要是指球殼的分帶分角分塊設(shè)計(jì)和單塊球瓣的尺寸計(jì)算和設(shè)計(jì)。分帶形式為五帶八柱式如圖 14 所示。） / 各帶分塊數(shù) 上極 F 60/3 54/3 上溫 B 55/16 36/16 赤道 A 65/16 54/16 下溫 C 36/16 下極 G 60/3 54/3 圖 14 五帶八柱桔瓣式球罐分帶形式及焊縫分布 人孔與接管 球罐一般有物料進(jìn)、出口接管，人孔，裝在最低點(diǎn)處的排污接管，以及各種儀表接管 等，其中人孔一般設(shè)有 2 個(gè)，分別布 置在球罐上、下的極極帶板中心。對(duì)于大型球罐所設(shè)口徑較小的接管，一般可以采用如圖 15（ b） 的厚壁補(bǔ)強(qiáng)方式。 即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的焊接結(jié)構(gòu)。這種支座的優(yōu)點(diǎn)是受力均勻， 對(duì)球罐熱膨脹性及各種受力變形具有較大的彈性，現(xiàn)場(chǎng)組裝施工方便， 施工簡(jiǎn)單，容易調(diào)整， 便于在球罐底部進(jìn)行工藝配管及操作檢修。該結(jié)構(gòu)增加支柱與球殼的接觸面積，減少支柱的剛性，支柱與球殼的連接避免急劇變化，使其逐漸過(guò)渡等方法，不存在焊接死角， 并且 U 形柱結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)中與球殼的連接 長(zhǎng)度 較 長(zhǎng)， 可以有效降低局部應(yīng)力 。 本設(shè)計(jì)選用 可調(diào)式拉桿 ， 如圖 17， 采用圓鋼加工而成，拉桿與支柱采用銷釘連接， 兩 根拉桿立體交叉處留有間隙。 梯子、平臺(tái) 為了便于日常的操作、檢修以及安全閥的定期校驗(yàn)，球罐一般設(shè)有頂平臺(tái)及直達(dá)頂平臺(tái)的梯子。 （ 本設(shè)計(jì)不作考慮 ） 球罐基本設(shè)計(jì)參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度 依據(jù) TSG R00042020《 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 》、《 壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程 》規(guī)定， 固定式液化石油氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)按不低于 50℃ 時(shí)混合液化石油氣組分的實(shí)際飽和蒸氣壓來(lái)確定，在無(wú)保冷措施的情況下，其設(shè)計(jì)壓力則應(yīng)不低于表 21 規(guī)定的壓力。 以此為依據(jù)，多取以丙烷為主的設(shè)計(jì)壓力 1. 77Mpa，并且根據(jù)武漢市當(dāng)?shù)貧鉁貤l件，確定設(shè)計(jì)溫度為 19℃ 50℃。對(duì)容器容積經(jīng)實(shí)際測(cè)定者 ,可取大于 ,但不得大于 。球罐各元件 的腐蝕程度不同時(shí)，可采用不同的腐蝕余量。 支 柱底板及拉桿部位腐蝕余量按 3mm選取 。一般情況下，焊縫金屬的強(qiáng)度和基本金屬?gòu)?qiáng)度相等甚至超過(guò)，但由于在焊縫中殘余應(yīng)力的存在，焊縫金屬晶粒粗大，以及焊縫中出現(xiàn)氣孔和未焊透等缺陷，仍會(huì)影響焊縫的強(qiáng)度，因此必須采用焊縫系數(shù)，以補(bǔ)償因焊接而可能產(chǎn)生的強(qiáng)度削弱。依據(jù) GB 150 按焊接接頭形式和無(wú)損檢測(cè)率確定焊接接頭系數(shù)。 確定球罐的主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)下表 22 表 22 球罐基本設(shè)計(jì)參數(shù) 項(xiàng)目 參數(shù) 公 稱容積（ m3） 1000 幾何容積（ m3） 974 內(nèi)徑（ mm） 12300 存儲(chǔ)介質(zhì) 液化石油氣 介質(zhì)密度（ Kg/m3） 580 設(shè)計(jì)溫度（℃） 19～ 50 設(shè)計(jì)壓力（ MPa） 水壓試驗(yàn)壓力（ Mpa） 氣密性試驗(yàn)壓力（ MPa） 殼體材質(zhì) 16MnR(正火 ) 殼體壁厚（ mm） 40 充裝系數(shù) 焊縫系數(shù) 腐蝕余量（ mm） 焊縫長(zhǎng)度（ m） 地震烈度 7 級(jí) 基本風(fēng)力（ N/m2） 450 基本雪壓（ N/m2） 200 結(jié)構(gòu)形式 五帶八柱桔瓣正切式 支柱規(guī)格 Φ426 8 容器類別 Ⅲ類 球罐殼體材料 根據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、 GB1501998《鋼制壓力容器》及GB1233798《鋼制球形儲(chǔ)罐》 的相關(guān)規(guī)定，球罐殼體材料在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)保證良