【正文】 (14) 設(shè)計(jì)的一般規(guī)定 （ 1）對(duì)有不同工況的球罐，應(yīng)按最苛刻的工況設(shè)計(jì)，并在圖樣或相應(yīng)技術(shù)文件中注明各工況的壓力和溫度值。 需要時(shí)，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(dòng)的沖擊載荷； ⑩ 沖擊反力，如由流體沖擊引起的反力等。 其中鋼材厚度負(fù)偏差是指鋼板或鋼管的厚度負(fù)偏差，其值按鋼材標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 腐蝕裕量為防止球罐元件由于腐蝕、機(jī)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(duì)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(duì)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(shí)，可采用不同的腐蝕裕量； ③ 腐蝕裕量取值不小于 1mm。 本標(biāo)準(zhǔn)所用材料的許用應(yīng)力按第 4章選取。 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(lái)補(bǔ)償元件焊接連接部分的強(qiáng)度削弱。 雙面焊全焊透對(duì)接接頭的焊接接頭系數(shù)按下列規(guī)定選擇： 100%無(wú)損檢測(cè) =； 局部無(wú)損檢測(cè) =。 （ 2）壓力試驗(yàn)前的應(yīng)力校核 壓力試驗(yàn)前，應(yīng)按下列校核球殼應(yīng)力： (17) 式中 — 試驗(yàn)壓力下球殼的應(yīng)力， MPa； — 試驗(yàn)壓力， MPa； — 球殼內(nèi)直徑， mm； — 球殼的有效厚度， mm。 液壓試驗(yàn)后，符合下列條件為合格： ①無(wú)滲漏； ②無(wú)可見(jiàn)的變形； ③試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)異常的響聲； ④試驗(yàn)過(guò)程規(guī)定值下限大于等于 540 MPa 的材料，表面經(jīng)無(wú)損檢測(cè)抽查未發(fā)現(xiàn)裂紋。氣密性試驗(yàn)應(yīng)在壓力實(shí)驗(yàn)合格后進(jìn)行。 盛放毒性程度為極度和高度危害的物料，易燃的壓縮氣體或液化氣體的球罐，應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。保持壓力 15 分鐘，檢查壓力表有無(wú)降壓，用肥皂水涂刷所有焊縫和接管法蘭口檢查有無(wú)泄漏。氣密性實(shí)驗(yàn)的氣體是氮?dú)狻? 氣密性試驗(yàn)壓力按下式確定： (18) 式中 P— 設(shè)計(jì)壓力， MPa； — 試驗(yàn)壓力， MPa。 球罐的設(shè)計(jì)溫度低于或等于 20℃時(shí)，鋼材還應(yīng)符合附錄 A 的規(guī)定。 當(dāng)設(shè)計(jì)溫度高于 2OO℃時(shí)，其許用應(yīng)力值按 GB 150 的規(guī)定。 （ 2）符合下列條件的球殼用鋼板，應(yīng)逐張進(jìn)行拉伸和夏比 (V 型缺口 )常溫或低溫沖擊試驗(yàn)。 （ 3）用于球殼的下列鋼板，當(dāng)球罐的設(shè)計(jì)溫度和鋼板厚度符合下列情況時(shí)，應(yīng)每批取一張鋼板進(jìn)行夏比 (V 型缺口 )低溫沖擊試驗(yàn)。 ① 設(shè)計(jì)溫度低于 0℃時(shí)，厚度大于 25 mm 的 20R，厚度大于 38 mm 的 16MnR、15MnVR ② 設(shè)計(jì)溫度低于 10℃時(shí)，厚度大于 12mm 的 20R，厚度大于 20 mm 的 16MnR、15MnVR和 15MnVNR。 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。 注：中間溫度的許用應(yīng)力，可按本表的應(yīng)力值用內(nèi)插法求得。 表 22 鋼板的使用狀態(tài)及最低沖擊試驗(yàn)溫度 鋼號(hào) 使用狀態(tài) 厚度 ,mm 最低沖擊試驗(yàn)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(cè)： 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。 球罐的人孔、接管往往采用鍛件。接管采用鍛件，增大自身補(bǔ)強(qiáng)，達(dá)到減少應(yīng)力突變的目的。 鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力按表 23的規(guī)定。 表 23 鍛件的標(biāo)準(zhǔn)及許用應(yīng)力 鋼號(hào) 鍛件標(biāo) 準(zhǔn) 公稱厚度， mm 常溫強(qiáng)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。 15MnV、 09Mn2VD和 09MnD鋼管應(yīng)在正火狀態(tài)下使用。 因尺寸限制無(wú)法 制備 小尺寸沖擊試樣的鋼管，免做沖擊試驗(yàn)，各鋼管的最低設(shè)計(jì)溫度按表 27的規(guī)定。 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(hào) 鋼材標(biāo)準(zhǔn) 鋼材使用狀態(tài) 螺柱規(guī)格，mm 常溫強(qiáng)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。 同一鋼號(hào)、同一爐號(hào)、同一斷面產(chǎn)品、同一熱處理制度、同時(shí)投產(chǎn)的螺柱毛胚為一批，每批取一件進(jìn)行試驗(yàn)。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。拉伸試驗(yàn)方法按 GB/T 228 的 規(guī)定。試驗(yàn)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(gè)試樣試驗(yàn)結(jié)果的平均值，允許有一個(gè)試樣的試驗(yàn)結(jié)果小于規(guī)定值，但不得小于規(guī)定值的 70％。 表 29 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 鋼號(hào) 回火溫 度 規(guī)格 mm MPa MPa J 40MnB 40MnVB 40Cr 30CrMoA 35CrMoA 40CrNiMoA 低合金鋼螺柱，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于或等于 20℃時(shí)，應(yīng)進(jìn)行設(shè)計(jì)溫度下的低溫沖擊試驗(yàn)。 表 210 鋼號(hào)及沖擊試驗(yàn)要求 鋼號(hào) 規(guī)格， mm 最低沖擊試驗(yàn)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。 焊條應(yīng)具有質(zhì)量證明書(shū)。各項(xiàng)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。擴(kuò)散氫試驗(yàn)方法應(yīng)按 GB/T 3965 的規(guī)定進(jìn)行。 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(jì) 概況 球 罐結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)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(yàn)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。 球罐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包括如下的內(nèi)容： (1)根據(jù)工藝參數(shù)的要求確定球罐結(jié)構(gòu)的類型及幾何尺； (2)確定球殼的排板方法 (分帶、分片 )； (3)確定球殼板的幾何尺寸； (4)支撐結(jié)構(gòu)的確定： (5)人孔和工藝接管的選定、布置以及開(kāi)孔補(bǔ)強(qiáng)的 設(shè)計(jì)； (6)球罐的附件，如內(nèi)外盤(pán)旋梯、爬梯、平臺(tái)的設(shè)計(jì)； (7)有要求時(shí)，對(duì)保冷結(jié)構(gòu)設(shè)汁； (8)留基礎(chǔ)的技術(shù)要求； (9)有要求時(shí)，對(duì)防地震、防雷的設(shè)計(jì)等 。 國(guó)內(nèi)自行設(shè)計(jì)、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。多數(shù)采用偶數(shù)支柱，分塊分帶對(duì)稱，因此組裝應(yīng)力及焊接內(nèi)應(yīng)力較均勻，較易保證球罐質(zhì)量。 橘瓣式結(jié)構(gòu)較靈活，按照原材料的大小及壓機(jī)跨度的尺寸，可設(shè)計(jì)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。 （ 2）混合式球殼的設(shè)計(jì)（圖 32） 混合式球殼，其赤道帶和溫帶采用橘瓣式，極板采用足球瓣式。隨著我國(guó)石油、化工、城市煤氣等工業(yè)的迅速發(fā)展，國(guó)內(nèi)曾引進(jìn)了許多混合結(jié)構(gòu)的大型球罐，通過(guò)對(duì)引進(jìn)球 罐的消化、吸收、開(kāi)發(fā)研究、施工、檢測(cè)，已經(jīng)基本掌握了這種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)、制造、組裝和焊接技術(shù)。 圖 31 橘瓣式球殼 圖 32 混合式球殼 本設(shè)計(jì)球殼采用的是混合式球罐，赤道帶是橘瓣式，上、下極是足球式，共三帶。 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(cè)定板； 11接地板； 12底板； 13基礎(chǔ) 支柱的各部分名稱如圖 34。由于球罐殼體呈圓球狀，給支座設(shè)計(jì)帶來(lái)一定的困難，它既要支撐較大的質(zhì)量，又由于球罐設(shè)置于室外，需承受各種自然環(huán)境影響，如風(fēng)載荷，地震載荷和環(huán)境溫度變化的作用。 支撐主要可分成柱式支撐和裙式支撐兩大類。此外，還有 V形柱式支撐，三樁合一形柱式支撐，裙式支撐（包括圓筒形裙式支撐和錐形裙式支撐），錐底支撐（也是裙式支撐），鋼筋混凝土連續(xù)基礎(chǔ)支撐，半埋式支撐 ，高架式支撐（也有柱式和裙式之分），可脹縮的支撐（柱式支撐的變種）。赤道正切柱式支柱結(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（相隔）而焊接起來(lái)。這種支柱的優(yōu)點(diǎn)是受力均勻，彈性好，安裝利便，施工簡(jiǎn)單，容易調(diào)整，現(xiàn)場(chǎng)操作和檢修也方便，且適合于多種規(guī)格的球罐。 支柱應(yīng)采用鋼管制作。段間的環(huán)向接頭應(yīng)全焊透。 支柱頂部應(yīng)設(shè)有球形或橢圓形的防雨蓋板。 支柱底板中心應(yīng)設(shè)置通孔，如圖 35所示。 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。兩拉桿的立體交叉處應(yīng)留間隙，不得焊死，拉桿張緊程度應(yīng)均勻，拉力不宜過(guò)大。 雖然固定式拉桿與可調(diào)式拉桿相比，制造加工簡(jiǎn)單，不需機(jī)械加工施工方便，拉桿也可承受拉伸和壓縮載荷等優(yōu)點(diǎn)，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。因此人孔直徑的選定必須考慮操作人員攜帶工具進(jìn)出球罐方便（在北方還要考慮冬天作業(yè)時(shí)操作人員穿棉工作